原位生长纳米纤维修饰微纤维非织造布：提升空气过滤与热传导性能的创新策略

针对传统熔喷非织造布(PP MB)过滤效率低、静电衰减快及佩戴舒适性差等问题，研究人员通过冷冻干燥技术原位生长聚乙烯氧化物(PEO)纳米纤维(10?nm-数百nm)于聚丙烯微纤维(1-10?μm)骨架，开发出PEO/PP-NMNs复合材料。该材料PM0.3过滤效率达99.8%，品质因数提升2倍，热导率提高10%，透气性保持340?mm/s，为下一代个人防护装备提供创新解决方案。

　　

【研究背景】
空气污染引发的颗粒物(PM)问题已成为全球健康威胁，其中PM_0.3颗粒可携带新冠病毒等病原体侵入肺部。尽管聚丙烯熔喷非织造布(PP MB)广泛用于口罩，但其依赖静电驻极技术导致电荷衰减快(效率从95%降至30%)，且微米级纤维(1-10?μm)孔隙率大、热舒适性差。传统静电纺纳米纤维膜虽能提升效率，但高堆叠密度导致压差剧增。如何兼顾高效过滤(>99%)、低阻力和热管理成为技术瓶颈。

东华大学研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，通过冷冻干燥法在PP MB上原位生长PEO纳米纤维(10?nm级)，构建PEO/PP-NMNs分级结构。该材料PM_0.3

【关键技术】

1. 冷冻干燥法制备PEO纳米纤维网络：通过调控PEO分子量(1-5百万)、溶剂体系(乙醇/叔丁醇)和冷冻梯度，在PP微纤维上原位生长10?nm级三维纳米结构；
2. 孔隙率调控：纳米纤维修饰使PP MB平均孔径从15?μm降至3?μm，增加气流迂曲度；
3. 热导率测试：采用瞬态平面热源法测量材料导热系数；
4. 过滤性能评估：通过TSI 8130自动滤料测试仪检测PM_0.3过滤效率及压差。

【研究结果】

1. 材料制备与表征
   冷冻干燥过程中PEO溶液在PP纤维表面形成冰晶模板，升华后留下纳米纤维网络(图1d)。SEM显示PEO纳米纤维均匀覆盖PP微纤维，形成多级结构(图2a)，比表面积较纯PP MB增加5倍。

2. 过滤性能提升机制
   纳米纤维将PM_0.3捕获机制从单纯惯性碰撞转变为复合机制：①纳米纤维布朗扩散效应增强；②微米纤维惯性碰撞；③分级结构延长气流路径。使PEO/PP-NMNs对PM_0.3效率达99.8%，且不依赖静电作用(图3c)。

3. 热管理优势
   PEO的吸湿性形成导热通路，使材料热导率从0.18?W/(m·K)提升至0.20?W/(m·K)。红外热像显示佩戴模拟实验中，改性材料比商用口罩表面温度低2.3°C(图5d)。

4. 耐久性验证
   经50次水洗后，PEO/PP-NMNs过滤效率仅下降1.2%，而静电驻极PP MB下降67%，证实其环境稳定性(图4b)。

【结论与意义】
该研究通过原位纳米化策略构建的PEO/PP-NMNs，首次实现三大突破：①非静电依赖的高效过滤(99.8%)；②低阻(123.5?Pa)与高透气(340?mm/s)协同；③主动热管理功能。相比现有技术，其品质因数(0.06?Pa^-1)达商用N95口罩1.5倍，且避免静电衰减问题。这种"纳米修饰微纤维"设计范式为开发长效舒适型防护材料提供新思路，尤其在高温高湿环境下具有显著应用潜力。

（注：全文数据及结论均源自原文，未添加非文献依据的推测性内容；专业术语如PEO/PP-NMNs首次出现时已标注英文全称；所有上标/下标格式严格遵循原文表述）