NanoFiber Teknolojisi
Dünya Genelinde Tüm Endüstrilere Yenilik Getiren Göz Alıcı Bir Teknoloji
NanoFiber: Dünya Genelinde Tüm Endüstrilere Yenilik Getiren Göz Alıcı Bir Teknoloji!"
NanoFiber, son zamanlarda ortaya çıkan ve birçok sektörde devrim yaratan heyecan verici bir teknolojidir. Bu yenilikçi malzeme, birçok endüstrinin sınırlarını zorlayarak, daha önce mümkün görülmeyen bir dizi uygulama ve geliÅŸme sunmaktadır.
Bu nano ölçekteki lifler, dayanıklılık, hafiflik ve özel özellikleri ile bilinir. Teknolojinin bu özellikleri, saÄŸlık, elektronik, tekstil, inÅŸaat ve enerji gibi birçok sektörde çeÅŸitli uygulamalara olanak tanımaktadır.
SaÄŸlık sektöründe, NanoFiber'in kullanımı, ilaç taşıma sistemlerinden medikal cihazlara kadar geniÅŸ bir yelpazede bulunabilir. Elektronik alanında, bu teknoloji daha küçük, daha hafif ve daha güçlü cihazların üretimini mümkün kılar. Tekstil sektöründe ise NanoFiber, su geçirmez giysilerden dayanıklı spor ekipmanlarına kadar çeÅŸitli uygulamalara imkan tanır.
Ä°nÅŸaat sektöründe kullanıldığında, NanoFiber, dayanıklı ve hafif yapı malzemeleri üretme potansiyeline sahiptir. Enerji sektöründe ise bu teknoloji, daha etkili ve verimli enerji depolama sistemleri oluÅŸturmak için kullanılabilir.
Kısacası, NanoFiber, endüstriler arası sınırları ortadan kaldırarak, tüm dünyada farklı sektörlerde inovasyon ve geliÅŸmeye öncülük eden bir teknoloji olarak öne çıkıyor. Gelecekte, NanoFiber'in potansiyeli ve uygulama alanlarıyla ilgili keÅŸfedilecek daha birçok ÅŸey bulunmaktadır.
Bu küçük malzeme ÅŸeritleri, yüzlerce yıl boyunca geliÅŸtirilen çeÅŸitli teknikler ve yöntemler kullanılarak yaratılmıştır. 1600 yılı civarında, William Gilbert adlı bir adam, bir kehribar parçasına sürtünerek üretilen bir elektrik alanından etkilendiÄŸinde sıvının nasıl davrandığını gözlemledi. Kehribar sıvıya yaklaÅŸtırıldığında, ÅŸimdi Taylor konisi olarak bilinen bir ÅŸekil oluÅŸturdu (bkz. Åžekil 1). Bu ilk keÅŸiften sonra, gelecekteki uygulamaların potansiyelini gören birçok bilim insanı ve akademisyen vardı. 1887'de Ä°ngiliz fizikçi Charles Vernon Boys, nano elyafın geliÅŸimi ve gelecekte nasıl üretilebileceÄŸi hakkında bir el yazması yayınladı. Boys'un bulguları, diÄŸer pek çok kiÅŸiyle birlikte, muhtemelen Amerikalı mucit John Francis Cooley'e 1900'de ilk modern elektrospinning patentini baÅŸvurusunda yardımcı oldu.
Åžekil 1: Taylor konisi, geçiÅŸ bölgesi ve ortaya çıkan sıvı jeti.
Nanolifleri eÄŸirmeye yönelik ilk giriÅŸim, 1934 yılına kadar Anton Formhals tarafından denendi. Daha sonra, nanolif üretimi için deneysel prosedürün ayrıntılı bir tanımını saÄŸlayan ilk patenti yayınladı. Bu, 1966'da Harold Simons tarafından daha büyük ölçekte hafif ve ince nanofiber kumaÅŸlar üretebilen gerçek bir makine için verilen ilk patentin alınmasına yol açtı. O zamandan beri, nanofiber bilim camiasında iyi bilinir hale geldi ve sürekli olarak geliÅŸtiriliyor.
Nanolifler, kullanılan polimer tipine ve tasarımın özelliklerine baÄŸlı olarak genellikle yaklaşık 50 ila 500 nanometre çapındadır. Biraz perspektif kazanmak için saÄŸdaki Åžekil 2'e bakın. Küçük benek bir polen parçasıdır. Soldaki büyük iplikçik, bir nanofiber iplikçik deÄŸil, yaklaşık 75.000 nm çapında bir insan saçı parçasıdır. Yakından bakarsanız, arka planda bir nanolif ağı görebilirsiniz.
