NANOFIBRA

NANO FIBRA

Las nanofibras se definen como fibras con diámetros de menos de 100 nanómetros . En la industria textil , esta definición a menudo se extiende para incluir fibras tan grandes como 1000 nm de diámetro. Ellos pueden ser producidos por polimerización interfacial , electrospinning , y Forcespinning . nanofibras de carbono son fibras grafitizados producidos por síntesis catalítica.

Nanofibras inorgánicos (a veces llamado de cerámica nanofibras) se pueden preparar a partir de diversos tipos de materias inorgánicas sustancias por electrospinning técnica. [ 3 ] [ 4 ] Los materiales cerámicos mencionados más frecuentemente con nanofibras morfología son dióxido de titanio (TiO 2 ), dióxido de silicio (SiO 2 ) , dióxido de circonio (ZrO 2 ), óxido de aluminio (Al 2 O 3 ), titanato de litio (Li 4 Ti 5 O 12 ), nitruro de titanio (TiN) o platino (Pt). La síntesis general consiste de dos pasos principales. En la primera etapa, los polímeros nanofibras (orgánicos) se crean mediante la técnica de electrospinning convencional. Como preparado, nanofibras de polímero hechas de sales inorgánicas o compuestos organometálicos son posteriormente transformados a la cerámica por tratamiento térmico. Otros métodos de producción incluyen la elaboración directa de una solución o derretir y "isla en el mar".

APLICACIONES

Las nanofibras tienen aplicaciones en la medicina, incluidos los componentes de órganos artificiales, ingeniería de tejidos, material de implante, administración de fármacos, [ 5 ] apósito, y materiales textiles médicos. Recientemente, los investigadores han encontrado que las mallas de nanofibras podrían ser utilizados para luchar contra el virus VIH-1, y ser capaz de ser utilizado como un anticonceptivo. En nanofibras de curación de heridas reunirse en el sitio de la lesión y de quedarse, la elaboración del propio cuerpo factores de crecimiento en el sitio de la lesión. Materiales de protección incluyen materiales de absorción acústica, ropas de protección contra agentes químicos y biológicos, y aplicaciones de sensores para la detección de agentes químicos. Nanofibras también han sido utilizados en pigmentos para cosméticos . [ cita requerida ]

Aplicaciones en la industria textil incluyen ropa de deporte, zapatillas de deporte, escalada, ropa impermeable, prendas de vestir exteriores, pañales para bebés. [ 6 ] Servilletas con nanofibras contienen anticuerpos contra numerosos riesgos biológicos y químicos que la señal de cambio de color (potencialmente útil en la identificación de las bacterias en la cocina).

Aplicaciones de sistemas de filtración incluye filtros HVAC sistema, HEPA , ULPA, aire, aceite, filtros de combustible para automóviles, filtros para bebidas, farmacia, aplicaciones médicas, medios de filtro para el nuevo aire de líquidos y filtración aplicaciones, como las aspiradoras .

Aplicaciones de energía incluyen baterías de ion-litio , células fotovoltaicas , las membranas células de combustible y células solares sensibilizadas por colorante . Otras aplicaciones son microenergía para controlar dispositivos electrónicos personales a través de nanofibras piezoeléctricos tejidos en prendas de vestir, materiales de soporte para varios catalizadores y fotocatalítica purificador de aire / agua

AUTO TORSION

Auto-Brading de nanofibras se relaciona con un equilibrio entre la flexibilidad, adhesión, y la evaporación del disolvente. Sus posibles aplicaciones son: las sustancias que pueden cambiar las propiedades ópticas de la demanda, la captura y la liberación de moléculas por ejemplo, la entrega oportuna de medicamentos, almacenamiento de energía y adhesivos.

PROCESO DE ELECTROSPINNING.

Un diagrama esquemático de electrospinning es como se muestra en la Figura 1. El proceso hace uso de la fuerza electrostática y mecánica para hilar las fibras de la punta de un fino orificio o tobera de hilatura. La hilera se mantiene a carga positiva o negativa por una fuente de alimentación de CC. Cuando la fuerza de repulsión electrostática supera la fuerza de tensión superficial de la solución de polímero, el líquido se derrama hacia fuera de la hilera y forma un filamento continuo extremadamente fina. Tiene la apariencia engañosa de formación de filamentos múltiples de una boquilla de hilera, pero la teoría actual es que los filamentos no se dividen.

Estos filamentos se recogen en un colector giratorio o estacionario con un electrodo debajo de la carga opuesta a la de la tobera de hilatura donde se acumulan y se unen entre sí para formar la tela de nanofibras.

Figura 1. Representación esquemática del proceso de electrospinning [4].

La distancia entre la boquilla de tobera de hilatura y el colector varía generalmente de 15 -30 cm. El proceso puede llevarse a cabo a temperatura ambiente a menos que se requiere calor para mantener el polímero en estado líquido. Las propiedades de la fibra finales dependen del tipo de polímero y las condiciones de funcionamiento. Finura de la fibra puede ser regulada generalmente de diez a miles de nanómetros de diámetro [1,4].

PROPIEDADES DE LAS NANOFIBRAS

Nanofibras presentan propiedades especiales debido principalmente a la muy alta relación de superficie a peso en comparación con materiales no tejidos convencionales.

La baja densidad, gran área de superficie a la masa, el volumen de poro elevado, y tamaño de poro hacen que el apretado de nanofibras no tejido adecuado para una amplia gama de aplicaciones de filtración de [9].

La Figura 3 muestra la cantidad de nanofibras se comparan más pequeños para un cabello humano, que es de 50-150 micras y la Figura 4 muestra el tamaño de una partícula de polen en comparación con nanofibras. El módulo elástico de nanofibras poliméricas de menos de 350 nm se encontró que era 1,0 ± 0,2 Gpa.

