A mágneses forgatás nagymértékben leegyszerűsíti és csökkenti a polimer nanofibers termelését • Igor Ivanov, Alexander Tokarev • Tudományos hírek az "elemekről" • Anyagtudomány, fizika

A mágneses fonás nagymértékben leegyszerűsíti és csökkenti a polimer nanoszálak gyártását

Ábra. 1. Mágneses fonás elve ") Ábra. 1. A mágneses forgatás elve "border = 0>

Ábra. 1. A magnetospinning elve: ha egy forgó lemezen rögzített mágnes egy csepp ferromágneses folyadékkal jár, akkor magához vonzza, és egy hosszúkás és szárító szövedékből nanofibre van. Kép a cikkből a vita soránHaladó anyagok

Az amerikai és a brit tudósok új módszert fejlesztettek ki az ultrahang polimer nanoszálak előállítására. A kutatási eredmények megjelentek a folyóiratban Haladó anyagok. Az új módszer, amelyet mágnesesen forgatnak, rendkívül könnyen használható, és lehetővé teszi, hogy nagy mennyiségű nanofibers-t kapjon, amelyek különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, és amelyek új anyagokat, valamint orvosi feladatokat látnak el számos feladat elvégzéséhez.

A modern anyagtudomány egyik irányvonala a testreszabott jellemzőkkel rendelkező ultrahangos szálak hatékony előállítására szolgáló módszerek kifejlesztése. A szubmikron vastagságú nanoszálakról beszélünk, de makroszkopikus hosszúságú, akár több méterre is, amelyek hosszúságuk alatt egységes tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a nanoszálak szolgálnak alapul új kompozit anyagok, bevonatok, membránok, intelligens ruhák, szenzorok és elektródok létrehozásához.A nanoszálak kétdimenziós és háromdimenziós struktúrái nagy porozitásuk és a rostok nanorészecskék hordozásának köszönhetően lehetővé teszik a katalitikus folyamatok hatékonyságának növelését. Az orvosbiológiai technológiákban is használják őket: segítenek új szervek növekedésében, védik a baktériumok sebeit, és lehetővé teszik a kábítószerek közvetlen átadását az emberi szervezet fertőzéseihez.

Jelenleg a nanoszálak legelterjedtebb módszere az elektrospinning (electrospinning), vagyis a szálak nagy feszültségű polimer oldatból való húzása (a módszer és alkalmazási lehetőségeinek áttekintése, lásd D. Li, Y. Xia, 2004. Nanofibers elektrospinning: A kerék újraindítása?). Az elektrospinning azért jó, mert – ellentétben a hagyományos rostok mechanikai húzásával – megoldást nem tartalmaz nagy követelményeket a folyamat kémiai igényeire, nem igényel magas hőmérsékletet a rost megkötésére, így hosszú és bonyolult molekulákból származó szálakat hozhat létre. A kapilláris és az elektrosztatikus erők közötti harc eredményeként, valamint a megoldáson belüli folyamatok eredményeként a feltöltött csepp megnövekszik, vékonyabbá válik és kiszárad. Ennek a módszernek azonban jelentős hátrányai vannak.Nem teszi lehetővé a kis dielektromos állandóval rendelkező polimerek oldatainak használatát, például Teflon oldattal. Ezenkívül nagyfeszültségű berendezéseket is használ, amelyek egyrészt meglehetősen drágák (egy tipikus telepítés költsége meghaladja a 10 ezer dollárt), másrészt komoly igényeket támaszt a munkahelyi biztonsággal szemben.

A cikk a Nano- és Microfibers mágnesprotézise, ​​a közelmúltban megjelent a folyóiratban Haladó anyagok, leírja a nanofibers megszerzésének új módját, amely hiányzik ezekből a hiányosságokból. Mivel a mágneses mezőket használja a rost előállításához, a szerzők ezt nevezik magnitospinning (Magnetospinning). Egyszerűbbnek tűnik, és végrehajtási költségei alacsonyabbak, mint az olcsóbb elektrospinnel kapcsolatos példa. A szerzők hangsúlyozzák, hogy a magnetospingennel való felszerelés olcsó mágnesből, egyszerű elektromos motorból és fecskendőből állítható össze. Ez a módszer nemcsak drasztikusan csökkenti a rosttermelés költségeit, hanem lehetőséget teremt az egyetemekre, az ipari vállalkozásokra, a biotechnológiai vállalatokra és még a közönséges iskolákra is, hogy kísérletezzenek a nanofibresekkel, magas kutatási költségek nélkül.

