Физики получили идеальный материал для воздушных фильтров

Почти невесомые ткани из нейлоновых нановолокон с диаметром менее 15 нанометров превосходит любой другой подобный материал с точки зрения фильтрации и оптических свойств.

Ученые, чья работа опубликована в European Polymer Journal, характеризуют свой материал как легкий (10-20 мг/м2), почти незаметный (95 процентов светопропускания – больше, чем у оконного стекла), с низким сопротивлением воздушному потоку и эффективным задерживанием мелкой пыли в виде частиц с размерами меньше 1 микрометра.

Слово «нановолокна» в статье исследователей не просто дань моде. Ранее та же команда показала, что уменьшение диаметра волокон с 200 нанометров до 20 нанометров снижает сопротивление фильтра воздушному потоку на две трети, причем этот эффект нельзя объяснить классической аэродинамикой. Когда размер препятствия меньше длины свободного пробега молекул газа, стандартные методики оценки аэродинамических характеристик, основанные на теории сплошных сред, перестают работать. При нормальных условиях средняя длина свободного пробега молекул воздуха составляет 65 нанометров.

Длина свободного пробега: расстояние, которое в среднем успевает пролететь одна молекула перед столкновением с другой. Только если все препятствия намного больше этой величины, то набегающий на них поток правомерно считать сплошной средой.

Ученые использовали технику, называемую электропрядением, в котором струя растворенного полимера проходит через специальное сопло, направленное на мишени под действием электрического поля. С другой стороны распыляется обыкновенный этиловый спирт, причем струя полимера и капли спирта имеют противоположные электрические заряды. Сталкиваясь в воздухе, они образуют ультратонкие волокнистые пленки. Технология электропрядения, как способ получения нетканых волокнистых фильтров, была разработана еще в 1950-х годах для очистки воздуха в атомной промышленности. Тем не менее, исследователи внесли значительное улучшение. Вместо того, чтобы получить наноткань на твердой проводящей подложке, новая технология производит свободный фильтр, покрывающий отверстие диаметром 55 мм в непроводящей перегородке из поликарбоната.

Проведенные испытания капроновых пленок показали, что такая практически невесомая и невидимая ткань задерживает не менее 98% частиц пыли в воздухе. Для тестирования ученые использовали частицы от 0,2 до 0,3 микрометров в диаметре, что примерно соответствует той пыли, которая не задерживается носоглоткой, проникает в легкие и вызывает ряд опасных заболеваний. Именно субмикронные (меньше 1 мкм диаметром) частицы также применяют при проверке промышленных и медицинских фильтров, причем для оценки потребительских качеств также проверяется и сопротивление воздушному потоку.

---------

Для того, чтобы продукты дольше сохраняли свою свежесть используют специальную упаковку, которую герметично закрыть и выкачать весь воздух помогает запайщик лотков. Благодаря упаковке микробы не размножаются и у продуктов увеличивается срок годности. Также разогревать подобные продукты можно в упаковке.