[发明专利]用于HEPA空气过滤介质的包括纳米纤维和珠的纳米材料

说明书

本发明涉及纳米材料，特别是HEPA空气过滤介质。一个实施例是包括多个纳米纤维的纳米材料，所述纳米纤维形成在其中限定三维孔隙的随机交织网络。所述纳米材料进一步包括多个珠粒直径为2至20μm的珠粒，所述珠粒随机分布在所述多个纳米纤维内。所述珠粒支撑所述纳米纤维以防止所述孔隙塌陷。

技术领域

本发明涉及纳米材料，特别是HEPA空气过滤介质。

背景技术

纳米纤维具有理想的特性，使其能够具有广泛的技术和商业应用。纳米纤维可用作过滤介质，但由于其纳米尺寸而缺乏物理强度。需要具有更好机械完整性的纳米材料的改进。

发明内容

一个示例性实施例是包括多个纳米纤维的纳米材料，所述纳米纤维形成在其中限定三维孔隙的随机交织网络。所述纳米材料进一步包括多个珠粒直径为2至20μm的珠粒，所述珠粒随机分布在所述多个纳米纤维内。所述珠粒支撑所述纳米纤维以防止所述孔隙塌陷。

示例性实施例涉及提供包括基材层、纳米纤维层和多个珠粒的过滤介质的设备和方法。所述纳米纤维层涂覆基材层，并包括多个纳米纤维，所述纳米纤维形成在其中限定三维孔隙的随机交织基质。多个珠粒随机散布在所述多个纳米纤维内，并支撑所述纳米纤维以防止孔隙塌陷。在一个示例性实施例中，所述珠粒具有2至20μm的珠粒直径。

示例性实施例涉及一种制备过滤介质的方法，包括：提供至少一个基材层；生产纳米纤维的线，其包含沿每个纳米纤维的长度不规则和随机分散的珠粒，以产生多个带珠粒纳米纤维；以及将所述带珠粒纳米纤维沉积在所述基材层的表面上，以产生具有5至50μm的三维孔隙的随机定向交织的纳米纤维的涂层，以产生至少一个纳米纤维过滤层。

这里讨论了其他示例性实施例。

附图说明

图1是根据示例性实施例的纳米材料的图。

图2是根据示例性实施例的纳米材料的扫描电子显微镜显微照片。

图3A是根据示例性实施例的微纤维的图。

图3B是根据示例性实施例的纳米纤维的图。

图4是根据示例性实施例的过滤介质的图。

图5是示出根据示例性实施例的大气等离子体处理(APT)系统和自由液面静电纺丝的不同部件的图。

图6是根据示例性实施例的制备过滤介质的方法的流程图。

具体实施方式

纳米纤维具有小纤维直径、高孔隙率和高表面积/体积比等特性，使其成为能够广泛应用的重要材料。一种这样的应用是HEPA空气过滤介质。鉴于其高过滤效率和高比表面积，纳米纤维是理想的过滤介质。然而，纳米纤维的一个问题是它们的机械完整性较弱。常规过滤介质中使用的纳米纤维本身就很弱。常规过滤介质已经尝试以各种方式克服这种弱点，但尚未能提供具有增强的机械完整性的纳米材料。示例性实施例解决了这个问题。

示例性实施例涉及包括多个纳米纤维和多个珠粒的纳米材料。珠粒可以是与纳米纤维相同的材料的一部分，并且随着纳米纤维形成而沿着纳米纤维的长度形成为直径2至20μm的较厚或不规则的液滴。所述多个纳米纤维形成在其中限定三维孔隙的随机交织网络。多个珠粒直径为2至20μm的珠粒随机分布在所述多个纳米纤维内，并支撑所述纳米纤维以防止孔隙塌陷。珠粒改善了纳米材料的机械完整性。

示例性实施例涉及空气过滤介质，其包括基材层、纳米纤维层和多个珠粒。所述纳米纤维层涂覆基材层，并包括多个纳米纤维，所述纳米纤维形成在其中限定三维孔隙的随机交织基质。多个珠粒直径为2至20μm的珠粒随机散布在所述多个纳米纤维内，并支撑所述纳米纤维以防止孔隙塌陷。