과학자들은 장시간 공기 여과를 위해 '자가 충전' 정전기 안면 마스크를 설계하여 환경 부담을 줄입니다.

[아름이]

과학자들은 장시간 공기 여과를 위해 '자가 충전' 정전기 안면 마스크를 설계하여 환경 부담을 줄입니다.
날짜:
2023년 2월 16일
원천:
홍콩 시립대학교
요약:
연구원들은 사용자의 호흡을 통해 '자가 충전'할 수 있고 사용자가 마스크를 착용하고 호흡할 때 정전기 전하를 지속적으로 보충할 수 있는 정전식 안면 마스크를 설계했습니다. 이는 기존 수술용 마스크의 경우 4시간에 비해 최대 60시간 동안 마스크를 장기간 사용할 때 필터링 성능을 크게 향상시킵니다. 이는 환경에도 도움이 됩니다.

전체 이야기
정전기 흡착은 안면 마스크 사용 시 고효율 공기 필터링을 위한 기계적 여과를 보완하는 중요한 요소입니다. 그러나 필터의 정전기 전하는 특히 습기가 많은 조건에서 시간이 지남에 따라 감소합니다. 홍콩 시립 대학(CityU)의 연구팀은 사용자의 호흡을 통해 "자가 충전"할 수 있고 사용자가 마스크를 착용하고 호흡할 때 정전기 전하를 지속적으로 보충할 수 있는 호흡 대 전하 정전기 안면 마스크를 성공적으로 설계했습니다. 이는 기존 수술용 마스크의 경우 4시간에 비해 최대 60시간 동안 마스크를 장기간 사용할 때 필터링 성능을 크게 향상시킵니다. 이는 환경에도 도움이 됩니다.

안면 마스크는 COVID-19 및 기타 공기 매개 질병을 예방하는 쉽고 비용 효율적인 방법입니다. 대부분의 안면 마스크에는 3개의 기능 레이어가 있습니다. 필터 매질인 코어 멜트블로운 폴리프로필렌(PP) 레이어와 지지 레이어인 2개의 스펀 본딩 부직포(일반적으로 PP 또는 폴리에틸렌(PE)), 친수성 레이어 포함, 안쪽으로 착용 , 호흡에서 수분을 흡수하고 유체를 격퇴하기 위해 바깥쪽으로 착용하는 소수성 층.

정전기 흡착 효율 저하 문제 해결

전기방사는 업계에서 광범위하게 사용되는 멜트블로운 기술보다 더 나은 기계적 여과를 제공합니다. 그러나 기계적 여과만으로는 충분한 보호를 제공하지 못합니다. 한 가지 해결책은 전기장을 도입하여 필터 매체에 정전하를 부여하여 초미세 입자 포획을 용이하게 하는 것입니다. 그러나 정전기 흡착 효율은 시간이 지남에 따라 감소하며, 특히 호흡으로 수분을 내뿜는 습한 환경에서는 더욱 그렇습니다.

기계공학과 및 재료학과 부교수인 Yang Zhengbao 박사는 "많은 보고서가 오래 지속되는 정전기 흡착 효능을 위해 전하를 보충하는 작업을 하고 있지만 일반적으로 추가 전원이 필요하기 때문에 번거롭고 불편합니다."라고 설명했습니다. 연구를 주도한 CityU의 과학 및 공학. "우리는 자체 충전 방식으로 정전기 전하를 지속적으로 보충할 수 있는 효율적이고 내구성이 있으며 저렴한 공기 필터를 개발했습니다."

연구팀은 마찰전기 효과를 활용해 공기 중 미세먼지를 효율적이고 오래 제거하는 자가충전식 에어필터(SAF)를 도입했다. 두 개의 마찰 전기 나일론 직물 층 사이에 전기방사된 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 나노섬유 필터 매체를 끼움으로써 SAF는 호흡에 의해 여기된 정전기 전하를 지속적으로 생성합니다. 그 결과 SAF는 60시간 테스트(착용 30시간 포함) 후에도 95.8%의 높은 효율을 유지하는 내구성 있는 파티클 제거 성능을 제공한다.

"중간층이 호흡으로 측면층 사이를 앞뒤로 움직이면서 PVDF와 나일론 사이에 전자 친화도의 큰 차이로 전하 이동이 일어나 PVDF층은 음전하를 띠고 나일론층은 양전하를 띠게 된다"고 설명했다. 양 박사. "이 자체 충전 프로세스는 정전기 전하의 지속적인 보충과 장기간 정전기 흡착을 가능하게 합니다."

사용자의 호흡으로 구동되는 "자가 충전"

SAF는 마스크 1개를 만들기 위한 원재료비가 0.47홍콩달러로 낮아 수술용, N95, KF94, KN95 마스크 등 일반적으로 사용되는 마스크 중 가장 가성비가 좋다.

이 연구 결과 는 "지속된 공기 여과를 위해 마찰 전기를 활용하는 자체 충전 정전기 안면 마스크"라는 제목으로 Nature Communications 에 발표되었습니다 .

마찰 전기 효과를 활용하기 위한 이 유망한 자가 충전 전략은 고효율, 수명이 긴 공기 여과 기술 개발을 위한 새로운 길을 열어줍니다. 양 박사는 "고위험 환경에서는 수술용 마스크를 4시간마다 교체하는 것이 권장되지만, 폐기된 마스크의 엄청난 수는 심각한 환경 문제를 초래한다"고 말했다. "우리는 이 자가 충전 전략이 안면 마스크의 수명을 크게 연장하고, 코로나바이러스에 대한 보호 효과를 높이고, 폐기된 마스크로 인한 환경 부담을 줄일 것으로 기대합니다."

이 연구는 또한 표준화된 고효율 산업 생산에 중요한 여과 효율과 표면 정전기 전위 사이의 정량적 관계를 확립했습니다.

이 논문의 첫 번째 저자는 CityU 기계 공학과 박사후 연구원인 Peng Zehua 박사입니다. Dr Yang은 교신저자입니다. CityU의 다른 협력자들로는 Michael Leung Kwok-hi 교수(Shun Hing Education and Charity Fund Professor of Energy and Environment), Li Wenjung 교수(석교수), Mr Shi Jihong, Ph.D. 기계 공학과 학생, Hong Ying 박사, Li Xuemu 박사 및 Zhang Weiwei 박사를 포함한 Yang 박사 그룹의 연구원.

이 연구는 CityU, 홍콩 연구 보조금 위원회, 홍콩 혁신 기술 기금, 선전 기초 연구 프로그램, 중국 국립 자연 과학 재단의 자금 지원을 받았습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/