نانو الياف يكي از نانو مواد مهمي است كه در زمينه‌هاي زيادي كاربرد دارد. در حال حاضر الكتروريسي تنها روشي است كه مي‌تواند براي توليد انبوه انواع نانو الياف به كار برده شود كه در اين مقاله به توضيح اين روش پرداخته شده است. اگر چه نانوالياف پتانسيل كاربردي وسيعي در زمينه‌هاي مختلف مانند ذخيره سازي انرژي، مهندسي محيط زيست، بيوتكنولوژي، بايو مهندسي۱، صنايع دفاعي و غيره دارد اما در اين مقاله كاربردهايي از اين الياف مثل استفاده در نانوكامپوزيت‌ها، كاتاليست‌ها، فيلتراسيون، لباسهاي ضدگلوله، الكترونيك و نور كه در حال تجاري شدن هستند، بررسي شده است.
۱- مقدمه
در نيمه دوم قرن بيستم كاربرد پليمرها در زندگي روزمره افزايش يافت. پليمرها در شكل‌هاي مختلف و كاربردهاي وسيعي مورد استفاده قرار گرفتند. در اين ميان پليمرهاي سنتزي و با قابليت توليد مجدد كه نه تنها در بخش پارچه و لباس بلكه در كاربردهاي صنعتي نظير نخ‌هاي تاير، عوامل ساختاري و تقويت كنندگي، فيلم‌هاي مانع، صنعت بسته‌بندي، صنعت خودرو و غيره نيز استفاده مي‌شدند، از اهميت بيشتري برخوردار بودند. فرآيند توليد الياف از پليمرها عموماً شامل ريسندگي است كه در آن پليمر تحت شرايط دما و سرعت برشي مناسب از ميان رشته‌ساز۲ عبور ميكند. در اين روش، ريسيدن ليف عموماً همراه با كشش انجام ميشود. اين كشش شامل كشش پلاستيكي مواد جهت افزايش استحكام و مدول است. اين روش را با توجه به اينكه پليمر در حالت مذاب است يا محلول، به ترتيب ريسندگي مذاب و ريسندگي محلولي مي‌نامند. قطر متوسط به دست آمده از اين روش ريسندگي حدود μm 10يا بيشتر است. طي ده سال گذشته تكنيك‌هاي جديدي جهت توليد الياف پليمري در مقياس نانو پيگيري شد. اين تكنيك‌ها عبارتند از: كشيدن، سنتز شابلوني، جدايي فازي ، خود مونتاژي ، الكتروريسي و غيره. فرآيند الكتروريسي تنها روشي است كه مي‌تواند براي توليد انبوه نانوالياف پليمري به‌كار رود. اين تكنيك اليافي توليد ميكند كه قطري در حدود ده الي صد برابر كوچكتر از اليافي است كه از طريق فرآيندهاي ريسندگي سنتي (مذاب و محلولي) به دست آمده‌اند. بنابراين الكتروريسي يك فرآيند بي‌نظيري است كه مي‌تواند اليافي در حد زيرميكرون توليد كنند
هم اكنون پتانسيل‌هاي كاربردي وسيعي در زمينه‌هاي مختلفي از جمله ذخيره‌سازي انرژي، مهندسي محيط زيست، بيوتكنولوژي، بايومهندسي، صنايع دفاعي و غيره براي نانو الياف‌ها ايجاد شده است.
۲- فرآيند الكتروريسي
براي عملي‌شدن اين فرآيند سه جزء لازم است: منبع تامين‌كننده ولتاژ بالا، لوله مويين با سوزني به قطر كوچك و يك صفحه جمع كننده.
