飛納電鏡在過(guò)濾行業(yè)中的應(yīng)用

過(guò)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(guò)程，在過(guò)濾過(guò)程中，固體粒子沉積在其表面或內(nèi)部的有滲透性的材料，稱為過(guò)濾介質(zhì)。工業(yè)上使用的過(guò)濾介質(zhì)種類繁多，按照結(jié)構(gòu)可分為柔性過(guò)濾介質(zhì)（如織造和非織造過(guò)濾介質(zhì)等）、剛性過(guò)濾介質(zhì)（如燒結(jié)金屬纖維氈、多孔陶瓷等）和松散性過(guò)濾介質(zhì)（如活性炭、硅藻土等）。不同的過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾實(shí)施方式不同，所應(yīng)用領(lǐng)域和環(huán)境也各有差異。

工業(yè)濾膜形貌分析

工業(yè)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(yè)中使用的重要材料，可用于工業(yè)用水純化、工業(yè)廢水回收、市政用水 / 污水、淡化等，也可用于先進(jìn)制程中的雜質(zhì)過(guò)濾、污染物去除。

濾膜的過(guò)濾性能對(duì)各制程、產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響，利用飛納臺(tái)式掃描電鏡可以快捷地獲取濾膜的 SEM 表征結(jié)果，對(duì)濾膜的孔徑和孔道形貌、分布進(jìn)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(jié)構(gòu)，通過(guò)掃描電鏡（SEM）圖可以清晰地觀察孔洞的形態(tài)和分布狀態(tài)，并對(duì)濾膜的孔徑進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)。

(A)

(B)
 

典型的尼龍濾膜和聚醚砜濾膜表面 SEM 圖

在實(shí)際應(yīng)用中，為兼顧濾膜的能力和效率，在濾膜結(jié)構(gòu)上通常會(huì)有一些特殊的設(shè)計(jì)。如下圖 (A)~(C) 所示為一種不對(duì)稱膜，(A)、(B) 所示分別為其正背面，兩面的孔洞結(jié)構(gòu)不同，濾膜內(nèi)部孔洞較大，表層薄而細(xì)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(guò)濾速度。(D)~(F) 所示為一種具有梯度微孔結(jié)構(gòu)的濾膜，從上至下孔洞尺寸逐漸增大，斷面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為上密下疏，能夠?qū)崿F(xiàn)超低壓下的過(guò)濾、大通量產(chǎn)水。

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

(F)

孔洞的尺寸對(duì)工業(yè)濾膜的過(guò)濾能力和效率都有很大的影響，除了利用常規(guī)電鏡進(jìn)行孔洞尺寸測(cè)量之外，飛納電鏡還提供了全自動(dòng)的孔洞分析軟件 Phenom PoroMetric，利用分析軟件可以自動(dòng)的識(shí)別濾膜上的孔洞，并統(tǒng)計(jì)濾膜上的孔洞尺寸、分布、形態(tài)等信息，方便、快速、準(zhǔn)確的獲取濾膜的孔徑信息。

Phenom PoroMetric 自動(dòng)孔徑測(cè)量軟件

除了孔徑分析外，濾膜的力學(xué)性能也是其一個(gè)重要的參數(shù)。利用 Phenom 的原位拉伸臺(tái)，可以很好的表征濾膜在拉伸狀態(tài)下的力學(xué)表現(xiàn)、斷裂特征，評(píng)判濾膜斷裂失效的過(guò)程。

Phenom 原位拉伸臺(tái)及測(cè)試結(jié)果

空氣過(guò)濾膜形貌分析
 

空氣過(guò)濾膜通過(guò)有效的去除空氣中懸浮顆粒物達(dá)到凈化空氣的目的，在微電子、醫(yī)院、食品、制藥、環(huán)保、化妝品、軍事等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。常見的空氣過(guò)濾材料包括玻纖空氣過(guò)濾紙、熔噴布、PTFE 過(guò)濾膜、復(fù)合玻纖過(guò)濾氈等。纖維直徑、取向和孔徑都對(duì)濾膜的過(guò)濾效率有所影響，利用臺(tái)式掃描電鏡可以方便的對(duì)玻纖原料進(jìn)行形貌和成分的表征。

玻璃纖維 SEM 圖

為了更加快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行纖維直徑和取向的統(tǒng)計(jì)，飛納電鏡還提供全自動(dòng)纖維直徑統(tǒng)計(jì)軟件 Phenom FiberMetric，可以自動(dòng)進(jìn)行纖維的識(shí)別、直徑和取向的測(cè)量，并輸出直徑的分布圖特征，減少手動(dòng)測(cè)量的人為誤差。

Phenom FiberMetric 全自動(dòng)纖維直徑統(tǒng)計(jì)軟件

在疫情發(fā)生的這幾年，醫(yī)用防護(hù)口罩作為一種特殊的空氣過(guò)濾材料不斷出現(xiàn)在大家視野，不論是醫(yī)用外科口罩、N95 口罩、KN95 口罩，因?yàn)榫哂袃?yōu)異的病毒過(guò)濾能力，是疫情防護(hù)的利器。

對(duì)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(yī)用口罩主要有三層結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)外兩側(cè)分別為阻水層和吸濕層，中間層為起主要過(guò)濾作用的熔噴無(wú)紡布，直徑分布為 0.5-10μm (B), 對(duì)顆粒物有較強(qiáng)的吸附能力。N95 口罩（國(guó)標(biāo) GB2626-2006）和 KN95 口罩（美標(biāo) 42CFR84）結(jié)果相近，只是檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不同，略有所差異，都通認(rèn)比醫(yī)用外科口罩具有更好的防護(hù)效果，其主要原因便在于熔噴布。圖 (C)、(D) 所示分別為醫(yī)用外科口罩和 N95 口罩的截面 SEM 圖，可以發(fā)現(xiàn)醫(yī)用外科口罩中間層為一層熔噴無(wú)紡布，約 150μm，而 N95 口罩中間層為 3 層熔噴無(wú)紡布，約 500μm，更厚的防護(hù)層帶來(lái)的是更強(qiáng)的防護(hù)能力和更持久的防護(hù)時(shí)間。

常見醫(yī)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(cè)方案，可以幫助相關(guān)人員更好地進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)和管控。