مقدمه

تکنولوژی نانو الیاف یک شاخه از نانوتکنولوژی است که هدف اصلی آن تولید مواد به شکل فیبرهای نانو مقیاس می باشد که این نوع از فیبرها دارای عملکردهای فوق العاده هستند. ترکیب ممتاز مساحت سطح ویژه ی بالا، انعطاف پذیری و استحکام جهت دار فوق العاده این الیاف را به ماده ای با ارجعیت در بسیاری کاربردها(مثلا تولید لباس های تقویت شده برای فضانوردان)، تبدیل نموده است. اگرچه اثر قطر الیاف بر کارایی و قابلیت تولید ساختارهای الیافی تشخیص داده شده است، تولید عملی الیاف در مقیاس نانو تا زمانی که تکنولوژی الکتروریسندگی بوسیله ی پروفسر Darrell Reneker در یک دهه ی پیش گشف شد، انجام نشده بود. قابلیت تولید الیاف در مقیاس نانواز گستره ی وسیعی از مواد پلیمری( با استفاده از روش الکترو ریسندگی) و رشد سریع نانو تکنولوژی در سال های اخیر به طور عمده رشد تکنولوژی نانو الیاف را در بر داشته است. اگرچه چندین روش دیگر برای تولید الیاف در مقیاس نانومتری وجود دارد، هیچ کدام از آنها به اندازه ی روش الکترو ریسندگی متداول نشده است. علت این موضوع عمدتا به دلیل سادگی این فرایند می باشد. الکترو ریسندگی می تواند از مذاب یا محلول پلیمری انجام شود. یک بخش بزرگی از کارهای انجام شده در زمینه ی الکترو ریسندگی بر روی الکترو ریسندگی از حالت محلول متمرکز شده است زیرا استفاده از روش الکترو ریسندگی از مذاب نیازمند سرمایه گذاری بیشتر است و تولید الیاف زیر میکرونی از روش الکترو ریسندگی مذاب مشکل تر است. ما در این بخش بر روی روش الکترو ریسندگی از حالت محلول تمرکز کرده ایم. علاوه بر این مسئله ما مقدماتی در مورد قوانین فرایندی و پارامترهای مهم تأثیر گذار بر روی فرایند الکترو ریسندگی نیز صحبت کردیم. ساختار و ویژگی های الیاف تولید شده بوسیله ی فرایند الکترو ریسندگی سپس مورد بررسی قرار گرفته است. این مشخص شده است که مساحت سطح ویژه ی نانو الیاف، فعالیت بیولوژیکی، الکتریکی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین این مشاهده شده است که ویژگی های مکانیکی نیز بهبود می یابد و از این رو این مواد دارای کاربردهای زیادی در فیلتراسیون، بیو پزشکی، ذخیره ی انرژی، اکترونیک و کامپوزیت های ساختاری با عملکردن چندگانه هستند.

فرایند الکترو ریسندگی

تولید الیاف بسیار ریز با استفاده از روش الکترواستاتیک یا الکترو ریسندگی از دههه ی 1930 مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده مجدد از این تکنولوژی دارای کاربردهای زیادی است. این کاربردها عبارتند از تولید الیاف با کارایی بالا و تولید چارچوب های مورد استفاده در مهندسی بافت. در این کاربردها از ویژگی مساحت سطحی بالای ایجاد شده بوسیله ی نانو الیاف ( در حدود ) استفاده می شود. در این روش های الکترواستاتیک غیر مکانیکی، یک میدان الکتریکی بالا در میان یک مایع پلیمری ایجاد می شود. این مایع پلیمری بوسیله ی یک سرنگ شیشه ای احاطه شده است که دارای یک سری مویی و یک هدف جمع آوری کننده ی فلزی است. وقتی ولتاژ این سیستم به یک مقدار بحرانی می رسد، شدت میدان از کشش سطحی بزرگتر شده و باعث تشکیل یک قطره پلیمری می شود که این قطره بر روی سری سرنگ تشکیل می شود و بدین وسیله یک جت ایجاد می شود. جتی که در اینجا تشکیل می شود بوسیله ی بار الکتریکی شارژ می شود. این جت در طی عبور از شبکه ای جمع آوری فیبر یا غلطک ها، یک سری ناپایداری های الکتریکی بدست می آورد که باعث به طور بسیار زیادی کشیده شود. این فرایند کشش با تبخیر سریع مولکول های حلال همراه است که این مسئله نیز باعث کاهش قطر جت می شود( در این حالت جت در حال عبور از یک حجم مخروطی شکل است که به آن مخروط پوششی نامیده می شود).الیاف خشک شده بر روی سطح توری جمع آوری، جمع می شوند و در نتیجه یک فیبر غیر بافته ی رندوم ایجاد می شود که ابعاد آن در حد نانو تا میکرون است. این فرایند می تواند بوسیله ی تغییر شدت میدان الکتریکی و غلظت محلول پلیمری، کنترل شود. با کنترل مناسب الکترودها، الیاف مرتب نیز قابل تولید می شوند. یک شماتیک از فرایند الکترو ریسندگی در تولید نانو الیاف مرتب و رندوم در شکل 1 آورده شده است.

