غشاء کشسان آبگریز مواد ابر آب‌گریز با خاصیت کشسانی زیاد به دلیل کارایی بالا و قابلیت اطمینان عملکرد در محیط‌های مکانیکی پویا، بسیار موردتوجه قرارگرفته‌اند، اما تولید این مواد تاکنون چالش‌برانگیز بوده است. برای نخستین بار ثابت‌شده است که غشاهای نانولیفی کشسان پس از انجام عملیات اصلاح سطح به‌منظور ایجاد خاصیت ابر آب‌گریزی، خاصیت خود را حین کشش تک محوره تا ازدیاد طول ۱۵۰۰% و کشش دو محوره تا ازدیاد طول ۷۰۰% حفظ می‌نماید. همچنین ازجمله مزایای دیگر این غشای نانولیفی تحمل ۱۰۰۰ چرخه کشش، بدون تغییری در خاصیت ابر آب‌گریزی است. کشش غشاء نانولیفی باعث تراوایی بیشتر نسبت به هوا و کاهش فشار آب عبوری می‌شود. این غشاء در محیط اسید و باز کاملاً پایدار است. از غشاء نانولیفی فوق با خواص تراوایی، کشسانی و ابر آب‌گریزی می‌توان در حوزه‌های غشاهای جداکننده، بهداشت و درمان، منسوجات عامل دار شده و انرژی استفاده نمود.

سطوح ابر آب‌گریز با زاویه تماس بزرگ قابلیت زیادی برای استفاده به‌عنوان سطوح خودتمیزشونده، نچسب، ضد مه، ضد یخ، ضد آلودگی، ضد رسوب، کاهنده نیروی کشش، افزایش شناوری، مقاوم در برابر خوردگی و جداسازی مایع دارند.

در کاربردهای عملیاتی، سطوح ابر آب‌گریز باید در مقابل سایش فیزیکی، شست‌وشوی مکرر، حلال‌های آلی، اسید/باز، عوامل شیمیایی، مواد زیستی، پرتوهای قوی و گرمایی مقاوم باشند.

فرایند تولید غشاء نانولیفی ابر آب گریز کشسان

این غشای نانولیفی با استفاده از فرایند الکتروریسی پلی (استایرن-بوتادی ان-استایرن) (SBS) و سپس عملیات آب‌گریز کردن با استفاده از فلوئوروالکیل سیلان (FAS) تهیه‌شده است.غشاء نانولیفی از محلول SBS تهیه شده و غشاء نوریس درون محلول اتانول حاوی(V/V) 2% FAS قرار داده شد. پس از ۲ دقیقه غشاء از محلول خارج شده و سپس به مدت ۱ ساعت در دمای محیط خشک شد.

این تحقیق توسط گروهی از پژوهشگران دانشگاه Deakin در موسسه مواد پیشگام و با حمایت دولت استرالیا، با بودجه‌ای بالغ‌بر ۱۰۳ میلیون دلار بر روی الیاف، پلیمرها و کامپوزیت‌ها انجام شده است. نتایج پژوهش فوق که توسط این گروه از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور تانگ لین در مورد غشای لیفی الاستیک ابر آب‌گریز انجام‌گرفته است، در شماره‌ی ۱۵۸۶۳، در scientific reports 5 مجله nature در سال ۲۰۱۵ منتشرشده است.

 


فناوری نانو و به کارگیری یک روش جدید مقرون به‌صرفه در تولید نانوالیاف نورتاب با کیفیت بالا می‌تواند در کاربردهای مختلف همچون حس‌گرها یا وسایل هوشمند قابل پوشیدن سودمند باشد.توسط محققین و با حمایت اتحادیه اروپا، روش جدیدی برای تولید الیاف متشکل از مواد آلی نانوساختار ابداع شده است. این دستاورد می‌تواند منجر به تولید مقرون به‌صرفه الیاف نورتاب نانومقیاس شود که در حس‌گرها و حس‌گرهای زیستی، برداشت‌کننده‌های انرژی (همچون پنل‌های خورشیدی) و حتی در لباس‌های هوشمند حساس به محرک‌های محیطی، قابل استفاده است.

از دیگر کاربردهای بالقوه این الیاف می‌توان به تجهیزات هوشمند قابل پوشیدن، کیت‌های تشخیص و درمان برای مراقبت‌های پیشرفته‌ی پزشکی (POCT) و کاربردهای اتوماسیون خانگی در سامانه‌های روشنایی و صوتی اشاره نمود.

ساختارهای نانومقیاس معمولا بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند- یک نانومتر یک میلیاردیم یک متر است- و می توانند خواصی از جمله استحکام شگفت‌انگیز، انعطاف‌پذیری و یا هدایت الکتریکی را به تولیدکنندگان عرضه کنند. در حالی‌که پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه فناوری نانو در سال‌های اخیر به‌دست آمده است، اما بهینه‌سازی تولید الیاف نورتاب نانومقیاس بسیار چالش‌برانگیز بوده است. یکی از دلایل این چالش، وجود متغیرهای بسیار در فرایند تولید است که باید کنترل شوند؛ که این امر موجب افزایش هزینه‌ها و کاهش بازده تولید خواهد شد. به عنوان مثال حضور اکسیژن و رطوبت در محیط فرایند می‌تواند به شدت خواص نوری ترکیبات خاص را تحت تاثیر قرار دهد و در نتیجه بر بازده نانوساختارهای ایجاد شده موثر باشد.

