نانو اليافها، باريك تراز تار عنكبوت
الياف داراي قطر كمتر از 500 نانومتر را «نانو الياف» گويند. نانو اليافها داراي استحكام بيشتر نسبت به ديگر الياف مشابه و بزرگ هستند. اين مواد مي‌توانند انقلاب بزرگي را در فنآوري به وجود آورند. هرچند كه اين الياف داراي قطري در حد نانو هستند، اما ممكن است طول آنها به چندين كيلومتر برسد.
نانو اليافها در زمينه‌هاي گوناگون از جمله توليد لباس‌هاي محافظ و ضد لك، توليد آينه‌هاي قابل استفاده در فضا، فيلتراسيون هوا و بسياري از موارد ديگر كاربرد دارند. نانو اليافها نسبت به عبور هرچيزي غير از مولكول‌هاي بسيار ريز مقاوم هستند. به همين دليل مي‌توان از آنها در توليدپوشاك مقاوم در برابر مواد شيميايي استفاده كرد. با روكش كردن الياف بافتني معمولي با نانو اليافها مي‌توان آنها را نسبت به هرگونه لك اعم از چربي، آب، روغن و غيره مقاوم كرد.
نانو اليافها بر حسب نوع ساختار و مواد به كار رفته در آنها به 3 دسته مهم تقسيم مي‌شوند: نانوالياف كربني، نانو الياف پليمري و نانو الياف معدني. هر كدام از اينها كاربردهاوويژگي‌هاي خاصي دارند. با اين حال، نانو الياف‌هاي ديگري نيز توليد مي‌شوند كه ممكن است يكي از انواع نانوالياف‌هاي ذكر شده باشد.
در حالي حاضر، روش‌هاي فراواني در توليد الياف نانو متري ارائه شده است. براي ساخت هركدام از انواع نانوالياف‌ها روش‌هاي گوناگوني به كار گرفته مي‌شود. نانوالياف‌ها مانند نانويسم‌ها از انواع ساختارهاي تك بعدي هستند.
اين روش ساده بازده بالايي دارد. در اين روش، مواد پليمري سيال به صورت مذاب، يا محلول پليمري را به كمك نيروهاي الكتروستاتيك و نيز باردار كردن محلول يا مذاب پليمري تحت كشش قرار مي‌دهند.
همان طور كه اشاره شد، در اين روش هم از مذاب و هم از محلول پليمري مي‌توان استفاده كرد. پلي استيرن از پليمرهايي است كه در اين روش ريسيده مي‌شود كه قطر آنها تنها در حد چند نانومتر است.
قطر اين الياف به پارامترهاي مختلفي مانند غلظت پليمر وولتاژالكتريكي اعمال شده بستگي دارد وهرچه الياف توليدي ظريف‌تر باشند داراي ويژگي‌هاي مطلوب‌تري نيز هستند. يكي از مشكلات موجود در روش الكتروريسندگي نبود يكنواختي در ميزان كشيدگي الياف است كه با كنترل پارامترهاي تاثيرگذار مي‌توان اين مشكلات را برطرف كرد.
همچنين در روش الكتروريسندگي مي‌توان مواد ديگر مانند نانو ذرات يا نانو لوله‌ها را براي بهبود خواص نانوالياف، درون نانوالياف‌ها جاي داد. نانوالياف‌هاي پليمري به دليل كاربردهاي فراوان و داشتن ويژگي‌هاي مكانيكي، الكترويكي و بيولوژيكي بهبود يافته از اهميت ويژه‌اي برخوردارند.
اين نوع مواد در ساخت فيلترهاي غشايي، لباس‌هاي محافظ، تجهيزات الكترونيكي و نوري و نيز در زمينه‌هاي بيوپزشكي و كامپوزيت‌هاي تقويت شده كاربرد دارند. يكي از مهمترين كاربردهاي نانوالياف پليمري در صنايع هوايي است كه از آنها در فيلتراسيون هوا استفاده مي‌كنند. به اين طريق كه نانوالياف پلي استيرن را با الياف شيشه‌اي مخلوط مي‌كنند تا نانووب‌هايي
(Nano web) توليد شود كه بتوانند عمل فيلتراسيون را در فيلترهاي هوا انجام دهند.