تکنولوژی نانو الیاف

شکل 2 یک واحد ریسندگی تجاری نانو الیاف به روش الکترو ریسندگی( NEU) را که بوسیله ی شرکت Kato- Tech تولید شده است را نشان می دهد. واحد NEU شامل یک پمپ اندازه گیری است که نرحخ جریان حجمی ماده ی ورودی را در سرنگ سیستم، نشان می دهد. یک پتانسیل الکتریکی بوسیله ی یک منبع برق در میان سوزن سرنگ و بخش جمع آوری فیبر اعمال می شود. دما و رطوبت محفظه می تواند کنترل شود.

تکنولوژی نانو الیاف

پارامترهای فرایندی اصلی

یک هدف اصلی در الکترو ریسندگی، ایجاد الیافی با قطر نانو متر است که بی نقص و با قابلیت تولید مجدد، ایجاد می شود. تلاش زیادی برای یادگیری پارامترهای مؤثر بر قابلیت ریسندگی و به طور خاص، قطر الیاف، انجام شده است. پارامترهای فرایندی زیادی تشخیص داده شده است که بر روی قابلیت ریسندگی و ویژگی های فیزیکی نانو الیاف اثر می گذارند. این پارامترها شامل شدت میدان الکتریکی، غلظت پلیمر، فاصله ی ریسندگی و ویسکوزیته ی پلیمر می باشد.
با توجه به کارهای انجام شده بوسیله ی Rutledge و همکارانش، قطر الیاف الکترو ریسندگی شده بوسیله ی فرمول زیر بدست می آید:

که d قطر فیبر است، γ کشش سطحی، ε ثابت دی الکتریک، Q نرخ جریان، I جریان حمل شده بوسیله ی فیبر و χ نسبت طول جت اولیه به قطر نازل است.
شخصی می تواند قطر فیبر را بوسیله ی تنظیم نرخ جریان، رسانایی خط ریسندگی و قطر رشته ساز تغییر دهد. قطر فیبر می تواند بوسیله ی افزایش قابلیت حمل جریان فیبر( از طریق استفاده از یک ماده ی رسانا در فیبر مانند کربن بلک، نانو تیوب کربنی، اتم های فلزی و یا مخلوط کردن آنها با پلیمرهای دارای رسانایی ذاتی) به حداقل برسد. برای مثال یک افزایش در قابلیت حمل جریان( I ) فیبر به میزان 32 واحد می تواند کاهش 10 واحدی در قطر فیبر را در بر داشته باشد. به طور مشابه، اگر جریان I ثابت نگه داشته شود، شخصی می تواند با کاهش 32 واحدی در نرخ جریان، می تواند قطر الیاف را به میزان 10 واحد کاهش دهد. کاهش قطر نازل ریسندگی می تواند همچنین باعث کاهش قطر الیاف شود. وقتی مقدار χ از 10 به 1000 افزایش یابد، قطر فیبر تقریبا به میزان دو برابر کاهش می یابد.
شواهد تجربی نشان می دهد که قطر الیاف الکترو ریسندگی شده، بوسیله ی ترکیب مولکولی ( این ترکیب مولکولی به وزن مولکولی و غلظت مولکولی پلیمر وابسته است)، تحت تأثیر قرار می گیرد. این فهمیده شده است که قطر الیاف بدست آمده از محلول آبی پلیمری می تواند بوسیله ی عدد بری( B ) بیان شود. این عدد که یک پارامتر ابعادی است به ویسکوزیته ی درونی و غلظت پلیمر وابسته است. این رابطه در تعداد زیادی از پلیمرها مشاهده شده است. یک مثال از این رابطه با استفاده از اسید پلی لاکتیک( PLA) نشان داده شده است. رابطه ی میان غلظت پلیمر و قطر الیاف یک PLA با وزن مولکولی مختلف در شکل 3 آورده شده است. این را می توان مشاهده نمود که قطر الیاف با افزایش غلظت پلیمر، افزایش می یابد. نرخ افزایش در قطر الیاف در وزن های مولکولی بالاتر، بیشتر است. با توجه به این موضوع، فردی می تواند قطر فیبر را با توجه به انتخاب پلیمر با ورزن مولکولی مناسب و غلظت معین، تعیین کند.

