DOI: 10.1016/j.cej.2021.130247

智能空气过滤器有利于实现高效的颗粒去除，在空气过滤过程中可同时处理多种污染物并节约能源。在此，研究者通过将VOC响应型PZT/PVDF电纺膜夹在两个金属网电极中间，制成了一种自支撑智能空气过滤器（SSSAF）。除了对亚微米颗粒的高过滤效率外，该SSSAF通过PZT/PVDF膜的电活性对0至500Pa范围内的压降表现出良好的响应。此外，PZT/PVDF膜在有机蒸汽中的溶胀特性赋予了SSSAF对VOC的传感功能，其对50-200ppm乙醇蒸汽产生的信号证实了这一点。当采用SSSAF收集风能时，其可进一步抑制细菌生长，无需额外的电力输入。本研究所制备的SSSAF旨在利用过滤气流携带的能量，这在任何过滤系统中都是必不可少的，从而带来稳定的天然能源。本工作为一体式智能空气过滤器的开发提供了新的见解。

图1.a）SSSAF的示意图；b）配备不同PZT/PVDF膜的SSSAF的输出电压；c）具有不同PZT浓度的PZT/PVDF膜的SEM图像，以及PZT/PVDF纤维的直径分布。d）具有不同PZT浓度的PZT/PVDF膜的XRD图谱。

图2.含和不含撞击片的配备不同PZT/PVDF膜的SSSAF的颗粒过滤效率。测试速度为5.3cm/s，对应于62.5、75和110µm PZT/PVDF膜的压降分别为130、195和320Pa。

图3.a）随着压降的增加，SSSAF（SSSAF1）的输出电压降低；b）根据配备相同PZT/PVDF膜的三种SSSAFs的实验结果得出输出电压与压降之间的拟合方程；c）PZT/PVDF基SSSAF的方案；d）PZT/PVDF在外力作用下的振动示意图；e）一个振动周期内的波单元模型；f）一种等效于PZT/PVDF膜振动的一个波单元的无阻尼弹簧质量系统；g）Voc与ΔP之间的逻辑关系。

图4.a）具有40和50nm金粒子层的SSSAFs对50ppm乙醇蒸汽的响应；b）具有40nm金粒子层的SSSAFs对不同乙醇蒸气浓度的响应；c）传感器响应与VOC浓度的拟合曲线。d）SSSAF对50ppm乙醇浓度的响应时间和恢复时间。

图5.a）单根纤维沿不同方向溶胀的示意图；b）溶胀后纤维半径变化的模型。

图6.SSSAF特殊功能的测试结果。a）由基于SSSAF的纳米发电机产生的不同功率对10μF电容器的充电曲线（信号+表示交流信号的正半周）。b）从收集到的能量中产生的放电对细菌的抑制作用。c）培养皿用于计数形成的细菌菌落。