由韩国高级科学技术研究所 数字
(一)离心多钉扎聚合物纳米纤维生产工艺示意图
(二)由该体系纺制的聚合物纳米纤维
子盘数量的增加表明生产率成比例地提高
使用大量生产的纳米纤维制造的面罩和面罩过滤器(插图)
学分:韩国高级科学技术学院 KAIST研究人员开发了一种新的纳米纤维生产技术，称为“离心多钉”，这将为高性能聚合物纳米纤维的安全和成本效益的大规模生产打开大门
这种新技术每小时的纳米纤维生产率比传统的静电纺丝法高300倍，具有许多潜在的应用，包括用于冠状病毒防护的面罩过滤器的开发
纳米纤维是很好的面罩过滤器，因为它们与气溶胶颗粒的机械相互作用使它们具有更强的能力来捕获90 %以上的有害颗粒，如细小的灰尘和含有病毒的液滴
近年来，新冠肺炎大流行的影响进一步加速了对更好的口罩的需求
随着这种流行病的持续，更有效地阻挡有害颗粒的基于聚合物纳米纤维的口罩过滤材料的需求也越来越高
“静电纺丝”是用于制备精细且均匀的聚合物纳米纤维的常用方法，但就安全性、成本效益和大规模生产而言，它有几个缺点
静电纺丝法需要高压电场和导电靶，这阻碍了聚合物纳米纤维的安全和成本有效的大规模生产
针对这一缺点，“离心纺丝”利用离心力而不是高压来生产聚合物纳米纤维，被认为是静电纺丝的更安全和更具成本效益的替代方法
易于扩展是另一个优点，因为这项技术只需要一个旋转喷丝头和一个收集器
然而，由于现有的基于离心力的纺丝技术仅使用单个旋转喷丝头，因此生产率是有限的，并且不会比一些先进的静电纺丝技术如“多喷嘴静电纺丝”和“无喷嘴静电纺丝”高太多
“即使喷丝板的尺寸增加，这个问题仍然存在
受这些限制的启发，由凯思特化学与生物分子工程系的多·金玄教授领导的研究小组开发了一种具有大规模生产能力的离心式多片式喷丝板，将一个旋转的喷丝板分成三个子圆盘
这项研究于2021年3月作为美国计算机学会宏观通讯第10卷第3期的封面文章发表
使用这种新型离心式三分圆盘多针喷丝头
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候选人Byeong Eun Kwak和他的同事Hyo Jeong Yoo和Lee Eungjun展示了各种聚合物纳米纤维的克级生产，最大生产率高达每小时25克，比传统的静电纺丝系统高大约300倍
在实验室规模的制造系统中，每小时高达25克聚合物纳米纤维的生产率相当于每天约30个面罩过滤器的生产率
通过将大规模生产的聚合物纳米纤维整合到面罩过滤器的形式中，研究人员能够制造出具有与韩国市场上目前可用的KF80和KF94面罩相当的过滤性能的面罩
KF80和KF94口罩已获得韩国食品药品安全部的批准，可分别过滤掉至少80%和94%的有害颗粒
“当我们的系统从实验室规模扩大到工业规模时，离心式多股聚合物纳米纤维的大规模生产将成为可能，基于聚合物纳米纤维的面罩过滤器的成本也将大幅降低，”Kwak解释说
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