نانو الیاف‌‌ها، باریک ‌تراز تار عنکبوت

نانو الیاف‌‌ها، باریک ‌تراز تار عنکبوت

الیاف دارای قطر کمتر از 500 نانومتر را «نانو الیاف» گویند. نانو الیاف‌ها دارای استحکام بیشتر نسبت به دیگر الیاف مشابه و بزرگ هستند. این مواد می‌توانند انقلاب بزرگی را در فن‌آوری به وجود آورند. هرچند که این الیاف دارای قطری در حد نانو هستند، اما ممکن است طول آنها به چندین کیلومتر برسد.
نانو الیاف‌ها در زمینه‌های گوناگون از جمله تولید لباس‌های محافظ و ضد لک، تولید آینه‌های قابل استفاده در فضا، فیلتراسیون‌ هوا و بسیاری از موارد دیگر کاربرد دارند. نانو الیاف‌ها نسبت به عبور هرچیزی غیر از مولکول‌های بسیار ریز مقاوم هستند. به همین دلیل می‌توان از آنها در تولیدپوشاک مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده کرد. با روکش کردن الیاف بافتنی معمولی با نانو الیاف‌ها می‌توان آنها را نسبت به هرگونه لک اعم از چربی، آب، روغن و غیره مقاوم کرد.
نانو الیاف‌ها بر حسب نوع ساختار و مواد به کار رفته در آنها به 3 دسته مهم تقسیم می‌شوند: نانوالیاف کربنی، نانو الیاف پلیمری و نانو الیاف معدنی. هر کدام از اینها کاربردهاوویژگی‌های خاصی دارند. با این حال، نانو الیاف‌های دیگری نیز تولید می‌شوند که ممکن است یکی از انواع نانوالیاف‌های ذکر شده باشد.
در حالی حاضر، روش‌های فراوانی در تولید الیاف نانو متری ارائه شده است. برای ساخت هرکدام از انواع نانوالیاف‌ها روش‌های گوناگونی به کار گرفته می‌شود. نانوالیاف‌ها مانند نانویسم‌ها از انواع ساختارهای تک بعدی هستند.

نانوالیاف پلیمری

حدود 60 درصد از نانوالیاف‌های پلیمری با روش الکترو ریسندگی ساخته می شوند. ریسندگی الکتریکی یا الکتروریسی (electro spinning) روشی برای تولید نانوالیاف پلیمری است.
این روش ساده بازده بالایی دارد. در این روش، مواد پلیمری سیال به صورت مذاب، یا محلول پلیمری را به کمک نیروهای الکتروستاتیک و نیز باردار کردن محلول یا مذاب پلیمری تحت کشش قرار می‌دهند.
همان طور که اشاره شد، در این روش هم از مذاب و هم از محلول پلیمری می‌توان استفاده کرد. پلی استیرن از پلیمرهایی است که در این روش ریسیده می‌شود که قطر آنها تنها در حد چند نانومتر است.
قطر این الیاف به پارامترهای مختلفی مانند غلظت پلیمر وولتاژالکتریکی اعمال شده بستگی دارد وهرچه الیاف تولیدی ظریف‌تر باشند دارای ویژگی‌های مطلوب‌تری نیز هستند. یکی از مشکلات موجود در روش الکتروریسندگی نبود یکنواختی در میزان کشیدگی الیاف است که با کنترل پارامترهای تاثیرگذار می‌توان این مشکلات را برطرف کرد.
همچنین در روش الکتروریسندگی می‌توان مواد دیگر مانند نانو ذرات یا نانو لوله‌ها را برای بهبود خواص نانوالیاف، درون نانوالیاف‌ها جای داد. نانوالیاف‌های پلیمری به دلیل کاربردهای فراوان و داشتن ویژگی‌های مکانیکی، الکترویکی و بیولوژیکی بهبود یافته از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.
این نوع مواد در ساخت فیلترهای غشایی، لباس‌های محافظ، تجهیزات الکترونیکی و نوری و نیز در زمینه‌های بیوپزشکی و کامپوزیت‌های تقویت شده کاربرد دارند. یکی از مهمترین کاربردهای نانوالیاف‌ پلیمری در صنایع هوایی است که از آنها در فیلتراسیون هوا استفاده می‌کنند. به این طریق که نانوالیاف پلی استیرن را با الیاف شیشه‌ای مخلوط می‌کنند تا نانووب‌هایی
(Nano web) تولید شود که بتوانند عمل فیلتراسیون را در فیلترهای هوا انجام دهند.
همچنین می‌توان از این مواد در فیلتراسیون‌های آبی نیز استفاده کرد. نانوالیاف‌های پلیمری در فیلتراسیون ویروس‌ها، باکتری‌ها، غبارها و ذرات معلق درمنابع آبی یا هوایی بسیار کاربرد باارزشی دارند.
مکانیزم فیلتراسیون الیاف نانو با الیاف معمولی کاملاً متفاوت است. از دیگر مصارف نانوالیاف‌های پلیمری می‌توان به استفاده از آنها به عنوان محیط داروسازی و مصرف حسگر و نانو الکترونیک‌ها اشاره کرد.
نانوالیاف‌های پلیمری از نظر ساختار و ترکیب بندی قابلیت و کاربرد زیادی در صنایع نظامی دارند. ساخت لباس‌های ضد گلوله، پتوهای ضد انفجار و پوشش‌های الکترومغناطیسی نمونه‌هایی از کابردهای این مواد در ارتش است.
سربازانی که لباس‌های ساخته شده از نانو الیاف‌های پلیمری بر تن دارند می‌توانند در زمینه شناسایی و خنثی سازی بمب به کار گرفته شوند. ساخت لباس‌های ضد گلوله، کاهش وزن محموله‌ای که سربازان حمل می‌کنند، بررسی سلامت نظامیان به وسیله لباسی که بر تن دارند، ارتقای توانایی و عکس‌العمل نظامیان، قابل تحمل کردن جراحت‌های عملیات و درمان آنها، افزایش توانایی ارتباطات سربازان با جیپ های نانوالکتریکی، محافظت سربازان در برابر سلاح‌های بیولوژیک و شیمیایی، از کاربردهای نانوالیاف پلیمری در هوشمند سازی سیستم‌ها و تجهیزات نظامی و دفاعی است.

