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11
2026
-
05
Nat. Commun.: 把“界面做分层”，多级异质结构打造可呼吸、自净化防护膜
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背景
在医疗防护、**环境作业等场景中，理想防护材料需要同时满足三大要求：高过滤效率、良好透气舒适性以及环境可持续性。然而，现有材料普遍存在结构性矛盾： “防得住” vs “透得过” vs “可持续”难以兼顾。致密材料虽然阻隔性能强，但透气性差；多孔材料虽舒适，却容易吸附污染物且缺乏自清洁能力。同时，一次性防护材料带来的环境压力也日益突出。因此，如何在同一体系中实现多功能协同成为关键挑战。
创新
近日，中国矿业大学何新建、徐欢教授团队提出“分级异质界面构筑（HHIS）策略”，通过在纳米纤维尺度**设计多级界面，实现功能协同集成。核心思路是在纤维内部与表面分别引入不同功能单元，并通过电子结构耦合实现整体性能提升。
在纤维内部，引入多孔且电活性的ZIF-8纳米晶，为水汽与空气提供快速传输通道，同时具备电荷捕获与存储能力；在纤维表面，则锚定具有疏水性与光催化活性的F-TiO₂纳米结构，赋予材料自清洁与抗污染能力。更关键的是，这种“内嵌+表面”的异质结构形成电负性梯度，驱动电子在界面间定向迁移，建立持续的“捕获–存储–再生”电荷循环。
这种结构使材料在高湿环境下仍能维持稳定电荷与过滤性能，同时实现高达99.3%的PM0.3过滤效率、低压降（51.9 Pa）以及优异的透气透湿性能（>60 mm s⁻¹空气渗透率与4018 g m⁻² d⁻¹水汽传输）。
意义
该工作突破了传统单一功能或单界面设计的局限，通过“分级界面+功能分区”实现多性能的系统集成。相比简单材料叠加，这种结构设计实现了真正的协同效应，使防护性能、舒适性与稳定性同时提升。
更重要的是，材料基于可降解聚乳酸构建，在使用性能与环境友好性之间取得平衡，为下一代可持续防护材料提供了新路径。同时，这种分级异质界面设计理念具有高度通用性，可拓展至过滤、传感及能量材料等多个领域。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/VwJ1eJsVllJ2r1Xpgq8TDg
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