แบคทีเรีย ไวรัส หรือสารพิษแพร่กระจายอย่างกว้างขวางในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิแวดล้อม โดยมีอนุภาคขนาดเล็กมาก เช่น PM0.3 ซึ่งก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อสุขภาพของประชาชน นอกจากนี้ ก๊าซเสียที่มีอุณหภูมิสูงทางอุตสาหกรรมยังก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง มีความจำเป็นเร่งด่วนในการพัฒนาเมมเบรนกรองที่ใช้ได้กับทั้งแหล่งแวดล้อมที่มีแบคทีเรียและแหล่งที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อสุขภาพของผู้คนและการเพิ่มประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อม ในปัจจุบัน แผ่นกรองส่วนใหญ่เผชิญกับปัญหาคอขวดทางเทคนิค เช่น ความทนทานในการกรองต่ำและความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมที่ช้า เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ทีมงานที่นำโดยนักวิชาการ ซู เหวยหลิน จาก หวู่ฮั่น สิ่งทอ มหาวิทยาลัย ได้ใช้เทคโนโลยีการหมุนเหวี่ยง โดยไม่จำเป็นต้องใช้สนามไฟฟ้าภายนอก โพลีอิไมด์จะได้โครงสร้างโมเลกุลที่มีโพลาไรซ์ตามธรรมชาติในระหว่างกระบวนการปั่นด้าย ทำให้เกิดแรงไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งในตัวเองอย่างยั่งยืนบนพื้นผิวของแผ่นไฟเบอร์ที่ขึ้นรูป ด้วยการเจริญเติบโตของอนุภาคนาโนเงินในแหล่งกำเนิด คุณสมบัติในการต้านเชื้อแบคทีเรียจึงได้รับการเสริมสร้าง ทำให้บรรลุการกรองแบบต้านเชื้อแบคทีเรียและการกรองในระยะยาว เทคนิคนี้ยังตระหนักถึงการเตรียมเยื่อกรองจำนวนมาก การทำงานของพวกเขา,"ตัวกรองอากาศทนความร้อนขึ้นอยู่กับแผ่นใยโพลีอิไมด์/เส้นใยเงินแบบไฟฟ้าสถิตและต้านเชื้อแบคทีเรียที่ยั่งยืนในตัวเอง"ได้รับการตีพิมพ์ใน ขั้นสูง การทำงาน วัสดุ ผู้ร่วมเขียนบทความชุดแรก ได้แก่ ดร. เลเวล เป่ย จากมหาวิทยาลัยสิ่งทอหวู่ฮั่น และ จู เจิ้ง นักศึกษาปริญญาโทจากรุ่นปี 2023 โดยมีนักวิชาการ ซู เหวยหลิน และศาสตราจารย์ หลิว ซิน เป็นผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง

การสร้างแรงไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งอย่างยั่งยืนในตัวเองบนพื้นผิวของแผ่นใยโพลีอิไมด์มีสาเหตุหลักมาจากแรงเสียดทานระดับมหภาคและโพลาไรซ์ไดโพลด้วยกล้องจุลทรรศน์ในระหว่างกระบวนการปั่นแบบแรงเหวี่ยง การเสียดสีระหว่างเส้นใยกับอากาศ ตลอดจนระหว่างเส้นใย ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าสถิตที่รุนแรง ซึ่งกระตุ้นให้เกิดโพลาไรเซชันของโมเลกุลโพลีอิไมด์ ซึ่งจะช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับสนามไฟฟ้าสถิตต่อไป เนื่องจากความเป็นฉนวนสูงและคุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่ดีเยี่ยมของพอลิอิไมด์ การสูญเสียไฟฟ้าสถิตจึงน้อยมาก ทำให้การกระจายแรงไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวช้าลง เมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มโพลีอิไมด์ที่ได้จากการหล่อ แรงไฟฟ้าสถิตที่รุนแรงจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของเสื่อไฟเบอร์สปันแบบแรงเหวี่ยงเท่านั้น การจำลองระดับโมเลกุลเพิ่มเติมยืนยันระดับที่แตกต่างกันของโพลาไรเซชันของโมเลกุลพอลิอิไมด์ที่ได้จากวิธีการหมุนและการหล่อแบบแรงเหวี่ยง พลังงานพันธะไฮโดรเจนของเสื่อเส้นใยปั่นเหวี่ยงและฟิล์มหล่อคือ 28.54 กิโลจูล/โมล และ 19.50 กิโลจูล/โมล ตามลำดับ ซึ่งสอดคล้องกับเสถียรภาพทางความร้อน ยิ่งไปกว่านั้น พารามิเตอร์ขั้วสัมบูรณ์ของเสื่อไฟเบอร์สปันแบบแรงเหวี่ยงยังสูงกว่าพารามิเตอร์ของฟิล์มหล่อ ซึ่งเป็นการยืนยันเพิ่มเติมว่ากระบวนการปั่นแบบแรงเหวี่ยงทำให้เกิดโพลาไรเซชันของโมเลกุลโพลีอิไมด์ ซึ่งช่วยเพิ่มขั้วของโมเลกุล

