مقدمه ای بر الکتروریسی و تولید نانو الیاف
الکتروریسی یا Electrospinning یکی از روش های بسیار پرکاربرد در تولید نانو الیاف از پلیمر های طبیعی و مصنوعی (به صورت ذوب شده یا محلول) است. این تکنیک نه تنها در آزمایش های تحقیقاتی استفاده می شوند، قیمت هود لامینار بلکه امروزه روشی صنعتی برای تولید برخی از پلیمر های ویژه نیز به حساب می آید. در زمینه تهیه نان الیاف و کاربرد های آن ها در زمینه های مختلف مانند تولید پوشش های بهبود دهنده زخم ها تحقیقات گسترده ای صورت گرفته است و همچنان این راه ادامه دارد. تولید این پلیمر ها نیازمند دستگاه الکتروریس است. آنچه در ادامه این مقاله مطالعه خواهید کرد، به شما بینشی درباره دستگاه الکتروریس، روش های تولید نانو الیاف و چالش های پیش رو ارائه خواهد داد.
اساس روش الکتروریسی
با استفاده از روش کارآمد الکتروریسی نانو الیاف یا نانو فیبر های پیوسته می توان تولید کرد. در این روش قطر نانو الیاف بسیار مهم است. دستگاه الکتروریس رشته های پلیمری با قطر میکرومتر تا نانومتر ایجاد می کندو همین رشته ها کاربرد های مختلفی در انواع رشته ها دارند که در ادامه بررسی می کنیم. در واقع می توان اقرار کرد که روش الکتروریسی کاملا بین رشته است و این دستگاه مورد نیاز آزمایشگاه های شیمی، ریاضی، فیزیک و مهندسی با اهداف تولید و بررسی انواع نانو الیاف است.
پایه و اساس روش الکتروریسی به هیچ عنوان پیچیده نیست. اما برای انجام موفق الکتروریسی چند عامل باید کنار هم قرار گیرند تا نانو الیاف حاصل شوند. نانو الیاف به وسیله الکتروریسی از قرار گرفتن محلول پلیمر ها در معرض ولتاژ بالا به وجود می آیند. همین جمله نشان دهنده مبنای اصلی روش الکتروریسی است. حال با تغییر دادن پارامتر های متغیر می توان نانو الیاف با خواص و ویژگی های منحصر به فرد تولید و در صنایع مختلف استفاده کرد.
کاربرد های الکتروریسی در علوم مختلف
دستگاه الکتروریسی تولید ساده و نسبتا ارزان قیمت نانو الیاف را در صنایع مختلف ممکن کرده است. با بررسی آماری مقالات علمی منتشر شده در سال های اخیر، می توان گفت نانو الیاف تولیده شده به وسیله الکتروریسی بیشترین کاربرد را در تهیه کاتالیست ها داشته اند. رتبه دوم تعداد مقالات منتشر شده با کاربرد نانو الیاف در حیطه مهندسی بافت است. همین امر نشان دهنده کارایی وسیع نانو الیاف در حوزه های مختلف است. کاربرد های نانو الیاف حاصل شده از الکتروریسی به این دو مورد محدود نمی شوند و در بخش های دیگری مانند
- انرژی
- محیط زیست
- دراگ دلیوری یا دارورسانی هدفمند
- فیلتراسیون
- سلول های خورشیدی
- تصفیه و خالص سازی آب
- کشاورزی
- فیلتراسیون سیستم های تهویه مطبوع
- تهیه مواد با خاصیت مغناطیسی
- سنسور ها
- پارچه ها
- سمی کنداکتور ها
- …
دیده می شوند.
دستگاه الکتروریسی
به کمک دستگاه الکتروریسی می توان نانو الیاف پلیمری یا سرامیکی تولید کرد. قطر نانو الیافی که درستگاه الکتروریسی آماده می کند در محدوده 50 نانومتر (10-9 m) تا چند میکرومتر (10-6 m) است. همه انواع دستگاه های الکتروریسی متشکل از بخش های زیر است:
- بدنه مقاوم فولادی
- پمپ سرنگی
- اسپینر (ریسنده)
- کالکتور (صفحه فلزی جمع کننده)
- منبع تامین ولتاژ بالا
- کنترل پنل
متغیر های قابل کنترل و تنظیم دستگاه الکتروریسی
همه انواع برند های دستگاه الکتروریسی مجهز به یک سیستم کنترل پنل ساده و کاربردی برای کاربر هستند. متغیر هایی که به وسیله این کنترل پنل قابل تنظیم هستند، شامل موارد زیر است:
- سرعت تزریق محلول (مایع) پلیمری یا سرامیکی
- فاصله اینجکتور و کالکتور (حد فاصل بین تزریق و جمع آوری)
- سرعت چرخش صفحه کالکتور (جمع کننده)
- تنظیم دمای آزمایش در محدوده دمای محیط تا 45 درجه سانتی گراد
- زمان الکتروریسی
علاوه بر موارد ذکر شده عواملی مانند تغییرات ولتاژ، هدایت الکتریکی محلول، ویسکوزیته محلول، قطر سوزن اینجکتور، ساختار پلیمر، جرم مولکولی، میدان الکتریکی اعمال شده،سرعت جریان، فشار هیدرواستاتیک در لوله مویین، رطوبت محیط، دمای محلول و محیط اطراف، سرعت جریان هوا و … بر نتیجه نهایی تولید نانو الیاف موثر هستند.
نحوه کار دستگاه الکتروریسی
به طور کلی تولید نانوالیاف به وسیله الکتروریسی از 4 مرحله پی در پی تشکیل شده است:
|
https://hakimazma.com/%d8%af%d8%b3%d8%aa%da%af%d8%a7%d9%87/%da%a9%d9%88%d8%b1%d9%87/ |
- در قسمت انتهایی نازل ولتاژ بالا به مایع پلیمری اعمالی می شود.
- در مرحله جت پس از باردار شدن، محلول به صورت خطی خارج می شود.
- در مرحله پخش شدن، محلول جت باردار شاخه شاخه و الیاف تشکیل می شوند.
- حلال در مرحله جمع آوری تبخیر شده و سرانجام نانوالیاف تشکیل شده روی کالکتور جمع می شوند.
- ۰ ۰
- ۰ نظر