[发明专利]一种热电自清洁纳米纤维膜及其应用

说明书

本发明公开了一种热电自清洁的纳米纤维膜制备方法，以及采用该热电自清洁纤维膜制备得到的口罩。本发明通过在静电纺丝的织物表面负载碲化铋纳米颗粒，赋予了纳米纤维膜热电催化和自清洁的双重效果，同时纳米纤维膜的纳米结构增强了对颗粒物的过滤作用。将该纤维膜用作口罩材料时，可以显著提高口罩的自清洁效率，有效避免细菌、病毒等有害物的二次传播与污染，并且具有良好的生物相容性、无细胞毒性。本发明的方案生产工艺简单，不需要复杂设备，具有良好的发展前景和经济效益。

技术领域

本发明涉及一种热电材料，具体的，涉及一种热电自清洁纳米纤维膜，以及该膜在医学中的应用。

背景技术

细菌、病毒广泛的存在于人类生存的各个角落，由其引起的疾病严重威胁人类和动物的生命健康安全。其中由细菌或者病毒引起的呼吸系统疾病具有较高的传染能力，对人类的健康威胁更是严重，其中一个十分关键的传播途径——飞沫传播，是引起其大面积传染的主要因素之一。

在目前的情况下,口罩具有使用方便、防护效果好、成本低等优点，在保护人类生命中充分体现了其最佳综合效能，因此佩戴口罩已经成为了我们日常生活的一部分。

普通口罩一般用脱脂棉纱布或无纺布制作而成，它通过人体自吸过滤方式阻挡空气中悬浮的绝大多数灰尘颗粒。然而，对于比纱网孔尺寸更小的灰尘颗粒和病菌，普通口罩的防护效能往往难以起到良好的效。然而，目前市面上销售的口罩通常仅具有防护作用但不具有杀菌灭菌作用，在使用者取下口罩的过程中难免会触碰到口罩外表面，或者由于疏忽而造成口罩内外反戴，这两种情况都会导致口罩外层积聚的灰尘、细菌等污物接触到使用者，可能造成二次污染。因此，为普通口罩赋予抗杀细菌和病毒等多重防护功能，是有一项具有重要实际意义的研究课题。

温度是最重要的环境因素之一，在我们的生活环境中几乎处处存在温差。热电材料的发现为利用这种废热或温差铺平了道路，例如利用热电效应制备的能量转换器和传感器等元器件。

一般来说，热电材料可以通过温差引起的正电荷和负电荷的分离将热能转化为电能。这种由温差引起的电荷分离和随之而来的热电材料内部电压的产生也同样可以促进自由基(ROS)的产生并产生相应的催化活性，这种利用温差进行催化的热电材料，也被称为热催化剂，与传统的光/压电催化剂相比具有多种优势。与光催化剂或压电催化剂不同，因为自然界中始终存在温差，热催化剂在不间断产生ROS方面显示出巨大潜力。此外，热催化剂中温差引起的电荷分离有利于抑制电子-空穴复合，进一步确保更高的ROS产生。

热电材料能利用催化反应，将空气中的氧气和水分子激发，形成氧化能力极强的自由基或物质，如羟基自由基、超氧阴离子自由基、单线态氧、双氧水等。这些氧化力极强的自由基或物质可将浮游在空气中的细菌杀死，并把有机污染物不断降解成水和二氧化碳等无污染的成分，从而达到净化环境和保持材料自身清洁而不被污染的目的。因此，将热电材料应用于纺织领域，开发具有环保自清洁性能的纺织品对于节能环保具有重要意义。

目前，已有利用热电效应制备的口罩报道，例如CN114766763A公开了一种基于塞贝克效应的自供电口罩，但其目的是利用热电效应为穿戴设备供电，并未提及利用热电材料赋予口罩杀菌消毒的作用。

又如，CN103989269A公开了一种利用光催化效应制备的自清洁口罩。但是其所用的原理是氧化钛的光催化效应，并且用到等离子体处理等手段对口罩进行处理，限制了大规模制备的前景。

结合上述现有技术发展情况，如何为口罩赋予抗杀细菌和病毒等多重防护功能，是仍需研究和解决的有价值的课题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种热电自清洁的纳米纤维膜制备方法，及采用该热电自清洁纤维膜制备得到的口罩。本发明通过在静电纺丝的织物中负载碲化铋纳米颗粒，赋予了纳米纤维膜热电催化和自清洁的双重效果，显著提高口罩的自清洁效率，有效避免细菌、病毒等有害物的二次传播与污染。