گونه‌ای از نانو فیبر ها (نانو الیاف) توسط مهندسان آمریکایی دانشگاه “آمهرست” ماساچوست که کاملا با محیط زیست سازگار هستند و کربردهای فراوانی دارند، تولید شد.
“جسیکا شیفمن و سارا پری” دو مهندس شیمی این دانشگاه موفق به تولید نانو فیبر سازگار با محیط زیستی شدند که می‌توان در زمینه‌های بهداشت و سلامت،محیط زیست و بسته‌بندی مواد غذایی از آن استفاده کرد.
این مهندسان راز موفقیت خود را استفاده از روش جدید پلیمرها می‌دانند و معتقدند که نگاه متفاوت آنها به این پلیمرها باعث این امر شده است. زیرا استفاده از روش‌های قدیمی ساخت الیاف که مبتنی بر پلیمر بود، نیاز به استفاده از حلال‌های آلی سمی داشت. اما در این روش جدید برای ساخت الیاف از محلول آب و نمک استفاده می‌شود.
گفته می‌شود که این نانو فیبر ها بسیار سرسخت و پایدار هستند به گونه‌ای که در مقابل دمای بالا و حلال‌های آلی، مقاوم و شناور خواهند بود.
برای تولید این نانو فیبر ها از فرآیندی موسوم به “الکترواسپینینگ” استفاده می‌شود؛ یعنی از یک نیروی الکتریکی برای ساخت رشته‌های پلیمری از الیاف جامد در اندازه نانو بهره می‌گیرند و این امر منجر به ساخت پارچه‌ای نرم و منعطف می‌شود. در این روش معروف برای ساخت الیاف از بیش از 100 پلیمر مختلف استفاده می‌شود.
با توجه به اینکه از محلول‌های سمی و یا مواد شیمیایی در تولید این محصول استفاده می‌شود، استفاده از آن بسیار محدود است. اما مهندسان معتقدند که با استفاده از این روش جدید غیر سمی و سازگار با محیط زیست می‌توان به طور وسیعی از کاربردهای آن استفاده کرد و آن را گسترش داد.
شیفمن و پری همچنین افزودند که این روش جدید بنیادی است و دریچه‌ی جدیدی به دنیای نانو فیبر ها باز می‌کند. با پیشرفت این فناوری امید این است که بتوان مواد بافتی از جنس کاغذ تولید کرد که برای بهبود زخم‌ها به کار می‌رود. زیرا این الیاف می‌تواند همزمان وظیفه‌ی دارورسانی و عفونت زدایی را انجام دهد.
همچنین این فناوری می‌تواند در زمینه تصفیه آب و صنایع غذایی نیز به کار رود تا زمانی که غذایی خراب می‌شود یا دارای باکتری‌های مضر هستند، آنها را تشخیص دهند. استفاده‌ی دیگر این فناوری در زمینه تولید زیست کش دفع آفات، دستمال مرطوب صورت و بسته بندی مواد غذایی است.
الیاف چیست؟ الیاف‌ها دسته‌ای از مواد هستند که به صورت فلیمنت‌های مداوم هستند، در طول و اندازه‌ی مشخصی برش می‌خورند که به سه دسته الیاف معمولی، الیاف میکرونی و نانو الیاف تقسیم بندی می‌شوند.
در واقع خصوصیت اصلی الیاف‌ها، نسبت طول به قطر بسیار بالای آنهاست. الیاف میکرونی متشکل از رشته‌هایی هستند که کمتر از یک دنیر است. دنیر واحد اندازه گیری دانسیته جرمی الیاف را گویند که به صورت جرم در واحد گرم بر 9000 متر تعریف می‌شود.
نانو الیاف ها قطری کمتر از یک میکرومتر دارند. این الیاف با اندازه‌های نسبتا کوتاه چند میکرونی و با قطر کمتر از 500 نانو متر، مانند نانو سیم‌ها از انواع ساختارهای تک بعدی هستند.