การวิเคราะห์ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของพอลิอิไมด์และแผ่นใยประกอบอนุภาคนาโนเงินแสดงให้เห็นว่าวิธีการเติบโตในแหล่งกำเนิดสามารถยึดอนุภาคนาโนเงินเข้ากับแผ่นใยพอลิอิไมด์ได้สำเร็จ ภายในช่วงอุณหภูมิการสลายตัวเนื่องจากความร้อน 30-350 °C การสูญเสียน้ำหนักของเสื่อเส้นใยโพลีอิไมด์/เงิน (พี/อจ) จะไม่เกิน 5% การทดสอบความต้านทานความร้อนแสดงให้เห็นว่าเส้นใย พี/อจ คงรูปแบบต่อเนื่องแม้หลังจากผ่านการบำบัดความร้อนที่อุณหภูมิ 280 °C เป็นเวลานาน โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยอย่างมีนัยสำคัญ ความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมของ พี/อจ ช่วยให้ตัวกรองอากาศที่ใช้วัสดุนี้สามารถใช้งานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม 200-300 °C

การทดสอบประสิทธิภาพการกรองของ พี/อจ แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพการกรองสำหรับ PM0.3 ของแผ่นไฟเบอร์หนา 260 µm คือ 99.1% และสำหรับแผ่นไฟเบอร์หนา 180 µm นั้นคือ 98.1% โดยมีความดันลดลงเหลือ 73.67 ป้า และแรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตพื้นผิวโดยเฉลี่ย -713 V ในทางตรงกันข้าม แผ่นใยโพลีอิไมด์เชิงพาณิชย์มีแรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวเพียง -10 V โดยมีประสิทธิภาพการกรอง PM0.3 อยู่ที่ 58.5% แรงดันไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตพื้นผิวสูงพิเศษและโครงสร้างเครือข่าย 3 มิติที่สร้างขึ้นโดยการปั่นแบบแรงเหวี่ยงทำงานร่วมกันช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกรองอากาศของ พี/อจ หลังจากผ่านไป 330 วัน แรงดันไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของ พี/อจ ยังคงสูงกว่า -700 V และหลังจากการบำบัดด้วยอุณหภูมิสูงที่ 280 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ประสิทธิภาพการกรองสำหรับ PM0.3 ยังคงสูงกว่า 91.3% ดังนั้น พี/อจ จึงรับประกันได้ว่าแรงดันตกต่ำในขณะที่สามารถกรองได้ในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง การทดสอบต้านเชื้อแบคทีเรียแสดงให้เห็นว่า พี/อจ มีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียที่มีนัยสำคัญต่อเชื้อ เอสเชอริเคีย โคไล และ สแตฟิโลคอคคัส ออเรียส ดังนั้น พี/อจ ที่เตรียมไว้ในการศึกษานี้จึงสามารถนำไปใช้ในการกรองอากาศของแหล่งแบคทีเรียที่อุณหภูมิห้อง รวมถึงการกรองก๊าซไอเสียจากแหล่งอุณหภูมิสูงทางอุตสาหกรรม

สรุป: ผู้เขียนได้เตรียมเสื่อไฟเบอร์พอลิอิไมด์ที่ต้านเชื้อแบคทีเรียและทนต่ออุณหภูมิสูงซึ่งมีแรงไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งในตัวโดยใช้เทคโนโลยีการหมุนแบบแรงเหวี่ยง ซึ่งเนื่องจากผลของแรงไฟฟ้าสถิตที่ยั่งยืนในตัว จึงมีประสิทธิภาพการกรอง PM0.3 สูงในขณะเดียวกันก็มั่นใจได้ แรงดันตกต่ำ งานนี้นำเสนอแนวทางใหม่ในการเตรียมวัสดุไฟเบอร์กรองอากาศที่มีประสิทธิภาพและมัลติฟังก์ชั่นขนาดใหญ่อย่างต่อเนื่อง