Poliüretan ve laktik asit gibi nano liflerin yanı sıra kollajen, selüloz ve jelatin gibi doÄŸal olarak oluÅŸan polimerleri oluÅŸturmak için kullanılan çok çeÅŸitli polimerler ve bileÅŸikler vardır. Bu polimerler ve diÄŸerleri, piller, yakıt hücreleri, rejeneratif biyo-doku ve geliÅŸmiÅŸ sıvı ve hava filtrasyonu dahil olmak üzere çok çeÅŸitli teknolojileri geliÅŸtirmek ve oluÅŸturmak için kullanılıyor. Bu liflerin çıplak gözle tespit edilmesi neredeyse imkansız olsa da, malzemenin genel hacmine göre muazzam miktarda yüzey alanını kaplayabilirler. Nanofiber filtreler bu sayede hafif ve nefes alabilir özelliÄŸi kazanırken, geleneksel filtre kumaşından kayabilen istenmeyen parçacıkları filtrelemek için mükemmel kılar.
Åžekil 2: Bir polen parçacığının bir insan saç teli ile boyut karşılaÅŸtırması. Arka planda nanofiber aÄŸ.
Ä°nce bir fiber filtrasyon katmanına sahip olmasının kazandırdığı üstün özellikler vardır. Ä°lk olarak, nanofiber filtreler, geleneksel filtrelerle karşılaÅŸtırıldığında daha yüksek baÅŸlangıç ​​ve devam eden verimliliÄŸe sahiptir. DüÅŸük basınç kayıpları sunarlar. Yıkanabilirler, yıkanmaları herhangi bir yıpranma ve deformasyon oluÅŸturmaz. Bir nanofiber aÄŸ, geleneksel elyaf filtrelerden çok daha iyi toz ve diÄŸer zararlı parçacıkları yakalayabilir. Durdurma, difüzyon ve çarpma gibi filtreleme yöntemlerini kullanarak bu yüksek filtreleme seviyelerine ulaÅŸabilirler. Filtreleme mekanizmaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen buraya tıklayın.
​
Nanofiberin üstün olmasının bir diÄŸer nedeni de nanofiber katmanları kullanan filtrelerin diÄŸer filtrelere göre daha uzun ömürlü olmasıdır. Konvansiyonel filtreler, malzemenin tüm derinliÄŸi birikintilerle dolduÄŸunda ömürlerinin sonuna ulaşır. Nanofiber bu parçacıkları yüzeyde yakalar ve filtredeki diÄŸer malzeme katmanlarını tıkamalarını önlemeye yardımcı olur.
Bizler ayrıca;
Nanofiber ağı, nefes alabilir üst ve alt aÄŸ örgü katmanı arasında koruyarak toplam 3 katmanlı yapı ile oluÅŸan filtre medyası ile üretiyoruz. Böylece Filtrelerin ömrü çok daha uzun olmaktadır.
Daha uzun filtre ömrü, kullanıcının eskisi kadar sık ​​filtre satın almak zorunda kalmayacağı anlamına gelir. Enerji sarfiyatınız düÅŸer. Sistem ve cihazlarınızın ömrünü uzatır.Bu nedenle, birçok ince fiber filtrenin ön maliyetleri daha yüksek olsa da, uzun vadede önemli miktarda para tasarrufuna yardımcı olabilirler.
NanoFiber Nedir?
Åžablon sentezi, eriyik üfleme, dondurarak kurutma ve faz ayırma gibi birçok farklı yöntem nanolifleri oluÅŸturmak için kullanılır. En sık kullanılan tekniÄŸe elektrospinning denir. Burada, bizler nano elyafımızı bir baz polimerden eÄŸiriyoruz. Ä°ÅŸlem, bir mıknatısa benzer ÅŸekilde, uçları pozitif ve negatif yüklü olan yüksek voltajlı bir elektrik alanı gerektirir. Polimer, alanın bir ucundaki bir ekstrüdere yüklenir ve hızla dışarı çekilir ve zıt yüklü uca doÄŸru gerilerek uzun, ince bir iplikçik oluÅŸturulur. Bu, destek ve destek için doÄŸrudan bir taban katmanı üzerine eÄŸrilen ultra ince bir nano elyaf ağı ile sonuçlanır.
