Magnetinis verpimas labai palengvina ir mažina polimero nanovamzdžių gamybą. • Igoris Ivanovas, Aleksandras Tokarevas. • Mokslo naujienos "Elementai". • Medžiagų mokslas, fizika.

Magnetinis verpimas labai palengvina ir mažina polimero nanovamzdžių gamybą

Pav. 1. Magnetinio verpimo principas ")"> Pav. 1. Magnetinio verpimo principas "border = 0>

Pav. 1. Magnetinės spinduliuotės principas: kai ant sukimo disko pritvirtintas magnetas praeina feromagnetinio skysčio lašas, jis pritraukia jį prie savęs, o nanofibras gaunamas iš ištempto ir džiovinimo tinklelio. Vaizdas iš straipsnio diskusijojeIšplėstinės medžiagos

Amerikos ir britų mokslininkai sukūrė naują ultravioletinių polimerų nanovamzdžių gamybos būdą. Tyrimo rezultatai buvo paskelbti žurnale Išplėstinės medžiagos. Naujas metodas, vadinamas magnetiniu verpimu, yra labai lengvas naudojimas ir leidžia jums gauti didelį kiekį nanovamzdelių su skirtingomis charakteristikomis, kurios gali būti naudojamos kuriant naujas medžiagas, taip pat medicinoje, skiriant įvairias užduotis.

Viena iš šiuolaikinių medžiagų mokslo krypčių yra efektyvių ultrathin pluoštų su pritaikomomis savybėmis metodų kūrimas. Mes kalbame apie submikrono storis nanofiltrai, bet makroskopinis ilgis, daugelio metrų, turintis vienodas savybes visame jų ilgyje. Tokie nanovamzdeliai yra naujų kompozicinių medžiagų, dangų, membranų, protingų drabužių, jutiklių ir elektrodų kūrimo pagrindas.Dvimačiai ir trimačiai nanoflankių struktūros, dėl jų didelio poringumo ir pluoštų gebėjimo nano dalelių perduoti, gali pagerinti katalizinių procesų efektyvumą. Jie taip pat naudojami biomedicininiuose technologijose: jie padeda auginti naujus organus, apsaugo žaizdas nuo bakterijų ir leidžia narkotines medžiagas tiesiogiai patekti į žmogaus kūno infekcijų židinius.

Šiuo metu populiariausias nanofiberių gavimo būdas yra elektrifikavimas (elektrifikavimas), tai yra, iš polimero tirpalo naudojant aukštą įtampą išskleisti pluoštą (metodo apžvalga ir jos taikymas, žr. D. Li, Y. Xia, 2004. Nanofilijos elektrolizė: Reinventing Wheel?). Electrospinning yra geras, nes, skirtingai nuo tradicinio mechaninio pluošto iš tirpalo ištraukimo, jis nekelia didelių reikalavimų proceso chemijai, nereikalauja aukštų temperatūrų, kad sukietintų pluoštą, todėl leidžia kurti ilgų ir sudėtingų molekulių pluoštus. Dėl karpų tarp kapiliarų ir elektrostatinių jėgų, taip pat procesų viduje tirpalo, užpildytas lašas savaime pratęsiasi, tampa plonesnis ir išdžiūsta skrydžio metu. Tačiau šis metodas turi didelių trūkumų.Tai neleidžia dirbti su polimerų tirpalais su maža dielektrine konstanta, pavyzdžiui, su teflono tirpalu. Be to, jis naudoja aukštos įtampos įrangą, kuri, pirma, yra gana brangi (tipiško įrengimo kaina viršija 10 tūkst. Dolerių), antra, tai kelia rimtus darbo saugos reikalavimus.

Neseniai paskelbtoje žurnalo straipsnyje "Nanomikroskopinių ir mikrobangų magnetoplūdis" Išplėstinės medžiagos, aprašomas naujas nanofiberių gavimo būdas, kuris neturi šių trūkumų. Kadangi jis naudoja magnetinius laukus, norint pagaminti pluoštą, autoriai jį pavadino magnetinis spinduliavimas (magnetinis spinduliavimas). Tai atrodo paprasčiau ir jos įgyvendinimo sąnaudos yra pigesnės, nei pigesnės elektrospinigos pavyzdys. Autoriai pabrėžia, kad magnetinio spinduliavimo įrenginys gali būti surinktas iš pigiojo magneto, paprasto elektrinio variklio ir švirkšto. Šis metodas leidžia ne tik smarkiai sumažinti pluošto gamybos kainą, bet ir atverti galimybes universitetams, pramonės įmonėms, biotechnologijų įmonėms ir netgi įprastoms mokykloms eksperimentuoti su nanovamzdeliais be didelių mokslinių tyrimų išlaidų.

