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                  飛納電鏡在過濾行業中的應用

                  發布時間: 2023-01-28  點擊次數: 685次
                  過濾是收集或者分離分散于氣體或液體中固體顆粒的物理過程,在過濾過程中,固體粒子沉積在其表面或內部的有滲透性的材料,稱為過濾介質。工業上使用的過濾介質種類繁多,按照結構可分為柔性過濾介質(如織造和非織造過濾介質等)、剛性過濾介質(如燒結金屬纖維氈、多孔陶瓷等)和松散性過濾介質(如活性炭、硅藻土等)。不同的過濾介質過濾實施方式不同,所應用領域和環境也各有差異。

                  工業濾膜形貌分析

                  工業濾膜和超濾膜是石油化工、食品飲料、飲用水、生物制藥、微電子等行業中使用的重要材料,可用于工業用水純化、工業廢水回收、市政用水 / 污水、淡化等,也可用于先進制程中的雜質過濾、污染物去除。

                  濾膜的過濾性能對各制程、產品質量有很大影響,利用飛納臺式掃描電鏡可以快捷地獲取濾膜的 SEM 表征結果,對濾膜的孔徑和孔道形貌、分布進行分析。如下圖 (A)、(B) 所示為典型的尼龍濾膜和聚醚砜濾膜的表面孔洞結構,通過掃描電鏡(SEM)圖可以清晰地觀察孔洞的形態和分布狀態,并對濾膜的孔徑進行測量統計。

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                  (A)

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                  (B)
                   
                  典型的尼龍濾膜和聚醚砜濾膜表面 SEM 圖

                  在實際應用中,為兼顧濾膜的能力和效率,在濾膜結構上通常會有一些特殊的設計。如下圖 (A)~(C) 所示為一種不對稱膜,(A)、(B) 所示分別為其正背面,兩面的孔洞結構不同,濾膜內部孔洞較大,表層薄而細小的孔決定了膜的截留率,下層的大孔可以保證濾膜的通量和過濾速度。(D)~(F) 所示為一種具有梯度微孔結構的濾膜,從上至下孔洞尺寸逐漸增大,斷面結構表現為上密下疏,能夠實現超低壓下的過濾、大通量產水。

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                  (A)

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                  (B)

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                  (C)

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                  (D)

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                  (F)

                  孔洞的尺寸對工業濾膜的過濾能力和效率都有很大的影響,除了利用常規電鏡進行孔洞尺寸測量之外,飛納電鏡還提供了全自動的孔洞分析軟件 Phenom PoroMetric,利用分析軟件可以自動的識別濾膜上的孔洞,并統計濾膜上的孔洞尺寸、分布、形態等信息,方便、快速、準確的獲取濾膜的孔徑信息。

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                  Phenom PoroMetric 自動孔徑測量軟件

                  除了孔徑分析外,濾膜的力學性能也是其一個重要的參數。利用 Phenom 的原位拉伸臺,可以很好的表征濾膜在拉伸狀態下的力學表現、斷裂特征,評判濾膜斷裂失效的過程。

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                  Phenom 原位拉伸臺及測試結果

                  空氣過濾膜形貌分析
                   
                  空氣過濾膜通過有效的去除空氣中懸浮顆粒物達到凈化空氣的目的,在微電子、醫院、食品、制藥、環保、化妝品、軍事等領域都有重要應用。常見的空氣過濾材料包括玻纖空氣過濾紙、熔噴布、PTFE 過濾膜、復合玻纖過濾氈等。纖維直徑、取向和孔徑都對濾膜的過濾效率有所影響,利用臺式掃描電鏡可以方便的對玻纖原料進行形貌和成分的表征。

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                  玻璃纖維 SEM 圖

                  為了更加快速、準確地進行纖維直徑和取向的統計,飛納電鏡還提供全自動纖維直徑統計軟件 Phenom FiberMetric,可以自動進行纖維的識別、直徑和取向的測量,并輸出直徑的分布圖特征,減少手動測量的人為誤差。

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                  Phenom FiberMetric 全自動纖維直徑統計軟件

                  在疫情發生的這幾年,醫用防護口罩作為一種特殊的空氣過濾材料不斷出現在大家視野,不論是醫用外科口罩、N95 口罩、KN95 口罩,因為具有優異的病毒過濾能力,是疫情防護的利器。

                  對這三種口罩而言,最重要的原材料是熔噴布,如下圖 (A) 所示,醫用口罩主要有三層結構組成,內外兩側分別為阻水層和吸濕層,中間層為起主要過濾作用的熔噴無紡布,直徑分布為 0.5-10μm (B), 對顆粒物有較強的吸附能力。N95 口罩(國標 GB2626-2006)和 KN95 口罩(美標 42CFR84)結果相近,只是檢測標準不同,略有所差異,都通認比醫用外科口罩具有更好的防護效果,其主要原因便在于熔噴布。圖 (C)、(D) 所示分別為醫用外科口罩和 N95 口罩的截面 SEM 圖,可以發現醫用外科口罩中間層為一層熔噴無紡布,約 150μm,而 N95 口罩中間層為 3 層熔噴無紡布,約 500μm,更厚的防護層帶來的是更強的防護能力和更持久的防護時間。

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                  常見醫用口罩 SEM 圖

                  飛納電鏡提供完善的濾材表面形貌、孔徑、表面成分檢測方案,可以幫助相關人員更好地進行產品的研發和管控。
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