با وجود اینکه نانوالیاف از پتانسیل بالایی برای کاربرد در زمینههای مختلفی مانند مهندسی بافت، تصفیه آب، سلولهای خورشیدی و ... برخوردارند اما به دلیل ناکارآمدی روشهای تولید، معمولا تجاری سازی آنها با موانعی روبرو است. یکی از چالشهای اصلی در فرآیند الکتروریسی به عنوان یکی از روشهای اصلی تولید، نرخ تولید نانوالیاف میباشد. تلاشهای زیادی در این زمینه صورت گرفته که از جمله آنها میتوان به اصلاح سیستم جمع کننده الیاف (Collector)، افزایش تعداد نازلها، افزایش نرخ جریان و ... اشاره کرد. در مقالهای که اخیرا در مجله نانوتکنولوژی از انتشارات IOP Science منتشر شده است، محققان دانشگاه MIT نازل جدیدی را برای تولید نانوالیاف به روش الکتروریسی ارائه کردهاند که علاوه بر اینکه از نرخ تولید و راندمان بهتری نسبت به بهترین سیستمهای موجود برخوردار است، بطور چشمگیری باعث کاهش محدوده تغییرات قطر الیاف تولیدی میشود. طراحی و ساخت این نازل جدید میتواند بعنوان راهکاری مؤثر برای برطرف کردن محدودیت مذکور تلقی شود.
برای ساخت این سیستم که یک نازل چندتایی (Multi-nozzle) محسوب میشود از روش پردازش نور دیجیتال- استریولیتوگرافی (Digital Light Processing-Stereolithography) که یک فرآیند ساخت افزایشی برای تولید اشیا جامد مبتنی بر پلیمریزاسیون نوری یک رزین مایع است استفاده شده است. نحوه قرار گیری و آرایش فضایی سر نازلها در این سیستم به گونهای است که هر نازل مستقلا دارای یک خط دید مستقیم به طرف جمع کننده است. مطابق شکل نحوه قرار گیری نازلها به دو صورت میتواند توصیف شود؛ در آرایه خطی نازلها در امتداد یک خط راست قرار میگیرند، در حالیکه در حالت زیگزاگی، نازلها در دو طرف یک خط راست توزیع میشوند. بنابراین با در نظر گرفتن گام (Pitch) بین نازلها، در حالت زیگزاگی تعداد نازلها دو برابر حالت خطی خواهد بود. این نحوه طراحی (حالت زیگزاگ) به این دلیل حائز اهمیت است که کاهش بیش از حد گام در آرایه خطی میتواند منجر به کاهش میدان الکتریکی در سر نازل شود، تا جاییکه حتی مانع از تشکیل جت و تولید نانوالیاف شود.
(a) شماتیک سه بعدی سیستم ساخته شده به روش پرینتر سه بعدی، شامل 17 نازل با آرایه زیگزاگ و گام 3 میلیمتر، (b) نمای بالا از شماتیک سیستم طراحی شده با آرایه خطی شامل 9 نازل با فواصل 3 میلیمتر و (c) مقطع عرضی سیستم با آرایه خطی
در قسمت زیرین نازلها، راهگاههایی برای تزریق محلول پلیمری طراحی شدهاند که به شکل کویل پیچیده شدهاند و با کاهش تدریجی قطر در قسمت طولی (از مخزن حلال به سمت نازل) مواجه هستند. اغراق نیست اگر ادعا شود ساخت چنین سیستمی با طراحی به این شکل فقط با روش پرینتر سه بعدی امکانپذیر خواهد بود. در شکل زیر سیستم ساخته شده به روش پرینتر سه بعدی در نماهای مختلف نشان داده شده است.
(a) تصویر ایزومتریک نازل چندتایی ساخته شده به روش پرینتر سه بعدی، شامل 17 نازل با آرایه زیگزاگ، در کنار یک سکه یک سنتی برای مقایسه (b) نمای از بالای سیستم نشان دهنده مجموعه نازلها و (c) نمای جانبی
شماتیک نحوه تولید نانوالیاف با یک سیستم الکتروریسی مجهز به نازل چندتایی ساخته شده به روش پرینتر سه بعدی در شکل زیر نشان داده شده است.
سیستم الکتروریسی مجهز به نازل چندتایی برای تولید نانوالیاف همراستا با نرخ تولید بالا