نانوالیاف

به‌طورکلی الیاف به سه دسته الیاف معمولی، الیاف میکرونی و نانوالیاف طبقه‌بندی می⁪شوند. طبق تعریف الیاف دسته⁪ای از مواد هستند که به‌صورت فیلامنت⁪های مداوم بوده یا در طول⁪های مشخصی بریده شده⁪اند. خاصیت اصلی الیاف نسبت طول به قطر بسیار بالا می⁪باشد. الیاف میکرونی الیافی هستند که در آنها رشته⁪ها کمتر از یک دنیربه‌صورت جرم در واحد گرم بر ۹۰۰۰ متر تع کمتر از یک میکرومتر را نانوالیاف می⁪نامند. این الیاف با طول‌های نسبتا کوتاه چند میکرونی و با قطر کم‌تر از ۵۰۰ نانومتر مانند نانو سیم هاازانواع ساختارهای تک بعدی می‌باشند.۳ به‌طورکلی چندین روش برای تولید نانوالیاف وجود دارد که برخی از آنها شامل روش کشش، جداسازی الیاف چندجزئی، روش قالب، دمش، جدایش فازی، خودآرایی ماکرومولکول⁪ها، الکتروریسی و غیره می‌باشد.
ریسنای تولید الیاف پلیمری با قطر زیر نانومتری است که ایده ستفاده کرد.۳ در این میان نتایج تحقیقات صورت گرفته توسط محققین فعال در حوضه فناوری تولید نانوالیاف حاکی از برتری فرایند الکتروریسی نسبت به سایر روش⁪ها می⁪باشد. فرایند الکتروریسی از لحاظ سرعت تولید، تنوع، پیوستگی، سادگی، هزینه و تجاری‌سازی بر سایر روش⁪ها ارجح‌تر می‌باشد.
تاکنون بیش از ۱۰۰ نوع ماده پلیمری، کوپلیمری، و مواد کامپوزیتی توسط این فرایند با موفقیت به نانوالیاف تبدیل شده‌است.
قطر الیاف نانو به پارامترهای مختلفی مانند غلظت پلیمر، ولتاژ الکتریکی اعمال شده، فاصله، دبی، دما، رطوبت محیط، ویسکوزیته، قطر سوزن و نوع جمع‌کننده بستگی دارد. ۳
لایه⁪ای که توسط نانوالیاف تولید می⁪شود دارای خواص متمایز نسبت به سایر بی⁪بافت⁪ها می⁪باشد زیرا با کمترین جرم بیشترین میزان لایه و سطح تولید می⁪گردد به‌طوریکه تنها با یک گرم پلیمر می⁪توان ۳۲۰۰۰ کیلومتر الیاف ۱۰۰ نانومتری تولید کرد؛ بنابراین به‌راحتی می⁪توان به اهمیت استفاده از نانوالیاف در کاربردهایی نظیر فیلتراسیون، لباس ⁪های محافظ، غشاءها، پایه‌های کاتالیست و نیز داربست⁪‌های مهندسی بافت پی⁪ برد. نانو الیاف معدنی در زیست فیلتراسیون برای آلودگی زدایی به کار می‌رود. ۳ علاوه بر این از آنجایی که در فرآیندهای الکتروریسی امکان اضافه کردن بسیاری از مواد به محلول الکتروریسی وجود دارد بنابراین می⁪توان انواع نانوالیاف عامل‌دار را جهت کاربردهای ویژه طراحی کرد. با تغییر شرایط عملیاتی یا فرآیندی و نیز افزودن برخی تجهیزات به سامانه‌های الکتروریسی می⁪توان انواع نانوالیاف را تولید کرد که در این زمینه می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
نانوالیاف آرایش‌یافته
نانوالیاف بافته‌شده
نانوالیاف هیبریدی دو یا چندجزئی
نانوالیاف هسته- پوسته
نانوالیاف سرامیکی
نانوالیاف توخالی
نانوالیاف نواری‌شکل
نانوالیاف متشکل از دانه‌های تسبیه
نانوالیاف متخلخل
امروزه نانوالیاف به‌عنوان یکی از مهمترین محصولات فناوری نانو در بسیاری از حوزه ⁪ها به‌ویژه در حوزه‌های پزشکی، دارویی و بهداشتی (مهندسی بافت، ماسک‌ها و فیلترهای پزشکی، پوشش‌های زخم، سامانه‌های کنترل‌شده رهش و غیره)، صنعتی شامل صنایع دفاعی و امنیتی، صنایع جداسازی و فیلتراسیون، صنایع شیمیایی، صنایع رنگ و پوشش، صنایع نساجی، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع هوافضا، صنایع خودروسازی، صنایع ساختمان، صنایع غذایی، فناوری اطلاعات و ارتباطات، تولید و ذخیره‌سازی انرژی و نیز بهینه‌سازی مصرف انرژی (پیل‌های خورشیدی، پیل‌های سوختی، باطری‌های پلیمری و غیره)، صنایع نانوکامپوزیت و نانوالیاف کربن، انواع حسگرهای زیستی و شیمیایی، حوزه‌های مرتبط با زیست‌فناوری، محیط زیست، کشاورزی و غیره کاربردهای زیادی پیدا نموده⁪ اند.
خواص نانو الیاف
نانو الیاف در مقایسه با الیاف معمولی و پلیمرهای توده خواص مکانیکی و حرارتی منحصر به فرد و بالایی دارند. که این ناشی از مساحت سطح ویژه زیاد و مورفولوژی سطح آنهاست. که این امر منجر به فعالیت‌های تحقیقاتی عظیمی برای کاربردهای پیشرفته شده است. نانو الیاف به شکل حصیر بافته نشده یک شبکه اتصال داخلی تشکیل می‌دهند و به همین دلیل است که خواص را به روش‌های مختلف بالا می‌برد، نظیر :
تسهیل اتصال الکترون بین زنجیرهای مولکولی
با عمل کردن به عنوان یک شبکه کراسلینگ شده فیزیکی که می‌تواند در افزایش خواص مکانیکی خود نانو الیاف بعلاوه نانوکامپوزیت‌های آن سودمند باشد.
کاربردهای نانو الیاف
اخیرا تلاش‌های زیادی روی کاربردهای نانو الیاف صورت گرفته است که این به خاطر خواص شیمیایی چشمگیر نانو الیاف ناشی از مساحت سطح ویژه بالای آنها و ساختار نانو متخلخل آنهاست. این خواص مناسب نانوالیاف پلیمری را بهترین گزینه برای بسیاری از کاربردهای مهم نظیر نانو تقویت کننده‌ها، بافت‌های مهندسی، مرهم زخم، سیستم‌های دریافت دارو، سل‌های خورشیدی، سل‌های نوری، سنسورها، فیلترهای اختصاصی و روپوش محافظ قرار داده است.