همچنين مي‌توان از اين مواد در فيلتراسيون‌هاي آبي نيز استفاده كرد. نانوالياف‌هاي پليمري در فيلتراسيون ويروس‌ها، باكتري‌ها، غبارها و ذرات معلق درمنابع آبي يا هوايي بسيار كاربرد باارزشي دارند.
مكانيزم فيلتراسيون الياف نانو با الياف معمولي كاملاً متفاوت است. از ديگر مصارف نانوالياف‌هاي پليمري مي‌توان به استفاده از آنها به عنوان محيط داروسازي و مصرف حسگر و نانو الكترونيك‌ها اشاره كرد.
نانوالياف‌هاي پليمري از نظر ساختار و تركيب بندي قابليت و كاربرد زيادي در صنايع نظامي دارند. ساخت لباس‌هاي ضد گلوله، پتوهاي ضد انفجار و پوشش‌هاي الكترومغناطيسي نمونه‌هايي از كابردهاي اين مواد در ارتش است.
سربازاني كه لباس‌هاي ساخته شده از نانو الياف‌هاي پليمري بر تن دارند مي‌توانند در زمينه شناسايي و خنثي سازي بمب به كار گرفته شوند. ساخت لباس‌هاي ضد گلوله، كاهش وزن محموله‌اي كه سربازان حمل مي‌كنند، بررسي سلامت نظاميان به وسيله لباسي كه بر تن دارند، ارتقاي توانايي و عكس‌العمل نظاميان، قابل تحمل كردن جراحت‌هاي عمليات و درمان آنها، افزايش توانايي ارتباطات سربازان با جيپ هاي نانوالكتريكي، محافظت سربازان در برابر سلاح‌هاي بيولوژيك و شيميايي، از كاربردهاي نانوالياف پليمري در هوشمند سازي سيستم‌ها و تجهيزات نظامي و دفاعي است.
كامپوزيست‌هاي (مواد تركيبي) حاوي نانوالياف‌كربني كاربردهاي زيادي در صنايع نظامي و هوافضا دارند. يكي ديگر از كاربردهاي باارزشي كه نانوالياف‌هاي كربني مي‌توانند داشته باشند، استفاده از آنها به عنوان ماده ضدآتش است.
پژوهشگران موسسه استاندارد و فنآوري (NIST) آمريكا دريافته‌اند كه اضافه نمودن مقادير اندكي از نانوالياف كربني به فوم‌هاي پلي اورتان كه در برخي مبلمان‌ها، تشك‌ها در اماكن عمومي مانند هتل‌ها و دفاتر كار مورد استفاده قرار مي‌گيرند، مي‌تواند آتش‌گيري را نسبت به فوم‌هايي كه در آنها از تاخير اندازهاي معمولي آتش استفاده مي‌كنند تا 35 درصد كاهش دهد.
نانوالياف كربني از چكيدن فوم تحت حرارت جلوگيري نموده واز سرعت آتش‌سوزي مي‌كاهد، چرا كه مطالعات صورت گرفته نشان مي‌دهد كه نانولوله‌هاي كربني يك شبكه پايدار حرارتي ايجاد مي‌كنند و در نتيجه از چكيدن فوم در هنگام حرارت‌هاي شديد جلوگيري مي‌نمايد.
در حال حاضر، قيمت نانولوله‌هاي كربني بسيار بيشتر از افزودني‌هاي ضد آتش رايج است، اما به خاطر سير كاهشي قيمت آن و اينكه مقدار اندكي از اين مواد در توليد ماده ضد آتش نياز است به عنوان موادي تجاري و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
هنگامي كه سل در يك قالب ريخته شود، ژلي مرطوب شكل مي‌گيرد كه پس از خشك شدن به صورت ذرات سراميكي متراكم مي‌شود كه به هم متصل هستند و به اين ترتيب فيلتري به دست مي‌آيد كه داراي منافذي در مقياس نانو است. از اين الياف مي‌توان به عنوان ماده ضد ويروس استفاده كرد.
نانوالياف‌هاي معدني به ويژه آلومينا به دليل داشتن خاصيت الكتروستاتيك، ويروس‌ها و ذرات را به خود مي‌چسبانند و براي دفع آلودگي بسيار مفيد هستند. برتري اين فيلترها اين است كه برخلاف فيلترهايي كه به روش غربال كردن، عمل فيلتراسيون را انجام مي‌دهند، با انسداد منافذ روبه‌رو نخواهند شد.
