P(VDF-TrFE)/BaTiO3 Nanofibrous Membrane with Enhanced Piezoelectricity for High PM0.3 Filtration and Reusable Face Masks

材料科学 纳米纤维 压电 膜 过滤(数学) 复合材料 面子(社会学概念) 化学工程 纳米技术 光电子学 生物 遗传学 统计 工程类 社会学 社会科学 数学
作者
Cuicui Su,Lingling Zhang,Yuanzheng Zhang,Xiaocheng Huang,Yumin Ye,Yu Xia,Zhiyi Gong,Xiaojuan Qin,Yichao Liu,Shishang Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 5845-5855 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.2c19569
摘要

In the background of air pollution and regular COVID-19 prevention, personal protective masks are necessary for our daily life. However, protective masks with high PM0.3 filtration usually have poor air permeability and are mostly disposable, leading to a heavy burden on the environment. In this work, a reusable membrane based on piezoelectric poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] nanofibers embedded with BaTiO3 nanoparticles (BTO NPs) was developed. The P(VDF-TrFE)/BTO composite nanofibers not only have enhanced piezoelectricity and surface polarity but also have reduced diameters that could be beneficial for electrostatic adhesion, pole-polar interactions, and mechanical sieving to increase the PM0.3 capture capacity. Moreover, the BTO NPs also improved the charge storage capacity of the composite membrane, which could further enhance the PM0.3 filtration efficiency after corona treatment. The piezoelectric mask based on P(VDF-TrFE)/BTO composite nanofibers has high filtration efficiencies of 96% for PM0.3 and 98% for bacteria, while the pressure drop was only 182 Pa, which is lower than the commercial N95 standard of 343.2 Pa. Furthermore, the piezoelectric mask has a long and stable filtration performance after 5 cycles of 75% alcohol disinfection, demonstrating that the P(VDF-TrFE)/BTO composite membrane has a potential application in personal protective masks with comfortable and reusable properties.
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