Interfacial Polarization Strategy to Electroactive Poly(lactic acid) Nanofibers for Humidity-Resistant Respiratory Protection and Machine Learning-Assisted Monitoring

材料科学 纳米纤维 乳酸 极化(电化学) 纳米技术 化学工程 生物 遗传学 工程类 物理化学 化学 细菌
作者
Mengke Tang,Xinyi Song,Cunmin Wang,Liang Jiang,Yuhong Zhou,Yuanchunzhi Wang,Jintuo Zhu,Yanqing Wang,Jiefeng Gao,Xinjian He,Huan Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (34): 45078-45090 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.4c12653
摘要

The advancement of intelligent and biodegradable respiratory protection equipment is pivotal in the realm of human health engineering. Despite significant progress, achieving a balance between efficient filtration and intelligent monitoring remains a great challenge, especially under conditions of high relative humidity (RH) and high airflow rate (AR). Herein, we proposed an interfacial stereocomplexation (ISC) strategy to facilitate intensive interfacial polarization for poly(lactic acid) (PLA) nanofibrous membranes, which were customized for machine learning-assisted respiratory diagnosis. Theoretical principles underlying the facilitated formation of the electroactive phase and aligned PLA chains were quantitatively depicted in the ISC-PLA nanofibers, contributing to the increased dielectric constant and surface potential (as high as 2.2 and 5.1 kV, respectively). Benefiting from the respiration-driven triboelectric mechanisms, the ISC-PLA demonstrated a high PM0.3 filtration efficiency of over 99% with an ultralow pressure drop (75 Pa), even in challenging circumstances (95 ± 5% RH, AR of 85 L/min). Furthermore, we implemented the ISC-PLA with multifunction respiratory monitoring (response time of 0.56 s and recovery time of 0.25 s) and wireless transmission technology, yielding a high recognition rate of 83% for personal breath states. This innovation has practical implications for health management and theoretical advancements in respiratory protection equipment.
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