برای تولید نانو فیبر ها (نانو الیاف) روش‌های مختلفی وجود دارد که از میان آنها می‌توان به روش کشش، جداسازی الیاف چند جزئی، روش قالب دمش، جدایش فازی، خودآرایی ماکرو مولکول‌ها، الکتروریسی و غیره اشاره کرد.
استفاده از روش ریسندگی الکتریکی یا الکتروریسی برای تولید نانوالیاف پلیمری با قطر زیر نانومتری که برای اولین بار توسط زلنی مطرح شد، به این شکل است که در آن از محلول مذاب و محلول پلیمری استفاده می‌شود.
نتایج به دست آمده بر روی تولید نانو الیاف‌ها نشان می‌دهند که استفاده از روش الکتروریسی نسبت به سایر روش‌ها برتری دارد. این فرآیند از لحاظ سرعت تولید، پیوستگی، تجاری سازی، هزینه و سادگی تولید بر سایر روش‌ها ارجح است. با استفاده از این روش بیش از 100 نوع ماده پلیمری، کوپلیمری و مواد کامپوزیتی تبدیل به نانو فیبر شده‌اند.
اندازه‌ی نانو الیاف به شرایط مختلفی مثل غلظت پلیمر، ولتاژ الکتریکی، فاصله، دما، رطوبت محیط، ویسکوزیته، قطر سوزن و نوع جمع کنندگی بستگی دارد.
نانو الیاف‌ها نسبت به سایر بافت‌ها دارای خواص متمایزی هستند؛ به طوریکه با کمترین جرم می‌توان بیشترین لایه و سطح از الیاف را تولید کرد که تنها با یک گرم پلیمر می‌توان 32 هزار کیلومتر الیاف نانومتری را تولید کرد. از این رو نانو الیاف‌ها کاربردهای فراوانی در زمینه فیلتراسیون، لباس‌های محافظ، غشاها، پایه‌های کاتالیست و نیز داربست‌‌های مهندسی بافت دارند.
از آنجایی که در فرآیند الکتروریسی امکان این هست که مواد را به محلول الکتروریسی اضافه کرد، بنابراین می‌توان از نانو الیاف‌ها در زمینه‌های بسیاری بهره‌مند شد؛ از جمله نانو الیاف معدنی که در زیست فیلتراسیون برای رفع آلودگی استفاده می‌شود.
برای اینکه انواع مختلفی از نانو الیاف‌ها را تولید کرد، می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد. برای مثال با تغییر شرایط عملیاتی و نیز مجهز کردن سامانه‌ی الکتروریسی می‌توان به این مهم دست یافت؛ در این زمینه باید به موارد زیر اشاره کرد:
- نانو الیاف آرایش یافته
- نانو الیاف بافته شده
- نانو الیاف هیبریدی، دو یا چند جزئی
- نانو الیاف هسته_پوسته
- نانو الیاف سرامیکی
- نانو الیاف توخالی
- نانو الیاف نواری شکل
- نانو الیاف متشکل از دانه‌های تسبیح
- نانو الیاف متخلخل
امروزه استفاده از نانو الیاف‌ها به یکی از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین فناوری‌ها تبدیل شده که در حوزه های پزشکی، دارویی و بهداشتی (مهندسی بافت، ماسک‌ها، فیلترهای پزشکی، پوشش‌های زخم، سامانه‌ی کنترل شده رهش و غیره)، صنعتی شامل صنایع دفاعی و امنیتی، صنایع جداسازی و فیلتراسیون، صنایع شیمیایی، صنایع رنگ و پوشش، صنایع نساجی، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، صنایع هوافضا، صنایع خودرو سازی، صنایع ساختمان، صنایع غذایی، فناوری اطلاعات و ارتباطات، تولید و ذخیره‌سازی انرژی و نیز بهینه سازی مصرف انرژی (پیل‌های خورشیدی، پیل‌های سوختی، باتری‌های پلیمری و غیره) صنایع نانوکامپوزیت و نانو الیاف کربن، انواع حسگرهای زیستی و شیمیایی، حوزه های مرتبط با زیست فناوری، محیط زیست، کشاورزی و غیره کاربرد دارد.
.
منبع: isna
