东华大学俞建勇王先锋：高度定向PANSiO2纳米纤维/无纺布复合膜的制备及其在室内加湿中的应用
DOI:10./acsami.1c
具有超快水传输和蒸发特性的加湿膜在室内加湿应用中发挥着至关重要的作用，可提高日常生活中的个人舒适度以及工业生产率。然而，市售无纺布（NW）增湿膜由于芯吸能力有限、吸水率低和相对较少的水分蒸发而表现出一般的增湿能力。在此，研究者报告了一种具有高度定向纤维结构的仿生微/纳米纤维复合膜，该膜使用湿度诱导静电纺丝技术实现高效的室内加湿。通过将亲水性二氧化硅纳米粒子（SiO2NPs）嵌入纤维基质中，可调整表面润湿性和粗糙度，以实现高度超亲水性。高度定向纤维结构和表面润湿性的协同效应使该复合膜具有超快的水传输和蒸发特性。令人惊讶的是，该复合膜显示出19.5cm的出色芯吸高度、.7%的优异吸水率、0.34mL/h的快速蒸发速率和14.4Pa的较低空气压降，从而实现了mL/h的卓越加湿能力（比市售NW加湿膜高57%）。这种仿生微/纳米纤维复合膜的成功合成为开发用于个人健康与舒适度以及工业生产的微/纳米纤维加湿膜提供了新的见解。
图1.加湿膜的加湿过程示意图。
图2.从树干上获取的天然木材具有独特的结构，其垂直排列的通道有助于通过蒸腾作用从地面向上泵送水分。高度定向PAN-SiO2纳米纤维/NW复合膜的制备方案。
图3.PANNFMs在（a）25%、（b）45%、（c）65%和（d）85%不同RH下的SEM图像。插图显示了相应NFMs的芯吸高度。（e-h）（a-d）中PANNFMs的方向性直方图。纳米纤维的彩色图像表明纤维取向的角度映射。
图4.（a）随机排列和（b）高度定向PANNFMs的润湿行为。相应的插图显示了NW织物的润湿行为。
图5.高度定向PANNFM的水传输机制。（a）毛细管力和静水压力驱动纤维间毛细管通道中的水传输。（b）垂直芯吸和（c）水平扩散机制示意图。
图6.具有不同浓度SiO2NPs的PAN-SiO2NFMs在不同放大倍数下的表面形态：（a）5wt%，（b）10wt%，（c）20wt%和（d）30wt%。（e）原始PAN-SiO2-20纳米纤维的3DAFM图像（i），将该图像进一步平面拟合以计算PAN-SiO2-20纤维的平均表面粗糙度（ii）。
图7.（a）PAN-SiO2NFMs的WCAs随SiO2NPs浓度增长的变化，（b）WCAs随时间的变化。
图8.（a）具有不同浓度SiO2NPs的PAN-SiO2NFMs的FTIR和（b）XPS光谱。
图9.具有不同浓度SiO2NPs（0、5、10、20和30wt%）的复合膜的润湿行为：（a）相应复合膜的芯吸高度，（b）吸水率，（c）水蒸发率，以及（d）压降。
图10.复合膜的加湿性能。（a）用于加湿测试的空调设备和加湿元件的光学照片。（b）代表性加湿膜加湿能力的比较分析。