تکنولوژی نانو الیاف

بیان قطر فیبر به عنوان تابعی از B در شکل 4 نشان داده شده است. در این شکل 4 ناحیه مشاهده می شود. در ناحیه ی I، که در آن B کوچک تر از 1 است، یک محلول آبی از پلیمر شناسایی می شود که در آن زنجیره های پلیمری به سختی با همدیگر در تماس هستند. این مسئله غیر ممکن است که با یک چنین محلولی، فیبر تولید نمود زیرا درگیری شاخه های پلیمری در حدی نیست که بتوانند یک فیبر را تشکیل دهند. همچنین در این حالت، اثر کشش سطحی باعث تشدید ناپایداری مولکولی فیبر می شود. به عنوان یک نتیجه، تنها قطرات پلیمری تشکیل می شوند. در ناحیه ی II، که در آن B بین 1 و 3 می باشد، قطر فیبر به طور آهسته با افزایش B ، افزایش می یابد. در این حالت این قطر در گستره ی 100 تا 500 نانومتر است. در این ناحیه، درجه ی درگیری مولکولی برای تشکیل فیبر مناسب می باشد. ماکرو مولکول های پیچه ای شکل از پلیمر حل شده با جریان طویل جت پلیمری عبور می کند و اجتماعی از ماکرو مولکول های در هم پیچیده تشکیل می شود. این شبکه ی در هم پیچیده باعث تشکیل توده ی جامد در فیبر می شود. در این ناحیه، برخی از بخش های لبه ای تشکیل می شود که علت تشکیل شدن آنها اثرات آزاد سازی و کشش سطحی پلیمر می باشد. در ناحیه ی III، که در آن B بین 3 و 4 است، قطر فیبر به سرعت و با افزایش B در گستره ی 1700 تا 2800 نانومتر افزایش پیدا می کند. در این ناحیه، درگیری شاخه های پلیمری بیشتر می شود و این موضوع باعث فزایش ویسکوزیته ی پلیمر می شود. به دلیل درگیری بالا در زنجیره ی مولکولی، نیاز به استفاده از یک شدت میدان بالاتر برای تشکیل الکترو ریسندگی است. در ناحیه ی IV، قطر فیبر کمتر به B وابسته است. با وجود درجه ی بالاتری از درگیری بین زنجیره های مولکولی، سایر پارامترهای فرایندی مانند شدت میدان الکتریکی و فاصله ی ریسندگی فاکتورهای غالب در کاهش قطر فیبرها می شوند. یک شماتیک از ناحیه ی بری( Berry) در شکل 1 نشان داده شده است. در این شکل، رابطه ی میان مورفولوژی فیبر با اعداد برری نشان داده شده است.

تکنولوژی نانو الیاف

اخیرا، ما همچنین نشان دادیم که قطر فیبر( d ) تولید شده با روش الکترو ریسندگی برای سه پلیمر آمورف با وزن مولکولی مختلف، به عدد بری ربط دارند( شکل 5). این نشان داده شده است که رابطه ی میان قطر فیبر با عدد برری می تواند به صورت باشد که در آن a و c ضرایب تجربی هستند. وزن مولکولی سه پلیمر پلی استایرن، پلی بوتادین و SBS به ترتیب برابر 48000، 60000، و 100000 دالتون می باشد. این جالب است که بدانید، شیب نمودارهای قطر به عدد برری تقریبا یکی است و مقدار آن 5 است. این مقدار درجه ی کریستالینیتی پلیمر را نشان می دهد. ضریب a به وزن مولکولی، شعاع چرخش زنجیره ی مولکولی و میزان درگیری زنجیره های مولکولی ارتباط دارد. از این رابطه، غلظت پلیمر مورد نیاز برای تولید نانو فیبر، قابل پیش بینی می شود.

