Sinds de uitbraak heeft het COVID-19-virus meer dan 207,7 miljoen mensen wereldwijd besmet en meer dan 4,3 miljoen levens geëist, volgens het coronavirus van de Wereldgezondheidsorganisatie dashboard vanaf 17 augustus.
Veel medische professionals schrijven echter de daaruit voortvloeiende rol van gezichtsmaskers toe bij het vertragen van de verspreiding van het virus en het beschermen van de menselijke gezondheid.
Innovaties om de effectiviteit van maskers te verbeteren, met een toenemende focus op de productie van nanovezels, hebben geleid tot een hogere filtratie-efficiëntie, meer comfort en gemakkelijker ademen. De effecten van microwaterdruppels op de integriteit van nanovezels zijn echter relatief onduidelijk.
In Fysica van vloeistoffen, onderzoeken onderzoekers van de Southern University of Science and Technology in Shenzhen, China, deze dubbelzinnigheden door een visualisatie van nanovezels die in wisselwerking staan met blootstelling aan wateraerosol.
“Toen COVID-19 voor het eerst toesloeg, waren gezichtsmaskers overal extreem schaars en bedachten mensen allerlei manieren om gebruikte gezichtsmaskers te ‘verjongen’. Het was als een wedstrijd van een chef, met koken, stomen, grillen en zelfs roken betrokken,” zei co-auteur Boyang Yu. “Onze intuïtie vertelde ons dat dit niet klopt. We moeten ernaar kijken en zien wat er precies met de nanovezels is gebeurd.”
Yu en zijn collega’s gebruikten microscopische video’s met hoge snelheid om systematisch de evolutie te visualiseren van nanovezels gemaakt van polymeren met verschillende contacthoeken, diameters en maaswijdten onder blootstelling aan wateraerosol.
“Het filmen van nanovezels is als het maken van portretten van baby’s”, zegt Yu. “Ze houden er niet van om op hun plaats te blijven voor de camera. Dit komt omdat nanovezels erg zacht en dun zijn, vooral met de aerosolstroom die er doorheen blaast. Maar met genoeg zorg, geduld en geluk hebben we uiteindelijk mooie foto’s gemaakt voor onze analyse .”
De geproduceerde afbeeldingen laten zien dat nanovezels onomkeerbaar samensmelten tijdens de “druppelopvangfase” en de daaropvolgende vloeistofverdampingsfase, waardoor de effectieve vezellengte voor het opvangen van aerosolen aanzienlijk wordt verminderd. Ze laten zien dat hydrofobe en orthogonaal geweven vezels capillaire krachten kunnen verminderen en de vezelcoalescentiesnelheid kunnen verlagen.
“We hebben drie dingen bevestigd”, zegt co-auteur Weiwei Deng. “Ten eerste zijn nanovezels uitstekend in het opvangen van druppeltjes in aerosol. Ten tweede worden de nanovezels aan elkaar gehecht nadat de aerosol is opgevangen. En ten derde is deze binding hecht en onomkeerbaar, zelfs nadat de opgevangen druppeltjes zijn verdampt.
“Natte vezels hebben de neiging om zich aan elkaar te hechten op dezelfde manier als natte haren de neiging hebben om samen te bundelen. Het komt door de capillaire kracht, die dominant wordt naarmate de schaal kleiner wordt, en het is extreem sterk voor nanovezels.”
De bevindingen van het onderzoek zullen naar verwachting helpen bij het verbeteren van het ontwerp, de fabricage en het gebruik van gezichtsmaskers gemaakt met nanovezels. Ze leveren direct visueel bewijs voor de noodzaak om gezichtsmaskers vaak te vervangen, vooral in koude omgevingen.
‘De winter komt eraan,’ zei Deng. “Als het buiten koud is, bevat je adem meer druppeltjes waardoor het nanovezelgaas sneller kan instorten.”
“Visualisatie van de interactie van wateraerosol en nanovezelgaas” Fysica van vloeistoffen, aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0061847
Fysica van vloeistoffen
Geleverd door American Institute of Physics