منبع: روزنامه اطلاعات /س
نانو اليافها در زمينه‌هاي گوناگون از جمله توليد لباس‌هاي محافظ و ضد لك، توليد آينه‌هاي قابل استفاده در فضا، فيلتراسيون هوا و بسياري از موارد ديگر كاربرد دارند. نانو اليافها نسبت به عبور هرچيزي غير از مولكول‌هاي بسيار ريز مقاوم هستند. به همين دليل مي‌توان از آنها در توليدپوشاك مقاوم در برابر مواد شيميايي استفاده كرد. با روكش كردن الياف بافتني معمولي با نانو اليافها مي‌توان آنها را نسبت به هرگونه لك اعم از چربي، آب، روغن و غيره مقاوم كرد.
نانو اليافها بر حسب نوع ساختار و مواد به كار رفته در آنها به 3 دسته مهم تقسيم مي‌شوند: نانوالياف كربني، نانو الياف پليمري و نانو الياف معدني. هر كدام از اينها كاربردهاوويژگي‌هاي خاصي دارند. با اين حال، نانو الياف‌هاي ديگري نيز توليد مي‌شوند كه ممكن است يكي از انواع نانوالياف‌هاي ذكر شده باشد.
در حالي حاضر، روش‌هاي فراواني در توليد الياف نانو متري ارائه شده است. براي ساخت هركدام از انواع نانوالياف‌ها روش‌هاي گوناگوني به كار گرفته مي‌شود. نانوالياف‌ها مانند نانويسم‌ها از انواع ساختارهاي تك بعدي هستند.
نانوالياف پليمري
اين روش ساده بازده بالايي دارد. در اين روش، مواد پليمري سيال به صورت مذاب، يا محلول پليمري را به كمك نيروهاي الكتروستاتيك و نيز باردار كردن محلول يا مذاب پليمري تحت كشش قرار مي‌دهند.
همان طور كه اشاره شد، در اين روش هم از مذاب و هم از محلول پليمري مي‌توان استفاده كرد. پلي استيرن از پليمرهايي است كه در اين روش ريسيده مي‌شود كه قطر آنها تنها در حد چند نانومتر است.
قطر اين الياف به پارامترهاي مختلفي مانند غلظت پليمر وولتاژالكتريكي اعمال شده بستگي دارد وهرچه الياف توليدي ظريف‌تر باشند داراي ويژگي‌هاي مطلوب‌تري نيز هستند. يكي از مشكلات موجود در روش الكتروريسندگي نبود يكنواختي در ميزان كشيدگي الياف است كه با كنترل پارامترهاي تاثيرگذار مي‌توان اين مشكلات را برطرف كرد.
همچنين در روش الكتروريسندگي مي‌توان مواد ديگر مانند نانو ذرات يا نانو لوله‌ها را براي بهبود خواص نانوالياف، درون نانوالياف‌ها جاي داد. نانوالياف‌هاي پليمري به دليل كاربردهاي فراوان و داشتن ويژگي‌هاي مكانيكي، الكترويكي و بيولوژيكي بهبود يافته از اهميت ويژه‌اي برخوردارند.
اين نوع مواد در ساخت فيلترهاي غشايي، لباس‌هاي محافظ، تجهيزات الكترونيكي و نوري و نيز در زمينه‌هاي بيوپزشكي و كامپوزيت‌هاي تقويت شده كاربرد دارند. يكي از مهمترين كاربردهاي نانوالياف پليمري در صنايع هوايي است كه از آنها در فيلتراسيون هوا استفاده مي‌كنند. به اين طريق كه نانوالياف پلي استيرن را با الياف شيشه‌اي مخلوط مي‌كنند تا نانووب‌هايي
(Nano web) توليد شود كه بتوانند عمل فيلتراسيون را در فيلترهاي هوا انجام دهند.
همچنين مي‌توان از اين مواد در فيلتراسيون‌هاي آبي نيز استفاده كرد. نانوالياف‌هاي پليمري در فيلتراسيون ويروس‌ها، باكتري‌ها، غبارها و ذرات معلق درمنابع آبي يا هوايي بسيار كاربرد باارزشي دارند.