Magnetinio sukimosi metodo principas parodytas fig. 1.Nuolatinis magnetas pritvirtintas prie sukamojo disko. Netoli disko, griežtai kontroliuojamame atstume nuo jo, yra švirkšto taškas, o jo galas pakabina feromotyvo lašelį, polimerinį tirpalą su magnetinėmis nanodalelėmis. Disko sukimosi greitis reguliuojamas daugelyje kelių tūkstančių apsisukimų per minutę. Magnetas pritraukia lašelį, o kai jis eina greta adatos taško, lašelis suskaidomas ir prilimpa prie magneto. Turi tinkamą tirpalo klampą tarp adatos ir magnetinio tiltelio. Diskas toliau sukasi, atstumas tarp magneto ir adatos padidėja, liemuo ištraukiama, prasiskverbia, bet nepažeista (žr. Vaizdo įrašą). Šiuo atveju tirpiklis išgaruoja, sriegis tampa dar plonesnis ir sukietėja, ir dėl to susidaro nanokoliai. Priešais disko pusėje montuojama spyna užtikrina nuolatinį pluošto apvyniojimą.

"Nanofiber" gamybos gamybos lėtas judesys, naudojant magnetinį verpimą

Žinoma, norint, kad procesas vyktų ir susitraukimas nebūtų suplyšęs, reikia pasirinkti tinkamus diegimo parametrus: skysčio klampumą, atstumą nuo lašo iki magneto, sukimosi greitį ir ttAutoriai tyrė, kaip rezultatas priklauso nuo visų šių parametrų, ir nustatė jų verčių diapazonus, kuriais pluošto gamybos procesas vyksta efektyviai ir nepertraukiamai. Pavyzdžiui, fig. 2 pavaizduotas prietaiso nenutrūkstamo veikimo rezultatas, esant 500 apsisukimų dažniui per penkis minutes: pasirodė tokie 2500 polimerų pluošto siūlai, kurių storis yra apie mikroną. Kai šiek tiek sumažėja tirpalo klampa, nanoblokščių storis gali būti dar labiau sumažinamas iki dydžio. Tačiau čia yra ribos – jei klampumas yra per mažas, lašas tiesiog peršokti per magnetą ir nebus pernelyg ištemptas.

Pav. 2 Masyvi nanovamzdžių gamyba: 2500 pluoštų, ištemptų kvadratinio rėmo pavidalu, buvo gauti per 5 minutes įrenginio veikimo greičiu 500 apsisukimų per minutę. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Išplėstinės medžiagos

Nanokerių gamybos apimtis gali būti lengvai padidinta pora dydžio eilės: pakanka sukaupti apie šimtą diskų aplink sukamą diską, iš kurio geležies skystis gali būti maitinamas nepriklausomai nuo bendro rezervuaro.

Kalbant apie medžiagas, iš kurių galima gaminti pluoštus, taip pat pačių pluoštų savybes, tai yra plati laisvė manevruoti.Visas procesas kontroliuojamas magnetinėmis nanodalelėmis ir magnetiniu lauku, o pats tirpalas atlieka pasyviojo buferio vaidmenį. Tačiau po džiovinimo tai yra tas buferis, kuris lemia pluošto savybes, o magnetinių dalelių išmatos nėra lemiamos. Pavyzdžiui, tokiu būdu autoriai gavo nanoflankus iš teflono, žinomos superhidrofobinės medžiagos (3a pav.).

Pav. 3 Magnetinio spinduliavimo pluošto pavyzdžiai: a – pluoštai iš superhidrofobinės teflono medžiagos, b – akytas nanofilonas, c – sidabro siuntimas polimeriniame apvalkale, d – nanovamzdeliai, turintys 10% anglies nanovamzdelių daugiasienių medžiagų. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Išplėstinės medžiagos

Jei reikia, magnetinių nanodalelių koncentracija gali būti sumažinta iki 1%, nesukeliant pavojaus technologijai. Yra ir kita galimybė – vėlesnis cheminis pluoštų apdorojimas, kuris visiškai pašalins nanodaleles ir surinks akytas pluoštas (3b pav.). Į pradinį tirpalą pridedant kitų medžiagų nano dalelių pavidalu, galima gauti nanofiltrai su specialiomis savybėmis, pavyzdžiui, sidabro nanovamzdis, padengtas polimero apvalkalu (pav.3c) arba pluoštai, turintys didelę anglies nanovamzdelių koncentraciją (3d pav.). Galiausiai, kadangi geležies oksido nanodalelės yra biologiškai skaidžios, gaunami pluoštai bus visiškai biologiškai suderinami ir gali būti naudojami medicinos technologijose. Nanokerių taikymo sritį riboja tik kūrėjų vaizduotė, nes magnetinės verpimo technologijos padarė šią medžiagą prieinamą beveik visiems.

Šaltinis: Aleksandras Tokarevas, Oleksandras Trotsenko, Ianas M. Griffitis, Hovardas A. Stone ir Sergejus Minkas. Nano ir mikrofiberų magnetinis spindėjimas // Išplėstinės medžiagos. Paskelbta internete 2015 m. Gegužės 8 d. DOI: 10.1002 / adma.201500374.

Aleksandras Tokarevas, Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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