برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۲,۰۱۲
  • بازدید این ماه ۶۹
  • بازدید امروز ۳
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

روش‌های تولید نانوالیاف

مقدمه:

روش‌های متعددی جهت تولید الیاف وجود دارند؛ اما روش‌هایی که می‌توانند منجر به تولید الیاف با قطرهای نانومتری یا نانوالیاف شوند عبارتند از الکتروریسی، خودآرایی، کشش، تولید از قالب و جدایش فازی. در ادامه به بررسی هر یک از این روش‌‌ها می‌پردازیم.

1- چه روش‌هایی برای تولید نانوالیاف وجود دارد؟

1-1- الکتروریسی

           روش الکتروریسی یکی ار پرکاربردترین و پیشروترین روش‌های تولید نانوالیاف پلیمری است. در روش الکتروریسی از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا جهت تولید بار الکتریکی در جریان محلول یا مذاب پلیمری استفاده میشود. به‌منظور تولید نانوالیاف، یکی از الکترودهای منبع تغذیه ولتاژ بالا به محلول پلیمری و الکترود دیگر به زمین و یا به جمع‌کننده رسانا متصل می‌گردد. با عبور محلول از درون لوله موئینه، در اثر میدان الکتریکی حاصل از منبع تغذیه ولتاژ بالا مابین نوک لوله موئینه و جمع‌کننده متصل به زمین، سیال باردار شده و از نوک لوله موئینه به سمت جمع‌کننده کشیده می شود. در اثر حرکت سیال، حلال تبخیر شده و رشته هایی با قطر زیر میکرون بر روی جمع‌کننده تولید می گردد. در اثر کنش 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 به‌صورت لایه به‌هم پیوسته یا بی بافت تولید می گردند.


filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820

شکل 1- الف) دستگاه استاندارد الکتروریسی ب) تصویر میکروسکوپ

الکترونی روبشی از نانوالیاف پلی اورتان الکتروریسی شده

1-2- خودآرایی

            خودآرایی یکی از روش‌های تولید نانوساختارها با رویکرد پایین به بالا است. در این روش از مولکول‌ها و دسته‌های مولکولی به عنوان واحد سازنده ساختار بزرگ‌تر استفاده می‌شود و معمولا به دو شکل اعمال عامل خارجی از بیرون و هدایت واحدهای سازنده جهت شکل‌گیری نظم جدید و یا وجود یک عملکرد خود به خودی و شکل‌گیری نظم مورد نظر صورت می‌گیرد. در مورد خودآرایی نانوالیاف، معمولا یک مولکول در مرکز قرار گرفته و سایر مولکول‌ها در یک محور عمودی حول مرکزیت مولکول اول در کنار یکدیگر قرار گرفته و پیوند برقرار می‌کنند و نهایتا یک ساختار لیف مانند را شکل می‌دهند. با توجه به اینکه برای تولید الیاف به این روش بایستی تک تک واحدهای سازنده در کنار یکدیگر قرار بگیرند، می‌توان حدس زد که این روش بسیار وقت‌گیر است و برای تولید در مقیاس انبوه روشی مطلوب به نظر نمی‌رسد.

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636

شکل2: نمونه¬ای از خودآرایی نانوالیاف

1-3- کشش

          روش کشش بعد از روش الکتروریسی جزو روش‌های مقرون به صرفه و صنعتی جهت تولید نانوالیاف محسوب می‌گردد. شیوه تولید نانوالیاف از طریق فرآیند کشش به این شکل است که محلول با ویسکوزیته مناسب (که این محلول می‌تواند سلولزی، پلیمری و .. باشد) از یک میکروپیپت کشیده شده و الیافی با قطر مطلوب تولید می‌شود. نکته مهم در مورد این روش مرحله انجماد الیاف تولیدی است که در لحظه کشش، حلال محلول مورد کشش تبخیر شده و در همان لحظه لیف کشیده شده منجمد می‌گردد.
الیاف تولیدی به روش کشش دارای طولی در مقیاس چند صد میکرومتر و قطری بیش از 200 نانومتر هستند و قابلیت دستکاری ساختاری از طریق میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را هم دارند.
قطر الیاف تولیدی از طریق کشش به نرخ کشش، نرخ سرد کردن یا تبخیر حلال، ترکیب ماده اولیه و همچنین ویسکوزیته محلول وابسته است. علاوه بر این، محلول مورد استفاده باید دارای ویژگی خاصی باشد که حین کشش بتواند نیروی فشار وارده را تحمل کرده و بنابراین بایستی دارای نیروی چسبندگی حین تغییر شکل بالایی باشد.


filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2

filereader.php?p1=main_182be0c5cdcd5072b

شکل3: الف. نمایی از روش کشش برای تولید نانوالیاف

ب. نمودار طول الیاف برحسب زمان

1-4- تولید از قالب

           جهت تولید نانوالیاف، همان‌طور که سابقاً در مورد تولید نانوالیاف معدنی کمی در مورد آن توضیح دادیم، از مواد متخلخل دارای حفرات موازی به عنوان الگو و قالب استفاده می‌گردد. یکی از مواد پرکاربرد به عنوان قالب، اکسید فلزات آندایز شده است. ابعاد تخلخل‌های موجود در موادی که به عنوان الگو مورد استفاده قرار می‌گیرند، تعیین کننده ابعاد الیاف تولیدی خواهد بود. جهت تولید الیاف به این روش ابتدا قالب بر روی محلولی در حال انجماد قرار می‌گیرد که این محلول نقش اعمال فشار (اکستروژن) را ایفا خواهد کرد. سپس محلول ماده مورد نظر جهت تولید الیاف درون قالب ریخته می‌شود و بعد از فرصت دادن به آن برای پر کردن حفرات، محلول در حال انجماد با فشار وارد قالب می‌شود و به عبارتی با اکستروژن آن درون قالب سبب تولید الیاف می‌گردد. این فرآیند بسیار شبیه به فرآیند چرخ کردن گوشت توسط چرخ گوشت است که با فشردن یک دسته پلاستیکی، گوشک از داخل دندانه‌ها با فشار خارج شده و به رشته‌های چرخ شده‌ای تبدیل می‌شود. در پایان الیاف تولید شده را جمع‌آوری کرده و با آب یون‌زدایی شده می‌شویند تا عاری از ناخالصی‌ها گردد. این روش برای تولید نانوالیاف پیوسته مناسب نیست و عمدتا نانوالیاف تولیدی از طریق آن طول بسیار بلندی نخواهند داشته و قطعه قطعه هستند.
از روش تولید از قالب برای تولید نانوالیاف فلزی، نیمه رسانا، پلیمری رسانا و کربنی استفاده می‌شود.


filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9

شکل4: نمایی از روش قالبی برای تولید نانوالیاف


1-5- جدایش فازی

           طی این روش که جزو روش‌های زمان بر محسوب می‌گردد؛ با کاهش دمای محلول پلیمری که از ترکیب یک ماده پلیمری با حلال مناسب بدست آمده اقدام به تولید ژل می‌شود. پس از تولید ژل آن را درون حلال دیگری غوطه‌ور می‌کنند که سبب می شود ژل از حلال ابتدایی جدا شود و به این شکل بین دو فاز جدایش رخ می‌دهد. ژل را از حلال خارج کرده و پس از کاهش دما آن را در محیط خلاء خشک می‌کنند.
محصول نهایی پس از خشک کردن، فوم نانومتخلخلی است که می‌تواند به عنوان الگو جهت تولید الیاف مورد استفاده قرا گیرد.


filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d

شکل5: نمایی از جدایش فازی برای دستیابی به ساختار نانوالیاف


2- مقایسه روش‌های تولید نانوالیاف

          در حال حاضر استفاده از فرآیند الکتروریسی در تولید نانوالیاف نسبت به سایر روش ها برتری دارد. این روش در مقایسه با سایر روش ها ساده، کم هزینه، تکرار پذیر می باشد. جدول 1 مقایسه ای از این روش ها را نشان می دهد.


منابـــع و مراجــــع

1. Y.K.Kim , A.F.Lewis , Nano composit fibers, NTC project

2. Z.M.Huang, Y.Z.Zhang, M.Kotaksi, S.Ramakrishna, a review on polymer Nanofibers by electrospinning & their application in Nano composites

3. www.nanocore.com

4. www.nanophase.com

5. www.wikipedia.org

6. www.fnm.ir

7. کتاب نانومواد: خواص،تولید و کاربردها؛ تالیف فتح اله کریم زاده، احسان قاسمعلی، سامان سالمی زاده

8. N. Bhardwaj, S. C. Kundu, Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique

9. S. Cavaliere et al., Electrospinning: designed architectures for energy conversion and storage devices

10. R. Asmatulu et al., Nanofiber Fabrication and Characterization for the Engineering Education