تکنولوژی نانو الیاف

نخ های تابیده ی نانوفیبری و تشکیل الیاف

برای انتقال اثر نانویی به سطح ساختار ماکروسکوپی، نانو فیبرها باید به صورت خطی، صفحه ای و یا سه بعدی، تولید شوند. تشکیل اجتماعی از نانو فیبرها به معنای انتقال اثر نانویی به ساختار ماکرویی است. ساختارهای فیبری تولید شده با روش الکترو ریسندگی می تواند از گردهم جمع شدن مستقیم الیاف و ایجاد اجتماعی از بخش های غیر بافتی، تشکیل شود. این کار همچنین می تواند به صورت بافته ای از الیاف ایجاد شود. اجتماع فیبرهای خطی می تواند به صورت مکانیکی ردیف شوند و یا از طریق کنترل میدان الکترواستاتیک. به طور متناوب، در طی فرایند الکترو ریسندگی، می توان یک رشته ی بافته شده ی پیوسته ایجاد شود. این کار با استفاده از طراحی مناسب الکترود های زمینی انجام می شود. آرایش خود به خود رشته ها می تواند در طول پیوسته و با کنترل مناسب پارامترهای و شرایط الکترو ریسندگی انجام شود. به این الیاف اجازه داده می شود تا جمع آوری واحدی با ساختار درختی مانند، واحدی تشکیل دهند. زمانی یک طول مناسب از الیاف بافته شده ایجاد می شود که در آن الیاف خود را به شاخه ها متصل می کنند و جسمی یکپارچه ایجاد می کند. یک وسیله مانند یک غلطک چرخنده می تواند برای پیچبیدن الیاف با طول مداوم مورد استفاده قرار گیرد( شکل 6). این روش رشته الیافی را با استفاده از نانوفیبر تولید می کند که دارای طولی پیوسته هستند.

تکنولوژی نانو الیاف

کاربردهای بالقوه ی الیاف تولیدی با روش الکترو ریسندگی

شرکت Donaldson اولین شرکتی بود که به صورت تجاری از این روش ریسندگی بهره برد. آنها فیلتر کارتریجی مدل Ultra-web برای که برای جمع آوری گرد و خاک مورد استفاده قرار می گیرد را در سال 1981 معرفی کردند. اخیرا شرکتHallingsworth & Vose توانست Nanoweb را برای استفاده در فیلترهای اتومبیل و خودروهای نظامی معرفی کردند. امروزه، فیلترهای صنعتی تولید شده با الیاف الکترو ریسندگی، هنوز در مراحل اولیه هستند. استفاده ی مجددد از فرایند الکترو ریسندگی در دهه ی 1990، دینامیک این تکنولوژی را به طور کامل تغییر داد. امروزه الکترو ریسندگی از یک تکنولوژی مبهم به یک روش متداول در دانشگاه تبدیل شده است و به طور تدریجی بوسیله ی صنعت و بخش های دولتی مورد استفاده قرار می گیرد. در سمپوزیوم نانو فیلترهای پلیمری که در سال 2003 در نیویورک برگزار شد، 75 مقاله و پوستر ارائه گردید. یکی از بخش های اصلی این سمپوزیوم در مورد استفاده ی روز افزون روش الکترو ریسندگی در تولید نانو فیبرها بوده است. از الیاف تولید شده با این روش در کاربردهایی از جمله: کاربردهای پزشکی مانند چارچوب های مهندسی بافت، التیام زخم ها، محیط های فوق جاذب، دارو رسانی، و …، کاربردهای الکترونیکی مانند بسته های الکترونیکی، سنسورها، محرک ها، سلول های سوختی و …، کاربردهای صنعتی مانند فیلتراسیون، تقویت و استحکام بخشی، محافظت های شیمیایی و بیولوژیکی و … استفاده می شود. این مسئله را باید متذکر شویم که این کاربردها همواره از ویژگی مساحت سطح بالای الیاف بهره می برند. در زیر چندین مثال در مورد کاربردهای این مواد آورده شده است تا بدین وسیله بتوان کاربردهای بالقوه ی این الیاف را بهتر نشان داد.