در اين فرآيند، ولتاژ بالا سبب ايجاد جت باردار از محلول يا مذاب پليمر ميشود. قبل از رسيدن به صفحه جمع‌كننده، جت محلولي تبخير يا جامد ميشود و به شكل شبكه به هم وصل شده‌اي از الياف كوچك جمع ميشود. يكي از الكترودها در داخل محلول و ديگري به جمع‌كننده متصل ميشود كه در بسياري از موارد جمع‌كننده به زمين وصل ميشود. ميدان الكتريكي به انتهاي لوله مويين اعمال ميشود كه در آنجا محلول سيال توسط نيروي كشش سطحي خودش را نگه داشته كه سبب القاي بار به سطح مايع ميشود. دفع بارهاي ناهمنام و واكنش بارهاي سطحي به الكترود مقابل آن سبب ايجاد يك نيروي الكتريكي ميشود كه مخالف نيروي كشش سطحي مي‌باشد. هر چقدر شدت ميدان افزايش مي‌يابد شكل نيمه كروي سيال نوك لوله كشيده شده و تمايل به تشكيل يك شكل مخروطي كه به عنوان مخروط تيلور شناخته ميشود، دارد. افزايش بيشتر ميدان الكتريكي سبب رسيدن آن به يك مقدار بحراني شده و اين باعث ميشود كه نيروي الكترواستاتيكي بر نيروي كشش سطحي غلبه كرده و جت بارداري در نوك مخروط توليد شود. ناپايداري و كشش جت در مسير مارپيچي خودش سبب نازك‌شدن آن شده و با تبخير حلال يك ليف پليمري به دست مي‌آيد اما در مورد حالت مذاب زماني كه جت در هوا قرار مي‌گيرد، جامد ميشود.
فرآيند تشكيل الياف در الكتروريسي سه مرحله دارد الف) شروع و گسترش جت در امتداد يك خط مستقيم ب) رشد ناپايداري خمشي ج) جامد شدن و تبديل جت به نانوالياف.
۲-۱ شروع جت
در دستگاه‌هاي الكتروريسي محلول پليمر به يك سرنگ شيشه‌اي ريخته ميشود. يكي از الكترودها داخل محلول پليمر فروبرده ميشود و ديگري به عنوان جمع‌كننده عمل ميكند كه در فاصله مشخصي از سرنگ نگه داشته ميشود. زماني كه يك ميدان الكتريكي به محلول پليمر اعمال ميشود يون‌هاي موجود در محلول اطراف الكترود با قطبيت مخالف جمع مي‌شوند. اين منجر به جمع شدن يون‌هاي اضافي با بار مخالف نزديك الكترود ميشود. براي مثال اگر الكترود مثبت به داخل حلال فرو رود يون‌هاي منفي به طرف آن مهاجرت كرده اما يون‌هاي مثبت در نوك سوزن جمع شده و منجر به باردارشدن قطره ميشود. بنابراين منطقه مطلوب نزديك نوك سوزن بوده كه در آنجا بارهاي اضافي در سطح قطره معلق جمع مي‌شوند. شكل قطره معلق توسط بالانس نيروهاي فشار هيدرواستاتيك، الكتريكي و كشش سطحي تعيين ميشود. در ميدان الكتريكي ضعيف محلول پليمر در انتهاي سوزن توسط نيروي كشش سطحي نگه داشته ميشود. با افزايش شدت ميدان الكتريكي سطح هلالي كشيده شده و يك شكل مخروطي (مخروط تيلور) را تشكيل مي‌دهد. بعد از مقدار بحراني ميدان الكتريكي، كشش سطحي نمي‌تواند در مقابل نيروهاي الكتريكي و هيدرواستاتيكي مقاومت كند و در نتيجه جت باريكي از اين سطح هلالي ايجاد ميشود. اين جت به طرف نزديك‌ترين الكترود با بار مخالف يا به زمين متصل به آن حركت ميكند. باورها بر اين است كه اساساً بار اضافي در حالت ساكن نسبت به سيستم متحرك جت قرار دارد. اين بدان معناست كه جت الكتروريسي شده مي‌تواند به عنوان يك رشته از المان‌هاي باردار در نظر گرفته شود كه از يك طرف متصل به محيط ويسكوالاستيك بوده و از انتها در مبدا ثابت شده و از طرف ديگر آزاد مي‌باشد.
۲-۲ رشد ناپايداري خمشي
در يك تحقيقات گسترده رنكر۳و همكارانش مسير جت را مشاهده كردند. بعد از شروع، جت روي خط مستقيمي تا فاصله ۲ تا ۳ سانتي‌متري حركت ميكند.بعد از طي شدن اين فاصله مستقيم، جت سرعت جانبي پيدا كرده و به اصطلاح ناپايداري شروع مي شود و جت يك مسير خميده، مارپيچي و حلقه‌وار را در سه بعد طي مي كند. همان طور كه در شكل۳ نشان داده شده يك فوتوگراف بسيار سريع ۲۰۰۰ فريم در ثانيه گرفته شده است و اين عكس‌ها ثابت مي‌كنند كه جت در هر حلقه بلندتر و نازك‌تر شده و قطر و محيط حلقه افزايش يافته است. بعد از مدتي قسمتي از حلقه نازك با خميدگي ملايم يك ناپايداري جديدي البته در مقياس نسبتاً كوچك شبيه اولي را توسعه مي‌دهد. ناپايداري‌هاي خمشي، نظير آنچه سبب شد جت مسير مارپيچي را حول حلقه اول طي كند به رشد خود ادامه مي دهند.
