Forscher in Hongkong entwickeln selbst

27. Februar 2023 Von Sean Whooley

Der selbstladende Luftfilter (SAF), entwickelt von Dr. Yang Zhengbao und seinem Team bei CityU. [Foto mit freundlicher Genehmigung der Gruppe von Dr. Yang Zhengbao an der City University of Hong Kong]

Die Forscher sagen, dass sich die Maske selbst aufladen kann und ihre elektrostatische Ladung kontinuierlich auffüllt, während der Benutzer die Maske trägt und durch sie atmet. Dadurch erhöht sich die Filterleistung bei längerem Tragen der Maske von bis zu vier Stunden.

Die elektrostatische Adsorption ist eine wichtige Ergänzung zur mechanischen Filterung bei der Verwendung von Gesichtsmasken. Diese elektrostatische Aufladung der Filter lässt im Allgemeinen mit der Zeit nach, insbesondere unter feuchten Bedingungen.

Die Maske überdauert nicht nur das herkömmliche vierstündige Tragen einer chirurgischen Maske, sondern kommt auch der Umwelt zugute, sagte CityU.

„Obwohl es in vielen Berichten darum geht, die Ladung für eine lang anhaltende Wirksamkeit der elektrostatischen Adsorption aufzufüllen, ist im Allgemeinen eine zusätzliche Stromquelle erforderlich, was umständlich und unbequem ist“, sagte Dr. Yang Zhengbao, der die Forschung leitete. „Wir haben einen effizienten, langlebigen und kostengünstigen Luftfilter entwickelt, der die elektrostatische Ladung kontinuierlich selbst aufladen kann.“

Yang ist außerordentlicher Professor am Department of Mechanical Engineering und am Department of Materials Science and Engineering der CityU. Er und das Team führten einen selbstaufladenden Luftfilter (SAF) ein, um den triboelektrischen Effekt zu nutzen und eine effiziente und langanhaltende Entfernung von Partikeln aus der Luft zu erreichen.

Die Maske platziert das elektrogesponnene Nanofaser-Filtermedium aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) zwischen zwei triboelektrischen Nylongewebeschichten. Dadurch erzeugt der SAF kontinuierlich elektrostatische Ladungen, die durch die Atmung angeregt werden. Die Forscher sagen, dass es nach 60 Teststunden einen hohen Wirkungsgrad von 95,8 % beibehielt. Dieser Test umfasste 30 Stunden Tragen.

„Wenn sich die mittlere Schicht beim Atmen zwischen den seitlichen Schichten hin und her bewegt, kommt es aufgrund ihres großen Unterschieds in der Elektronenaffinität zu einem Ladungstransfer zwischen PVDF und Nylon, was dazu führt, dass die PVDF-Schicht negativ und die Nylonschichten positiv geladen werden“, sagte Yang. „Dieser Selbstaufladungsprozess ermöglicht die kontinuierliche Auffüllung der elektrostatischen Ladungen und eine verlängerte elektrostatische Adsorption.“

Die Forscher betonten auch die Kosteneffizienz. Die Rohmaterialkosten für SAF zur Herstellung einer Maske belaufen sich auf etwa 6¢ (0,47 HK$). Sie sagten, es sei billiger als die Kosten für die Herstellung von chirurgischen Masken, N95-, KF94- und KN95-Masken.

Laut CityU könnte die Strategie einen neuen Weg für hocheffiziente Luftfiltertechniken mit langer Lebensdauer ebnen.

„Es wird empfohlen, chirurgische Masken in einer Umgebung mit hohem Risiko alle vier Stunden zu wechseln, aber die große Anzahl weggeworfener Masken führt zu schwerwiegenden Umweltproblemen“, sagte Yang. „Wir gehen davon aus, dass diese Selbstladestrategie die Lebensdauer von Gesichtsmasken deutlich verlängern, die Schutzwirkung gegen das Coronavirus erhöhen und die Umweltbelastung durch weggeworfene Masken verringern wird.“