สายนาโนทองแดงที่เปลี่ยนเป็นโฟมสามารถกรองอนุภาคในอากาศที่มีขนาดต่ำกว่าไมครอนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า 96.6% วัสดุที่มีน้ำหนักเบา ทนทานต่อสารเคมี และทำความสะอาดง่าย นำกลับมาใช้ใหม่ และรีไซเคิลได้ง่าย สามารถนำมาใช้ในหน้ากากอนามัยและเครื่องฟอกอากาศเพื่อช่วยต่อสู้กับการระบาดใหญ่ของ COVID-19
ตามรายงานของนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยจอร์จทาวน์
ในสหรัฐอเมริกา พัฒนามันในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในNano Letters Kai Liuและเพื่อนร่วมงานสังเกตว่าวิกฤตการณ์สุขภาพของ COVID-19 ในปัจจุบันได้เน้นถึงบทบาทที่สำคัญของอนุภาคในอากาศขนาดต่ำกว่าไมครอนและอนุภาคในการแพร่กระจายของโรคติดเชื้อทางเดินหายใจ ไวรัสที่ทำให้เกิด COVID-19, SARS-CoV-2 (โรคทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง coronavirus 2) มีขนาดเล็กมากและวัดได้ประมาณ 0.1 ไมโครเมตร
อนุภาค Ultrafine เป็นปัญหา
เมื่อบุคคลที่ติดเชื้อไวรัสหายใจออก (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพวกเขาจามหรือไอด้วย) พวกเขาจะปล่อยอนุภาคไวรัสขึ้นสู่อากาศ อนุภาคเหล่านี้มักติดอยู่กับละอองขนาดใหญ่กว่ามาก หยดและอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 2.5 ไมโครเมตรโดยทั่วไปมีการเข้าถึงที่จำกัด เนื่องจากการตกตะกอนอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม วัตถุที่มีขนาดต่ำกว่านี้ (แสดงเป็น PM 2.5 ) เช่น อนุภาคไวรัสที่เป็นละออง สามารถลอยอยู่ในอากาศเป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือเป็นวัน และเดินทางในระยะทางไกลเพื่อแพร่ไวรัสไปได้ อนุภาคขนาดเล็กมาก 0.3 ไมครอนหรือเล็กกว่า (PM 0.3 ) เป็นอันตรายมากกว่า เนื่องจากสามารถแทรกซึมลึกเข้าไปในระบบทางเดินหายใจ โดยบางส่วนถึงกระแสเลือด
เส้นใยบนพื้นผิวของมาสก์หน้าจับอนุภาคขนาดเล็ก
เหล่านี้กับหน้ากากโดยใช้แรง Van der Waals เส้นใยที่มีประจุจะก้าวไปอีกขั้น โดยจับอนุภาคผ่านปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิต ปัญหาคือ โดยทั่วไปแล้ว เส้นใยโพลีเมอร์ที่ใช้ในแผ่นกรองอากาศแบบอนุภาคประสิทธิภาพสูง (HEPA) และมาสก์หน้า N95 มักจะเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับรังสียูวี ตัวทำละลาย หรือสารละลายที่มีคลอรีน ทำให้ยากต่อการปนเปื้อนและนำกลับมาใช้ใหม่ ประสิทธิภาพการกรองของเส้นใยที่ดักจับอนุภาคไฟฟ้าสถิตก็ลดลงอย่างมากเช่นกันเมื่อมาสก์เปียกและปล่อยเส้นใยออกมา ความกังวลที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือปริมาณขยะพลาสติกจำนวนมากที่กำลังเกิดขึ้นทั่วโลกในรูปของหน้ากากที่ใช้แล้ว
โฟมเมทัลลิกเป็นตัวกรองที่มีประสิทธิภาพ
นักวิจัยเพิ่งค้นพบว่าโฟมโลหะอาจเป็นตัวกรองที่มีประสิทธิภาพสำหรับอนุภาคในอากาศที่มีขนาดต่ำกว่าไมครอน วัสดุดังกล่าวยังทนทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์ สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และแม้แต่รังสี UV เช่นเดียวกับโครงสร้างที่มีความแข็งแกร่ง แม้ในอุณหภูมิและความดันสูง
ในงานใหม่ของพวกเขา Liu และเพื่อนร่วมงานได้ประดิษฐ์โฟมโลหะโดยการหล่อสายนาโนทองแดงโดยใช้เทคนิคอิเล็กโทรดในตำแหน่งเครือข่ายสามมิติแบบอิสระ จากนั้นพวกเขาก็ทำให้โครงสร้างแข็งขึ้นโดยการเผามัน ในที่สุด พวกเขาใช้ทองแดงชั้นที่สอง (อีกครั้งโดยใช้ตำแหน่งอิเล็กโทรด) เพื่อเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุ
การกรองที่ดีเยี่ยมสำหรับขนาดอนุภาคที่หลากหลายพื้นที่ผิวที่ใหญ่มากของโฟมทำให้สามารถกรองอนุภาคขนาดต่างๆ ได้ดีเยี่ยม รวมถึงPM 0.3 อันที่จริง ทีมงานของ Georgetown พบว่าพวกเขาสามารถกรองอนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงขนาด 0.1 ถึง 1.6 μm สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษสำหรับการต่อสู้กับ COVID-19 เนื่องจากอนุภาคไวรัสที่พ่นละอองในช่วงขนาดนี้เป็นสิ่งที่ท้าทายที่สุดในการจับ
วัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงสุดที่พวกเขาทำคือความหนา 2.5 มม.