هم چنين روتلج۴ اين مشاهدات را با استفاده از آزمايشات فتوگرافي با سرعت بالا تاييد كرد. از ناپايداري خمشي جت متحرك سريع كه به عنوان ويپينگ۵ ياد ميشود مشخص شده است كه ابعاد متناوب ويپينگ خيلي بزرگتر از شعاع جت است به‌طوري‌كه با چشم غيرمسلح نيز ديده ميشود و به نظر مي‌رسد كه جت به چندين فيلامنت تبديل ميشود و اين فرضيه‌اي است كه به طور گسترده مورد قبول واقع شده است.
اخيراً نشان داده شده است كه ناپايداري خمشي در الكتروريسي پلي‌كاپرولاكتان منجر به تماس و ادغام بخش‌ها در حلقه‌هاي مختلف جت ميشود. اين تماس‌ها محدود به گسترش جانبي مسير جت شده و منجر به تشكيل يك شبكه نامنظم باريك بلند از نانوالياف باردار با ظاهري كرك‌دار ميشود. اين نانوالياف يك مسير مارپيچي را دنبال كرده تا اينكه ره‌گيري شده و در هدف جمع شوند.
۲-۳ جامد شدن جت به فيلامنتهاي پليمري
جت ضمن حركت به طرف هدف كه داراي پتانسيل جذب‌كننده است به توسعه خود در مسير حلقه‌وار و مارپيچي ادامه مي‌دهد. اين فرآيند تا زماني كه جت‌ها نسبتاً باريك شده و توسط هدف ره‌گيري شوند ادامه مي‌يابد. هر چه فاصله طي شده بيشتر شود جت بيشتر نازك ميشود بنابراين فاصله بين انتهاي سوزن و هدف يكي از پارامترهاي فرآيند است كه تاثير مستقيم بر قطر الياف دارد.
۳- كاربردهاي نانوالياف پليمري
نانوالياف‌ها داراي پتانسيل‌هاي كاربردي وسيعي در زمينه‌هاي مختلفي از جمله ذخيره‌سازي انرژي، مهندسي محيط زيست، بيوتكنولوژي، بايومهندسي، صنايع دفاعي و غيره مي‌باشند.
۳-۱ كامپوزيت هاي تقويت شده با نانوالياف( نانو كامپوزيت ها)
يكي از كاربردهاي بسيار مهم الياف سنتي (ميكروسايز) بخصوص الياف مهندسي از جمله الياف كربن، الياف شيشه و الياف كولار در تقويت كامپوزيت‌ها مي‌باشد. فرآيند تقويت سازي مواد كامپوزيتي خواص ساختاري عالي مثل مدول و نسبت استحكام به وزن بالا را ايجاد ميكند كه معمولاً با ديگر مواد مهندسي تك فاز نمي‌توان به اين خواص رسيد.
به دليل اينكه نانوالياف مي‌توانند خواص مكانيكي بهتري نسبت به ميكروالياف هم‌جنس خود داشته باشد در نتيجه مي توان خواص ساختاري عالي‌اي را از نانوكامپوزيت‌ها انتظار داشت. علاوه بر آن كامپوزيت‌هاي تقويت شده با نانوالياف ممكن است امتيازات ديگري نيز داشته باشند كه كامپوزيت‌هاي سنتي (ميكروالياف) نداشته باشند. براي مثال اختلاف ضريب شكست الياف و ماتريس منجر به پخش نور كامپوزيت به دست آمده و كدري خواهد شد. اين محدوديت زماني كه قطر الياف كوچكتر از طول موج نور مرئي(۴۰۰-۷۰۰nm) باشد، مي‌تواند از بين برود. براي مثال اثر تقويتي نانوالياف الكتروريسي شده پلي‌بنزن‌ايميدازول(PBI) با قطر ۳۰۰ نانومتر بر ماتريس اپوكسي و لاستيكي بررسي شده است. PBI به شكل صفحات پارچه بي بافت الكتروريسي شده و سپس لايه هايي از اين صفحات به اندازه ۸×۳۲ بريده شدند. اين صفحات به دليل اين كه خيلي نازك هستند چندين بار تا شدند تا براي قالب فشاري مناسب باشند. سپس در آون خلاء گرم با رزين آغشته شدند. ماتريس رابري با صفحات نانواليافي به اندازه ۵/۰×۵/۰ سانتي متري مخلوط شده و قالبگيري فشاري شد. وزن الياف توسط استخراج الياف از آميزه نپخته به كمك تولوئن ۱۵-۳ درصد به دست آمد.
