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病毒拦截用类蝉翼聚合物二维纳米网的相分离成型机制及其空气滑移效应研究

批准号:
52073048
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
印霞
依托单位:
学科分类:
高分子材料加工与成型
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
印霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
现有医用防护口罩使用的驻极纤维滤材普遍存在驻极易失效、寿命短的问题,加快了防护口罩的消耗,给当前疫情防控带来了巨大压力。本项目拟研究单层连续纳米网状过滤材料的相分离成型机制,阐明材料微观网孔结构对其过滤性能的调控规律,获得长效稳定、高效低阻的口罩用过滤材料。近期申请者利用高分子液膜在微米尺度纤维框架内的相分离,初步制备出具有类蝉翼结构的单层连续二维纳米网,但其还存在网孔形状不规则、孔径分布不均匀的不足,导致其过滤效率还未达到实际应用要求。为此,本项目拟研究单层连续二维纳米网的可控成型及其空气滑移机制,确立纳米网相分离成型的边界条件,掌握微观网孔结构的调控规律,明晰纳米网精细结构与其动态力学稳定性及阻力压降特性间的构效关系,确立材料达到最佳过滤性能时的精细结构特征,实现其对0.3μm模拟病毒气溶胶过滤效率≥99.97%,阻力压降≤150Pa的目标,以满足医卫领域长效病毒防护的应用需求。
英文摘要
The major problem of conventional electret fibrous filters is that the electret effect can easily decay, resulting in their short service life and rapid consumption, which causes tremendous pressure for the epidemic prevention and control. Herein, we will study the phase separation of continuously-structured single-layer nanonets, elaborate the influence of the nanonets structure on the filtration properties, to finally obtain air filtration materials for face mask with high efficiency, low pressure drop, and long-term stability. Recently, we have preliminarily prepared single-layer nanonets similar to cicada's wings by using phase separation of polymer solution on the surface of fibrous substrate. However, the irregular pore shape and pore size of the nanonets prevent their practical applications. In this work, we will study the controllable fabrication of the single-layer nanonets and their air slip-effect, establish the phase separation parameters of nanonets, and acquire the controlling method of the nanonets structures. Furthermore, we will reveal the relationship between the nanonets structures and their mechanical stability and the pressure drop, indicate the structure features of nanonet-filters with the best application performance, and finally achieve the nanonet-filters with the filtration efficiency ≥99.97% and the pressure drop ≤150 Pa for the 0.3 μm viral aerosol, which would satisfy the practical applications in the field of viral protection.
本课题“病毒拦截用类蝉翼聚合物二维纳米网的相分离成型机制及其空气滑移效应研究”旨在明确高分子溶液在纤维框架表面超铺展成膜的调控方法及高分子液膜相分离成网的机制与力学稳定性,揭示类蝉翼二维纳米网精细结构与过滤性能间的构效关系,实现高性能过滤材料的开发。从2021年初到2024年底这四年的时间里,开展了大量的实验研究工作:系统考察了纤维框架制备与形态调控,掌握了其形态结构对高分子溶液铺展特性的影响规律,进一步研究了溶液超铺展特性,确立了液滴流动行为模型及竞争模型,揭示了超铺展成膜的调控方法;此外,分析了聚合物富集相和溶剂富集相的形成机理,明晰了二维纳米网的相分离成网机制、延时相转化和瞬时相转化路径,进一步揭示了类蝉翼二维纳米网成型的边界条件和纤网微观孔结构调控机制,最终获得单层连续的二维纳米网,实现网中平均纤维直径约为20nm,平均孔径为100nm的目标;随后,研究了制备出的类蝉翼二维纳米网的过滤性能,探究了其对不同粒径的病毒及细菌气溶胶的过滤效率、性能稳定性、使用寿命以及与其他现有滤材的对比情况,实现了纳米网滤材对PM0.3颗粒气溶胶的过滤效率达到99.99%,且阻力压降仅为83Pa的目标。经过四年的研究,我们顺利完成了任务书中规定的任务,制备的类蝉翼二维纳米网滤材实现了对0.3μm模拟病毒气溶胶过滤效率≥99.97%,阻力压降≤150Pa的目标。项目执行期间共培养了9名研究生,其中博士生3名,硕士生6名。发表SCI论文18篇,申请专利5项。本课题的完成对实现长效稳定、高效低阻的空气过滤材料以满足医卫领域长效病毒防护的应用需求具有重要的意义。
梯度结构纳米纤维吸音气凝胶的可控构筑及其声能耗散机制研究
  • 批准号:
    51873031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    印霞
  • 依托单位:
驻极纳米纤维膜的可控制备及其特异化过滤机理研究
  • 批准号:
    51503030
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    印霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金