中科大重磅成果：可以凈化霧霾的柔性透明窗！
- 小烯導讀
近日，中科大教授俞書宏領導的團隊發展了一種浸染自組裝的方法，以傳統的商業尼龍網紗（聚酰胺）為基底，成功研制了超大面積的柔性透明智能窗口。這種柔性透明智能窗口不僅能夠和熱致變色染料相結合改變室內的光照強度，還能夠作為高效的霧霾收集器用以凈化室內的空氣質量。
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，保持室內的溫度適宜需要消耗大量能源，隨著人們生活水平的提高，這項能耗將持續增加。因而，開發一種智能窗口兼備調節室內光線強度和凈化空氣霧霾，具有現實意義。
近年來，研究人員提出了多種方案收集過濾室內漂浮著的霧霾微粒，凈化個人的居住環境，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、難以擴大生產和可重復循環使用。因此，如何制備出超大面積的可重復使用的柔性透明智能窗口仍然是一個挑戰。
近日，中國科學技術大學教授俞書宏領導的團隊發展了一種浸染自組裝的方法，以傳統的商業尼龍網紗（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科學國家研究中心博士生黃蔚然等。
研究人員在20分鐘內即可制備約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合改變室內的光照強度，還能夠作為高效的霧霾收集器用以凈化室內的空氣質量。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）降至優良狀態（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，即使經過上百次的可重復循環，其凈化效率依然可以保持穩定。研究結果表明，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%。
這項研究為今后柔性透明智能窗口材料的設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基金委創新研究群體、國家自然科學基金重點項目、中科院前沿科學重點研究項目、中科院納米科學卓越創新中心、蘇州納米科技協同創新中心、合肥大科學中心卓越用戶基金的資助。
圖1. 基于浸染組裝技術得到的超大面積柔性透明電極的制備示意圖、成品光學照片和微觀結構的掃描電鏡（SEM）照片
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循環使用前后的微觀結構的掃描電鏡（SEM）對比照片、循環使用性能
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.01.014