และประกอบด้วยทองแดง 15% โดยปริมาตร โฟมนี้ดักจับอนุภาคเกลือละอองขนาด 0.1-0.4 ไมครอนได้ 97% (ซึ่งมักใช้ในการทดสอบมาสก์หน้า) โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าสถิต การระบายอากาศของโฟมโดยทั่วไปนั้นเทียบเท่าหรือสูงกว่ามาสก์หน้า N95 โพลีโพรพีลีนที่มีจำหน่ายทั่วไป (ตามที่ทดสอบโดยใช้การวัดความแตกต่างของแรงดัน)
นักวิจัยกล่าวว่าโฟมสามารถทำความสะอาดได้ง่ายโดยการล้างด้วยน้ำหรือเป่าด้วยลมอัด และเนื่องจากวัสดุใหม่นี้ใช้ทองแดง จึงควรนำไปรีไซเคิลและทนต่อผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดที่ใช้สารเคมีด้วย ทองแดงยังเป็นยาต้านจุลชีพตามธรรมชาติ ดังนั้นควรทำลายไวรัสที่ติดอยู่บนพื้นผิวตัวกรอง
ฟิสิกส์ของหน้ากาก N95, การถ่ายภาพปะการังที่ละเอียดอ่อน, วิธีการทำงานของเครื่องเร่งอนุภาค PIP-II ของ Fermilab ปัจจุบันวัสดุดังกล่าวมีราคาประมาณ $2/หน้ากาก ตามการคำนวณของนักวิจัย ซึ่งเป็นตัวเลขที่สามารถลดลงได้อีกเมื่อการผลิตจำนวนมากในระดับอุตสาหกรรม ความจริงที่ว่าพวกเขาสามารถฆ่าเชื้อและนำกลับมาใช้ใหม่ได้จะช่วยให้พวกเขาสามารถแข่งขันทางเศรษฐกิจกับผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
Liu กล่าวว่า “ผลการวิจัยของเราแสดงให้เห็นถึงตัวกรองอนุภาคชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอนุภาคขนาดต่ำกว่าไมครอน เช่น ไวรัส SARS-CoV-2 และสามารถนำมาใช้ในหน้ากากได้” “ตอนนี้เราวางแผนที่จะสำรวจกลไกการกรองอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่อาจช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกรองของโฟมเพิ่มเติม และปรับปรุงการทำงานใหม่ในระบบการกรองต้นแบบ” เขากล่าวกับPhysics World
เมื่อการศึกษาเบื้องต้นเสร็จสิ้น นักวิจัยกำลังมองหาทั้งการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบถอดรหัสและการควบคุม ควบคู่ไปกับการสำรวจการใช้งานที่มีศักยภาพใหม่ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร
“นอกเหนือจากการรู้จำภาษามือ [เราแสดงให้เห็นแล้ว] เทคนิคนี้อาจใช้ในการโต้ตอบกับเครื่องของมนุษย์สำหรับแอปพลิเคชันอื่น เช่น เกมเสมือนจริง ความเป็นจริงเสมือน บ้านและสำนักงานอัจฉริยะ การควบคุมยานพาหนะ และความช่วยเหลือด้านการแพทย์และการแพทย์” เติ้งกล่าว .
Credit : craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com