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FILTRACIÓN

Las nanofibras tienen aplicaciones importantes en el área de filtración, ya que su área de superficie es sustancialmente mayor y tienen microporos más pequeños que funden bandas de soplado (MB). Alta estructura porosa con alta área superficial hace que sean ideales para muchas aplicaciones de filtración. Las nanofibras son ideales para el filtrado de partículas submicrónicas de aire o agua.

Electrospun fibras tienen diámetros de tres o más veces más pequeño que el de las fibras MB. Esto conduce a un aumento correspondiente en el área superficial y la disminución en el peso base. La Tabla 2 muestra el área de superficie de la fibra por unidad de masa de material de nanofibras en comparación a las fibras de SB MB y [8].

  

Tipo de fibra	Tamaño de la fibra, en el micrómetro	Área de superficie de la fibra por unidad de masa de material de fibra m2 / g
Nanofibras	0.05	80
Spunbond fibra	20	0.2
Derretir fibra soplada	2.0	2

Tabla 2. Área de superficie de la fibra por unidad de masa de material de fibra de diferente tamaño de la fibra [8].

Nanofibras combinado con otros productos no tejidos tienen usos potenciales en una amplia gama de aplicaciones de filtración tales como filtros de aerosol, máscaras faciales y ropa protectora. En la actualidad, telas militares bajo desarrollo diseñados para protección química y biológica se han mejorado mediante la laminación de una capa de nanofibras entre la capa del lado del cuerpo y las fibras de carbono [10].

Tecnologías e-spin, Inc ha producido un prototipo de nanofibras de carbono activado web. Nanofibras a base de PAN eran electrospun. A continuación, estas bandas se estabilizaron, carbonizados, y se activan. Estas nanofibras PAN activados dieron excelentes resultados tanto para aerosol y químicos de filtración [11,12].

Electrospun nanofibras bandas se utilizan para aplicaciones de filtración muy especializados. Donaldson está haciendo y comercialización de medios de filtro que incorporan fibras de nylon electrospun para turbinas de gas, compresores y generadores [13].

4 APLICACIÓN MÉDICA

Nanofibras también se utilizan en aplicaciones médicas, que incluyen, de drogas y la entrega de genes, vasos sanguíneos artificiales, órganos artificiales, y mascarillas médicas. Por ejemplo, tubos de fibra de carbono, nano huecos más pequeños que las células de la sangre, tienen un potencial para transportar medicamentos a las células en la sangre [14, 15].

Figura 5. Comparación de los glóbulos rojos con nanofibras web [4].

Las nanofibras y redes son capaces de suministrar medicamentos directamente a los tejidos internos. Materiales anti-adhesión de celulosa ya están disponibles de compañías tales como Johnson & Johnson y Genzyme Corporation [2]. Los investigadores han hecho girar una fibra a partir de un compuesto presente de forma natural en la sangre. Este nanofibras puede utilizarse como variedades de aplicaciones médicas tales como vendajes o suturas que en última instancia se disuelven en el cuerpo. Esta fibra tasa de infección minimiza nano, la sangre pierde y también es absorbida por el cuerpo [11].

Para cumplir con estos requisitos variados se utiliza una estructura compuesta de capas. La mayor parte del filtro está hecho generalmente de una o múltiples capas MB diseñados de grueso a filamentos finos.Esto se combina entonces con una tela de nanofibras. La capa MB proporciona resistencia a los fluidos, mientras que la capa de nanofibras exterior mejora la suavidad de la salud, ropa y comodidad.

Nanofibras mejoran en gran medida la eficiencia de filtración (FE). Científicos de los EE.UU. Ejército Natick Soldado Center estudiaron la efectividad de nanofibras sobre soportes de filtro para la filtración de aerosoles. Compararon filtración y el filtro de la deformación medios con y sin un recubrimiento de nanofibras de MB elástica y se encontró que el recubrimiento de nanofibras sobre el sustrato aumenta sustancialmente FE [17].

Con la mayoría de los medios de filtro de nanofibras, una tela de sustrato, tal como SB o MB tela se utiliza para proporcionar la resistencia mecánica, la estabilización, de plisado, mientras que el componente de web nanofibras se utiliza para aumentar el rendimiento de filtración [2,18].

4 NANOFIBRAS DE CONSTRUCCIÓN MIXTA:

Las nanofibras se aplicaron a 0,6 onzas por yarda cuadrada (osy) de material SB nylon y nylon de 1,0 osy SB como se muestra en la Figura 6 [8].

 La Figura 6. Nanofibras impregnación de las capas de unión por hilatura [1,8]

A continuación, dos de tales capas se laminan juntas. La figura 7 muestra tres tipos diferentes de fibras compuestas de nanofibras diseñados mediante la alteración del espesor y el peso de tela de base.

Figura 7. Nanofibras opciones de la capa de fibras compuestas [1,8]

El rendimiento y la durabilidad de la estructura de material compuesto depende de la arquitectura del tejido acabado. La arquitectura tela de nanofibras final es como se muestra en la Figura 8 . Los dos tipo de construcciones son;

1. La capa de nanofibras / SB entre el tejido capa de cubierta exterior y la capa de filtración química.

2. Capa de nanofibras / SB se impregna el tejido exterior y la libre flotación contra la capa de filtración química.

Figura 8. Nanofibras compuestas diseños de tejidos [1,8]

Compuestos de nanofibras poliméricas pueden proporcionar una protección aumentada frente a agentes químicos micro gotas, aerosoles biológicos, conductos radiactivos, etc