PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : مقاله شماره 2: آشنایی با فرآیند الکتروریسی برای تولید نانومواد



حمید وکیل نژاد
2012/12/07, 03:20
الکتروریسی فرآیندی جهت تولید انواع نانوالیاف و میکروالیاف از محلول*های مواد پلیمری، سرامیکی و یا محلول*های کامپوزیتی متشکل از پلیمر- نانوذرات و همچنین مذاب*های مواد مذکور می¬باشد. این ایده را اولین بار زلنی مطرح، سپس در سال 1934 فرماهالز آن را ثبت و در سال 1990 دکتر رنکر آن را بازسازی کرد. در روش الکتروریسی هم از مذاب و هم از محلول پلیمری می¬توان استفاده کرد.

شکل(1): طرحواره¬ای از فرآیند الکتروریسی [1-3]

الکتروریسی را ریسندگی الکترواستاتیکی و یا برق*ریسی نیز نامیده¬اند. این روش برای تولید نانوذرات از طریق فرآیند الکترواسپری نیز کاربرد دارد.[3]
در روش الکتروریسی از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا جهت تولید بار الکتریکی در جریان محلول یا مذاب پلیمری استفاده می¬شود. به*منظور تولید نانوالیاف، یکی از الکترودهای منبع تغذیه ولتاژ بالا به محلول پلیمری و الکترود دیگر به زمین و یا به جمع*کننده رسانا متصل می*گردد. با عبور محلول از درون لوله موئینه، در اثر میدان الکتریکی حاصل از منبع تغذیه ولتاژ بالا مابین نوک لوله موئینه و جمع*کننده متصل به زمین، سیال باردار شده و از نوک لوله موئینه به سمت جمع*کننده کشیده می¬شود. در اثر حرکت سیال، حلال تبخیر شده و رشته¬هایی با قطر زیر میکرون بر روی جمع*کننده تولید می¬ گردد. در اثر اندرکنش نیروهای الکتریکی، بار سطحی جریان سیال، نیروی ویسکوالاستیک و نیز کشش سطحی، حرکت مارپیچی به سیال باردار القاء شده و بر اثر آن نانوالیاف تولیدی به*صورت لایه به*هم پیوسته یا بی¬بافت تولید می¬گردند.[1]