تست‌هاي كشش، خمش سه نقطه‌اي، پيچش دوبل و پارگي براي نانوكامپوزيت‌هاي رابري و اپوكسي انجام شد و مشخص گرديد كه با افزايش سهم الياف، مدول خمشي يانگ و تافنس فركچر۶ نانوكامپوزيت اپوكسي اندكي و انرژي شكست به طور قابل ملاحظه افزايش مي‌يابد. براي نانوكامپوزيت رابري افزايش مدول يانگ ده برابر و قدرت پارگي دو برابر نسبت به خود رابر بود. تافنس فركچر و انرژي سطحي كامپوزيت ها به جهت نسبي پيچش اكثريت نانوالياف در پارچه و ترك بستگي دارد. اگر ترك عمود به جهت پيچش پارچه باشد تافنس فركچر و انرژي سطحي بيشتر متعلق به نمونه‌اي خواهد بود كه ترك آن در امتداد جهت پيچش است. به عنوان مثال نانوالياف‌هاي ديگري از محلول نايلون۴۶ در فرميك اسيد با قطر ۳۰۰-۲۰۰ نانومتر بدست آمده است. بعد از الكتروريسي، غشاء‌ها با اتانول شسته شده و در دماي اتاق و فشار اتمسفر خشك شدند و سپس با رزين اپوكسي آغشته شدند. به‌وسيله فروبردن آن‌ها در رزين رقيق شده نمونه‌هايي بصورت فيلم كامپوزيتي به دست مي‌آيند. بعد از اينكه غشاء هاي آغشته شده به رزين در دماي اتاق پخت شد، تست‌هاي كشش هم براي كامپوزيت و هم براي فيلم هايي از ماتريس انجام شد با وجود اينكه درصد الياف كم بود، مشخص شد كه سفتي و هم‌چنين استحكام كامپوزيت از فيلم تك فاز ماتريس مرجع بيشتر مي‌باشد.لازم به ذكر است كه درصد الياف از طريق آناليز عنصري وگرمايي تعيين ميشود. در آناليز اوليه، ميزان نيتروژن الياف خالص، ماتريس تقويت شده و رزين خالص به دست آمد. ميزان الياف نيز ۹/۳ درصد وزني بدست آمد. در آناليز ديگر با استفاده از آنتالپي ذوب نايلون بكار رفته در كامپوزيت كه از طريق DSC تعيين ميشود، ميزان الياف ۶/۴ درصد وزني به دست آمد. علاوه بر بهبود سختي ۷ و استحكام محققان در تلاش براي افزايش خواص ديگر كامپوزيت‌ها با استفاده از نانوالياف پليمري هستند. براي مثال نسبت خيلي بالاي سطح به حجم اين الياف ممكن است براي بهبود چقرمگي بين لايه هاي كامپوزيتي با كارايي بالا كه موضوع مهمي‌است، مناسب باشد. به‌طور رياضي ميكرومكانيك نانوالياف الكتروريسي شده در كامپوزيت‌هاي پليمري مدل‌سازي شده است. مشخصات ترمو ويسكوالاستيك موثر كامپوزيت‌هاي نانو و ميكرو و هم‌چنين كامپوزيت‌هاي داراي ذرات بسيار ريز محاسبه شده است. تحليل‌ها نشان مي‌دهد كه در صورت جايگزيني مقدار كوچكي از نانوالياف به جاي ميكروالياف معمولي بزرگ، رفتار موثر مي‌تواند به مقدار خيلي بيشتر تغيير كند. در جزء حجمي بالا رفتاري ديده ميشود كه در مواد دو جزئي وجود ندارد.
