微生物安全越来越受到人们广泛关注,发展了多种处理方法,如使用具有抗菌功能的化学试剂、负载金属离子抗菌剂等。但这可能会导致细菌产生变异或耐药性,也可能带来二次污染以及对环境和人体造成伤害。因此,更为安全地控制微生物显得十分重要。近些年,研究者们在自然界发现了一种新型的杀菌方式,某些生物体具有特殊纳米结构,可通过物理机械作用快速杀灭细菌,该发现对细菌的安全处理具有重大的意义。对此,研究者们设计了一系列具有物理杀菌性能的仿生纳米结构,以期获得新的快速杀菌效果。但目前的研究成果都还没能得到实际应用,纳米材料的大面积有序构筑等实际问题亟待解决。本论文以高效颗粒空气过滤（High efficiency particulate air flter,HEPA）膜为基底材料,在其正反两面分别开展纳米ZnO阵列的可控生长及其调控研究,探究ZnO纳米结构在聚酯纤维滤膜和聚丙烯纤维滤膜表面的生长机理,并对其物理杀菌性能进行研究;然后通过优化实验参数在工业化产品HEPA膜表面实现了纳米ZnO阵列的大面积制备,同时设计搭建空气微生物检测装置,将改性膜整合进空气净化器中,开展仿生纳米结构改性滤膜在空气环境中的应用试验。本文的具体工作和主要研究结果包括:1、在PET纤维膜表面原位生长仿蜻蜓翼纳米阵列,发现通过调控生长条件,可分别得到纳米棒、纳米管和纳米刀片等形貌ZnO。进一步研究表明,不同ZnO纳米结构的形成只与生长液的浓度和常温静置条件有关;通过实验证明ZnO纳米管和纳米刀片的形成并不是刻蚀,而是二次生长得到的。对三种不同结构的纳米ZnO阵列的物理杀菌性能进行了研究,结果表明在相同条件下,纳米刀片的杀菌效果最好,纳米管的效果次之,纳米棒的效果最差;并且物理杀菌具有种属差异性,同一样品在相同条件下,对大肠杆菌的杀灭效果均优于金黄色葡萄球菌。2、针对PP纤维的疏水性,提出通过聚多巴胺对其进行表面改性,可以显著增加纳米ZnO生长前驱体的附着力,从而实现在PP纤维表面原位生长纳米ZnO阵列。优化实验结果表明,最佳处理条件为多巴胺溶液浓度2.0 mg/m L、处理时间24 h;在此基础上,基于水热法分别调控生长了纳米ZnO阵列,得到纳米线阵列、纳米棒阵列和纳米管三种形貌的ZnO纳米结构。对这三种形貌的纳米ZnO阵列进行了物理杀菌性能实验,结果表明纳米线的物理杀菌性能最好,纳米管效果次之,纳米棒效果最差。同一样品在相同条件下,对大肠杆菌的杀灭效果均优于金黄色葡萄球菌,该结果也进一步证明了物理杀菌具有种属差异性。3、为了实现纳米ZnO阵列在HEPA膜上的大面积制备,优化了籽晶层的制备工艺与水热生长过程的实验条件,HEPA膜的面积由5 cm×5 cm做到了5 cm×25 cm。籽晶层的制备方法由浸渍法改进为喷雾法,对水热生长过程中样品的放置位置、生长液的使用进行了优化。在实现仿生纳米ZnO在HEPA膜表面的大面积制备后,将HEPA膜组合到小型空气净化器中,并搭建空气微生物检测装置,对纳米ZnO阵列的应用牢固性以及杀菌性能进行检测。结果表明,经过长达32天的测试,纳米ZnO阵列未发生脱落或其他变化,说明其牢固性优异。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的拦截率分别为99.10%和98.71%;杀灭效果分别达到99.16%和95.39%。