拍一拍就能充电，新材料口罩过滤能力更好

■陈立

口罩是预防和抑制高传染性病毒传播的重要个人防护装备。传统的医用口罩一般是由三层聚丙烯无纺布组成，包括两层外部纺粘无纺布和内层熔喷无纺布。内层熔喷无纺布是医用口罩过滤病毒的关键材料，其孔径一般在2 微米左右。虽然悬浮颗粒、细菌和病毒比其孔径还要小，但静电驻极技术使得熔喷布带有了静电荷，结合熔喷超细纤维材质致密的特点，带电纤维熔喷布就能吸附携带细菌和病毒等颗粒，有效阻止病毒颗粒穿透口罩，从而减少感染的风险。

然而，人体呼出的水蒸气会大大加速静电消散，长时间使用医用口罩会降低其对病毒的吸附效率，增加感染风险。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所王道爱团队设计了一种PVA 基，并应用于医用口罩领域，解决了人体呼出的水蒸气会严重加速聚丙烯基医用口罩的电荷消散问题。

PVA 是一种富含羟基的高分子聚合物，主链是线性结构，羟基的空间位阻很小，因而很容易与水分子自发形成氢键。随着湿度增加，PVA 与水分子之间形成的氢键增多，大量自由水转变为结合水，降低了电荷耗散率，而PVA 固定的水分子还可作为正电材料参与摩擦生电，增强了高湿度下摩擦起电的能力。

同时，基于PVA 的医用口罩还有很好的自充电能力。PVA 是电正性的摩擦聚合物，而聚丙烯是电负性的，将PVA 用作医用口罩的中间层时，外层的聚丙烯（PP）可以与PVA 组成摩擦纳米发电机。当PP 与PVA 接触并分离时，基于PVA 的中间吸附层带正电，从而实现了对口罩的充电，也提高了口罩的静电吸附效率。因而，长时间使用的口罩无需摘下，直接用手轻轻拍打即可完成充电，有效地延长了口罩的使用寿命。

王道爱说：“尽管PVA 材料可作为一种性能优异的耐湿型摩擦起电正极材料，但其较差的介电、耐磨损性能不利于其作为摩擦起电材料长期使用。”基于此，该团队与中国海洋大学陈守刚教授团队合作，将PVA 材料与MXene 材料（一种常见的二维材料）复合改性，设计了一种面向海洋湿热苛刻环境的PVA-PVDF 基摩擦电器件。得益于MXene 表面的亲水性基团和其在PVA 基质中的平行层状分布，PVA 材料的耐湿性、耐磨性和介电性能得以提高。

随着对静电技术和摩擦起电的不断探索和改进，人类可期待更多的创新产物，由此带来更好的生活质量和环保能源解决方案。