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科学家研发出新型纤维材料 更轻,更薄,过滤效果更好

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发表于 2019-1-9 09:58:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。随着空气质量的恶化,阴霾天气现象出现增多,危害加重。中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。
科学家研发出一种新的过滤材料,超轻透明且过滤效果很好,看来防雾霾有救了。更让人激动的是,这种材料应用可不只限于空气过滤,在医学,生物研究以及工业生产等领域都将大有作为。
科学家研发出新型纤维材料更轻,更薄,过滤效果更好
俄罗斯科学院理论与实验生物研究所的研究团队已经合成出一种可用于保护呼吸器官、分析研究和其他用途的理想材料。它主要由直径小于15纳米的尼龙纤维制得,且具有超轻(10-20mg/m2),近乎透明(95%的透光度),对空气流动阻力低以及能够拦截极细小颗粒(小于1微米)等特点,在性能上它完美击败同类材料。
“纳米纤维”可不只是文章中的流行语。该团队在之前的研究中发现将直径从200纳米减少到20纳米,气流阻力可减少三分之二。而当障碍物尺寸小于气体分子自由程时,基于连续介质理论的阻力推测公式不再适用(当障碍物颗粒尺寸大于气体分子自由程,我们将这样的自由气流看做连续介质)。
值得一提的是研究人员是通过静电纺丝技术来生产这种纳米纤维的,该技术是通过电场作用从特殊喷嘴中喷射溶解的聚合物,同时在相反一侧用电喷射喷出酒精,由于两者带有相反电荷,因此在空气中碰撞时会形成超薄纤维膜。与以前的静电纺丝技术相比,此次研究人员做出了重要改进,他们不再是在基片处剥离滤膜而是直接在不导电的聚碳酸酯屏上的孔洞(55mm)处获得覆盖其孔洞的过滤膜。
尼龙-4,6的测试结果表明该静电膜轻若无物且可拦截空气中至少98%的尘埃颗粒。科学家们为测试所选用的颗粒直径约0.2到0.3微米,大致对应那些不通过鼻咽或者肺部而引起医疗隐患的微尘。这些颗粒也用于测试工业和医疗过滤器。同时,科研人员还测试了它对空气流动的阻力。
实验测量气流阻力的样品目前只是单层膜。在实际的过滤器中,常用具有复杂结构的多层膜。该实验表明,尼龙-4,6过滤材料的性能击败了先前所有同类型材料。在过滤器的重量比和对气流阻力的方面,新的过滤材料也多次击败相等当量现有材料。
在讨论该材料潜在应用价值时,科学家们认为它当然不仅仅只是空气和水的净化器。因为该材料优越的透明性(优于玻璃),它可以在生物研究中使用。例如,通过新的过滤器用泵输送空气或水后,可直接在显微镜下观察透明滤波器所截获的微生物。
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