CIF等离子清洗机助力辽宁材料实验室完成技术突破

第一作者：丁振民

通讯作者：刘燕

近日，辽宁材料实验室材料技术研究所独立PI刘燕教授团队，在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》发表研究成果，研发出兼具辐射制冷与湿度传感的结构化双功能PVA基纤维膜，解决传统辐射制冷材料难以兼顾湿度传感等技术难题，为智能防护口罩类医用纺织材料提供新方案。

   该研究采用静电纺丝构筑双层纤维膜结构，外层经四氟化碳（CF4）等离子刻蚀改性的 PVA 纤维，兼顾耐水性、高太阳光反射率与中红外发射率，实现超 10 ℃的日间辐射制冷效果；内层 PVA-炭黑（PVA-CB）复合纤维依托乙醇溶胀-脱水机制构建导电网络，实现稳定快速的湿度响应，可区分不同呼吸模式，完成呼吸信号实时监测。制备过程中使用CIF CPC-E设备开展表面处理，同时借助 FDTD 仿真优化纤维直径，保障膜层光学与传感综合性能。

图1.PVA/PVA–CB 复合膜的制备流程。(a)PVA/PVA–CB 复合膜的示意图；其组成包括：PVA 膜作为辐射冷却层，PVA–CB 复合膜作为湿度传感层。(b)PVA/PVA–CB 复合膜设计理念的示意图。(c) PVA 纤维膜的 SEM 图像。(d) 湿度传感表面（PVA–CB）的 SEM 图像（插图：纤维结构的放大图）。(e) PVA 与 PVA–CB 纤维膜的 FT-IR 光谱图。(f)PVA 及 PVA–CB 纤维膜的 TGA 曲线。

图2.PVA纤维膜亲水/疏水性能及自清洁性能测试。(a) 经CF4等离子体法处理的PVA纤维膜辐射冷却表面的示意图。(b) 采用CF4等离子体法对PVA纤维膜进行辐射冷却面处理前后接触角测试结果。(c) PVA纤维膜的弯曲特性。(d) PVA纤维膜与不同液体（水、咖啡、牛奶、红葡萄酒及泥浆水）接触时的接触角。

图3. PVA纤维膜的光学特性。(a)PVA纤维膜的数码照片。(b)PVA在0.25~2.5 μm波长范围内的折射率系数(n)。(c)直径从0.2至3 μm变化的PVA纤维膜散射效率模拟结果。(d)PVA纤维膜的紫外-可见- NIR 波段反射率及红外波段发射率。(e)PVA纤维膜在不同非辐射传热系数（hcc）下的预测净制冷功率。(f)PVA纤维膜在不同太阳吸收率下的预测净制冷功率。(g)PVA纤维膜在不同环境温度下的预测净制冷功率。

图4. PVA纤维膜的辐射冷却性能。(a)户外测试装置示意图（上图），以及户外测试设备及各类附加测试装置的实际照片（下图）。户外环境实时温度曲线；(b)基于太阳辐照度与相对湿度（RH）绘制的辐射冷却实验曲线（实验地点：中国沈阳，北纬41°68′，东经123°45′，2025年7月10日 10:00–15:00）（上图），以及温度与温差（Δ T=Tcooler – Tamb）曲线（下图）；(c)厚度为20 μm与125 μm的PVA纤维膜在整个太阳光谱中的透射光谱；(d)佩戴PVA纤维膜的人臂在阳光下暴露10分钟后的红外图像（实验地点：中国沈阳，北纬41°68′，东经123°45′，2025年7月10日 10:00–15:00）；(e)贴附纺制PVA纤维膜口罩的红外图像；(f)在与温度测试相同户外环境下，测得各类口罩及集成辐射冷却型PVA纤维膜口罩的温度变化曲线。(g) 相对于图4f的相应温差（掩膜与环境温度之差）。(h)CF4等离子体处理的PVA纤维膜在经历20小时UV加速老化前后，其太阳吸光率与大气窗口发射率。

图 5. PVA–CB 复合膜的作用机制与传感性能。(a)水分子与 PVA 分子间的相互作用机制。(b)PVA–CB 复合膜随湿度变化所发生的内部结构变化。经乙醇处理不同时长的 PVA–CB 复合膜的 SEM 图像：(c)1 min，(d)2 min，(e)3 min，以及(f)稳态条件下相应电阻值随时间的变化曲线。

图 6. PVA–CB 复合纤维膜在不同呼吸条件下的湿度响应-恢复特性及阻力响应。(a) PVA–CB 复合纤维膜在 10%–90% 相对湿度范围内多次循环后的响应与恢复特性曲线；(b)图 6a中绿色标记区域的局部放大图；(c) 不同呼吸频率（正常呼吸与快速呼吸）下佩戴呼吸面罩时的阻力响应曲线；(d，e) 佩戴呼吸面罩时，不同呼吸频率（正常呼吸与快速呼吸）下口呼吸时的阻力响应曲线；(f) 在 30–70% 相对湿度范围内进行的 100 次循环阻力响应测试；(g) 单个传感膜在连续 12 天的间歇性呼吸测试中的循环阻力响应曲线。

 CIF专注材料表面处理技术，在材料学、微电子、半导体、新能源、线路板、LED、微流控、光电太阳能、生物医学等领域，为客户提供专业的清洗、去胶、刻蚀、涂层等方面仪器装备和应用工艺解决方案。