Une équipe de recherche de l'Institut de biophysique théorique et expérimentale de l'Académie des sciences de Russie a synthétisé un matériau parfait pour la protection des organes respiratoires, recherche analytique et à d'autres fins pratiques. Un tissu presque léger fait de nanofibres de nylon d'un diamètre inférieur à 15 nm bat tout autre matériau similaire en termes de filtrage et de propriétés optiques.
Les scientifiques, dont les travaux sont publiés dans le Journal Européen des Polymères , caractériser leur matériau comme léger (10-20 mg/m2), presque invisible (95% de transmission lumineuse, plus que celle du verre à vitre), montrant une faible résistance au flux d'air et une interception efficace de <1 micromètre de particules fines.
"Nanofibres" est plus qu'un mot à la mode dans l'article des chercheurs. Précédemment, la même équipe a démontré que la réduction du diamètre de la fibre de 200 nm à 20 nm diminuait de deux tiers la résistance du filtre au flux d'air, et que cet effet ne pouvait plus être expliqué par l'aérodynamique classique. Lorsqu'une taille d'obstacle est inférieure au libre parcours des molécules de gaz, les méthodes standard d'estimation de la résistance aérodynamique basées sur la théorie du continu ne fonctionnent plus. Dans des conditions normales, le libre parcours moyen des molécules d'air est de 65 nm.
Le libre parcours moyen est la distance moyenne parcourue par une molécule avant d'entrer en collision avec une autre. Si tous les obstacles sont plus grands que cette valeur, le flux libre qui leur parvient peut être considéré comme un milieu continu.
Les scientifiques ont utilisé une technique appelée électrofilage dans laquelle un jet d'un polymère dissous est éjecté à travers une buse spéciale dirigée vers une cible sous l'influence d'un champ électrique. L'éthanol est électropulvérisé du côté opposé. Le jet de polymère et les ions alcool prennent les charges électriques opposées. Se heurtant dans l'air, ils forment des films fibreux ultra-minces. La technologie d'électrofilage comme moyen de produire des filtres fibreux non tissés a été développée dans les années 1950 pour purifier l'air dans l'industrie atomique. Cependant, les chercheurs ont introduit une amélioration importante. Au lieu d'obtenir des nanomats sur un substrat conducteur solide, la nouvelle technologie a produit un filtre libre couvrant un trou de 55 mm dans un écran en polycarbonate non conducteur.
Les travaux publiés complètent le cycle des articles des auteurs consacrés au développement de la technologie de fabrication et aux études de nanofiltres fabriqués à l'aide de ce nouveau procédé. Les propriétés optiques et de filtrage uniques proviennent d'un mécanisme spécial de "cicatrisation" des trous et des défauts dans les filtres autonomes. De tels trous attirent littéralement les fibres atterrissant sur la surface du filtre. Par conséquent, un bon filtre sans gros trous peut être obtenu à partir d'une quantité minimale de nanofibres, et en conséquence, avec une résistance minimale au flux d'air. De plus, la cicatrisation active des gros trous entre les fils confère aux filtres les propriétés inhérentes aux filtres à pores calibrés, membranes dites track-etched (nuclépores). Les scientifiques ont également démontré que le mécanisme de "guérison" ne fonctionne pas dans la technique conventionnelle d'électrofilage dans laquelle des nanofibres sont déposées sur un substrat conducteur de manière complètement aléatoire.
Le test du nylon-4, 6 films électrofilés ont démontré que des tissus presque légers et invisibles retiennent pas moins de 98 % des particules de poussière en suspension dans l'air. Pour tester, les scientifiques ont utilisé des particules de 0,2 à 0,3 microns de diamètre. Cela correspond à peu près à la quantité de poussière qui n'est pas captée par le pharynx nasal et pénètre dans les poumons, provoquant un certain nombre de conditions médicales dangereuses. Particules submicroniques ( <1 micromètre de diamètre) sont également utilisées pour tester les filtres industriels et médicaux. Pour évaluer les performances, la résistance au flux d'air est également testée.
Des expériences pour mesurer la résistance ont été faites sur des échantillons singuliers jusqu'à présent. Dans les filtres réels, une surface multicouche avec une configuration complexe est normalement utilisée. Les expériences ont montré que le nylon-4, Le matériau filtrant 6 avait les meilleures propriétés parmi tous les types de tissus décrits précédemment. En termes de rapport entre l'étendue d'interception et le poids du filtre et le rapport entre la résistance à l'interception et le débit d'air, le nouveau matériau filtrant bat plusieurs fois tous les équivalents existants.
Discuter des applications possibles de ce matériau, les scientifiques prétendent que c'est plus que la purification évidente de l'air et de l'eau à partir de particules. Puisque le matériau surpasse le verre en transparence, il peut être utilisé en recherche biologique. Par exemple, après avoir pompé de l'air ou de l'eau à travers le nouveau filtre, les micro-organismes interceptés peuvent être directement observés sur le filtre transparent au microscope. De nouveau, cet effet est dû aux fils ultra-fins. Leur épaisseur est nettement inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible.