شکل(2): نمونه¬ای از شار مقاومتی و همرفتی فرآیند الکتروریسی [2]
یکی از روش¬های الکتروریسی استفاده از چرخ هاي جمع كننده دوار است که یک لبه نوک تیز در محیط آن وجود دارد. شكل جمع كننده باعث می شود تا یک ميدان قوی در نزديكی لبه چرخ متمرکز شود. اين باعث می¬شود كه جریان خروجی دقيقاً روی لبه¬های جمع كننده متمركز گردد. سرعت خطی در لبه بیرونی چرخ جمع كننده m/s 22 است (سرعت خطی در هر نقطه از یک دایره دوار برابر حاصل ضرب سرعت دورانی چرخ در فاصله آن نقطه با مرکز دایره است). نانوالياف پليمري الكتروريسی شده با قطر ميكرونی با اين روش به دست می آيند.[2]
در روش دیگر از دو صفحه جمع كننده استفاده می شود که بین آنها یک شكاف قرار دارد. برهمکنش بين ميدان الكتريكی در اطراف جمع كننده ها و بارالكترواستاتيكی الیاف باعث اعمال كشش به الياف نانو در بالاي شكاف می شود. بین دو قسمت جمع کننده نیروهای دافعه ای وجود دارد که باعث کشیدن شدن نانوالیاف می شود و آنها در در یک جهت خاص مرتب می کند. پارامترهای موثر بر ریزساختار نانوالیاف تولیدی در فرآیندهای الکتروریسی بسیار متنوع بوده و از این*رو تولید نانوالیاف به*وسیله این روش نیازمند آگاهی از فرآیندهای الکتروهیدرودینامیکی سیالات پلیمری، ریولوژی محلول*های پلیمری و نیز علوم الیاف می¬باشد. در این میان پارامترهای موثر بر ریزساختار نانوالیاف تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروریسی به سه دسته کلی شامل پارامترهای فرآیندی، پارامترهای عملیاتی و پارامترهای محیطی تقسیم می*گردند. نوع میدان الکترواستاتیک، قدرت میدان، نوع پلیمر، نوع حلال و یا ترکیب حلال*های به*کار رفته، دمای مذاب پلیمری، هدایت الکتریکی محلول، جرم مولکولی و توزیع جرم مولکولی پلیمر، افزودنی¬ها، ویسکوزیته سیال، کشش سطحی، ویسکوالاستیسیته پلیمر، فاصله الکتروریسی، نوع و جنس جمع*کننده، نسبت طول به قطر موئینه، اتمسفر محیط و نیز حضور رطوبت از جمله پارامترهای موثر بر تولید نانوالیاف در فرآیندهای الکتروریسی می¬باشند.[2و3]
در دهه*های گذشته مشکلات ناشی از ماهیت فرآیندهای الکتروریسی سبب شده بود که تجاری*سازی نانوالیاف و ساخت دستگاههای صنعتی الکتروریسی برای سالیان متمادی غیرممکن گردد. این در حالی است که در چند سال اخیر چندین شرکت آمریکایی و اروپایی موفق شده*اند با به*کارگیری تمهیداتی بر این مشکل فائق آیند. به*طورکلی نانوالیاف تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروریسی از کاربردهای بسیار زیادی در صنایع و حوزه*های مختلف برخوردار میباشند. در این ارتباط می*توان به برخی از کاربردهای مهم نانوالیاف حاصل از فرآیندهای الکتروریسی به ترتیب زیر اشاره نمود:
- پزشکی، دارویی و بهداشتی
• مهندسی بافت
• پوشش*های زخم
• سامانه*های کنترل*شده رهش
• فیلترهای پزشکی
• تجهیزات و ایمپلنت*های پزشکی
• ماسک*های بهداشتی
• اَبرجاذب*ها
- تولید و ذخیره*سازی انرژی
• پیل*های خورشیدی
• پیل*های سوختی
• ذخیره*سازی هیدروژن
• باتری*های پلیمری
• اَبرخازن*ها
- زیست*فناوری و محیط زیست
• حسگرهای زیستی و شیمیایی
• تصفیه آب و پساب
• حذف فلزات سنگین
• غشاءهای تبادل یونی
• فیلتراسیون
• جاذب*های صوت
- صنعتی، دفاعی و امنیتی
• پوشش*های محافظ در برابر عوامل شیمیایی، بیولوژیکی و الکترومغناطیسی
• کامپوزیت*های تقویت*شده با لایه*های نانوالیاف
• نانوالیاف کربن
• نسل جدید فیلترها برای مایعات و گازها
 مزايای روش الکتروریسی
مهمترين مزیت روش الکتروریسی قطر کم الياف پليمري (بين 100 نانومتر تا 1 ميكرومتر و كوچكترين اندازه گزارش شده در حدود 10 نانومتر) مي¬باشد. لایه بی بافت به دست آمده از فرایند الکتروریسی به خاطر خواص جالبی که دارد مناسب برای داربستهایی است که برای بازسازی بافتها استفاده می شود: ابعاد حفره کوچک، تخلخل بالا و مساحت سطح بالا و ثبات مکانیکی از این موارد هستند.[3]
ساختار این لایه¬ها چسبندگی، رشد، انتقال و جداسازی سلول¬ها را بهبود می¬بخشد. نکته مهم این است که الیاف زیست تخریب پذیر را می¬توان الکتروریسی کرد. این منجر به خلق داربست¬های زیست تخریب پذیر می¬گردد. این بحث از پس زدن عضو کشت شده توسط بدن جلوگیری می¬کند.[4]
حوزه دیگر کاربردی استفاده از نانوالیاف به عنوان محیط های فیلتری در کاربردهای نظامی و غیرنظامی است. به خاطر ابعاد ریزی که حفره های این فیلترها دارند ذراتی به ابعاد 300 نانومتر را می¬توان جداسازی کرد. لایه های بی بافت تولید شده از نانوالیاف می توانند بدون تغییر در میزان نفوذپذیری هوا و رطوبت ذرات (احتمالاً مضر) را جدا کنند.[5]
مقدار پليمر استفاده شده همچنين كم است (معمولا از مقادير کمتر از ميلي گرم استفاده مي شود). اين روش براي تحقيق روي نانو الياف هاي پليمري به همراه ساختارهاي شيميايي گسترده مورد توجه است.[5]