جذب الکترواستاتیک مکمل مهمی برای فیلتراسیون مکانیکی در فیلتر هوای با راندمان بالا در استفاده از ماسک‌های صورت است. با این حال، بار الکترواستاتیک فیلتر‌ها در طول زمان، به ویژه در شرایط مرطوب، تحلیل می‌رود.
به گزارش خبرگزاری صدا و سیما: یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه سیتی هنگ کنگ (CityU) با موفقیت یک ماسک صورت الکترواستاتیک با قابلیت تنفس به شارژ را مهندسی کردند که می‌تواند 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 ۶۰ ساعت در مقایسه با چهار ساعت برای ماسک‌های جراحی معمولی افزایش می‌دهد. این موضوع همچنین به نفع محیط زیست نیز می‌باشد.
ماسک صورت یک روش آسان و مقرون به صرفه برای جلوگیری از COVID-۱۹ 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 می‌گیرد، 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 می‌شود، فراهم می‌کند. اما فیلتراسیون مکانیکی به تنهایی محافظت کافی را ایجاد نمی‌کند. یک راه حل، ایجاد میدان الکتریکی برای اعمال بار الکترواستاتیکی به محیط فیلتر است که به دام انداختن ذرات بسیار ریز کمک می‌کند. 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 می‌کند و به حذف موثر و طولانی مدت ذرات معلق در هوا دست می‌یابد. 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 می‌کند که با تنفس برانگیخته می‌شوند. در نتیجه، SAF عملکرد حذف ذرات بادوام را ارائه می‌دهد و راندمان بالای ۹۵.۸ ٪ را پس از ۶۰ ساعت آزمایش (شامل ۳۰ ساعت پوشیدن) حفظ می‌کند.
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 می‌شود. این فرآیند خود شارژ، شارژ مداوم بار‌های الکترواستاتیک و جذب الکترواستاتیک طولانی مدت را امکان پذیر می‌کند.
هزینه مواد خام SAF برای ساخت یک ماسک به اندازه ۰.۴۷ دلار HK است که آن را به مقرون به صرفه‌ترین گزینه در بین ماسک‌های رایج مانند ماسک‌های جراحی، N۹۵، KF۹۴ و KN۹۵ تبدیل می‌کند.
این یافته‌ها در Nature Communications منتشر شد.