پس نتيجه‌گيري به اين صورت است كه بسته بهتر از عوامل تقويت‌كننده كه داراي چندين سايز مي‌باشد، مي‌تواند تافنس فركچر را بهبود بخشد. هم‌چنين اخيراً پيشنهاد استفاده از نانوالياف پليمري در بين ورقه‌هاي چندلايي۸ جهت بهبود مقاومت لايه‌لايه‌شدن ارايه شده است. نانوالياف PBI در بين لايه‌هاي لمينيت‌ها بدون افت اساسي در خواص، افزايش وزن و يا ضخامت لايه آرايش داده شد. استفاده كردن از نانوالياف PBI با قطري حدود ۵۰۰-۳۰۰ نانومتر در بين كامپوزيت‌هاي يك جهته ساخته شده از پيش آغشته‌هاي اپوكسي-گرافيتT2G190-F263 در مدل I ، نرخ آزاد سازي انرژي بحراني ۱۵ درصد افزايش يافت در صورتي كه در مدل II اين مقدار به ۱۳۰ درصد رسيد.
امروزه كامپوزيت‌هاي پليمري تقويت شده با نانوالياف ضمن حفظ عملكرد مكانيكي مناسب خود خصوصيات فيزيكي و شيميايي
بر جسته‌اي را ايجاد نموده است. هم‌چنين گفتني است كه نانوتيوب هاي كربني تك جداره (SWNT) جهت تقويت كامپوزيت‌هاي پلي‌ايميدي براي تحقيقات سفينه فضايي به‌كار مي‌رود.
نانوالياف كربن جهت مصارف كامپوزيتي مي‌تواند از نانوالياف پليمري به دست آيد.
كامپوزيت‌هاي نانوالياف كربني پيوسته۹ مي‌توانند به عنوان فيلتر براي جداسازي ذرات كوچك از مايعات و گازها، كمك‌كننده براي كاتاليست‌هاي دما بالا، مواد هدايت‌كننده گرما در هواپيما، وسايل نيمه رسانا و بهترين كانديد براي وسايل الكترونيكي كوچك، باطري‌هاي قابل شارژ و سوپرخازن‌ها به‌كار روند.
۳-۲ كاربرد نانوالياف در فيلتراسيون
فيلتراسيون در بسياري از زمينه‌هاي مهندسي ضروري مي‌باشد به‌طوري‌كه بازار فيلتراسيون آينده بيشتر از ۷۰۰ ميليارد دلار آمريكا تخمين زده شده است. مواد ليفي استفاده شده در فيلتراسيون سبب افزايش بازده و مقاومت كم هوا ميشود. بازده فيلتراسيون كه ارتباط نزديك با ظرافت الياف دارد يكي از موارد مهم در عملكرد فيلتر محسوب ميشود. به دليل اين كه كانال‌ها و اجزاي ساختاري يك فيلتر بايد متناسب با مقياس ذرات يا قطراتي باشد كه بايد گرفته شود، يكي از راه‌هاي افزايش مستقيم بازدهي فيلتر، استفاده از الياف با اندازه نانومتري مي‌باشد. دركل به‌خاطر نسبت سطح به حجم بالاتر و در نتيجه چسبندگي سطحي بالاتر، ذرات ريز در حدود كمتر از ۵/. ميكرون مي‌تواند به آساني در فيلترهايي با ساختار اليافي گير افتاده و در نتيجه بازدهي فيلتراسيون افزايش يابد.
نانوالياف در فيلتراسيون گرد و غبار هواي دستگاه‌هاي استخراج معدن نيز كار برد مفيدي دارد. نانوالياف پليمري مي‌تواند بصورت الكترواستاتيكي باردار شده و سبب افزايش قدرت جذب الكترواستاتيكي ذرات بدون افزايش افت فشار و به تبع آن سبب افزايش بازده فيلتراسيون گردد. علاوه بر ارضا نمودن اهداف سنتي، فيلتراسيون غشاهاي نانواليافي ساخته شده از بعضي پليمرهاي خاص يا روكش داده شده با بعضي عوامل انتخاب گر، مي‌تواند در جداسازي مولكولي بهكارگرفته شوند و يا در رديابي و فيلتراسيون موادشيميايي و بيولوژيكي عوامل تسليحاتي نيز مورد استفاده قرار بگيرند.
