Áp dụng nguyên lý tĩnh điện cơ bản, bạn có thể tăng thêm 20% hiệu quả lọc cho khẩu trang vải của mình

Khẩu trang vải cotton có thể đạt tới hiệu quả lọc trên 60% với các hạt aerosol ở kích thước dưới 300 nm và 80% các hạt có kích thước trên 300 nm. Đó là kết quả từ một nghiên cứu đo đạc chính xác của Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne và Đại học Chicago, Hoa Kỳ.

Tuy nhiên, bất ngờ hơn nữa, các nhà khoa học cho biết bằng cách may thêm một lớp lụa hoặc vải sợi tổng hợp như chiffon, flannel vào cùng với cotton, hiệu quả lọc của khẩu trang vải sẽ tăng lên thêm 10-20% nữa. Và đó là nhờ hiệu ứng tĩnh điện cơ bản.

Thay vì chỉ bắt giữ các hạt aerosol lớn không thể chui lọt các kẽ hở vải của khẩu trang cotton, vải lụa hoặc sợi tổng hợp có thể dùng lực hút tĩnh điện để hút các hạt aerosol có kích thước nhỏ hơn cả mắt vải của chúng. 

Kết hợp hai loại vải có tính chất đối ngược nhau, hóa ra lại là sự bổ sung cho nhau để tăng hiệu quả lọc của khẩu trang.

Áp dụng nguyên lý tĩnh điện cơ bản, bạn có thể tăng 20% hiệu quả lọc cho khẩu trang vải của mình

Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học đến từ Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne và Đại học Chicago ở Hoa Kỳ. Trong đó, họ đã lấy nhiều loại vật liệu vải phổ biến và thử nghiệm tính chất lọc cơ học và tĩnh điện của chúng.

Qua quá trình thử nghiệm này, các công thức kết hợp nhiều loại vải để tạo thành lớp lọc hiệu quả cho khẩu trang đã được tìm ra. Đồng thời, các nhà khoa học cũng nhấn mạnh rằng độ khít của khẩu trang, hay nói cách khác là cách đeo chúng là yếu tố quyết định đến hiệu quả bảo vệ bạn trong đại dịch COVID-19.

"Chúng tôi đã thực hiện các nghiên cứu này cho một số loại vải phổ biến bao gồm cotton, lụa, chiffon, flannel, các loại vải sợi tổng hợp khác nhau và kết hợp nhiều loại trong số chúng", tác tác giả giải thích trong nghiên cứu đăng trên tạp chí ACSNano của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.

"Nhìn chung, chúng tôi thấy rằng sự kết hợp của nhiều loại vải phổ biến khác nhau được sử dụng trong khẩu trang vải có khả năng cung cấp sự bảo vệ đáng kể, chống lại việc truyền các hạt aerosol".

Để tạo ra môi trường thử nghiệm lọc cho các chất liệu vải này, các nhà khoa học sử dụng một buồng trộn khí dung, tạo ra các hạt aerosol trong không khí. Các hạt aerosol có thể mang theo virus corona, và chúng thường có kích thước nhỏ hơn cả giọt bắn đường hô hấp, nên khó lọc hơn.

Một ống nhựa PVC được nối một đầu vào buồng khí dung, đầu còn lại được nối sang một buồng áp suất âm có kiểm soát. Qua đó, không khí sẽ được hút từ buồng khí dung sang buồng áp suất âm theo từng mức áp suất khác nhau, mô phỏng hơi thở của người đeo khẩu trang.

Các nhà khoa học sẽ thu không khí trong buồng áp suất âm và đo xem có bao nhiêu hạt aerosol đã đi xuyên qua vật liệu vải của khẩu trang. Một phạm vi lớn các hạt có kích thước từ khoảng 10 nanomet đến 10 micromet đã được thử nghiệm.

Để dễ hình dung, một sợi tóc của con người có đường kính khoảng 50 micromet, và 1.000 nanomet thì có giá trị bằng 1 micromet. Các hạt virus corona có đường kính từ 80 đến 120 nanomet. Các giọt bắn mang virus có kích thước trên 10 micromet.