نانو فیبرهای مورد استفاده در چارچوب های مهندسی بافت

این مسئله به خوبی شناخته شده است که یکی از چالش های کلیدی در زمینه ی مهندسی بافت، سنتز مواد ویژه ی متصل شونده به سلول است. یکی دیگر از چالش های روبرو در این زمینه، توسعه ی روش های تولید چارچوب های سه بعدی پلیمری زیست تخریب پذیر طبیعی و سنتزی است. این چارچوب ها باید دارای ویژگی های خاص باشند. این ویژگی ها عبارتند از تخلخل، توزیع اندازه ی دانه ی مناسب و اتصال مناسب این تخلخل ها، ویژگی های مکانیکی مناسب برای کاربردهایی که در آنها بار اعمال می شود و وجود سرعت های تخریب شوندگی مناسب. به طور خاص، مسئله ی مهم در مهندسی بافت ایجاد چسبندگی مناسب میان سلول و بخش چارچوبی است. با در نظر گرفتن اهمیت سطوح برای چسبندگی سلولی و مهاجرت آنها، آزمایشاتی در آزمایشگاه های ما انجام شده است. در این آزمایشگاه ها از یاخته های استخوان ساز جدا شده از نوزاد موش صحرایی و رشد آن در محیط کشت GIBCO ، به انضمام رشد بخش های جنینی گاو بر روی PLAGA، مجموعه های رشته ای 20 میکرونی سه بعدی و رشته های نانویی استفاده شده است. 4 زمینه برای تولید کشت سلولی در زمایشگاه استفاده شد. این 4 زمینه عبارتند از: 1) گوی های زینتر شده ی PLAGE با اندازه ی 150 تا 300 میکرون، 2) رشته های غیر جهت دار از فیلامنت های 20 میکرونی، 3) ساختارهای نواری سه بعدی که شامل 20 تا رشته ی 20 میکرونی هستند و 4) بخش های بافته نشده دارای نانو فیبرها. تکثیر سلولی که در شکل 7 نشان داده شده است، بیان کننده ی مقدار تیمیدین رها شده به عنوان تابعی از زمان است. این را می توان دید که در همه ی زمینه ها، یک افزایش ثابت در جمعیت سلولی با افزایش زمان، رخ می دهد. به هر حال، ساختارهای نانو فیبری دارای بیشترین تکثیر هستند در حالی که رشد سلولی در ساختارهای دارای الیاف یا کره های با قطر بزرگتر دارای کمترین تکثیر سلولی هستند. با در نظر گرفتن مزیت های این چارچوب های سلولی نانو فیبری، نانو فیبرها برای ترمیم پوست، بافت عروقی، رباط ها، غضروف استخوان ها، استخوان، و بسیاری از بافت ها و ارگان های دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

تکنولوژی نانو الیاف

نانو فیبرها برای استفاده در غشاء های محافظتی بیولوژیکی/ شیمیایی

آرایه هایی از نانو فیبرها یک سیستم محافظ ساختاری برای فیلتراسیون گرد و غبار ایجاد می کنند. ازاین آرایه ها برای جلوگیری از نفوذ عامل های شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می شود. با در نظر گرفتن جنبه های مختلف این موانع که در شکل 8 نشان داده شده است، این استنباط بدست می آید که نه قابلیت عدم نفوذ و نه نفوذ پذیری سیستم های محافظ مفید هستند زیرا سطح تولید حرارت در موانع ناتراوا و طبیعت متخلخل سیستم های تراوا، قابل قبول نیست. موانع شبه تراوا دارای مزیت های زیادی هستند اما افزودن لایه ی جاذب ممکن است به عنوان یک مخزن برای رشد باکتری ها عمل کند و همچنین ممکن است به عنوان یک بخش بالک نیز عمل کند. با توجه به این موضوع، طراحی کنونی یک سیسم مطلوب است که بدون استفاده از کربن، دارای قابلیت نفوذپذیری انتخابی است و دارای عملکرد چندگانه است( یعنی عوامل CB را دفع می کند درحالی که اجازه می دهد تا بخارات بدن از آن فرار کنند. به عنوان مثال، ما قابلیت استفاده از فرانید های الکترو ریسندگی برای ساخت یک غشاء با نفوذ پذیری انتخابی را نشان دادیم. در این روش از پلیمری خاص استفاده شد.