۳-۳ نانوالياف كاتاليستي
واكنش‌هاي شيميايي توسط آنزيم‌ها در فرآيندهاي شيميايي به دليل انتخابگري بالاي‌شان و شرايط متعادل واكنش از اهميت خاصي برخوردار هستند. آنزيم‌هاي ساكن عمدتاً براي سهولت جداسازي كاتاليستي، پايداري آنزيمي و سهولت دسترسي عمليات پيوسته به‌كار مي‌رود. بازدهي آنزيم‌هاي ساكن بستگي به ساختار حفره و محدوديت‌هاي نفوذ مواد سوبسترايي دارد. اخيراً نانو مواد به دليل اينكه داراي سطح مخصوص و امكان بارگذاري بالا هستند به عنوان سوبستراهاي كاتاليستي مورد توجه قرار گرفته‌اند. كاتاليست‌هاي نانواليافي مي‌تواند جانشين نانو ذرات كاتاليستي شده و مشكل محدوديت بازيابي كاتاليستي مرتفع گردد. نانوالياف فعالي از پلي استايرن، توسط چسباندن شيميايي آلفا – چايموتريپسين۱۰ به آن به‌دست مي‌آيد كه داراي فعاليت بالاي آنزيمي با پايداري بهبود يافته مي‌باشد. كاتاليست‌هاي اليافي داراي مزيت‌هايي از جمله امكان سازگاري با هر نوع شكل هندسي و مقاومت كم در مقابل جريان مايعات و گازها مي‌باشد. هر چند كه محدوديت‌هاي بارگذاري و خواص مكانيكي استفاده كاتاليست‌هاي اليافي را محدود كرده است، اما ظهور مواد نانواليافي به عنوان سوبستراهاي كاتاليستي محدوده كاربردي آن را عوض كرده است. فعاليت كاتاليستي كه توسط سوبستراها تقويت ميشود بستگي به سطح فعال بالاي آن دارد. سوبستراهاي نانومتخلخل مي‌تواند با مواد حاوي سطح بيشتر مانند نانوالياف براي افزايش سطح، پوشش داده شود تا واكنش پذيري افزايش يابد. تقويت‌كننده‌هاي نانو الياف كربن بارگذاري شده با ذرات آهن تبديل بالاي هيدروكربن‌ها را در مقايسه با كربن فعال و گاماآلومينا نشان داده اند. هم‌چنين اثر ذاتي كاتاليسي زماني چشمگيراست كه دراليافي با قطر كمتر يعني نانوالياف بارگذاري شود.
۳-۴ نانوالياف براي كاربردهاي الكترونيكي و نور
انتظار مي‌رود نانوالياف در ساخت وسايل ميكروالكترونيكي يا در ماشين‌هايي مثل سنسورها و افعال‌كننده‌ها ۱۱به‌كار برده شود. با توجه به اين حقيقت كه سرعت واكنش‌هاي الكتروشيميايي متناسب با سطح الكترود مي‌باشد غشاهاي نانواليافي هادي بصورت الكترودهاي متخلخل براي توسعه باتري‌ها با عملكرد بالا بسيار مناسب مي‌باشد. غشاءهاي هادي داراي پتانسيل‌هاي كاربردي شامل اتلاف الكترواستاتيكي، حفاظت خوردگي، حفاظ مغناطيسي و وسايل فتوولتايي۱۲و غيره مي‌باشد. نانوالياف الكتروريسي شده مي‌تواند در LCDها كه تحت ميدان الكتريكي مي‌تواند نور را از خود عبور داده يا كدر باشد، استفاده شود. قسمت اصلي وسايل كريستال مايع، لايه‌اي از نانوالياف مي‌باشد كه در داخل مايع كريستالي فرورفته است و ضخامت اين لايه چندين ده ميكرون مي‌باشد. اين لايه بين دو الكترود قرار گرفته است كه به‌وسيله آن مي‌تواند يك ميدان الكتريكي اعمال شود و ضريب انتقال كامپوزيت نانوالياف-كريستال مايع تغيير كند. حساسيت اختلاف ضريب شكست بين الياف و كريستال مايع را اندازه الياف تعيين ميكند.
سنسورهاي نوري شيميايي از الكتروريسي پليمرهاي فلوئوروسنت پلي‌اكريليك‌اسيد- پلي پايرن متانول PAA-PM)) و محلول‌هاي مخلوط لاتكس پلي‌يورتان قابل پيوند عرضي دمايي درست ميشود. پايرن متانول PM) ) به عنوان شاخص فلوئوروسنت براي رديابي يون‌هاي فلزي ۳+ Fe ، ۲+Hg و تركيبات نيترو مثل ۲،۴-دي‌نيتروتولوئن DNT)) استفاده ميشود. ابن سنسورها داراي حساسيت بالايي به دليل بالا بودن نسبت سطح به حجم ساختارهاي غشايي نانو الياف مي‌باشد .
