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  近日，南京師范大學未來光電功能材料研究中心甘志星、狄云松、劉慈慧團隊與浙江寧波大學張曉偉合作，在ACS Applied Materials & Interfaces 報道了一種新型便攜式、低成本，可電熱消毒的石墨烯口罩，在口罩的可重復使用的相關研究中取得重要進展。

  2019年爆發的冠狀病毒（COVID-19）仍在全球范圍內肆意，其主要通過呼吸道飛沫傳播。截至11月26日6時30分左右，全球累計確診新冠肺炎病例60649402例，累計死亡病例1425006例，117個國家和地區確診病例超過萬例。佩戴醫用外科或N95等口罩可以有效防護，但是單個口罩的使用時長一般不能超過4小時，這導致口罩的消耗量巨大，口罩供應也曾一度處于短缺狀態。在這樣的情況下，能否將經過消毒后的口罩重復使用成為一個很現實的問題。且目前對廢棄口罩大都焚燒處理，給環境帶來負擔。

  2020年以來，關于口罩的可重復使用的研究迅速升溫，成為了科學家研究的關鍵議題之一。雖然目前已經取得了眾多研究進展，但是還存在一些亟需解決的問題：

• 首先，可重復使用口罩的細菌和病毒過濾效率有待進一步提高；

• 其次，利用光熱效應實現殺菌消毒的口罩存在一定的環境條件約束（需要較高的太陽強度）；

• 最后，如何簡化設備，實現低能耗、高效、便攜式的可消毒口罩仍存在挑戰。

  基于上述問題，南京師范大學未來光電功能材料研究中心甘志星、狄云松、劉慈慧團隊與浙江寧波大學張曉偉合作，研制出一種新型便攜式、低成本，電熱消毒的可重復使用的石墨烯口罩，在口罩的可重復使用的相關研究中取得重要進展。

  研究團隊通過在熔噴布表面鋪設柔性電極，并涂覆一層具有導電、導熱性能的石墨烯，制備了新的口罩過濾層，實現了電熱消毒的可重復使用的功能。在3 V的低壓下工作，可以快速產生高于80 ℃的高溫，殺死附著在過濾層和口罩表面的大多數病毒。此研究開發的石墨烯口罩具有便攜性和可重用性。制作工藝與現有的口罩工藝兼容，方法簡單、成本低、環境友好，為大規模工業化生產鋪平了道路，可以大幅降低全球經濟、資源消耗。

  首先，研究人員將導電布膠帶裁剪成特定的叉指電極型結構鋪設在熔噴布表面，接著將水性改性樹脂和還原氧化石墨烯混合制成水性石墨烯導熱油墨，并涂覆于上述結構表面，干燥后得到改進后的新型過濾層。按照一次性醫用外科口罩的縫制工藝，制備了如圖1所示的口罩，并證實了新型石墨烯口罩具有優異的電熱性能（圖2）和殺菌性能（圖3），以及較高的過濾性（圖4）。

圖1. 石墨烯過濾層以及石墨烯口罩的制備流程

圖2. 石墨烯過濾層的光熱、電熱性能測試

圖3. 石墨烯過濾層基于電熱效應的滅菌性能測試

圖4. 石墨烯過濾層的微粒過濾效率測試

與其他口罩相比，該石墨烯口罩具有以下特點：

1. 具有高的微粒過濾效率（氣流速度為2 L/min，經過12小時的長時間試驗，石墨烯過濾層的PM2.5過濾效率仍>95%）以及高效的電熱殺菌效率（通電15分鐘，滅菌率高達99.8%）；

2. 優異的電熱性能（3 V的電壓下，可快速產生＞80 ℃的高溫）解決了基于光熱效應實現殺菌消毒的可重復使用的口罩對于強光照的依賴性；

3. 經過后續設計，可利用干電池、移動電源設備進行高效消毒，實現了移動便攜功能。

  基于這些優異的性能，研究人員有效解決了可重復使用口罩領域面臨的一系列重要問題，為醫療用品的進一步研發，探索醫用外科口罩更好的性能，以及共同維護全球健康和抗擊疫情提供了新思路。

  此項工作由南京師范大學單曉莉、甘志星、劉慈慧、狄云松與浙江寧波大學張曉偉團隊以及青島科技大學合作完成。其中，南京師范大學甘志星、劉慈慧以及浙江寧波大學張曉偉是該論文通訊作者，碩士生單曉莉是該論文的第一作者。該項研究受到山東省泰山學者青年專家、國家自然科學基金委、浙江省教育廳研究基金等項目的資助。

  原文鏈接：

  Xiaoli Shan, Han Zhang, Cihui Liu,* Liyan Yu, Yunsong Di, Xiaowei Zhang,* Lifeng Dong, and Zhixing Gan*, Reusable Self-Sterilization Masks Based on Electrothermal Graphene Filters. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020.

  https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c16754