拍一拍就能充電，新材料口罩過(guò)濾能力更好

■陳立

口罩是預(yù)防和抑制高傳染性病毒傳播的重要個(gè)人防護(hù)裝備。傳統(tǒng)的醫(yī)用口罩一般是由三層聚丙烯無(wú)紡布組成，包括兩層外部紡粘無(wú)紡布和內(nèi)層熔噴無(wú)紡布。內(nèi)層熔噴無(wú)紡布是醫(yī)用口罩過(guò)濾病毒的關(guān)鍵材料，其孔徑一般在2 微米左右。雖然懸浮顆粒、細(xì)菌和病毒比其孔徑還要小，但靜電駐極技術(shù)使得熔噴布帶有了靜電荷，結(jié)合熔噴超細(xì)纖維材質(zhì)致密的特點(diǎn)，帶電纖維熔噴布就能吸附攜帶細(xì)菌和病毒等顆粒，有效阻止病毒顆粒穿透口罩，從而減少感染的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，人體呼出的水蒸氣會(huì)大大加速靜電消散，長(zhǎng)時(shí)間使用醫(yī)用口罩會(huì)降低其對(duì)病毒的吸附效率，增加感染風(fēng)險(xiǎn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所王道愛(ài)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種PVA 基，并應(yīng)用于醫(yī)用口罩領(lǐng)域，解決了人體呼出的水蒸氣會(huì)嚴(yán)重加速聚丙烯基醫(yī)用口罩的電荷消散問(wèn)題。

PVA 是一種富含羥基的高分子聚合物，主鏈?zhǔn)蔷€性結(jié)構(gòu)，羥基的空間位阻很小，因而很容易與水分子自發(fā)形成氫鍵。隨著濕度增加，PVA 與水分子之間形成的氫鍵增多，大量自由水轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水，降低了電荷耗散率，而PVA 固定的水分子還可作為正電材料參與摩擦生電，增強(qiáng)了高濕度下摩擦起電的能力。

同時(shí)，基于PVA 的醫(yī)用口罩還有很好的自充電能力。PVA 是電正性的摩擦聚合物，而聚丙烯是電負(fù)性的，將PVA 用作醫(yī)用口罩的中間層時(shí)，外層的聚丙烯（PP）可以與PVA 組成摩擦納米發(fā)電機(jī)。當(dāng)PP 與PVA 接觸并分離時(shí)，基于PVA 的中間吸附層帶正電，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)口罩的充電，也提高了口罩的靜電吸附效率。因而，長(zhǎng)時(shí)間使用的口罩無(wú)需摘下，直接用手輕輕拍打即可完成充電，有效地延長(zhǎng)了口罩的使用壽命。

王道愛(ài)說(shuō)：“盡管PVA 材料可作為一種性能優(yōu)異的耐濕型摩擦起電正極材料，但其較差的介電、耐磨損性能不利于其作為摩擦起電材料長(zhǎng)期使用?！被诖耍搱F(tuán)隊(duì)與中國(guó)海洋大學(xué)陳守剛教授團(tuán)隊(duì)合作，將PVA 材料與MXene 材料（一種常見(jiàn)的二維材料）復(fù)合改性，設(shè)計(jì)了一種面向海洋濕熱苛刻環(huán)境的PVA-PVDF 基摩擦電器件。得益于MXene 表面的親水性基團(tuán)和其在PVA 基質(zhì)中的平行層狀分布，PVA 材料的耐濕性、耐磨性和介電性能得以提高。

隨著對(duì)靜電技術(shù)和摩擦起電的不斷探索和改進(jìn)，人類可期待更多的創(chuàng)新產(chǎn)物，由此帶來(lái)更好的生活質(zhì)量和環(huán)保能源解決方案。