Air filtration system have become a major technology in recent times not only in the environmental field, but also in industrial field due to precision manufacturing or environmental regulations. Polymeric nanofiber sheets are the most widely accepted material for high-efficiency air filters. However, to achieve high filtering efficiency, nonconductive polymeric filters demand high-pressure drop which may cause several problems of air permeability, noise, vibration, and energy consumption. Applying high electrical conductivity material to the air filter can achieve high efficiency and high permeability filter through maximizing the electrostatic force using the applied voltage. In this study, we introduce the copper nanoporous air filters, fabricated by growing copper nano branches based on electrodeposition and improving stability through post-treatment of roll press and vacuum heat treatment. It has been experimentally verified that the manufactured filter can not only physically filter PMs like the existing filter, but also dramatically increase the filtration efficiency by using a low applied voltage of 20V or less. In addition, for filter optimization, the relationship between filter shape and air permeability was derived through theoretical modeling, and it was confirmed that filter shape control and permeability improvement were possible by additional treatment.
공기 여과 시스템은 최근 정밀 제조 공정 또는 환경 규제로 인해 환경 분야 뿐만 아니라 산업 분야에서도 중요한 기술이 되었다. 고분자 나노 섬유 시트는 고효율 공기 필터에 가장 널리 사용되는 재료이다. 그러나 이러한 비전도성 고분자 필터는 높은 필터 효율을 달성하기 위해서는 높은 압력 강하를 필요로 하며 이는 공기 투과성, 소음, 진동 및 에너지 소비의 문제를 유발한다. 공기 필터에 전기 전도성이 높은 소재를 적용하게 되면 인가 전압을 통한 정전기력으로 고효율 및 고통기성 필터를 구현할 수 있다. 본 연구에서는 전기 증착 공정으로 구리 나노 가지를 성장시킨 후, 롤 프레스 및 진공 열처리 후공정을 통해 안정성을 향상시켜 구리 나노 다공성 공기 필터를 개발하였다. 제조된 필터는 기존 필터처럼 물리적으로 입자를 걸러낼 수 있을 뿐만 아니라 20 V 이하의 낮은 인가 전압을 사용하여 전기적으로 여과 효율을 획기적으로 높일 수 있음을 검증하였다. 또한, 필터 최적화를 위해 이론적 모델링을 통한 필터 형상과 통기성 간의 관계를 도출하였으며, 추가 공정 도입을 통해 필터 형상 제어 및 통기성 개선이 가능함을 확인하였다.
