纳米空气过滤材料

来自俄罗斯科学院理论与实验生物物理研究所的一个研究小组合成了一种非常适合保护呼吸器官，分析研究和其他实用目的的材料，在过滤和光学性质方面，由尼龙纳米纤维制成的直径小于15nm的几乎失重的织物击败任何其他类似材料，科学家认为它们的材料重量轻（10-20毫克/平方米），几乎看不见（95％透光率，高于窗玻璃），显示出低气流阻力和高效率拦截<1微米的细颗粒物。

“纳米纤维过滤器材料”研究团队证明，将纤维直径从200纳米减小到20纳米可将过滤器对气流的阻力降低三分之二，并且这种效应再也不能用经典的空气动力学来解释。当障碍物尺寸小于气体分子的自由路径时，基于连续介质理论估算空气动力学阻力的标准方法不再起作用。在正常条件下，空气分子的平均自由程为65nm，平均自由程是一个分子在与另一个分子碰撞之前所覆盖的平均距离。如果所有障碍物都大于该值，则可以将来自它们的自由流视为连续介质。

科学家使用了一种称为静电纺丝的技术，其中溶解的聚合物射流通过在电场影响下瞄准目标的特殊喷嘴喷射。从对面电喷雾乙醇。聚合物射流和醇离子带有相反的电荷。它们在空气中碰撞，形成超薄纤维膜。静电纺丝技术作为一种生产非织造纤维过滤器的方法是在20世纪50年代开发出来的，用于净化原子工业中的空气。然而，研究人员介绍了一项重要的改进。新技术不是在固体导电基板上获得纳米级，而是在非导电聚碳酸酯屏幕上生成覆盖55 mm孔的自由过滤器。

尼龙-4,6电纺薄膜的测试表明，几乎失重和隐形的织物捕获不少于98％的空气中的尘埃颗粒。为了进行测试，科学家们使用直径为0.2至0.3微米的颗粒。这大致相当于鼻咽未被捕获并穿透肺部的尘埃量，导致许多危险的医疗条件。亚微米颗粒（直径<1微米）也是用于测试工业和医疗过滤器的颗粒。为了评估性能，还测试了对气流的阻力。

到目前为止，已经对单个样本进行了测量电阻的实验。在实际滤波器中，通常使用具有复杂配置的多层表面。实验表明，尼龙-4,6过滤材料具有所有类型的前述织物中的最佳性能。就过滤重量比的截取程度和对气流比的截留阻力而言，新的过滤材料多次击败任何现有的等效物。