Bakteria, virus atau bahan toksik merebak secara meluas dalam persekitaran suhu ambien, dibawa oleh bahan zarah ultrahalus seperti PM0.3, yang menimbulkan ancaman kepada kesihatan awam. Selain itu, gas buangan suhu tinggi industri sangat mencemarkan alam sekitar. Terdapat keperluan mendesak untuk membangunkan membran penapisan yang boleh digunakan untuk kedua-dua sumber ambien yang mengandungi bakteria dan sumber suhu tinggi untuk kesihatan manusia dan pengoptimuman alam sekitar. Pada masa ini, kebanyakan membran penapisan menghadapi kesesakan teknikal, seperti ketahanan penapisan yang lemah dan kemajuan perindustrian yang perlahan. Untuk menangani isu ini, pasukan yang diketuai oleh Ahli Akademik Xu Weilin di Universiti Tekstil Wuhan telah menggunakan teknologi putaran emparan. Tanpa memerlukan medan elektrik luaran, polimida secara spontan memperoleh struktur molekul terpolarisasi semasa proses berputar, menghasilkan daya elektrostatik mampan diri yang kuat pada permukaan tikar gentian yang terbentuk. Dengan pertumbuhan in-situ nanopartikel perak, sifat antibakteria dikurniakan, mencapai penapisan antibakteria dan jangka panjang. Teknik ini juga menyedari penyediaan pukal membran penapisan. Kerja mereka,"Penapis Udara Tahan Haba Berdasarkan Tikar Polimida/Silver Fiber Elektrostatik Mampan Sendiri dan Antibakteria,"telah diterbitkan dalam Bahan Fungsian Lanjutan. Pengarang bersama pertama kertas kerja itu ialah Dr. Lv Pei dari Universiti Tekstil Wuhan dan Ju Zheng, pelajar sarjana dari kelas 2023, dengan Ahli Akademik Xu Weilin dan Profesor Liu Xin sebagai pengarang yang sepadan.

Penjanaan daya elektrostatik mampan diri yang kuat pada permukaan tikar gentian polimida disebabkan terutamanya oleh geseran makroskopik dan polarisasi dipol mikroskopik semasa proses berputar emparan. Geseran antara gentian dan udara, serta antara gentian, mewujudkan medan elektrostatik yang kuat, yang mencetuskan polarisasi molekul polimida, dengan itu mengukuhkan lagi medan elektrostatik. Oleh kerana penebat tinggi dan sifat dielektrik polimida yang sangat baik, kehilangan elektrostatiknya adalah minimum, memperlahankan pelesapan daya elektrostatik permukaan. Berbanding dengan filem polimida yang diperoleh melalui tuangan, daya elektrostatik yang kuat hanya terdapat pada permukaan tikar gentian berputar empar. Simulasi molekul selanjutnya mengesahkan tahap polarisasi yang berbeza bagi molekul polimida yang diperoleh dengan kaedah putaran dan tuangan emparan. Tenaga ikatan hidrogen bagi tikar gentian berputar empar dan filem tuang ialah 28.54 kJ/mol dan 19.50 kJ/mol, masing-masing, selaras dengan kestabilan habanya. Selain itu, parameter kekutuban mutlak tikar gentian berputar emparan adalah lebih tinggi daripada filem tuang, seterusnya mengesahkan bahawa proses pemutaran emparan mendorong polarisasi molekul polimida, meningkatkan kekutuban molekul.

Analisis morfologi dan sifat fizikokimia polimida dan tikar komposit nanopartikel perak menunjukkan bahawa kaedah pertumbuhan in-situ berjaya melekatkan nanozarah perak pada tikar gentian polimida. Dalam julat suhu penguraian terma 30-350 °C, penurunan berat tikar gentian nanozarah polimida/perak (PI/Ag) tidak melebihi 5%; ujian rintangan haba menunjukkan bahawa gentian PI/Ag mengekalkan bentuk berterusannya walaupun selepas rawatan haba jangka panjang pada 280 °C, tanpa perubahan ketara dalam diameter gentian. Kestabilan terma PI/Ag yang sangat baik membolehkan penapis udara berdasarkan bahan ini digunakan untuk tempoh yang lama pada suhu persekitaran 200-300 °C.

Ujian prestasi penapisan PI/Ag menunjukkan bahawa kecekapan penapisan untuk PM0.3 tikar gentian tebal 260 µm ialah 99.1%, dan untuk tikar gentian tebal 180 µm, ia adalah 98.1%, dengan penurunan tekanan dikurangkan kepada 73.67 Pa , dan purata voltan elektrostatik permukaan -713 V. Sebaliknya, tikar gentian polimida komersial hanya mempunyai voltan elektrostatik permukaan -10 V, dengan kecekapan penapisan PM0.3 sebanyak 58.5%. Voltan elektrostatik permukaan ultra tinggi dan struktur rangkaian 3D yang dibina oleh putaran emparan secara sinergi meningkatkan kecekapan penapisan udara PI/Ag. Selepas 330 hari, voltan elektrostatik permukaan PI/Ag masih kekal melebihi -700 V, dan selepas 1 jam rawatan suhu tinggi pada 280 °C, kecekapan penapisannya untuk PM0.3 kekal melebihi 91.3%. Oleh itu, PI/Ag boleh memastikan penurunan tekanan rendah sambil mencapai penapisan jangka panjang dalam persekitaran suhu tinggi. Ujian antibakteria menunjukkan bahawa PI/Ag mempamerkan aktiviti antibakteria yang ketara terhadap Escherichia coli dan Staphylococcus aureus. Oleh itu, PI/Ag yang disediakan dalam kajian ini boleh digunakan untuk penapisan udara sumber bakteria suhu bilik serta penapisan gas serombong sumber suhu tinggi industri.

Ringkasan: Penulis telah menyediakan tikar gentian polimida antibakteria, tahan suhu tinggi dengan daya elektrostatik tahan diri yang kuat menggunakan teknologi putaran emparan, yang, disebabkan oleh kesan daya elektrostatik mampan sendiri, mempunyai kecekapan penapisan PM0.3 yang tinggi sambil memastikan penurunan tekanan rendah. Kerja ini menyediakan pendekatan baharu kepada penyediaan bahan gentian penapisan udara berskala besar secara berterusan dan cekap.