نانوالیاف‌های کربنی

از نانوالیاف‌های کربنی به عنوان تقویت‌کننده‌های فاز در نانو کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنند ومعمولاً براساس همان روش‌هایی که در تولید نانو لوله‌های کربنی به کار می‌روند، تولید می‌شوند، ولی برخی از این روش‌ها مانند روش CVD نانوالیاف‌های کربنی بیشتری تولید می‌کنند. نانوالیاف کربنی شامل نانو لوله‌های کربنی و رشته‌های کربنی است. رشته‌های کربنی مانند نانولوله‌‌ها فاقد ساختار سیلندری و توخالی هستند.
کامپوزیست‌های (مواد ترکیبی) حاوی نانوالیاف‌کربنی کاربردهای زیادی در صنایع نظامی و هوافضا دارند. یکی دیگر از کاربردهای باارزشی که نانوالیاف‌های کربنی می‌توانند داشته باشند، استفاده از آنها به عنوان ماده ضدآتش است.
پژوهشگران موسسه استاندارد و فنآوری (NIST) آمریکا دریافته‌اند که اضافه نمودن مقادیر اندکی از نانوالیاف کربنی به فوم‌های پلی اورتان که در برخی مبلمان‌ها، تشک‌ها در اماکن عمومی مانند هتل‌ها و دفاتر کار مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌تواند آتش‌گیری را نسبت به فوم‌هایی که در آنها از تاخیر اندازهای معمولی آتش استفاده می‌کنند تا 35 درصد کاهش دهد.
نانوالیاف کربنی از چکیدن فوم تحت حرارت جلوگیری نموده واز سرعت آتش‌سوزی می‌کاهد، چرا که مطالعات صورت گرفته نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی یک شبکه پایدار حرارتی ایجاد می‌کنند و در نتیجه از چکیدن فوم در هنگام حرارت‌های شدید جلوگیری می‌نماید.
در حال حاضر، قیمت نانولوله‌های کربنی بسیار بیشتر از افزودنی‌های ضد آتش رایج است، اما به خاطر سیر کاهشی قیمت آن و اینکه مقدار اندکی از این مواد در تولید ماده ضد آتش نیاز است به عنوان موادی تجاری و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نانوالیاف معدنی

این نوع الیاف در مقیاس نانو در فرآیند سل ـ ژل (تشکیل ژل بی‌شکل از یک محلول) و حرارت دهی تولید می‌شوند.
هنگامی که سل در یک قالب ریخته شود، ژلی مرطوب شکل می‌گیرد که پس از خشک شدن به صورت ذرات سرامیکی متراکم می‌شود که به هم متصل هستند و به این ترتیب فیلتری به دست می‌آید که دارای منافذی در مقیاس نانو است. از این الیاف می‌توان به عنوان ماده ضد ویروس استفاده کرد.
نانوالیاف‌های معدنی به ویژه آلومینا به دلیل داشتن خاصیت الکتروستاتیک، ویروس‌ها و ذرات را به خود می‌چسبانند و برای دفع آلودگی بسیار مفید هستند. برتری این فیلترها این است که برخلاف فیلترهایی که به روش غربال کردن، عمل فیلتراسیون را انجام می‌دهند، با انسداد منافذ روبه‌رو نخواهند شد.
منبع: روزنامه اطلاعات