[发明专利]一种细颗粒物过滤结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层PM2.5过滤结构及其制备方法，属于材料和MEMS的交叉技术领域。

背景技术

PM2.5也称细颗粒物，是直径小于或等于2.5微米的颗粒物。由于PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且能够在空气中停留很长的时间、属性距离远，对大气环境质量影响非常大，同时还可以随着人们的呼吸而进入体内，在气管或肺等呼吸系统重要部位积聚，严重损害人体健康。

有气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。颗粒物的大小决定了它们最终在呼吸道中的位置。较大的颗粒物往往会被纤毛和黏液过滤，无法通过鼻子和咽喉。然而，粒径小于10微米的颗粒物即PM10，可以穿透这些屏障到达支气管和肺泡。而粒径小于2.5微米的PM2.5，比表面积大于PM10，更易吸附有毒害的物质。由于体积更小，PM2.5具有更强的穿透力，可能抵达细支气管壁，并干扰肺内的气体交换。研究表明，PM2.5会导致动脉斑块沉淀，引发血管炎症和动脉粥样硬化，最终导致心脏病或其它心血管问题。PM2.5也可能通过肺部传递影响其它器官，粒径更小的PM2.5还可以穿过细胞膜，到达包括大脑在内的其它器官，引发老年痴呆等脑损伤疾病。

人体的生理结构决定了人体对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐渐暴露出其恐怖的一面。研究证实，当空气中的PM2.5的浓度长期高于10μg/m³，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10μg/m³，总的死亡风险会上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%。每个人平均每天要吸入约1万升的空气，进入肺泡的微尘会被迅速吸收、不经过肝脏解毒而直接进入血液循环分布到全身各处，进而损害血红蛋白输送氧的能力，造成血液丧失，对贫血和血液循环障碍的病人来说，这种情况可能会产生非常严重的后果，例如可能加重呼吸系统疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏疾病。此外，PM2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的几率明显升高。鉴于此，如何有效地阻挡PM2.5通过口鼻进入人体危害人体健康就成为了一项具有重大意义的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层PM2.5过滤结构及其制备方法，本发明多层PM2.5过滤结构利用聚合物层实现多个微小颗粒过滤结构层的相互键合，使空气多次通过纵/横向纳米纤维层，进而达到高效空气净化的目标；本发明PM2.5过滤结构制备方法简单，可与常规MEMS工艺相兼容，材料的选择范围大，结构的应用安全可靠。

本发明所提供的一种多层PM2.5过滤结构，包括若干微小颗粒过滤结构层（1301）和若干聚合物层（1302），每2层所述微小颗粒过滤结构层（1301）之间键合一层所述聚合物层（1302）；

所述微小颗粒过滤结构层包括一基底（101），所述基底（101）上设有贯通其上端面和下端面的空气流通腔体（701）；所述基底（101）的上端面上设有一镂空结构层（102），所述镂空结构层（102）包括设于其内的若干微米孔洞（201），且所述微米孔洞（201）贯通所述镂空结构层（102）与所述空气流通腔体（701）相连通；所述镂空结构层（102）上于所述微米孔洞（201）的上部设有横向纳米纤维体（401）；所述镂空结构层（102）上设有纵向纳米纤维体（801），且所述纵向纳米纤维体（801）覆盖住所述横向纳米纤维体（401）；

所述聚合物层（1302）包括一聚合物材料体（1001），所述聚合物材料体（1001）上设有贯通其上端面和下端面的贯通孔洞（1101）；所述聚合物材料体（1001）的上端面和下端面上均设有粘附层（1201），所述聚合物材料体（1001）通过所述粘附层（1201）分别与相邻所述微小颗粒过滤结构层（1301）的上端面和下端面进行键合。

上述的多层PM2.5过滤结构中，所述纵向纳米纤维体（801）呈纤维状垂直于所述基底（101）分布；

所述纵向纳米纤维体（801）的平均间隙小于1μm。

上述的多层PM2.5过滤结构中，所述横向纳米纤维体（401）的平均间隙可为10nm～990nm。

上述的多层PM2.5过滤结构中，所述微米孔洞（201）的横截面呈正方形、圆形或长方形；

所述微米孔洞（201）的孔径可为1～20μm。

上述的多层PM2.5过滤结构中，所述聚合物层（1302）的材质为PDMS；

所述基底（101）的材质为硅；