飛納電鏡在過(guò)濾行業(yè)中的應用

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部的有滲透性的材料，稱(chēng)為過(guò)濾介質(zhì)。工業(yè)上使用的過(guò)濾介質(zhì)種類(lèi)繁多，按照結構可分為柔性過(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)濾性能對各制程、產(chǎn)品質(zhì)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(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構，通過(guò)掃描電鏡（SEM）圖可以清晰地觀(guān)察孔洞的形態(tài)和分布狀態(tài)，并對濾膜的孔徑進(jìn)行測量統計。

(A)

(B)
 

典型的尼龍濾膜和聚醚砜濾膜表面 SEM 圖

在實(shí)際應用中，為兼顧濾膜的能力和效率，在濾膜結構上通常會(huì )有一些特殊的設計。如下圖 (A)~(C) 所示為一種不對稱(chēng)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(guò)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(shí)現超低壓下的過(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，除了利用常規電鏡進(jìn)行孔洞尺寸測量之外，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)的識別濾膜上的孔洞，并統計濾膜上的孔洞尺寸、分布、形態(tài)等信息，方便、快速、準確的獲取濾膜的孔徑信息。

Phenom PoroMetric 自動(dòng)孔徑測量軟件

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。利用 Phenom 的原位拉伸臺，可以很好的表征濾膜在拉伸狀態(tài)下的力學(xué)表現、斷裂特征，評判濾膜斷裂失效的過(guò)程。

Phenom 原位拉伸臺及測試結果

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到凈化空氣的目的，在微電子、醫院、食品、制藥、環(huán)保、化妝品、軍事等領(lǐng)域都有重要應用。常見(jiàn)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、復合玻纖過(guò)濾氈等。纖維直徑、取向和孔徑都對濾膜的過(guò)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(jìn)行形貌和成分的表征。

玻璃纖維 SEM 圖

為了更加快速、準確地進(jìn)行纖維直徑和取向的統計，飛納電鏡還提供全自動(dòng)纖維直徑統計軟件 Phenom FiberMetric，可以自動(dòng)進(jìn)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(dòng)測量的人為誤差。

Phenom FiberMetric 全自動(dòng)纖維直徑統計軟件

在疫情發(fā)生的這幾年，醫用防護口罩作為一種特殊的空氣過(guò)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(yōu)異的病毒過(guò)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(guò)濾作用的熔噴無(wú)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(fā)現醫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，更厚的防護層帶來(lái)的是更強的防護能力和更持久的防護時(shí)間。

常見(jiàn)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(guān)人員更好地進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)和管控。