空气中的高浓度颗粒物(PM)严重影响生活质量，对公众健康构成严重的威胁。PM2.5和PM1.0尤其有害，因为它们的颗粒很小，很容易进入人体支气管和皮肤。因此，对能够过滤超细颗粒的高性能过滤器的需求越来越大。采用高效微粒空气过滤器和超低微粒空气过滤器，过滤效率高到0.1μm很容易实现。然而，由于这些过滤器的透气性较低，它们需要一个强制空气循环系统。因此，对于没有单独的空气循环单元的空气过滤系统或需要高透光率通过过滤器的应用程序，这些过滤器不容易使用。对于PM1.0，过滤器的过滤效率明显降低，或者需要一个相对较厚的有源过滤器层，这会增加整个过滤器的空气压降。因此，为了同时达到高透气性和光透过率，滤膜必须具有高性能，才能在不牺牲光透过率和压降的前提下达到高过滤效率。

　　近日，有国外研究者报道了超薄聚[(偏氯乙烯-三氟乙烯)(PVDF-TrFE)纳米纤维空气过滤器过滤PM1.0的性能，并通过铁电耦合和摩擦电耦合效应对其进行了增强。利用PVDF-TrFE的铁电性质，可以在高电场下对纳米纤维滤层的极化域进行准直，使其偶极矩净变化最大。摩擦电负性的PVDF-TrFE滤层也可通过摩擦带电进一步增加其静电表面电位。由于偶极极化和摩擦起电后静电耦合效应增强，采用65%透光率的超薄透气性PVDF-TrFE滤光片，极化后PM1.0过滤效率达≈88%以上，经过摩擦生电后，过滤效率进一步提高到≈94%，此外，由于低压降(63 Pa)，该过滤器甚至可以在没有单独强制空气循环系统的自然通风条件下使用。该过滤器的高透光率(≈65%)也可用于需要高可视性的应用场合。因此，该方法可用于开发高性能、高可视性和透气性的过滤介质。相关研究成果以“Electrically Activated Ultrathin PVDF-TrFE Air Filter for High-Efficiency PM1.0 Filtration”为题目发表于期刊《Adv. Funct. Mater.》上。

图1a)显示了在聚酯(PE)网格上形成PVDF-TrFE纳米纤维膜的静电纺丝过程的示意图。b)不同透过率之PVDF-TrFE奈米纤维滤光片之照片。c)极化过程实验装置示意图。d)用于增强捕获PM1.0的摩擦带电PVDF-TrFE过滤器。

图2 a) 显示了一个定制的PM过滤装置的照片，用于评估PVDF-TrFE空气过滤膜的性能。b)采用i) 9 wt%、ii) 12 wt%、iii) 15 wt% PVDF-TrFE溶液电纺PVDF-TrFE纳米纤维的直径分布。c) 12% wt% PVDF-TrFE溶液对PM1.0过滤效率和QF有显著影响。d)用12 wt%浓度的PVDF-TrFE溶液电纺过滤器过滤前和过滤后的SEMs。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201903633