بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: مقدمه ای بر نانوالیاف و روش های تولید
اسلاید 3 :
مقدمه
الیاف، رشتههای بسیار باریکی هستند که دارای طول بلندی نسبت به قطر خود بوده و کاربردهای متفاوتی دارند.
به طور کلی الیافها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی می شوند.
محدودیتهایی که از نظر تأمین منابع در مورد الیاف طبیعی وجود دارد، موجب تولید الیاف مصنوعی شده است.
این الیاف معمولاً دارای قطری در محدوده 5 تا 500 میکرومتر هستند.
اسلاید 4 :
مقدمه
نانوالیاف به صورت الیاف با قطر کمتر از 100 نانومتر تعریف می شوند و با دارا بودن یک بعد خارج از محدوده نانومتری، جزء دسته نانومواد تک بعدی قرار می گیرند.
نسبت سطح به حجم بسیار بالا (این نسبت در مورد نانوالیاف تقریباً 1000 برابر الیاف میکرونی است)، انعطاف بالا در عامل دار کردن سطوح و خواص مکانیکی عالی از قبیل چقرمگی و استحکام کششی از خواص مورد توجه نانوالیاف در مقایسه با الیاف معمولی است.
اسلاید 5 :
روشهای تولید نانوالیاف
روشهایی که می توانند منجر به تولید الیاف با قطرهای نانومتری یا نانوالیاف شوند عبارتند از کشش، تولید از قالب، جدایش فازی، خودآرایی و الکتروریسی .
کشش
این روش قادر است الیافی با طول زیاد و قطر چند نانومتری تولید کند.
هر نانولیف از یک میکروپیپت در حین تبخیر حلال و در لحظه شروع انجماد کشیده می شود.
این الیاف میتوانند طولی در حدود چند صد میکرومتر و
قابلیت دستکاری با میکروسکوپ نیروی اتمی را داشته باشند.
اسلاید 6 :
روشهای تولید نانوالیاف
این روش همواره با انجماد همراه است، که مواد ریسیده شده را به الیاف جامد تبدیل می کند.
مرحله انجماد در مورد ذوب ریسی با سرد کردن و در خشک ریسی با تبخیر حلال صورت می پذیرد.
قطر الیاف تولیدی به نرخ کشش، نرخ سرد کردن یا تبخیر و ترکیب دقیق ماده اولیه وابسته است.
فرایندهای استاندارد کشش تاکنون نتوانسته اند الیافی با قطر کمتر از 200 نانومتر تولید کنند.
برای رسیدن به الیاف با قطر کمتر از 100 نانومتر نیاز به استفاده از مولکول های کوتاه به جای زنجیره های بلند پلیمری است.
کشیدن الیاف در هنگام تبخیر حلال در دمای اتاق، خواص ماده اولیه را بهبود می-بخشد و اجازه رسیدن به ویسکوزیته بهینه برای کشش الیاف را می دهد.
اسلاید 7 :
روشهای تولید نانوالیاف
روش کشش نیازمند موادی با رفتار ویسکوالاستیسیته (خصوصیتی از ماده که نشان دهنده ویسکوزیته و الاستیسیته ماده در حال تغییر شکل است) برای تحمل تغییر شکل بالا است درحالیکه چسبندگی کافی برای مقاومت در برابر فشار وارده در طول عملیات کشش را داشته باشند.
نمایش شماتیک طول بیشینه لیف به عنوان تابعی ازمحصول سرعت کشش با ویسکوزیته ماده اولیه
اسلاید 8 :
روشهای تولید نانوالیاف
تولید از قالب
در این روش اکستروژن محلول ماده اولیه در محلول در حال انجماد، تحت فشار موجب تولید نانوالیاف می شود.
قالبهای مورد استفاده، مواد متخلخل مانند اکسید فلزات آندایز شده هستند که حفرات موازی دارند.
بسته به اندازه تخلخل قالب، می توان نانوالیافی با قطرهای متفاوت و چگالی های متفاوت تولید کرد.
از مهمترین ویژگیهای این روش می توان به تولید نانوالیاف پلیمرهای هادی، فلزات، نیمه هادیها و کربن اشاره کرد.
اسلاید 9 :
روشهای تولید نانوالیاف
مراحل تولید نانوالیاف در روش تولید از قالب مطابق ذیل است:
قرار دادن قالب تمیز و خشک درون محفظه بر روی محلول در حال انجماد و ریختن محلول ماده اولیه روی قالب.
اکستروژن محلول ماده اولیه درون محلول در حال انجماد تحت فشار آب روی محلول (حدود 0/1 مگاپاسکال)،
نانوالیاف درون محلول در حال انجماد تشکیل می شوند،
برداشتن نانوالیاف تولید شده و شستن تمام مجموعه با آب یون زدایی شده.
با استفاده از این روش نمی توان نانوالیاف پیوسته تولید کرد.
اسلاید 10 :
روشهای تولید نانوالیاف
جدایش فازی
ماده اولیه پلیمری به همراه حلال، درون ظرفی به نسبت مشخص اضافه شده و محلول تولید می شود. محلول تولید شده درون فریزر قرار داده می شود تا تبدیل به ژل شده و مدتی در آن دما باقی بماند. به منظور تعویض حلال، ظرف حاوی ژل درون حلال دیگری غوطه ور می شود. سپس ژل از حلال جدا شده و پس از فیلتر شدن درون فریزر قرار می گیرد و در محیط خلاء خشک می شود.
تولید نانوالیاف با استفاده از این روش به 5 مرحله تقسیم می شود: انحلال، ژله ای شدن، استخراج با استفاده از حلال دیگر، منجمد کردن و خشک کردن که منجر به تولید فوم متخلخل نانو مقیاس می شود.
