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近日,我院周刚教授课题组与新加坡国立大学Seeram Ramakrishna教授课题组在材料、化学类顶刊《Chemical Engineering Journal》(中科院1区TOP期刊、IF=10.652)合作发表了题为“Electrospun nanofibers for personal protection in mines”的论文。我校为第一通讯单位,周刚教授为通讯作者,2019级博士柳茹林为论文第一作者。这是我院教师首次与国际顶尖团队合作发表高水平学术论文。

煤矿工业以粉尘为主的危害因素对矿工的健康造成了极大的威胁,煤矿粉尘防控与职业安全健康领域面临着严峻挑战。论文回顾了煤矿粉尘防控措施近些年的进展,归纳了主要产煤国煤矿粉尘浓度标准,分析和讨论了上述方法所面临的挑战,认为个人防护措施可以更有效地阻挡呼吸性粉尘,从而降低尘肺病的概率。论文通过对各种个人防护材料及其性能测试标准进行全面综述,总结出目前防护用品在确保较高的过滤效率同时存在缺乏密合性与舒适性(透气、透湿与散热性能较差)、不节能环保、不可循环使用等问题,而静电纺纳米纤维具有工艺简单、高效低阻、结构可控、使用寿命长等显著优势,在个体防护领域具有极大的发展潜力与广阔的应用前景。

近年来,静电纺纳米纤维因其纳米级细孔、超高的孔隙率及比表面积等优异性能成为国际上最为活跃的前沿研究方向之一。由于静电纺丝技术可调控纤维形态和结构,通过纺丝溶液、工艺参数及环境条件等手段制得多级或仿生复合纳米纤维材料,如串珠状、纳米蛛网、荷叶、核壳、中空、皮芯等独特结构,可以显著提高个体防护材料的过滤性能。此外,还可以通过物理或化学改性等后处理技术来制备一些高强度、阻燃抗腐蚀、防水透湿、自清洁等功能型纳米纤维,适用于不同环境中赋予个体防护材料众多优异的功能。更重要的是,静电纺个体防护材料可以实现非静电吸附的物理过滤,可以进行多次消毒并保持其过滤性能。针对矿井内高温高湿、粉尘浓度大等特殊环境,如何运用静电纺丝技术研发环保可降解、可重复使用、呼吸阻力更小、容尘量更高、防潮防高温的矿用个体防护材料对推动静电纺纳米纤维膜未来在矿山领域的应用具有十分重要的意义。

Seeram Ramakrishna教授是新加坡国立大学前副校长,纳米纤维和纳米技术中心主任,英国皇家工程院院士,新加坡工程院院士,美国医学与生物工程院院士等。Seeram教授在纳米科技领域的研究居于世界前列,H-index超过150,被汤森路透认为是世界上最具影响力的科学家之一。该项工作是我院积极推进与世界一流大学进行学科交流和科研合作的一个重要里程碑。论文的发表得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者工程等项目的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126558