تکنولوژی نانو الیاف

یک مثال از پلیمرهای الکترو ریسندگی شده در شکل 9 نشان داده شده است. در این مثال یک شبکه ی فیبری سه بعدی نشان داده شده است. مورفولوژی این پلیمر با استفاده از غلظت های مختلف پلیمر قابل تغییر می باشد.

تکنولوژی نانو الیاف

غشاء های الکترو ریسندگی شده در آزمایشگاه های خاص مورد بررسی قرار گرفت و از لحاظ انتقال بخار با استفاده از روشی خاص مورد بررسی قرار گرفت. این تست در دمای 110 درجه ی فارنهایت انجام شد تا بتوان شرایط آب و هوای گرم را ایجاد کرد. انتقال بخار آب پارچه های نایلونی پوشش داده شده با این پلیمر به روش غوطه وری با انتقال بخار آب پارچه های نایلونی پوشش داده نشده، مورد مقایسه قرار گرفت. ضخامت پارچه های پوشش داده شده در حدود 6 میل بود و غشاء پلیمری پوشش داده شده بر روی آنها دارای ضخامت 10 میل بود. همانگونه که در جدول 2 مشاهده می شود، انتقال بخار آب از طریق غشاء های الکترو ریسندگی شده برابر با غشاء های بدون پوشش بود و هیچ انتقال بخار آب قابل تشخیصی در میان پارچه ی نایلونی پوشش داده شده، مشاهده نشد. زمان آنجام آزمایش 5 ساعت بود. با در نظر گرفتن اینکه نفوذ پذیری بخار آب از غشاء های محافظ در اندازه های است، این نتایج نشان دهنده ی این است که غشاء های الکترو ریسندگی شده نیازمندی های پایداری در دوره های زمانی طولانی را فراهم می کند.

تکنولوژی نانو الیاف

تست های انجام شده بر روی عوامل شیمیایی، نشان می دهد که مقاومت شیمیایی این غشاء ها در حد مطلوبی است.

فیبرهای نانو کامپوزیتی برای کاربردهای ساختاری

نانو تیوب های کربنی ساختارهای لوله ای تولید شده از گرافیت هستند که ابعاد قطر آنها در حد نانو متر می باشد. در این مواد نسبت طول به قطر بالاست. این گروه جدید از مواد تک بعدی، دارای خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی جدیدی هستند. مدول الاستیک نانو تیوب های کربنی در گستره ی 1 تا 5 Tpa است. و کرنش های شکست آنها 6 تا 30 % می باشد. این دو پارامتر در این ماده نسبت به الیاف کربنی تجاری موجود، بهتر است. در واقع مدول الاستک الیاف کربنی در گستره ی 0.1 تا 0.5 Tpa است و کرنش شکست این ماده نیز در حدود 0.1 تا 2 % می باشد. برتری 10 برابر این فاکتورها نشاندهنده ی این است که برای کاربردهای مشابه، جایگزینی الیاف کربنی با نانو تیوب های کربنی منجر به کاهش قابل توجهی در حجم و وزن کامپوزیت می شود. این در حالی است که کارایی کامپوزیت حفظ شده است.