نانوالياف سراميكي و غير‌آلي نظير تيتانيوم‌اكسيد، واناديم‌پنتا‌اكسيد،نيوبيدم‌اكسيد، اكسيدروي، پالاديم‌اكسيد و ژرمانيم‌اكسيد نيز از طريق الكتروريسي تهيه شده و پيشنهاد استفاده از آن‌ها در كاربردهاي نوري داده شده است. نانوالياف ژرمانيوم‌اكسيد(GeO2) كه از طريق سلي از پلي‌وينيل‌استات و ژرمانيوم‌اكسيد(GeO2) الكتروريسي شده پس از برشته شدن در دماي بالا بدست مي‌آيد. در دماي اتاق اين الياف حالت برانگيختگي در ۳۲۵ نانومتر از خود نشان مي‌دهد كه در نانو وسايل نوري تك بعدي كاربرد دارد. الياف توخالي سراميكي الكتروريسي شده مي‌توانند به عنوان موج‌برهاي نوري استفاده شوند. الياف توخالي نيز مي‌تواند از طريق الكتروريسي هم محور دو مايع غير قابل امتزاج تهيه شود. الياف سيلسكا و تيتانيوم كه قطري در حدود ۵۰۰ نانومتر و متوسط ضخامت پوسته‌اي در حدود ۸۰ نانومتر دارند به همين روش توليد ميشود.
حتي با تركيب محلولي از دو پليمر الياف دو جزئي نيز مي‌تواند الكتروريسي شود. توليد الياف هادي جريان الكتريسيته نيز با روش الكتروريسي امكان پذير شده است اليافي با رسانايي بالا توسط الكتروريسي پلي‌آنيلين داپ شده ۳۱با اسيد سولفوريك و هم‌چنين آلياژ آن در پليمرهايي مثل پلي‌استايرن و پلي‌اتيلن‌اكسايد درست ميشود. براي افزايش رسانايي نانوالياف پلي‌استايرني و پلي‌آكريلونيتريلي پوششي از طلا و پلي پايران روي آن‌ها داده ميشود.
با مخلوط كردن نانو ذرات مغناطيسي هيدروكسيد آهن ۱۴و Mn-Zn-Ni يك سوبستراي منعطف سوپرپارامغناطيس توليد ميشود كه در افزايش ارتباط راديويي، ذخيره اطلاعات و حفاظت تشعشعي الكترومغناطيسي فركانس پايين كاربرد دارد.
۳-۵ لباسهاي ضدگلوله نانواليافي
لباسهاي ضدگلوله در ارتش نقشي هم‌چون كمك به زنده ماندن، قابليت نگهداري و بازده جنگي سربازان در مقابل شرايط جوي، بالستيك و جنگ‌افزارهاي NBC را بر عهده دارد. در زمان صلح دستگاه‌هاي تفسي و لباسهاي ضدگلوله با عملكرد خاص عليه مواد شيميايي جنگ‌افزاري از قبيل سارين، سومان، تابون و گاز مانتارد كه از طريق خوردن يا جذب پوستي وارد بدن ميشود نگراني‌هاي ويژه‌اي ايجاد ميكند. لباسهاي ضدگلوله امروزي حاوي جاذب زغال نيم‌سوز هستند كه پاره‌اي محدوديت دارند. گيبسون۱۵ خواص انتقالي نمدهاي الكتروريسي شده الاستومري در لباسهاي حفاظت‌كننده را مطالعه كرد. عملكرد نمدهاي نانوالياف به خوبي با خواص انتقالي پارچه و غشاءهاي به‌كار رفته در سيستم‌هاي حفاظت‌كننده قابل مقايسه مي‌باشد. لايه‌هاي الكتروريسي شده كمترين مقاومت در مقابل نفوذ بخار آب كه براي سرمايش تبخيري لازم است را از خود نشان مي‌دهد و زماني كه تحت كشش دو محوري تا كرنش ۱۰۰% قرار مي‌گيرند غشاهاي نانواليافي الاستومري متخلخل به دليل اينكه حفره‌هاي بين الياف باز ميشود، به‌طور قابل ملاحظه‌اي از نظر خواص عبوردهي گازها تحت تاثير قرار مي‌گيرند اما خواص عبوردهي بخارآب به صورت تغيير نيا فته باقي مي‌ماند. اندازهگيريهاي تجربي و محاسبات نشان داده است كه نمدهاي اليافي الكتروريسي شده داراي بازدهي فوق‌العاده‌اي در گرفتن ذرات ايروسل۱۶ مي‌باشند. نتيجه‌گيري ميشود كه چگالي فيلتراسيون بالا نتيجه مستقيم سطح ويژه بالاي نانواليافي است كه از طريق الكتروريسي توليد شده باشد.
