科技日?qǐng)?bào)訊 （記者頡滿斌）11月8日，記者從中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所獲悉，該所王道愛研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于氫鍵增強(qiáng)的復(fù)合聚乙烯醇（PVA）基摩擦起電功能材料（以下簡(jiǎn)稱PVA材料）。該材料可應(yīng)用于醫(yī)用口罩領(lǐng)域，同時(shí)還為惡劣海洋環(huán)境下摩擦起電材料耐濕設(shè)計(jì)和自供電環(huán)境治理提供了新的思路。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》和《今日材料納米》。
界面的摩擦起電性質(zhì)與其所處環(huán)境密切相關(guān)，通常高濕度的大氣會(huì)加速摩擦起電過程中靜電荷的傳輸和耗散，大大限制了摩擦納米發(fā)電機(jī)等器件在能源收集與自供電傳感檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
另外，環(huán)境濕度對(duì)界面摩擦電荷的產(chǎn)生、傳輸和靜電積累的影響機(jī)制尚不清晰。“如何通過材料選擇與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高濕環(huán)境下器件的高性能輸出與穩(wěn)定運(yùn)行，是迫切需要解決的問題。”王道愛介紹。
團(tuán)隊(duì)將PVA材料用于醫(yī)用口罩，解決了傳統(tǒng)聚丙烯（PP）基醫(yī)用口罩在長(zhǎng)時(shí)間佩戴過程中存在的口罩中間吸附層電荷耗散過快的問題。PVA基中間吸附層材料富含的羥基官能團(tuán)，能與人體呼出的水蒸氣分子自發(fā)形成氫鍵固定水分子，實(shí)現(xiàn)高濕度下摩擦起電能力的增強(qiáng)。同時(shí)，PVA材料優(yōu)異的電荷儲(chǔ)存性能，可大大減緩電荷的耗散速率，并可通過拍打、摩擦等簡(jiǎn)單易行的方式延長(zhǎng)口罩靜電吸附病毒的時(shí)間，進(jìn)而延長(zhǎng)其使用壽命。
“盡管PVA材料可作為一種性能優(yōu)異的耐濕型摩擦起電正極材料，但其較差的介電、耐磨損性能不利于其作為摩擦起電材料長(zhǎng)期使用。”王道愛說，基于此，該團(tuán)隊(duì)與中國(guó)海洋大學(xué)陳守剛教授團(tuán)隊(duì)合作，將PVA材料與MXene材料（一種常見的二維材料）復(fù)合改性，設(shè)計(jì)了一種面向海洋濕熱苛刻環(huán)境的PVA-PVDF基摩擦電器件。
得益于MXene表面的親水性基團(tuán)和其在PVA基質(zhì)中的平行層狀分布，PVA材料的耐濕性、耐磨性和介電性能得以提高。另外，該團(tuán)隊(duì)通過進(jìn)一步設(shè)計(jì)制備了聚丙烯腈/聚乙烯醇—氯化鈣復(fù)合薄膜，進(jìn)一步提高了PVA材料的耐濕性和力學(xué)性能，拓展了復(fù)合PVA材料的應(yīng)用潛力。
