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口罩|研究人员发现棉口罩潮湿后过滤性能提高33％，可有效减缓新冠病毒传播

新冠病毒口罩纤维

随着国内的疫情形势逐渐趋于好转 ， 什么时候能摘掉口罩成为大众热议的话题 。 对此 ， 中国工程院院士、天津中医药大学校长张伯礼在 3 月 8 日接受媒体采访时表示：明年春天有望摘掉口罩 。
所以 ， 现阶段大家仍然不能放松警惕 ， 戴口罩的好习惯还得继续保持到明年春天 。
目前 ， 国外的疫情尚未得到有效控制 ， 科学家们基于疫情防控的一系列实验研究也在不断进行着 。 近日 ， 由美国国家标准技术研究所（NIST）和史密森尼博物馆保护研究所的科学家组成的研究小组尝试了一种更好的方法 ， 用来测试哪种材质面料的口罩更适合减缓新冠病毒传播 。
【口罩|研究人员发现棉口罩潮湿后过滤性能提高33％，可有效减缓新冠病毒传播】目前 ， 他们的这项研究已经发表在ACS Applied Nano Materials上 。
实验测得潮湿棉口罩过滤性能提升 33%
首先 ， 研究小组准备了织物样本 ， 将它们放在一个小盒子里 ， 将空气保持在 99% 的湿度（这与人的呼气的湿度大致相同） 。 为了进行对比 ， 研究人员在 55% 的湿度下制备了第二组样品 。
当织物与湿空气达到平衡后 ， 研究人员把它们放在一个管道前面 ， 这个管道以与人体呼气相同的速度排出空气 。 其中 ， 空气中携带盐颗粒 ， 其大小与人体呼气的液滴大小相当 。
口罩|研究人员发现棉口罩潮湿后过滤性能提高33％，可有效减缓新冠病毒传播
文章插图

图 | 不同湿度环境下棉织物的过滤性能对比（来源：phys.org）
实验效果非常明显 ， 如上图所示 ， 和在正常条件下的棉织物（右）相比 ， 在人呼气高湿度条件下的棉织物（左）可以过滤掉更多的盐颗粒 。
研究人员通过测量穿过织物前后空气中盐颗粒的数量来计算过滤效率（衡量材料捕获颗粒能力的度量） ， 通过测量空气通过织物两侧的气压来观察透气性 。
他们分别测试了 9 种不同类型的棉织物 ， 在潮湿条件下 ， 其过滤效率从 12% 提高到 45% ， 平均提高 33% 。
同时 ， 他们也测试了 6 种合成纤维 ， 包括尼龙、聚酯和人造丝 ， 但与棉绒布相比 ， 无论湿度如何 ， 它们的性能表现都不尽人意 。 而医用口罩和 N95 口罩在高湿度和低湿度条件下提供相同的过滤效率 。
另外 ， 研究人员还在测试中通过增加湿度观测是否会令棉织物变得不透气 ， 然而并没有 ， 实际测得透气性基本没有变化 。
结果表明：在潮湿条件下 ， 棉织物的过滤效率平均提高了 33%；与棉织物相比 ， 合成纤维的性能较差 ， 而且它们的性能并没有随着湿度的增加而提高 。
在此之前 ， 该研究小组先前曾做过的一项研究表明 ， 由紧密编织的棉织物制成的双层口罩 ， 比如绒布 ， 可提高绒毛起绒效果 ， 在过滤方面效果较好 。 当时这项研究是在相对干燥的实验条件下进行的 ， 而现在证明在潮湿的条件下也有很好的过滤效果 。
“棉口罩是一个不错的选择 。 ”NIST 研究科学家 Christopher Zangmeister 说 ， “这项新的研究表明 ， 棉口罩实际上比我们想象的要好 。 ”
棉织物的纤维结构是提升过滤效果的关键
为什么潮湿的棉口罩过滤性能会更好呢？研究人员揭示了其中的原因 。
他们指出 ， 棉织物具有亲水性 ， 从微观上来看 ， 通过吸收人体呼出的少量水分 ， 大量纤维就会在棉织物内部创造了一个潮湿的环境 ， 当微小的颗粒通过时也会吸收一些水分从而体积变得更大 ， 这使得它们更容易被捕获拦截 。 从宏观上来讲 ， 这就意味着棉口罩在潮湿的条件下过滤效率会有所提高 。
与之相反的 ， 大多数的合成织物（比如聚酯纤维）基本上都是疏水性的 ， 这也就意味着这些织物不能吸收水分 ， 因而在潮湿条件下的过滤效率并不会发生改变 。
口罩|研究人员发现棉口罩潮湿后过滤性能提高33％，可有效减缓新冠病毒传播
文章插图

图 | 不同材质口罩的扫描电子显微镜图像（来源：Phys.org）
如上图所示 ， 左右两侧分别是棉绒布和聚酯纤维的扫描电子显微镜图像（图中比例尺每一小格为 50μm ， 大致相当于人头发丝的直径） 。
棉织物纤维能够从人体的呼吸中吸收水分从而提高过滤效果 ， 虽然潮湿的棉织物过滤性能提升很大 ， 但它们实际上并没有吸收太多的水分 。 在潮湿的条件下 ， 一个双层的棉织物口罩能够从人体的呼吸中吸收大约 150mg 的水 ， 这大约相当于一滴水的量 。
但如果故意把棉口罩弄湿 ， 比如浸水 ， 那么口罩可能会变得不透气 ， 导致人体难以呼吸 。 对此 ， 美国疾控中心指出 ， 如果棉绒布口罩因天气而变得非常潮湿的话应当及时进行更换 。
这项研究不但为戴口罩的人带来了非常有价值的信息 ， 同时也为致力于改进口罩和测试口罩性能的研究人员们提供了宝贵的经验 。
这项研究至关重要的一点就是高仿真 ， 通过在模拟人体呼吸湿度的条件下测试这些口罩 ， 从而能够更加精准地反映出人体佩戴口罩的真实性能 。 “想要了解这些材料在现实世界中的真实表现 ， 那么我们就需要基于在现实的条件下对它们进行研究 。 ”Zangmeister 说 。
总而言之 ， 坚持正确佩戴口罩是疫情防控最简单有效的一种方式 。
-End-
参考：
https://phys.org/news/2021-03-humidity-cotton-masks-effective-covid-.html


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