如何治理大氣污染，仍然是人類目前面臨的急需解決的問題之一。在霧霾環(huán)境中，有效防護PM2.5的口罩為N95級，但是體感憋悶，無法長時間佩戴。介于室外除霾和個人防護之間，室內(nèi)空氣凈化是保證人們健康工作和生活的一項有效措施。同時，保持室內(nèi)的溫度適宜需要消耗大量的能源來，隨著人們生活水平的提高，這項能耗將持續(xù)增加。因而，開發(fā)一種智能窗口兼?zhèn)湔{(diào)節(jié)室內(nèi)光線強度和凈化空氣霧霾，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
近年來，研究人員提出了多種方案收集過濾室內(nèi)漂浮著的霧霾微粒，凈化個人的居住環(huán)境，例如通過靜電吸附、聚合物纖維吸附以及金屬有機骨架配合物吸附等物理方式。但是所制備的智能窗口價格昂貴、難以擴大生產(chǎn)和可重復(fù)循環(huán)使用。因此，如何制備出超大面積的可重復(fù)使用的柔性透明智能窗口仍然是一個挑戰(zhàn)。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊發(fā)展了一種浸染自組裝的方法，以傳統(tǒng)的商業(yè)尼龍網(wǎng)紗（聚酰胺）為基底，成功研制了超大面積的柔性透明智能窗口。研究論文以“Mass-Production of Nanowire-Nylon Flexible Transparent Smart Windows for PM2.5 Capture”為題，發(fā)表于Cell出版社新刊iScience上（iScience 2019, 12, 333-341）。論文作者為合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心博士生黃蔚然等。
圖1. 基于浸染組裝技術(shù)得到的超大面積柔性透明電極的制備示意圖、成品光學(xué)照片和微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）照片
研究人員在20分鐘內(nèi)即可制備約7.5平方米的銀納米線-尼龍智能窗口（花費約100元），這種柔性透明智能窗口不僅能夠和熱致變色染料相結(jié)合改變室內(nèi)的光照強度，還能夠作為高效的霧霾收集器用以凈化室內(nèi)的空氣質(zhì)量。其中，空氣凈化效率最高可以達到99.65%，并且能夠在50秒內(nèi)將空氣中的PM2.5的濃度從嚴重污染的程度（248 μg·m-3）降至優(yōu)良狀態(tài)（32.9 μg·m-3）。而制備得到的銀線-尼龍智能窗口在霧霾收集之后，只需要簡單地浸泡在乙醇中20 分鐘，就可以清洗干凈并再次使用，即使經(jīng)過上百次的可重復(fù)循環(huán)，其凈化效率依然可以保持穩(wěn)定。研究結(jié)果表明，在邊長達0.5 米的立方空間中，使用這種銀納米線-尼龍智能窗口，其霧霾收集效率依然可以達到99.48%。
圖2. 熱致變色智能窗口的變色性能；超大窗口霧霾收集的原理示意圖、過濾性能曲線以及重復(fù)循環(huán)使用前后的微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）對比照片、循環(huán)使用性能
這項研究為今后柔性透明智能窗口材料的設(shè)計和制備提供了一種新的策略。
該項研究受到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、國家自然科學(xué)基金重點項目、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目、中國科學(xué)院納米科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、合肥大科學(xué)中心卓越用戶基金的資助。
論文鏈接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30014-8
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