一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩

本技术属于呼吸系统防护，涉及一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩。

背景技术：

1、随着冬季各种呼吸系统疾病的出现，病毒与细菌传播途径的阻断成为疾病防治的重中之重。口罩是阻断病菌传播的有效物理屏障，广泛应用于日常与医疗环境中，然而传统口罩防护效果差、难以长时间利用、孔隙易滋生细菌等缺点，大大降低了口罩的作用，使得传统口罩在疾病防控中的效果差强人意。若在传统口罩物理屏蔽病菌的基础上，能实现杀菌灭菌，将极大提升口罩的保护功效。

2、供电系统是现代电子设备的重要组成部分之一。尽管传统电源具有一些优势，但它们的使用寿命比较短，柔性较差，容易造成环境污染，需要经常维护和循环充电，这些问题都限制了它们在现代微智能可穿戴电子设备中的稳定性和安全性。因此，亟待寻求一种绿色可持续供电的微电子器件。一个自驱动的电源从人体、环境中汲取能量，将人类拥有多种能源转变为电能，这其中包括机械能、热能、振动能和化学能等，用来驱动微小系统和器件，这无疑是非常吸引人的。王中林院士团队在2012年首次实用新型了摩擦纳米发电机，这是一种新型的能源技术，它利用机械界面摩擦起电和静电感应耦合效应，其轻巧、柔性好、灵活、可选择性强，可以收集人体和环境中的微量机械能，这是一种全新的、可持续的能源利用方式。目前，摩擦电纳米发电机作为一种新型的发电装置，在自供电、传感、储能等领域得到了广泛的应用。

3、脉冲电场杀菌技术起源于20世纪60年代，由德国工程师首次提出。紧接着sale等国外相关研究人员研究表明，外电场通过影响细菌细胞膜来杀死细菌。20世纪80年代，研究人员深入研究脉冲电场的灭菌性能，分析影响其灭菌效果的各种因素，使脉冲电场技术迅速受到全球的重视，成为非热加工技术领域的焦点。半个世纪以来，科研人员对脉冲电场设备的各种参数、机理以及工业化应用不断深入研究，取得了显著成就。近年来，脉冲电场技术已经成为医学、农业、食品加工、环境保护、能源管理等多个领域的重要手段。

4、银离子具有极高的抗菌活性，其杀菌作用比其他金属离子更加显著。此外，由于其含量低，因此，它几乎可以被认为是一种安全、环保的物质，可以被安全地用于各类生物实验，而且没有任何毒副作用或刺激反应。

5、如果将摩擦纳米发电机应用于呼吸口罩中，利用其产生的脉冲电场来进行杀菌，将大大降低口罩中的病菌数量；同时，如果将银离子杀菌技术也应用到呼吸口罩中，那么将实现两种技术的双重杀菌。将实现在无外接电源的情况下，全天候、全地域、实时地对呼入和呼出空气灭菌杀毒，杀菌效率大大提高，能更好地保护敏感人群以及病菌领域一线工作人员，将对我国未来呼吸疾病的防治提供重要技术支持。

6、因此，实用新型这样一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩就成为一种迫切的需要。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型提供一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩，可以在传统医用外科口罩物理过滤病菌的基础上，无需外加电源的条件下，全天候、全地域、实时地对呼入和呼出气体进行灭菌杀毒，具有杀菌效果好、保护功效好、长时间佩戴仍能保持良好杀菌效果的优点。可用于普通人员的日常防护以及病菌领域一线工作人员的日常防护。

2、本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩，包括佩戴固定模块、杀菌过滤模块和防水吸水模块；所述的佩戴固定模块包括耳挂绳1和鼻夹条2；所述的杀菌过滤模块包括熔喷布过滤层3、透气薄膜层4和纳米银镀层5；所述的防水吸水模块包括无纺布防水层6和无纺布吸水层7；

4、所述的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩佩戴时，由口鼻向外各层依次为无纺布吸水层7、熔喷布过滤层3、鼻夹条2、纳米银镀层5、透气薄膜层4和无纺布防水层6。

5、所述的熔喷布过滤层3和透气薄膜层4组成摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机基于人体呼吸驱动，熔喷布过滤层3和透气薄膜层4之间产生垂直接触分离式摩擦，由于两种材料对电子的束缚能力不同，使得熔喷布过滤层3和透气薄膜层4表面之间产生电子转移，形成脉冲电场；

