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纳米塑料（NPs）对人类和生态系统危害极大，传统检测和去除方法存在诸多局限。研究人员设计出 BaTiO3-PDMS 液固摩擦纳米发电机（BTO-PDMS TENG），其检测限低、识别准确率高且可去除 NPs，为水中 NPs 处理提供新途径。
在现代生活中，塑料无处不在，它为人们带来便利的同时，也引发了严重的环境问题。其中，纳米塑料（NPs）因其微小的尺寸，正悄然成为威胁人类和生态系统健康的 “隐形杀手”。NPs 可轻易穿透生物膜，进入细胞内部，干扰细胞的正常生理功能。研究发现，NPs 能破坏细胞骨架，影响细胞分裂和 DNA 转录，加速细胞突变，还与帕金森病等疾病的发生发展相关。在瓶装水中，每升就含有 110,000 - 370,000 个 NPs，食品和空气中的某些 NPs 也会损害肝脏功能。
面对 NPs 的威胁，传统检测和去除方法却困难重重。现有的检测技术，如光谱法、热分析法和能谱法等，虽各有优势，但存在样品处理复杂、仪器昂贵、耗时久和灵敏度低等问题。而去除 NPs 的方法，像煮沸法、磁驱动微藻机器人法和生物质纤维材料法等，也都有各自的弊端，比如煮沸法耗时且只适用于小体积水样，磁驱动微藻机器人法对水环境要求高、成本高，生物质纤维材料法成本高且在酸碱环境中结构易损坏。因此，开发快速、高效检测和去除水中 NPs 的技术迫在眉睫。
为了解决这些难题，国内研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Applied Materials Today》上。研究人员设计了一种具有船型结构、以独立层模式运行的多功能液固摩擦纳米发电机（TENG），其负摩擦层由 BaTiO3-PDMS 纳米复合薄膜制成（BTO-PDMS TENG）。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过扫描电子显微镜（SEM）对 BTO-PDMS 薄膜的表面形态进行观察，以此分析薄膜结构特点。同时，利用卷积神经网络（CNN）深度学习模型对 NPs 进行识别分类。在检测 NPs 时，借助 BTO-PDMS TENG 产生的电信号变化来判断 NPs 的存在及含量。
下面来看看具体的研究结果。在 BTO-PDMS 薄膜的制备与表征方面，SEM 观察显示，纯 PDMS 薄膜表面光滑无气孔，而 BTO-PDMS 复合薄膜表面更粗糙，有规则波纹和少量 BaTiO3粉末团聚体。这种结构差异为后续 BTO-PDMS TENG 性能的提升奠定了基础。
在 BTO-PDMS TENG 的性能测试中，该装置展现出优异的电输出性能，输出电压可达 91.11 V，电流为 0.86 μA，电荷为 33.67 nC，功率达 130.12 μW ，输出功率是纯 PDMS TENG 的 1.4 倍。强大的电能输出使得 BTO-PDMS TENG 能够为多达 44 盏灯供电，还可为小型电子湿度计提供能量。
在 NPs 的检测方面，BTO-PDMS TENG 表现出极高的灵敏度。对聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）这三种 NPs 的最低检测限分别低至 8.23×10-8 wt?%、1.26×10-7 wt?% 和 2.47×10-7 wt?% 。通过将 BTO-PDMS TENG 与 CNN 相结合，对这三种 NPs 的总平均识别准确率高达 96.15?%。
在 NPs 的去除方面，研究发现 NPs 可吸附在 BTO-PDMS 薄膜上，且用酒精就能轻松清洗掉。这一特性使得 BTO-PDMS TENG 能够有效检测并去除水中的 NPs，在多次循环使用后仍能保持良好的性能，展现出卓越的可重复使用性，在水净化应用中极具潜力。
研究结论表明，船型结构的 BTO-PDMS TENG 成功优化了 PDMS 薄膜的介电常数，显著提升了电输出性能。该装置与深度学习相结合，实现了对水中 NPs 的高效检测、精准识别和有效去除。这一研究成果意义重大，为解决水中 NPs 污染问题提供了全新的技术手段，有望在环境监测、水净化等领域得到广泛应用，推动相关行业的技术革新，为保护人类健康和生态环境安全提供有力支持。它不仅克服了传统检测和去除 NPs 方法的诸多缺陷，还为摩擦纳米发电机在环境领域的应用开拓了新方向，为后续研究提供了重要的参考和借鉴，开启了利用新型材料和技术应对塑料污染挑战的新篇章。
