ماسک صورت الکترواستاتیکی

به گزارش سیناپرس همدان، جذب الکترواستاتیک مکمل مهمی برای فیلتراسیون مکانیکی در فیلتر هوای با راندمان بالا در استفاده از ماسک های صورت است. با این حال، بار الکترواستاتیک فیلترها در طول زمان، به ویژه در شرایط مرطوب، تحلیل می‌رود.

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه سیتی هنگ کنگ (CityU) با موفقیت یک ماسک صورت الکترواستاتیک با قابلیت تنفس به شارژ را مهندسی کردند که می تواند از طریق تنفس کاربر خودش را شارژ کند و به طور مداوم شارژ الکترواستاتیک خود را در حین پوشیدن و تنفس کاربر از طریق ماسک دوباره پر کند. این به طور قابل توجهی عملکرد فیلتر را در استفاده طولانی مدت از ماسک تا 60 ساعت در مقایسه با چهار ساعت برای ماسک های جراحی معمولی افزایش می دهد. این موضوع همچنین به نفع محیط زیست نیز می باشد.

ماسک صورت یک روش آسان و مقرون به صرفه برای جلوگیری از COVID-19 و سایر بیماری‌های هوابرد است. اکثر ماسک‌های صورت دارای سه لایه کاربردی هستند: یک لایه پلی‌پروپیلن ذوب شده (PP) به عنوان محیط فیلتر و دو پارچه نبافته تابیده شده (به طور کلی PP یا پلی اتیلن (PE)) به عنوان لایه‌های پشتیبان، از جمله یک لایه آبدوست، که به سمت داخل قرار می گیرد، برای جذب رطوبت از تنفس و یک لایه آبگریز، به سمت بیرون قرار داده شده، برای جلوگیری از ورود رطوبت.

مقابله با مشکل کاهش کارایی جذب الکترواستاتیک

فرایند Electrospinning فیلتر مکانیکی بهتری را نسبت به فناوری melt-blown که به طور گسترده در صنعت استفاده می شود، فراهم می کند. اما فیلتراسیون مکانیکی به تنهایی محافظت کافی را ایجاد نمی کند. یک راه حل، ایجاد میدان الکتریکی برای اعمال بار الکترواستاتیکی به محیط فیلتر است که به دام انداختن ذرات بسیار ریز کمک می کند. با این حال، کارایی جذب الکترواستاتیک در طول زمان کاهش می‌یابد، به ویژه در یک محیط مرطوب که رطوبت در تنفس بازدم می‌شود.

دکتر یانگ ژنگبائو، دانشیار دپارتمان مهندسی مکانیک و دپارتمان علوم و مهندسی مواد در CityU، که این تحقیق را رهبری کرد، توضیح داد: اگرچه محققان زیادی روی پر کردن شارژ برای کارایی جذب الکترواستاتیکی طولانی‌مدت کار می‌کنند، به طور کلی به یک منبع انرژی اضافی نیاز است که دست و پا گیر و ناخوشایند است. ما یک فیلتر هوای کارآمد، بادوام و کم‌هزینه ایجاد کرده‌ایم که می‌تواند به طور مداوم شارژ الکترواستاتیکی را به روشی خود شارژ پر کند.

تیم تحقیقاتی یک فیلتر هوای خود شارژ (SAF) را معرفی کرد که از اثر تریبوالکتریک استفاده می کند و به حذف موثر و طولانی مدت ذرات معلق در هوا دست می یابد. با قرار دادن محیط فیلتر نانوالیاف پلی وینیلیدین فلوراید الکتروریسی شده (PVDF) بین دو لایه پارچه نایلونی تریبوالکتریک، SAF به طور مداوم بارهای الکترواستاتیکی ایجاد می کند که با تنفس برانگیخته می شوند. در نتیجه، SAF عملکرد حذف ذرات بادوام را ارائه می دهد و راندمان بالای 95.8٪ را پس از 60 ساعت آزمایش (شامل 30 ساعت پوشیدن) حفظ می کند.

دکتر یانگ افزود: همانطور که لایه میانی بین لایه‌های جانبی با تنفس به سمت جلو و عقب حرکت می‌کند، انتقال بار بین PVDF و نایلون به دلیل تفاوت زیاد در میل الکترونی رخ می‌دهد که در نتیجه لایه PVDF دارای بار منفی و لایه‌های نایلونی دارای بار مثبت می شود. این فرآیند خود شارژ، شارژ مداوم بارهای الکترواستاتیک و جذب الکترواستاتیک طولانی مدت را امکان پذیر می کند.

هزینه مواد خام SAF برای ساخت یک ماسک به اندازه 0.47 دلار HK است که آن را به مقرون به صرفه ترین گزینه در بین ماسک های رایج مانند ماسک های جراحی، N95، KF94 و KN95 تبدیل می کند.

این یافته ها در Nature Communications منتشر شد.

مترجم: کیانوش کرمی