A mágnesesen forgó eljárás elve az 1. ábrán látható. 1.A forgó lemezhez állandó mágnes van csatlakoztatva. A lemez közelében, szigorúan ellenőrzött távolságban van a fecskendő pontja, és a végén egy csepp ferrofluid, egy polimer oldat mágneses nanorészecskékkel lóg. A lemez forgásának sebessége széles tartományban szabályozható akár több ezer fordulat / perc. A mágnes vonzza a cseppet, és amikor a tűpont közvetlen szomszédságában halad, a csepp lebomlik és a mágneshez tapad. Az oldat megfelelő viszkozitásával a tű és a mágnes hídvontatása között fordul elő. A lemez továbbra is forog, a mágnes és a tű közötti távolság nő, a derék ki van húzva, hígítva, de nem szakadt (lásd a videót). Ebben az esetben az oldószer elpárolog, a szál még vékonyabb lesz és megkötődik, és így nanofibres alakul ki. A tárcsa ellentétes oldalára szerelt csévélő folyamatos rostot biztosít.

A nanofiber termelés lassú felvétele a mágneses forgatással

Természetesen annak érdekében, hogy a folyamat elinduljon és a szűkület ne szakadjon meg, meg kell választani a megfelelő telepítési paramétereket: folyadék viszkozitását, a mágnessel való csökkenéstől való távolságot, a forgási sebességet stb.A szerzők tanulmányozták, hogy az eredmény függ az összes ilyen paramétertől, és megállapította azoknak az értékeknek a tartományait, amelyeken a rosttermelési folyamat hatékonyan és folyamatosan megy végbe. Például a 3. ábrán. A 2. ábra a berendezés folyamatos működésének eredményét 500 percenkénti fordulatszámon öt percig mutatja: kiderült, hogy egy ilyen fonalból körülbelül 25 mikron vastagságú 2500 polimer szál van. Az oldat viszkozitásának enyhe csökkenésével a nanoszálak vastagsága további nagyságrenddel tovább csökkenthető. Itt azonban van egy határ – ha a viszkozitás túl alacsony, egy csepp egyszerűen átugorja a mágnest, és nem történik túlzott nyújtás.

Ábra. 2. Nanofibers tömeges gyártása: 2500 szálat, négyzet alakú keretben megnyújtva, az eszköz működtetésének 5 percében 500 fordulat / perc fordulatszámon nyertük. Kép a cikkből a vita során Haladó anyagok

A nanofibrák termelési volumene könnyen növelhető néhány nagyságrenddel: elegendő, ha egy forgó tárcát körülötte száz lemezt helyeznek el, amelyek mentén a ferrofluid a közös tartálytól függetlenül táplálható.

Ami az anyagokat, amelyekből rostok készíthetők, valamint maguk a rostok jellemzői, akkor széles mozgásteret biztosítanak.Az egész folyamatot mágneses nanorészecskék és mágneses mező vezérli, és maga a megoldás passzív pufferként játszik szerepet. Szárítás után azonban ez a puffer meghatározza a rost tulajdonságait, és a mágneses részecskék foltjai nem döntőek. Így például a szerzõk a Teflonból származó nanoszálakat kaptak, egy ismert szuperhidrofób anyagot (3a. Ábra).

Ábra. 3. Példák a magnetospinning rostokra: egy – a teflon szuperhidrofób anyagából származó szálak, b – porózus nanofibre, c – ezüst kiküldés polimer héjban, d – nanofibres 10% -os többfalú szén nanocsövekkel. Kép a cikkből a vita során Haladó anyagok

Szükség esetén a mágneses nanorészecskék koncentrációja 1% -ra csökkenthető a technológia veszélyeztetése nélkül. Van egy másik lehetőség – a szálak későbbi kémiai kezelése, amely teljes mértékben kiküszöböli a nanorészecskéket és megszerezte a porózus rostokat (3b. Ábra). Ha nanorészecskék formájában más anyagokat adunk hozzá a kiindulási oldathoz, különleges tulajdonságokkal rendelkező nanofibrák is beszerezhetők, például egy ezüst nanoréteggel, amely polimer héjjal van bevonva (3.3c), vagy nagy koncentrációjú szén nanocsövekkel rendelkező szálak (3d. Ábra). Végül, mivel a vas-oxid nanorészecskék biológiailag lebomlanak, a kapott rostok teljesen biokompatibilisek és orvosi technológiákban alkalmazhatók. A nanoszálak alkalmazási körét csak a fejlesztők képzelete korlátozza, hiszen a mágnesesen forgó technológia szinte mindenki számára hozzáférhetővé tette ezt az anyagot.

Forrás: Alexander Tokarev, Oleksandr Trotsenko, Ian M. Griffiths, Howard A. Stone és Sergiy Minko. Nano- és mikroszálas magnézium-pepinezés // Haladó anyagok. Megjelent online 2015. május 8. DOI: 10.1002 / adma.201500374.

Alexander Tokarev, Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: