颗粒物（PM）是最严重的大气污染物之一，对人类健康构成威胁。将高效的空气过滤器应用于颗粒物的源头，是减少污染的有效途径。然而，污染源往往具有高温、气流流速大等特点。在高速气流作用下，现有的过滤材料存在压降大、过滤效率低、稳定性差、服役寿命短等问题。
为此，西安交通大学王红洁教授团队在已有的工作基础上，通过化学气相沉积的方法，设计并制备了一种超轻（2.69 mg/cm?3）且具有定向多孔结构的的Si3N4纳米纤维泡沫，同时该材料在压、拉应力作用下具有良好的弹性回复性能，在高温下也展现出良好的结构稳定性。高孔隙率和定向排列的纳米纤维微结构，良好的力学性能和高温稳定性，使其在高温（1000°C）、高速气流（8.72m s-1）条件下也具有低压降（340pa，仅大气压力的0.33%），且对PM2.5的过滤效率高达99.97%。此外，这种Si3N4纳米纤维泡沫过滤材料还具有良好的循环性能，其定向多孔微结构为高效空气过滤材料的设计和制备提供了新的视角。
近日，上述研究成果以“Stretchable and Compressible Si3N4Nanofiber Sponge with Aligned Microstructure for Highly Efficient Particulate Matter Filtration under High-velocity Airflow”为题在国际知名期刊Small在线发表。西安交通大学材料学院博士生李明主为论文第一作者，苏磊助理教授和王红洁教授为共同通讯作者。此外，课题组研究生万鹏飞、张子钧同学共同参与了相关工作。
近年来，西安交通大学王红洁课题组在硅基陶瓷气凝胶研究方面取得一系列进展，相关研究已发表在Sci. Adv. (2020, 6, eaay6689)；ACS Nano (2018, 12, 3103)；ACS Appl. Mater. Interfaces (2021,13,16704; 2020, 12, 8555；2019, 11, 45338; 2019, 11, 15759)等期刊上。这一系列工作得到国家自然科学基金、陕西省科技创新团队支持计划项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100556