空气中PM污染已经成为最严重的环境问题之一，对公共健康构成了很大的威胁。PM2.5由于其较小的尺寸可以穿透人的肺部并进入人体循环系统，长期接触PM污染会导致心脏疾病，中风和肺部疾病，包括癌症。过滤膜是除尘技术中必不可少的部分，在现有的过滤膜中，与比非极性聚丙烯纤维相比，极性聚合物纳米纤维如聚-丙烯腈（PAN）对PM具有更强的亲和力和高捕获效高。极性聚合物纳米纤维膜可以使用薄的纳米纤维膜，并具有良好的光学透明度和低气流阻力。这样的高效率的纳米纤维膜不仅用于个人防护和建筑通风过滤，也可以作为透明窗口下的自然屏幕通风。因此，来自斯坦福大学材料与能源科学研究所的崔屹教授课题组通过电纺纳米纤维膜构建了高效透明空气过滤器，相关研究发表在NanoLetters上。
Figure1.(a,b)Schematicshowingthefabricationoftransparentairfilterbydirect-spinningonaconductivemesh,andOMimageofcorrespondingfilter.Scalebarinbisμm.(c,d)SchematicshowingthefabricationoftransparentairfilterbytransferringelectrospunnanofiberfilmontoaplasticmeshandOMimageofcorrespondingfilter.Scalebarincisμm.(e,f)Schematicshowingthetransferoffreestandingelectrospunnanofiberfilmandphotographofcorrespondingfilm.Scalebarineis5cm.
图1a是直接将电纺聚合物纤维纺到导电网络上，但是导电网格高度不均匀的电场分布导致聚合物纳米纤维沉积不均匀，这种不均匀的聚合物电纺纤维膜不利于作为空气过滤器。因此，研究者通过用粗糙金属箔代替金属网作为收集器，然后将聚合物纳米纤维从金属箔上剥离后置于网格上(图c)。与将纳米纤维直接纺到到电网上相比，剥离的纤维分布更均匀，独立的纳米纤维网络可以进一步传输到非平面或复杂几何形状的基底上，提高了膜的过滤效率。
通过保护连接点来保持转移电纺纳米纤维膜的完整性是一个挑战。如图2a和c所示，由于高的界面面积，纤维之间的接触比纤维和平面基底之间的接触弱得多。在转移过程中，纳米纤维与基板的较高接触面积将失去与其他纤维接触连接点而断裂。所以要防止纤维网从转移过程中的断裂，关键是要降低纤维与基材之间的界面能。所以我们选择电沉积表面具有微结构的铜箔作为基材以尽量减少纳米纤维和基材之间的接触，如图2b和d所示。
此外，选择聚合物也是至关重要的。如图2e所示，在尼龙-6中重复单元的偶极矩是3.67，以确保纳米纤维和PM颗粒之间的强结合，因此，其展现优异的过滤效率。此外，图2f表明尼龙-6纳米纤维膜具有优异的机械性能。
Figure2.(a,c)SchematicandSEMimageshowingelectrospunnanofibersonsmoothcopperfoil.Scalebarincis2μm.(b,d)SchematicandSEMimageshowingelectrospunnanofibersonroughcopperfoil.Scalebarindis2μm.(e)MolecularmodelandformulaofNylon-6withcalculateddipolemoment.(f)TensiletestsofNylon-6andPANelectrospunnanofiberfilm,insetsarephotographsoftwofilmsatfracturepoint.
Figure3.(a)Transmittanceoffiltersofthesamesize(25cm2)fabricatedbytransfermethodanddirect-spinmethodatdifferentelectrospinningtime.(b)Timerequiredtoobtaincircularfreestandingnanofiberfilmsof70%transmittanceatdifferentdiametersthroughtwomethods.(c)PM2.5removalefficienciesoftransparentfiltersfromtwomethodsatdifferenttransmittances.(d)PM10?2.5removalefficienciesoftransparentfiltersfromtwomethodsatdifferenttransmittances.Theerrorbarrepresentsthestandarddeviationofthreereplicatemeasurements.(e,f)SEMimagesofNylon-6nanofibersbeforeandafterfiltration.Scalebarsineandfare2μm.(g)Flowvelocityfieldinthevicinityofaninhomogeneousnanofiberfilter.Blackspotsrepresentfornanofiberswithdiameterofnm.Theairflow(0.2m/s)