引言：在工业与城市加速发展的背景下，空气颗粒物（PM）污染已成为全球安全的重大威胁。细颗粒物长期悬浮、远距离传输并携带有害物质，不仅危及生态与经济，更会通过呼吸引发多种致命疾病。尽管纤维膜因高孔隙率和结构可调性被广泛用于空气过滤，但其制备工艺却面临两难困境：传统方法制得的纤维膜因直径粗、孔径大导致过滤效率低下，而引入纳米纤维的改进方案又受限于生产控制。静电纺纳米纤维膜，虽具备纳米级直径的高效过滤潜力，却也有因随机堆叠结构而无法优化性能的局限性。因此，开发兼具高效低阻特性的单层纳米纤维网络膜，或为突破现有空气过滤技术瓶颈的关键。

近日，东华大学丁彬教授、俞建勇教授团队在《Advanced Materials》期刊发布了题为“An Ultrathin Membrane with Bubble-Raft-Inspired Single-Layer Nanofibrous Networks for Efficient and Low-Resistance Air Filtration”（一种采用受气泡筏启发的单层纳米纤维网络的超薄膜，可实现高效和低阻力的空气过滤）的最新研究成果。该团队受气泡筏启发，制备了一种单层纳米纤维网络超薄膜，该超薄膜可以实现高效低阻的空气过滤，为高性能空气过滤材料的研发提供了新的思路和方法。
受气泡筏启发，团队通过非溶剂诱导相分离法，将静电纺丝纤维支架上的聚砜溶液液膜转化为单层网络，制备了超薄纳米纤维网络膜。通过调整支架支撑液膜中的聚砜浓度和流动非溶剂诱导的相分离过程，构建了具有相互连接纳米纤维（直径约 40 nm）的单层网络。

得益于单层网络，该膜在 90.3% 的高孔隙率和约 800 nm 的超薄厚度下，孔隙尺寸仅约 270 nm，，突破了传统多层堆叠限制。因此在去除 PM0.3 时效率高达 99.8%，且压降极低，小于40 Pa。此外，该膜具有高透明度（>83%），可让 3.2 m/s 的微风轻松通过，展现出高效低阻的空气过滤性能。低空气阻力使微风易通过，可用于节能场景；其透明度超 83%，适用于透明窗纱等灵活应用。

图3. a–d） 从不同水流速度获得的膜的 SEM 图像：a） 0、b） 1.5、c） 3 和 d） 4.5 cm s −1 。e） 吸瓶的示意图以及静水和流水之间水扩散趋势的差异。f） 相图显示了 PSU-DMAc-H 2 O 系统的相分离趋势。g） Steiner 树结构的 NFNM 的形成过程。h，i） h） WCA 和 i） 在不同水流速度下获得的膜的透射率。插图 （i）：用 NFNM 覆盖之前和之后彩色图案的光学图像。j） 所得膜的拉伸应力。

 

 

图4. a，b） NFNM 空气过滤器在不同气流速度下对 a 0.3 ） NaCl 和 b） 石蜡的过滤效率和压降。c） NFNM 与其他空气过滤器的性能比较。d） 风吹过障碍物时的风速比较 （Blank）、NFNM、熔喷纤维膜 （C1） 和双向拉伸膜 （C2）。插图：当被相应的膜覆盖时，风速计面对微风 （3.2 m s −1 ） 的光学图像。e） 用于长期空气净化的 NFNM 回收性能。f） NFNM 与两种商用滤光片（C1 和 C2）之间的综合比较。

综上所述，该研究受气泡筏结构启发，成功开发出一种超薄纳米纤维网络膜（NFNM），实现了高效低阻的空气过滤性能。通过精确调控聚砜溶液浓度与流动非溶剂诱导相分离过程，构建了直径约40纳米的单层纳米纤维网络，使得纳米过滤膜具备膜小孔径、高孔隙率和超薄厚度的独特结构。得益于此，NFNM在去除PM0.3时展现出99.8%的超高效率，同时压降极低，小于40帕，显著优于传统过滤材料。此外，其高透明度和优异的通风性能，使其在节能应用，如透明窗纱等领域具有潜力。这一超薄纳米纤维膜的开发，不仅为高性能空气过滤材料的研发提供了新思路，也为未来开发更多功能性膜材料开辟了道路，有望在环境保护、医疗健康和个人防护等多个领域发挥重要作用。

文献来源：https://doi.org/10.1002/adma.202504379