Kobberskum som en yderst effektiv, holdbart filter til genanvendelige masker og luftrensere

Under COVID-19-pandemien, folk har vænnet sig til at bære ansigtsmasker, men mange belægninger er skrøbelige og ikke let at desinficere. Metalskum er holdbare, og deres små porer og store overfladearealer tyder på, at de effektivt kunne bortfiltrere mikrober. Nu, forskere, der rapporterer i ACS' Nano bogstaver har omdannet kobber nanotråde til metalskum, der kunne bruges i ansigtsmasker og luftfiltreringssystemer. Skummet filtrerer effektivt, dekontamineres let til genbrug og kan genbruges.

Når en person med en luftvejsinfektion, såsom SARS-CoV-2, hoste eller nys, de frigiver små dråber og aerosolformede partikler i luften. Partikler mindre end 0,3 μm kan forblive luftbårne i timevis, så materialer, der kan fange disse små partikler, er ideelle til brug i ansigtsmasker og luftfiltre. Men nogle eksisterende filtermaterialer har ulemper. For eksempel, glasfiber, carbon nanorør og polypropylenfibre er ikke holdbare nok til at gennemgå gentagne dekontamineringsprocedurer, mens nogle yderligere er afhængige af elektrostatik, så de ikke kan vaskes, fører til store mængder affald. For nylig, forskere har udviklet metallisk skum med mikroskopiske porer, der er stærkere og mere modstandsdygtige over for deformation, opløsningsmidler, og høje temperaturer og tryk. Så, Kai Liu og kolleger ønskede at udvikle og teste kobberskum for at se, om de effektivt kunne fjerne aerosoler i submikronstørrelse og samtidig være holdbare nok til at blive dekontamineret og genbrugt.

Forskerne fremstillede metalskum ved at høste elektroaflejrede kobber nanotråde og støbe dem ind i et fritstående 3-D netværk, som blev størknet med varme for at danne stærke bindinger. Et andet kobberlag blev tilføjet for yderligere at styrke materialet. I test, kobberskummet holdt sin form under tryk og ved høje lufthastigheder, tyder på, at den er holdbar til genanvendelige ansigtsmasker eller luftfiltre og kan rengøres med vask eller trykluft. Holdet fandt ud af, at metalskummet havde fremragende filtreringseffektivitet for partikler inden for størrelsesområdet 0,1-1,6 μm, som er relevant for frafiltrering af SARS-CoV-2. Deres mest effektive materiale var en 2,5 mm tyk version, med kobber, der fylder 15 % af volumen. Dette skum havde et stort overfladeareal og fangede 97 % af 0,1-0,4 μm aerosoliserede saltpartikler, som er almindeligt anvendt i ansigtsmasketest.

Ifølge holdets beregninger, åndbarheden af ​​deres skum var generelt sammenlignelig med den for kommercielt tilgængelige polypropylen N95 ansigtsmasker. Fordi det nye materiale er kobberbaseret, filtrene skal være modstandsdygtige over for rengøringsmidler, giver mulighed for mange desinfektionsmuligheder, og dets antimikrobielle egenskaber vil hjælpe med at dræbe fangede bakterier og vira, siger forskerne. Ud over, de er genanvendelige. Forskerne vurderer, at materialerne vil koste omkring $2 pr. maske i øjeblikket, og desinfektion og genbrug ville forlænge deres levetid, gør dem økonomisk konkurrencedygtige med nuværende produkter.