Highly Efficient, Transparent, and Multifunctional Air Filters Using Self-Assembled 2D Nanoarchitectured Fibrous Networks

材料科学 过滤(数学) 纳米技术 工艺工程 空气过滤器 可扩展性 透射率 微粒 光电子学 计算机科学 机械工程 数据库 生物 统计 工程类 数学 入口 生态学
作者
Shichao Zhang,Hui Liu,Ning Tang,Nadir Ali,Jianyong Yu,Bin Ding
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (11): 13501-13512 被引量:144
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b07293
摘要

Particulate matter (PM) pollution is a significant burden on global economies and public health. Most present air filters are heavy, bulky, and nontransparent and typically have inevitable compromise between removal efficiency and air permeability. We report a scalable strategy to create ultralight, thin, rubbery, self-assembled nanoarchitectured networks (nanonetworks) with high-efficiency and transparency (ULTRA NET) as air filters using capacitive-like electronetting technology. By controlling the ejection, deformation, and phase separation of charged droplets from a Taylor cone, our approach allows continuously welded two-dimensional nanonetworks (∼20 nm fiber diameter) to assemble into filters on a large scale. The resulting ULTRA NET filters exhibit integrated properties of desirable pore structure yet maintaining strikingly low thickness (∼350 nm) and free-standing capability, 99.98% removal efficiency, and <0.07% of atmosphere pressure for PM0.3 filtration at ∼85.6% transmittance, which enable them to serve as a multifunctional filter against PMs either in rigid solid or in soft oil forms and even biohazard pathogens. This work should serve as a source of inspiration for the design and development of high-performance fibrous materials for various filtration and separation applications.
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