پوشش‌هاي نانواليافي مستقيماً در فوم‌هاي پلي‌يورتان كه شامل كربن فعال به عنوان يكي از اجزاي سيستم‌هاي حفاظ شيميايي جنگي مي‌باشد، مصرف ميشود. مقاومت در مقابل هوا و خواص فيلتراسيون ايروسل مرتبط با وزني است كه از طريق پوشش اضافه ميشود. نفوذ ذرات ايروسولي از ميان لايه فوم با اسپري‌كردن مقدار بسيار كمي از نانوالياف نايلوني به سطح فوم به كلي حذف ميشود. از اسپري‌كردن مستقيم نانوالياف به سطح تورهاي سه بعدي، مي‌توان لباس بدون درز با اندازه سفارش شده تهيه كرد.
علاوه بر كاربردهاي لباسي، نانوالياف به عنوان فيلر براي جداكردن ذرات و قطراتي كوچكتر از ۱۰۰ نانومتر (گاز يا مايع) مصرف ميشود. نانوالياف به دليل مساحت سطحي بالا مي‌تواند سطح را طوري اصلاح كند كه براي بعضي مواد بصورت انتخابي عمل كند از اين رو مي‌توانند به عنوان جاذب مولكول‌هاي سمي‌و زيان‌آور استفاده شوند. علاوه بر آن نويسنده مشاهده كرد كه نمدهاي الكتروريسي شده بارهاي الكتريكي را به مدت ۲۰۰ ساعت حفظ مي‌كنند. بارهاي الكتريكي بطور مستقيم بازدهي فيلتراسيون را تحت تاثير قرار مي‌دهند.
۴- نتيجه گيري
الكتروريسي به عنوان يك روش مفيد، ساده و ارزان قيمت براي توليد نانوالياف پليمري شناخته شده است. اصول اساسي تشكيل ليف توسط الكتروريسي به اين صورت بيان شد: پتانسيل الكتريكي بالا به محلول پليمري (يا مذاب آن) كه در انتهاي رشته‌ساز معلق مانده است اعمال شده و بار الكترواستاتيكي به محلول پليمر داده ميشود. در پتانسيل‌هاي الكتريكي كم نيروي دافعه الكترواستاتيكي با نيروي كشش سطحي بالانس ميشود. در پتانسيل‌هاي الكتريكي بالا نيروي الكترواستاتيكي در سطح مايع بر كشش سطحي غلبه كرده و يك جت بارداري بيرون مي‌زند. جت تا فاصله مشخصي به صورت مستقيم به جلو مي‌رود و بعد از آن خميده شده و يك مسير حلقه‌وار و مارپيچ را طي ميكند.
نيروهاي دافعه الكترواستاتيكي مي‌تواند جت را چندين هزار برابر بكشد و منجر به تشكيل يك جت خيلي باريك بشود. زماني كه حلال تبخير شد الياف پليمري جامد شده در صفحه هدف كه به زمين متصل است به شكل پارچه بافته نشده جمع ميشود. قطر كوچك نانو الياف، نسبت سطح به حجم بسيار بزرگي را فراهم آورده و سبب ايجاد پتانسيل‌هاي كاربردي زيادي در زمينه‌هاي مختلفي از جمله ذخيره سازي انرژي، مهندسي محيط زيست، بيوتكنولوژي، بايومهندسي، صنايع دفاعي و غيره شده است.
منبع: كهن
نخها در صنعت کشاورزی چه کارایی دارند؟
کاربرد نخ بوته چیست؟
آشنایی با کاربرد سپتیک تانک پلی اتیلن
طناب مورد نیاز خود را از کجا تهیه کنیم؟
انواع مخزن برای نگهداری اب
طناب دریایی چیست و چه کاربردی دارد؟