تکنولوژی نانو الیاف

مطالعات انجام شده در آزمایشگاه ها نشان می دهد که نانو فیبرهای کامپوزیتی دارای 1 تا 10 % وزنی نانو تیوب های کربنی تک لایه می تواند به روش الکترو ریسندگی تولید شود. قطر فیبر در این کامپوزیت ها در گستره ی 40 تا 300 نانو متر می باشد. این گستره ی اندازه ی قطر را می توان با استفاده از تغییر پارامترهای ریسندگی ایجاد کرد. قرارگیری نان تیوب های تک لایه در نانو فیبرها بوسیله ی مشاهدات انجام شده با میکروسکوپ الکترونی عبوری تأیید شده است. ویژگی های مکانیکی بالک نانو فیبرهای کامپوزیتی در حالت رندوم مورد بررسی قرار گرفته است. با توزیع مناسب نانوتیوب های کربنی و آماده سازی مناسب مواد افزودنی، یک افزایش دوگانه در استحکام و مدول نانوفیبرهای کامپوزیتی تولید شده از پلی اکریلو نیتریل با نانو تیوب های کربنی، مشاهده شده است. علاوه بر این یک فرایند پیوسته برای تبدیل نانوفیبرها به رشته های پیوسته نیز به طور موفقیت آمیز ابداع شده است. این رشته های پیوسته به طور خوب خواص نانو مقیاس نانو فیبرها را انتقال داده اند.
شکل 10 ویژگی های تنش – کرنش پلی اکریلو نیتریل دارای 1 % وزنی نانو تیوب های کربنی را نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می شود، نمونه های فیبری رندومی با افزودن 1 % وزنی نانو تیوب های کربنی، استحکام کششی و مدول الاستیک بالاتری از خود نشان می دهند. برای نمونه های مرتب دارای 1 % وزنی نانو تیوب های کربنی، افزایش 33 % در استحکام کششی و افزایش دو برابر در کرنش مشاهده شده است. به هر حال این افزایش در مدول الاستیک زیاد نیست. یک افزایش زیاد در ناحیه ی زیر منحنی تنش- کرنش این کامپوزیت ها نشان می دهد که استفاده از نانو تیوب های کربنی موجب افزایش استحکام و تافنس نمونه ها می شود. لیف های کوچک نیز مانند نانو تیوب های کربنی، نقش مهمی انتقال ویژگی های نانو مقیاس به ماکرو مقیاس ایفا می کنند. حتی بدون هیچ عملیات ثانوی، بهبهود قابل توجهی در ویژگی های نانو فیبرهای کامپوزیتی تولید شده با روش الکترو ریسندگی ایجاد می شود. این پیش بینی می شود که عملیات های ثانویه مانند کشش مکانیکی نیز موجب جهت گیری نانو تیوب های کربنی با محور فیبر شوند. کشش فیبرها همچنین جهت گیری مولکولی فیبرها را در پی دارد و در نتیجه ویژگی های فیبر را بهبود می دهد. علاوه بر این، عملیات حرارتی میانکنش میان زمینه و استحکام دهنده را به همراه دارد و از این رو موجب انتقال بهتر نیرو در طول سطح مشترک زمینه- تقویت کننده می شود.

تکنولوژی نانو الیاف

رفتار تنش – کرنش پلی اکریلونتیریل دارای نانو تیوب های کربنی نیز افزایش در استحکام و تافنس فیبر را در حالت استفاده از نانو تیوب های کربنی تک لایه را نشان می دهد.

خلاصه و نتیجه گیری

ترکیبی از ناحیه ی سطح بالا، انعطاف پذیری، و استحکام جهتدار فوق العاده باعث می شود تا این فیبرها جزء مواد دارای ارجعیت در بسیاری از کاربردها باشند. از این رو از این مواد در لباس های فضا نوردان استفاده می شود. کوچکی قطر این الیاف و قرار گیری آن در مقیاس نانو، باعث می شود تا حد کارایی این مواد را گسترش داده و بنابراین فرصت های جدیدی را در بازار جهانی برای استفاده از این نوع فیبرها ایجاد می کند. از میان روش های تولید نانو فیبرها، روش الکترو ریسندگی توجه زیادی را به خود اختصاص داده است. علت این موضوع سادگی آن و پتانسیل استفاده از آن در تولید نانو فیبرهای پیوسته است. با افزایش زیاد در فاکتور مساحت سطح به واحد جرم، نانو فیبرها ظرفیت قابل توجهی برای اتصال یا رها شدن از گروه های عاملی، جذب مولکول ها، یون ها و نانو ذرات نانو مقیاس را دارا می باشند. به عنوان یک نتیجه، این نانوفیبرها شرایط مناسبی برای چارچوب های مورد استفاده در مهندسی بافت را فراهم می کنند. در این ساختارها، چسبندگی مناسب میان سلول و زیرلایه و مهاجرت سلولی خوبی را فراهم می کنند و فرصت مناسبی برای تکثیر بافت را ایجاد می کند. از این مواد می توان در سیتسم های رسانش دارویی، سیم ها، خازن ها، ترانزیستورها و دیود ها استفاده نمود. برای سرمایه گذاری در زمینه ی استفاده از این مواد در کاربردهای مختلف، نیاز است تا ابزارهای شناسایی مناسبی فراهم آورد. این تکنولوژی ها باید بوسیله ی ابزارهای طراحی مهندسی و روش های تحلیلی همراه باشد. این مسئله انتظار می رود که تکنولوژی نانو فیبرمی تواند یک اتصال مناسب میان پدیده های نانو مقیاس و ماکرو مقیاس ایجاد کند و بتواند راهی برای استفاده از نانو مواد در کاربردهای مختلف ایجاد کند.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع است.