این فرایند نیاز به دوره زمانی زیادی برای انتقال پلیمر جامد به فوم نانومتخلخل دارد.
اسلاید 11 :
روشهای تولید نانوالیاف
خودآرایی
خودآرایی نانوالیاف به ساخت الیاف نانومقیاس با استفاده از مولکولهای کوچکتر به عنوان واحدهای سازنده اولیه اطلاق می شود.
یک مولکول کوچک به طور هم مرکز قرار می گیرد و با مولکولهای دیگر به طور هم مرکز پیوند برقرار می کند.
پیشرفت فرایند در صفحه عمود، محور طولی نانولیف را تشکیل می دهد.
سازوکار اصلی برای روش خودآرایی، نیروهای بین مولکولی است، که واحدهای کوچکتر را کنار هم جمع می کند و مشخص کننده شکل مولکولهای بزرگ نانولیف است.
اسلاید 12 :
روشهای تولید نانوالیاف
این روش نیز مانند روش جدایش فازی، برای تولید نانوالیاف پیوسته، روشی وقت-گیر است.
شبکه نانوالیاف پپتید خودآرایی شده
اسلاید 13 :
الکتروریسی
الکتروریسی روشی با نیروی محرکه الکترواستاتیکی برای تولید نانوالیاف است.
نانوالیاف از محلول مایع یا مذاب پلیمری که از لوله موئین به منطقه با میدان الکتریکی بالا تغذیه می شود، تشکیل می شوند.
زمانی که نیروهای الکترواستاتیکی بر تنش سطحی مایع غلبه می کنند، یک مخروط تیلور تشکیل می شود و یک جت باریک به سرعت به سمت هدف (جمع کننده) متصل به زمین و یا با بار مخالف شتاب می گیرد.
ناپایداری در این جت موجب حرکتهای ضربه ای شدید می شود که به تبع آن جت طویل و باریک شده و اجازه می دهد حلال تبخیر و یا مذاب سرد شود و نانوالیاف روی سطح هدف تشکیل شوند.
روشهای تولید نانوالیاف
اسلاید 14 :
روشهای تولید نانوالیاف
بار الکتریکی جت، موجب خم شدن لیف می شود به طوری که با هر بار حلقه شدن، قطرش کاسته می شود.
روش الکتروریسی بسیار تطبیق پذیر بوده و محدوده وسیعی از مواد پلیمری با محدوده وسیعی از قطر الیاف (نانومتر تا چند میکرومتر)، با این روش تولید می-شوند.
اسلاید 15 :
روشهای تولید نانوالیاف
اندازه و ریزساختار نانوالیاف با متغیرهای عملیاتی متفاوتی کنترل می شود. این متغیرها، ویسکوزیته محلول، ولتاژ، نرخ تغذیه، هدایت محلول، فاصله هدف و لوله موئین و اندازه لوله هستند.
انواع مختلفی از مولکولها به راحتی
می توانند برای تولید نانوالیاف عامل دار در
فرایند شرکت داده شوند.
نانوالیاف الکتروریسی شده معمولاً به صورت بی نظم یا جهتدار روی صفحه دوبعدی جمع آوری می شوند.
اسلاید 16 :
مزایا و معایب روشهای تولید نانوالیاف
اسلاید 17 :
مقایسه روشهای تولید نانوالیاف
اسلاید 18 :
کاربردها
کاربردهای پزشکی
نانوالیاف مصنوعی کاربردهای فراوانی در صنعت پزشکی دارند. در این زمینه، هم پلیمرهای تجزیه پذیر و هم غیر تجزیه پذیر برای کاربردهای متنوع مورد بررسی قرار گرفتند.
چند نمونه از کاربردها شامل تحویل دارو و ژن، رگهای خونی مصنوعی، اندامهای مصنوعی و ماسکهای صورت می شود.
الیاف کربنی تو خالی که قطری کمتر از رگهای خونی دارند، برای حمل دارو درون رگ بسیار مناسب هستند.
نانوالیاف و شبکه های ساخته شده از آنها قادر به تحویل مستقیم دارو به بافتهای داخلی هستند.
اسلاید 19 :
کاربردها
مواد نچسب ساخته شده از سلولز هم اکنون در برخی از کارخانه ها در حال تولید هستند.
محققان ترکیبی طبیعی که در خون وجود دارد را الکتروریسی کرده اند. این نانوالیاف می توانند برای کاربردهای بسیار زیاد پزشکی از قبیل باندپیچی و بخیه که به طور کامل درون بدن حل می شوند، استفاده شوند. نانوالیاف مذکور همچنین نرخ عفونت را به حداقل رسانده و به طور کامل جذب بدن می شود.
بدلیل اندازه بزرگ گلبولهای قرمز خون (حدود 7 میکرومتر) نسبت به حفره های ماتریس نانوالیاف، این گلبولها نمی توانند از حفره های ماتریس نانوالیاف عبور کنند، به همین دلیل برای ساخت رگ گزینه مناسبی خواهند بود.
اسلاید 20 :
کاربردها
کاربرد پزشکی دیگر نانوالیاف استفاده از نانوالیاف بی بافت، در مهندسی بافت است.
نانوالیاف می توانند به عنوان داربست برای سلولها عمل کنند تا آنها به بافت مورد نظر متصل شوند و در آن آرایش یابند.
ساختار و شکل صفحات نانوالیاف بی بافت، مشابه ماتریسهای پر سلولی بافتهای طبیعی است.
اگر سلولهایی از بافت انسان روی نانوالیاف تجزیه پذیر تخم ریزی شوند، می توانند به لیف متصل شوند و در آنجا تکثیر یابند و بافت را بوجود آورند.