روش  تولید الیاف نورتاب با کمک فناوری نانو

به منظور رسیدگی به این امر، پروژه پنج ساله نانو جت از سال ۲۰۱۳، با روش تولید جدیدی تحت عنوان ریسندگی الکترواستاتیک یا الکتروریسی آغاز شده است. در این روش میدان الکترونیکی به‌منظور تولید رشته‌های پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد که نانوالیاف تولید شده را می‌توان در بسترهای مختلف تعبیه نمود.

نخستین مرحله از فرایند شامل قرارگیری محلول پلیمری داخل یه سرنگ است که توسط پمپاژ خارجی به سمت نوک فلزی سوزن هل داده می‌شود. پمپاژ معمولا توسط پیستون مکانیکی اعمال شده و جریانی از محلول را در سرنگ ایجاد می‌کند. غلظت بالایی از حلال ماده‌ی پلیمری به‌منظور دست‌یابی به درگیری کافی میان درشت مولکول‌ها مورد نیاز است. در ادامه یک ولتاژ الکتریکی بین سوزن و جمع‌کننده که در مقابل آن قرار گرفته است، اعمال می‌شود. ولتاژ اعمال شده به تدریج افزایش یافته، قطره کشیده شده تا به‌شکل یک مخروط و در ادامه به‌صورت جت در‌آید. سرعت جت می‌تواند به چند متر در ثانیه برسد. حلال به‌سرعت از جت تبخیر شده و نانوالیاف جامد در نهایت جمع‌آوری می‌شوند.

یکی از مزایای اصلی این روش برای کاربران، انعطاف‌پذیری الیاف جمع شده و قابلیت تبدیل آن به شکل‌های مختلف می‌باشد.
گروه پژوهشی در آزمون‌های اولیه خود از جو نیتروژن کنترل شده به‌همراه اکسیژن به‌میزان کمتر از دوقسمت در یک میلیون استفاده کردند. این فرایند خواص نوری الیاف جمع شده را افزایش داد. از سوی دیگر میزان اندک رطوبت محیط منجر به کاهش زبری سطح هریک از الیاف نورتاب می‌شود. همه این دستاوردها منجر به پیشرفت شیوه‌های تولید کارآمدتر خواهد شد.

کاربردهای نانوالیاف نورتاب

پروژه نانوجت قرار است تا فوریه ۲۰۱۸ کاملاً تکمیل شود. این گروه هم‌اکنون در حال آزمودن مواد مختلف به‌منظور دست‌یابی به انواع جدیدی از الیاف نور تاب با کمک فناوری نانو هستند و خاصیت انتقال نور هریک از نمونه‌های متشکل از چندین فیلامنت را مورد بررسی قرار می‌‌دهند.

هدف اصلی این پروژه استفاده از نانوالیاف پلیمری در لیزرهای جدید است. به این منظور باید چالش‌های موجود در رابطه با فرایند الکتروریسی از لحاظ کنترل محصول با استفاده از پارامترهای موثر بر پویایی جت الکتریکی برطرف شود.

این روش یک رویکرد منحصربه‌فرد به‌منظور تولید نانو الیاف با توان عملیاتی بالاست. باوجود نزدیک به دو دهه تحقیقات، روند پیشرفت تولید چندان مطلوب نبوده و بسیاری از تولیدکنندگان نانو الیاف هنوز به‌صورت تجربی این کار را انجام می‌دهند. با بهینه‌سازی مولکول‌ها یا نانو موادی نورتاب برای تولید نانو الیاف با خواص کنترل‌شده و قیمت ارزان، امکان تولید سامانه‌های لیزری جرید فراهم خواهد آمد. این روش فرایند کوچک‌سازی و قابلیت حمل را بهبود داده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

 


محققان برزیلی با استفاده از نانوالیاف، رسانش ترکیبات دارویی غلبه بر آلزایمر را تنظیم کرده و بهبود بخشیدند.
این پروژه توسط دانشجوی دکتری گیساسالز و پرفسور اندرسون لوبو، مسئول هماهنگی موسسه تحقیق و توسعه دانشگاه پارائیبا انجام شد.
نانوالیاف حاوی داروی بیماری آلزایمر در شرایط آزمایشگاهی بر روی سلول‌های مقلد رفتار این بیماری آزمایش شدند و نتایج بسیار امیدوار‌کننده بوده است و به نظر می‌رسد می‌تواند سهم بزرگی در درمان این بیماری مزمن ایفا نماید.

این فرایند تحت عنوان درمان نانویی، به ترکیب پلیمرها و پروتئین‌ها در مواد تولیدکننده‌ی الیاف وابسته است. که اولاً باید از قابلیت قرارگیری در زیر پوست برخوردار بوده و ثانیاً امکان رهایش دارو به منظور جذب سریع و مداوم در جریان خون را داشته باشد.

الیاف با قطر ۸۰۰ نانومتر و غیرقابل رویت برای چشم غیرمسلح، با یک دارو پر شدند. به این منظور از فن‌آوری الکتروریسی استفاده شده است که در آن سرنگ حاوی دارو و پلیمر در جا روی بدن بیمار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فن‌آوری در مرحله دوم آزمایش کارایی قرار دارد که ممکن است طول عمر دارو را به مدت ۳۰ دقیقه افزایش دهد.

به نظر می‌رسد این روش همچون برچسب‌های ترک سیگار است، اما تحقیقات بیشتری برای چگونگی استفاده از این نانوالیاف برای درمان بیماران آلزایمر مورد نیاز می‌باشد.
پیش از این در سال ۲۰۰۸ محققان ایرانی آقایان امیر ناظم و علی منصوری در دانشگاه پزشکی مشهد و دانشکده مهندسی شیمی و زیستی دانشگاه ایلینویز شیکاگو مقاله‌ای مبنی بر استفاده از نانوموادبرای درمان بیماری آلزایمر ارائه کرده بودند.