6、所述的纳米银镀层5位于透气薄膜层4和熔喷布过滤层3之间；

7、所述的鼻夹条2位于纳米银镀层5和熔喷布过滤层3之间，靠近任一侧长边中间边缘；

8、所述的无纺布防水层6位于透气薄膜层4外侧，与外部环境相接触；所述的无纺布吸水层7位于熔喷布过滤层3外侧，与口鼻相接触；

9、所述的耳挂绳1两个，分别位于无纺布防水层6表面短边两端边缘，每个耳挂绳1的两端对称固定在无纺布防水层6上。

10、所述的耳挂绳1材质为氨纶和涤纶或氨纶和锦纶；所述的鼻夹条2材质为金属或金属与塑料的复合体；所述的熔喷布过滤层3材质为卫生级超细聚丙烯纤维熔喷非织造布；所述的透气薄膜层4材质为聚四氟乙烯；所述的纳米银镀层5材质为银；所述的无纺布防水层6材质为经过防水处理的卫生级聚丙烯纺黏非织造布；所述的无纺布吸水层7材质为卫生级聚丙烯纺黏非织造布。

11、本实用新型的有益效果：

12、本实用新型提供的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩与传统医用外科口罩相比较，优点一，所述的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩运用了脉冲电场杀菌技术和银离子杀菌技术，在传统医用外科口罩物理屏蔽病菌的基础上，无需外接电源的条件下，能实现杀菌灭菌，极大提升了口罩的保护功效。克服了传统口罩防护效果差、孔隙易滋生细菌的缺点；优点二，所述的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩在长时间佩戴时，仍然能保持着良好的杀菌效果；优点三，由于其具有杀菌灭菌的作用，使得口罩上的存活病菌数量非常少，因此这可以延长口罩的使用时间，节省了口罩的使用量以及制备口罩的材料成本；优点四，制备该口罩的材料成本很低，不需要消耗很高的成本就可以制备出具有高效杀菌灭菌的防护口罩。

技术特征：

1.一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩，其特征在于，所述的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩包括佩戴固定模块、杀菌过滤模块和防水吸水模块；所述的佩戴固定模块包括耳挂绳(1)和鼻夹条(2)；所述的杀菌过滤模块包括熔喷布过滤层(3)、透气薄膜层(4)和纳米银镀层(5)；所述的防水吸水模块包括无纺布防水层(6)和无纺布吸水层(7)；

2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩，其特征在于，所述的耳挂绳(1)材质为氨纶和涤纶或氨纶和锦纶；所述的鼻夹条(2)材质为金属或金属与塑料的复合体；所述的熔喷布过滤层(3)材质为卫生级超细聚丙烯纤维熔喷非织造布；所述的透气薄膜层(4)材质为聚四氟乙烯；所述的纳米银镀层(5)材质为银；所述的无纺布防水层(6)材质为经过防水处理的卫生级聚丙烯纺黏非织造布；所述的无纺布吸水层(7)材质为卫生级聚丙烯纺黏非织造布。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩，其特征在于，所述的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩佩戴时，由口鼻向外各层依次为无纺布吸水层(7)、熔喷布过滤层(3)、鼻夹条(2)、纳米银镀层(5)、透气薄膜层(4)和无纺布防水层(6)。

技术总结
本技术属于呼吸系统防护技术领域，公开了一种基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩，包括佩戴固定模块、杀菌过滤模块和防水吸水模块；所述的佩戴固定模块包括耳挂绳和鼻夹条；所述的杀菌过滤模块包括熔喷布过滤层、透气薄膜层和纳米银镀层；所述的防水吸水模块包括无纺布防水层和无纺布吸水层。熔喷布过滤层和透气薄膜层组成摩擦纳米发电机，利用摩擦发电形成的脉冲电场以及纳米银形成的银离子实现双重杀菌功效。所述的基于摩擦纳米发电驱动的无源灭菌口罩在普通医用外科口罩物理屏蔽病菌的基础上，无需外加电源条件下，实现杀菌灭菌，极大提升普通医用外科口罩的保护功效。

技术研发人员：毕胜,张力夫
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：20231211
技术公布日：2024/11/28