随着城市化和工业活动不断增强，空气污染问题愈发严峻，尤其是细微颗粒物带来的健康风险广受关注。其中，PM0.3级别的超细颗粒（直径仅为0.3微米）易附着病毒、细菌等病原体，还具备极强的穿透能力，是空气净化领域中重点应对的一类污染物。尽管现有过滤材料如熔喷纤维膜和静电纺丝膜被广泛应用于口罩与空气净化设备中，但它们在实际性能上仍存在一些局限，例如纤维直径粗（>200 nm）、孔径较大、纤维结构不可控、难以兼顾高过滤效率与低风阻等。为了提升过滤效果，常需加厚材料或添加驻极材料，但这又会带来风阻升高、能耗增加等副作用，同时还严重影响材料的透光性，限制其在高性能和多场景下的应用潜力。

受自然界中肥皂泡泡筏（Soap Bubble Raft）的斯坦纳树（Steiner-tree）网络结构启发（图1a），东华大学丁彬教授团队提出创新策略：通过非溶剂诱导相分离（NIPS），将支撑在电纺二氧化硅纤维支架（EFS）上的聚砜（PSU）溶液液膜转化为单层纳米纤维网络（图1b）。该设计突破传统多层堆叠结构，实现纤维直径约40 nm（真纳米级）、孔隙率90.3%、厚度仅约为800 nm的独特构造。

图1. a)肥皂泡筏的光学照片。b)纳米纤维网络膜(NFNM)制备工艺示意图。c,d)显示NFNM的c)微观结构及d)横截面的扫描电镜图像。e)NFNM与电纺纤维支架(EFS)的孔径分布对比，及展示NFNM拦截效应的电镜图。f)显示EFS、NFNM及具有相近PM去除效率的商用膜透明度的光学图像。g)EFS与NFNM的拉伸断裂强度对比。插图：展示NFNM良好机械强度的光学图像。h)制备的透明纱窗实物图。

研究团队首先通过调节PSU溶液浓度（0.05～0.2 wt.%）探索相分离行为（图2a-d）。分子模拟表明，PSU与溶剂DMAc的强吸引力及与水的排斥力驱动分子链交缠（图2e-f）；浓度为0.15 wt.%时形成多孔薄膜雏形，但仍存在珠粒缺陷（图2c）。为解决此问题，创新引入流动水相分离法（图3e）：当水流速达3 cm/s时，加速的溶剂-非溶剂双扩散抑制珠粒生成，促使PSU分子链自组装为单层Steiner-tree纳米网络。该网络由直径约为40 nm的纤维互连构成，并与EFS支架牢固焊接，形成稳定复合结构。

图2. a–d)不同初始聚砜(PSU)溶液浓度制备的膜扫描电镜图：a)0.05 wt%、b)0.1 wt%、c)0.15 wt%、d)0.2 wt%。e)PSU/DMAc与PSU/H₂O体系非共价相互作用可视化分析。f)双扩散过程中PSU分子链形态变化示意图。g)膜的克重数据。h)膜孔径与孔隙率对比。i)不同初始PSU浓度制备膜的水接触角(WCA)。

单层纳米网络使膜兼具小孔径（≈270 nm）与高孔隙率（90.3%），孔径仅为支架的1/10（图1e）；超薄厚度（≈800 nm）与纳米级纤维赋予83%的高透光率（图1f），远优于同级商业熔喷膜（<20%）。流动水优化后疏水性提升（接触角125°，图3h），机械强度达3.67 MPa（图3j），较EFS提升超2倍。

图3. a–d)不同水流速制备的膜扫描电镜图：a)0 cm/s、b)1.5 cm/s、c)3 cm/s、d)4.5 cm/s。e)抽滤瓶示意图及静水/流水扩散趋势差异。f)PSU-DMAc-H₂O体系相分离趋势相图。g)斯坦纳树状结构NFNM形成过程示意图。h,i)不同水流速制备膜的h)水接触角及i)透光率。图i插图：彩色图案被NFNM覆盖前后的光学图像。j)制备膜的拉伸应力。

该材料对PM0.3的过滤效率达99.8%（NaCl）及99.6%（石蜡油雾）（图4a-b），小孔径增强机械筛分作用；在5.3 cm/s风速下压降低于40 Pa（图4c），归因于高孔隙率、超薄厚度及纳米纤维的空气滑移效应（纤维直径≈40 nm接近空气分子自由程）。自然风测试中，3.2 m/s微风穿透后保留1.4 m/s风速（图4d），通风性显著优于商用膜。10次循环净化重度污染空气后效率无衰减（图4e），凸显实用价值。

图4. a,b)NFNM空气滤材在不同风速下对a)氯化钠b)石蜡PM0.3颗粒的过滤效率与压降。c)NFNM与其他空气滤材性能对比。d)无遮挡(空白)、NFNM、熔喷纤维膜(C1)和双向拉伸膜(C2)的风速衰减对比。插图：覆盖相应膜层时风速仪在3.2 m/s微风中的光学图像。e)NFNM长期空气净化循环性能。f)NFNM与两种商用滤材(C1/C2)的综合性能对比。

该膜可制成透明纱窗，兼具高效拦截PM0.3、高透光与通风性；亦适用于透明口罩、空气净化器等场景。研究为设计高效低阻过滤材料开辟新路径，有望推动医疗防护、环境监测等领域发展。

（来源：高分子科学前沿）