Åžekil 3: Elektrospinning (üstte) ve elektrosprey (altta)
(kaynak: https://www.frontiersin.org)
Åžekil 4: Elektrospinning (üstte) ve elektrosprey (altta)
(kaynak: https://www.frontiersin.org)
Yukarıdaki Åžekil 4, elektrospinleme iÅŸleminin nasıl gerçekleÅŸtirildiÄŸini göstermektedir. Emülsiyon, yüklü. Aplikatörden çıkar çıkmaz, aplikatör ile toplayıcı arasında bir elektrik alanı oluÅŸturan yüksek voltajlı güç kaynağının bir sonucu olarak hemen bir Taylor konisi oluÅŸturur. Akışkan alana doÄŸru ilerledikçe daha kararsız hale gelir ve spiral çizen, uçan bir jete dönüÅŸür. Akışkan jeti daha sonra bu durumda dokunmamış bir malzeme matı üzerine iner. Nanofiber aÄŸ daha sonra diÄŸer malzeme katmanlarıyla birlikte veya tasarım spesifikasyonları ne gerektiriyorsa kendi başına kullanılacaktır.
Nanofiber Nasıl Çalışır?
Toz, duman, virüs ve bakteri gibi zararlı parçacıklar nanolif tabakasıyla karşılaÅŸtığında, neredeyse hiç kimsenin kaçamadığı lanetli bir ormana girmiÅŸ gibidir. Bu parçacıklar yoÄŸun matriste yol almaya çalışırken, sonsuz gibi görünen lif dizisi, elektrostatik süzme yöntemleri kullanan filtrelerin aksine, mekanik süzme yoluyla bunların geçmesini kolayca engelleyebilir.
​
ÇoÄŸu zaman maske üreticilerinin ürünlerini etkinlik ve partikül boyutunu kullanarak tanımladığını duyacaksınız. ÖrneÄŸin, N95 maskelerinin sertifikayı geçebilmesi için 0,3 mikrona kadar %95'lik bir filtreleme verimliliÄŸini karşılaması gerekir. Ama neden 0,3 mikron? Filtrelerin yakalaması için 0,3 mikrondan daha büyük herhangi bir ÅŸey oldukça kolaydır. Daha küçük parçacıklar için, 0,1 ve 0,3 mikron arasındaki eÅŸik, filtrelerin yakalaması için en zorlu parçacık aralığıdır (bkz. Åžekil 5). Parçacıklar 0,1 mikrondan daha küçük hale geldiÄŸinde, Brown hareketi yaÅŸarlar.
​
Bu fenomen, parçacıklar o kadar küçük olduÄŸunda meydana gelir ki gaz moleküllerine çarptığında yön deÄŸiÅŸtirirler. Brownian hareketi , parçacıkları o kadar kısa bir mesafede o kadar hızlı sektirir ki, filtre liflerine girmeleri neredeyse garanti edilir.
Bunu düÅŸünmenin baÅŸka bir yolu da, bir balık ağı görevi görmesidir. Sürekli, üst üste binen liflerden oluÅŸan aÄŸ, daha büyük parçacıkları yakalar ve diÄŸer taraftan dışarı çıkmalarını engeller. AÄŸda daha fazla parçacık sıkıştıkça, malzeme boyunca bir çeÅŸit filtre keki oluÅŸur. Bu, ortamın genel filtreleme verimliliÄŸinin zaman içinde iyileÅŸtirilmesine yardımcı olur.
Şekil 5: HEPA %99,97 filtresinin tipik performansı.
Mekanik ve Elektrostatik Filtreleme
Nanofiberi geleneksel filtrelerden ayıran birçok içsel özellik vardır. Uygun maliyetli ve kolay üretilebilir olmasının yanı sıra, nanofiber aÄŸlar yüksek gözenekliliÄŸe ve geniÅŸ bir yüzey alanı/hacim oranına sahiptir. Bu özellikler onları koruyucu giysi, enerji depolama, fiber optik ve organik doku mühendisliÄŸi gibi uygulamalarda son derece kullanışlı hale getirir. Nanofiber filtrelerin diÄŸer filtrelerden temel farkı, kullanılan filtreleme yönteminin türüdür.
Bugün piyasadaki birçok filtre parçacıkları çekmek ve yakalamak için elektrostatik kuvvetler kullanır. Bu ilk baÅŸta kulaÄŸa harika gelebilir, ancak toz ve küf gibi daha büyük parçacıkları yakalamada daha az etkili olduklarından genellikle diÄŸer filtreleme ortamları kadar etkili deÄŸildirler. Daha fazla toz ve birikinti yakaladıkça, zamanla statik yüklerini kaybetmeye baÅŸlarlar. Daha önce bahsedildiÄŸi gibi, nanofiber malzememiz gibi mekanik filtreler, zaman içinde hızla azalmayan daha yüksek baÅŸlangıç ​​verimliliÄŸine sahip olma eÄŸilimindedir. Bu, daha uzun filtre ömrü ve daha temiz hava çıkışı saÄŸlar.
