برق‌ریسی

تصویر یک نمونه از دستگاه برق‌ریسی آزمایشگاهی
برق‌ریسی، الکتروریسی یا اِلِکتروسپینینگ (به انگلیسی: electrospinning) فرایندی جهت تولید انواع نانوالیاف و میکروالیاف از محلول‌های مواد پلیمری، سرامیکی یا محلول‌های کامپوزیتی متشکل از پلیمر- نانوذرات و همچنین مذاب‌های مواد مذکور می⁭باشد. این ایده را اولین بار زلنی (zeleny) مطرح، سپس در سال ۱۹۳۴ فرماهالز آن را ثبت و در سال ۱۹۹۰ دکتر رنکر (Reneker) آن را بازسازی کرد. در روش برق‌ریسی هم از مذاب و هم از محلول پلیمری می‌توان استفاده کرد. برق‌ریسی را ریسندگی الکترواستاتیکی یا برق‌ریسی نیز نامیده⁭اند. این روش برای تولید نانوذرات از طریق فرایند الکترواسپری نیز کاربرد دارد.
در روش برق‌ریسی از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا جهت تولید بار الکتریکی در جریان محلول یا مذاب پلیمری استفاده می⁭شود. به‌منظور تولید نانوالیاف، یکی از الکترودهای منبع تغذیه ولتاژ بالا به محلول پلیمری و الکترود دیگر به زمین یا به جمع‌کننده رسانا متصل می‌گردد. با عبور محلول از درون لوله موئینه، در اثر میدان الکتریکی حاصل از منبع تغذیه ولتاژ بالا مابین نوک لوله موئینه و جمع‌کننده متصل به زمین، سیال باردار شده و از نوک لوله موئینه به سمت جمع‌کننده کشیده می⁭شود. در اثر حرکت سیال، حلال تبخیر شده و رشته⁭‌هایی با قطر زیر میکرون بر روی جمع‌کننده تولید می⁭ گردد. در اثر اندرکنش نیروهای الکتریکی، بار سطحی جریان سیال، نیروی ویسکوالاستیک و نیز کشش سطحی، حرکت مارپیچی به سیال باردار القاء شده و بر اثر آن نانوالیاف تولیدی به‌صورت لایه به‌هم پیوسته یا بی⁪بافت تولید می⁭گردند.
یک از روش‌های برق‌ریسی استفاده از چرخ‌های جمع‌کننده دوار است که یک لبه نوک تیز در محیط آن وجود دارد. شکل جمع‌کننده باعث می‌شود تا یک میدان قوی در نزدیکی لبه چرخ متمرکز شود. این باعث می‌شود که جریان خروجی دقیقاً روی لبه‌های جمع‌کننده متمرکز گردد. سرعت خطی در لبه بیرونی چرخ جمع‌کننده m/s 22 است (سرعت خطی در هر نقطه از یک دایره دوار برابر حاصل ضرب سرعت دورانی چرخ در فاصله آن نقطه با مرکز دایره است). نانوالیاف پلیمری برق‌ریسی شده با قطر میکرونی با این روش به دست می‌آیند.
در روش دیگر از دو صفحه جمع‌کننده استفاده می‌شود که بین آنها یک شکاف قرار دارد. برهمکنش بین میدان الکتریکی در اطراف جمع‌کننده‌ها و بار الکترواستاتیکی الیاف باعث اعمال کشش به الیاف نانو در بالای شکاف می‌شود. بین دو قسمت جمع‌کننده نیروهای دافعه‌ای وجود دارد که باعث کشیدن شدن نانوالیاف می‌شود و آنها در در یک جهت خاص مرتب می‌کند.
پارامترهای مؤثر بر ریزساختار نانوالیاف تولیدی در فرایندهای برق‌ریسی بسیار متنوع بوده و از این‌رو تولید نانوالیاف به‌وسیله این روش نیازمند آگاهی از فرایند⁭های الکتروهیدرودینامیکی سیالات پلیمری، ریولوژی محلول‌های پلیمری و نیز علوم الیاف می⁭باشد. در این میان پارامترهای مؤثر بر ریزساختار نانوالیاف تولید شده از طریق فرایندهای برق‌ریسی به سه دسته کلی شامل پارامترهای فرایندی، پارامترهای عملیاتی و پارامترهای محیطی تقسیم می‌گردند. نوع میدان الکترواستاتیک، قدرت میدان، نوع پلیمر، نوع حلال یا ترکیب حلال‌های به‌کار رفته، دمای مذاب پلیمری، هدایت الکتریکی محلول، جرم مولکولی و توزیع جرم مولکولی پلیمر، افزودنی⁭ها، ویسکوزیته سیال، کشش سطحی، گران‌روی‌کشسانی (ویسکوالاستیسیته) بسپار، فاصله برق‌ریسی، نوع و جنس جمع‌کننده، نسبت طول به قطر موئینه، اتمسفر محیط و نیز حضور رطوبت از جمله پارامترهای مؤثر بر تولید نانوالیاف در فرایندهای برق‌ریسی می⁭باشند.
در دهه‌های گذشته مشکلات ناشی از ماهیت فرایندهای برق‌ریسی سبب شده بود که تجاری‌سازی نانوالیاف و ساخت دستگاه⁭‌های صنعتی برق‌ریسی برای سالیان متمادی غیرممکن گردد. این در حالی است که در چند سال اخیر چندین شرکت آمریکایی و اروپایی موفق شده‌اند با به‌کارگیری تمهیداتی بر این مشکل فائق آیند.
به‌طورکلی نانوالیاف تولید شده از طریق فرایندهای برق‌ریسی از کاربردهای بسیار زیادی در صنایع و حوزه‌های مختلف برخوردار می⁭باشند. در این ارتباط می‌توان به برخی از کاربردهای مهم نانوالیاف حاصل از فرایندهای برق‌ریسی به ترتیب زیر اشاره نم
پزشکی، دارویی و بهداشتی
مهندسی بافت
پوشش‌های زخم
سامانه‌های کنترل‌شده رهش
فیلترهای پزشکی
تجهیزات و ایمپلنت‌های پزشکی
ماسک‌های بهداشتی
اَبرجاذب‌ها
تولید و ذخیره‌سازی انرژی
پیل‌های خورشیدی
پیل‌های سوختی
ذخیره‌سازی هیدروژن
باتری‌های پلیمری
اَبرخازن‌ها
زیست‌فناوری و محیط زیست
حسگرهای زیستی و شیمیایی
تصفیه آب و پساب
حذف فلزات سنگین
غشاءهای تبادل یونی
فیلتراسیون
جاذب‌های صوت
صنعتی، دفاعی و امنیتی
پوشش‌های محافظ در برابر عوامل شیمیایی، بیولوژیکی و الکترومغناطیسی
کامپوزیت‌های تقویت‌شده با لایه‌های نانوالیاف
نانوالیاف کربن
نسل جدید فیلترها برای مایعات و گازها