Российские физики создали идеальный наноматериал для фильтров и респираторов

Российские учёные из Института теоретической и экспериментальной биофизики и МФТИ синтезировали материал, который является практически идеальным фильтром для защиты органов дыхания. Об этом сообщили в пресс-службе МФТИ.

Полученная практически невесомая ткань из нейлоновых нановолокон имеет толщину не более 15 нанометров. Фильтрующие и оптические свойства полученной ткани превосходят параметры имеющихся аналогов.

Плотность материала — 10-20 миллиграммов на квадратный метр (так как материал практически двумерный, плотность измеряется на м2). Кроме того, он практически прозрачный – пропускает 95% света, то есть даже больше, чем оконные стёкла. Среди других выдающихся характеристик также значатся низкое сопротивление воздушному потоку и эффективное задерживание мелкой пыли в виде частиц с размерами меньше одного микрометра.

Отмечается, что ранее российские учёные показали, что уменьшение диаметра волокон с 200 нанометров до 20 снижает сопротивление фильтра воздушному потоку на две трети. Причём этот эффект уже нельзя объяснить классической аэродинамикой. Дело в том, что когда размер препятствия становится меньше длины свободного пробега молекул газа обычные методики расчёта аэродинамических характеристик перестают работать. А при нормальных условиях длина свободного пробега у молекул воздуха составляет 65 нанометров.

В своей работе учёные использовали метод электропрядения: через специальное сопло в сторону мишени под действием электрического поля выбрасывается струя растворённого полимера, а с другой стороны распыляется этиловый спирт. Причем струя полимера и капли спирта имеют противоположные электрические заряды. Сталкиваясь в воздухе, они формируют тончайшие плёнки из нановолокон.

Испытания показали, что невесомые и практически невидимые ткани на основе таких волокон задерживают не менее 98% частиц пыли в проходящем воздухе. В экспериментах исследователи использовали частицы диаметром от 0,2 до 0,3 микрометра — именно такие субмикронные пылинки не задерживаются носоглоткой, а проникают в лёгкие, провоцируя многие опасные заболевания.

По мнению российских физиков, использовать материал можно в различных биологических исследованиях: если через новый фильтр пропустить анализируемый воздух или воду, а потом положить его под микроскоп, то задержанные нановолокнами микроорганизмы будут прекрасно видны под микроскопом.

Результаты исследования российских ученых были опубликованы в научном издании European Polymer Journal.