مكانيزم فيلتراسيون الياف نانو با الياف معمولي كاملاً متفاوت است. از ديگر مصارف نانوالياف‌هاي پليمري مي‌توان به استفاده از آنها به عنوان محيط داروسازي و مصرف حسگر و نانو الكترونيك‌ها اشاره كرد.
نانوالياف‌هاي پليمري از نظر ساختار و تركيب بندي قابليت و كاربرد زيادي در صنايع نظامي دارند. ساخت لباس‌هاي ضد گلوله، پتوهاي ضد انفجار و پوشش‌هاي الكترومغناطيسي نمونه‌هايي از كابردهاي اين مواد در ارتش است.
سربازاني كه لباس‌هاي ساخته شده از نانو الياف‌هاي پليمري بر تن دارند مي‌توانند در زمينه شناسايي و خنثي سازي بمب به كار گرفته شوند. ساخت لباس‌هاي ضد گلوله، كاهش وزن محموله‌اي كه سربازان حمل مي‌كنند، بررسي سلامت نظاميان به وسيله لباسي كه بر تن دارند، ارتقاي توانايي و عكس‌العمل نظاميان، قابل تحمل كردن جراحت‌هاي عمليات و درمان آنها، افزايش توانايي ارتباطات سربازان با جيپ هاي نانوالكتريكي، محافظت سربازان در برابر سلاح‌هاي بيولوژيك و شيميايي، از كاربردهاي نانوالياف پليمري در هوشمند سازي سيستم‌ها و تجهيزات نظامي و دفاعي است.
نانوالياف‌هاي كربني
كامپوزيست‌هاي (مواد تركيبي) حاوي نانوالياف‌كربني كاربردهاي زيادي در صنايع نظامي و هوافضا دارند. يكي ديگر از كاربردهاي باارزشي كه نانوالياف‌هاي كربني مي‌توانند داشته باشند، استفاده از آنها به عنوان ماده ضدآتش است.
پژوهشگران موسسه استاندارد و فنآوري (NIST) آمريكا دريافته‌اند كه اضافه نمودن مقادير اندكي از نانوالياف كربني به فوم‌هاي پلي اورتان كه در برخي مبلمان‌ها، تشك‌ها در اماكن عمومي مانند هتل‌ها و دفاتر كار مورد استفاده قرار مي‌گيرند، مي‌تواند آتش‌گيري را نسبت به فوم‌هايي كه در آنها از تاخير اندازهاي معمولي آتش استفاده مي‌كنند تا 35 درصد كاهش دهد.
نانوالياف كربني از چكيدن فوم تحت حرارت جلوگيري نموده واز سرعت آتش‌سوزي مي‌كاهد، چرا كه مطالعات صورت گرفته نشان مي‌دهد كه نانولوله‌هاي كربني يك شبكه پايدار حرارتي ايجاد مي‌كنند و در نتيجه از چكيدن فوم در هنگام حرارت‌هاي شديد جلوگيري مي‌نمايد.
در حال حاضر، قيمت نانولوله‌هاي كربني بسيار بيشتر از افزودني‌هاي ضد آتش رايج است، اما به خاطر سير كاهشي قيمت آن و اينكه مقدار اندكي از اين مواد در توليد ماده ضد آتش نياز است به عنوان موادي تجاري و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
نانوالياف معدني
هنگامي كه سل در يك قالب ريخته شود، ژلي مرطوب شكل مي‌گيرد كه پس از خشك شدن به صورت ذرات سراميكي متراكم مي‌شود كه به هم متصل هستند و به اين ترتيب فيلتري به دست مي‌آيد كه داراي منافذي در مقياس نانو است. از اين الياف مي‌توان به عنوان ماده ضد ويروس استفاده كرد.
نانوالياف‌هاي معدني به ويژه آلومينا به دليل داشتن خاصيت الكتروستاتيك، ويروس‌ها و ذرات را به خود مي‌چسبانند و براي دفع آلودگي بسيار مفيد هستند. برتري اين فيلترها اين است كه برخلاف فيلترهايي كه به روش غربال كردن، عمل فيلتراسيون را انجام مي‌دهند، با انسداد منافذ روبه‌رو نخواهند شد.
منبع: روزنامه اطلاعات /س