Nghĩa là nghiên cứu này chỉ khảo sát các hạt aerosol nhỏ hơn giọt bắn nhưng logic ở đây là nếu khẩu trang đã chặn được các hạt nhỏ này, chúng cũng có thể chặn được các hạt lớn hơn. Cả giọt bắn và aerosol hiện đều được cho là con đường lây nhiễm của virus SARS-CoV-2 đang gây ra đại dịch COVID-19.

Các thử nghiệm cho thấy các loại vải lụa tổng hợp, satin, chiffon và flannel cho hiệu quả lọc aerosol kém, với hiệu quả chỉ đạt 14-25% với các hạt nhỏ hơn 300 nm và 25-59% với các hạt lớn hơn 300 nm. Vải cotton cho độ lọc hiệu quả nhất ở 64% với các hạt nhỏ hơn 300 nm và 82% với các hạt lớn hơn 300 nm.

Tuy nhiên, khi kết hợp hai nhóm vải này lại với nhau, các nhà khoa học nhận thấy các lớp lọc hybrid mà chúng tạo ra đã cho hiệu quả lọc vượt trội hơn hẳn. "Hiệu suất lọc của các thiết kế hydrid (như cotton-lụa, cotton-chiffon, cotton-flannel) là> 80% (đối với các hạt <300 nanomet) và> 90% (đối với các hạt> 300 nanomet)", họ viết trong kết luận của nghiên cứu.

"Chúng tôi suy đoán rằng sự cải thiện hiệu suất của các thiết kế hydrid có thể bắt nguồn từ hiệu ứng kết hợp giữa lọc cơ học và tĩnh điện".

Hiệu ứng hút tĩnh điện, mặc dù các hạt có kích thước nhỏ hơn lỗ hở của khẩu trang nhưng vẫn bị bề mặt vải hút lại.

Hiệu ứng lọc cơ học là khi các hạt aerosol lớn hơn lỗ hở của vải được giữ lại trên đó, hoặc chúng đập vào bề mặt sợi vải và bám lại. Các loại vải như cotton có mật độ dệt càng cao thì hiệu ứng lọc cơ học càng hiệu quả.

Ngược lại, hiệu ứng lọc tĩnh điện là khi các hạt aerosol bay qua một bề mặt vải bị tĩnh điện - mặc dù có kích thước nhỏ hơn lỗ hở vải nên lẽ ra có thể bay xuyên qua đó - thì bây giờ chúng lại bị lực hút tĩnh điện giữ lại và bám vào trên sợi vải.

Và như chúng ta đều biết, các loại vải như lụa, polyester hay vải tổng hợp làm điều này tốt hơn cotton. Do vậy, kết hợp cả hai cơ chế lọc bằng hai chất liệu vải đối lập có thể làm tăng hiệu quả lọc cho các loại khẩu trang.

Áp dụng nguyên lý tĩnh điện cơ bản, chúng ta có thể làm khẩu trang vải hiệu quả hơn.

Nhưng dù khẩu trang có lọc hiệu quả đến cỡ nào đi chăng nữa, các nhà khoa học cho biết nếu bạn không đeo chúng đúng cách, hay nói cách khác để khẩu trang hở, hiệu quả lọc của chúng sẽ giảm xuống. Điều này không chỉ xảy ra với khẩu trang vải, mà còn cả khẩu trang y tế và khẩu trang N95.

"Các nghiên cứu của chúng tôi cũng ngụ ý rằng các khoảng trống (do đeo khẩu trang không khít) có thể làm giảm hơn 60% hiệu quả lọc", các nhà nghiên cứu viết. Vì vậy, họ đề nghị ngoài việc thiết kế lớp lọc tốt cho các loại khẩu trang vải, chúng ta còn phải thiết kế cơ chế đeo bao gồm dây đeo và nẹp mũi của chúng thật khít và ôm sát mặt người sử dụng.

Chỉ có vậy, bạn mới có được một loại khẩu trang vải tối ưu nhất và bảo vệ bạn tốt nhất khỏi COVID-19 và cả các hạt bụi có kích thước nhỏ trong không khí.

Tham khảo Sciencealert