امروزه نانوالیاف (به ویژه نانوالیاف پلیمری) به دلیل خواص ویژهای که از خود نشان میدهند در حوزههای مختلف به شدت مورد توجه قرار گرفتهاند. از این رو تولید نانوالیاف با استفاده از یک روش ساده اما کارآمد بسیار مفید خواهد بود. به طور کلی روشهای مختلفی برای تولید نانوالیافها پیشنهاد شده که از میان آنها میتوان از الکتروریسی (electrospinning) به عنوان روشی نسبتاً ساده و کارآمد نام برد. الکتروریسی شبیه فرآیند کشش است، با این تفاوت که به جای نیروی مکانیکی از نیروی الکترواستاتیکی برای بیرون کشیدن محلول و کشش الیاف استفاده میشود. در این فرآیند محلول یا مذاب پلیمری توسط یک پمپ سرنگی به داخل یک نازل موئینه تزریق و از طریق نازل به بیرون هدایت شده و سپس ولتاژ بالایی بین نازل و یک صفحه جمعکننده رسانا برقرار میشود. میدان الکتریکی باعث میشود تا قطره تشکیل شده بر سر نازل، شکل مخروطی به خود گرفته و در ادامه مسیر تبدیل به الیاف شود.
استفاده از نازل برای تولید نانوالیاف فرآیند متداول الکتروریسی است که از آن تحت عنوان الکتروریسی نازلی یاد میشود. نوع دیگری از فرآیند الکتروریسی که با هدف افزایش نرخ تولید مورد استفاده قرار میگیرد الکتروریسی بدون نازل است. در این روش برخلاف الکتروریسی نازلی از پمپ سرنگی و نازل استفاده نمیشود و یک درام از جنس استیل در داخل حمام محلول پلیمری غوطهور شده و با اعمال ولتاژ بالا به محلول، صدها جت پلیمری از سطح درام به سمت جمع کنندهای که در بالای آن قرار دارد و دارای ولتاژ بالا با بار مخالف است شتاب میگیرد و در نهایت لایهای از نانوالیاف روی سطح جمعکننده تشکیل میشود. در نوع دیگری از الکتروریسی بدون نازل که تحت عنوان الکتروریسی کارتریجی شناخته میشود از سیستم کارتریجی جهت تغذیه سیمهای ریسنده استفاده میشود. در این روش محلول پلیمری درون مخزن کارتریج ریخته میشود و کارتریج تغذیه با عبور از روی سیمهای ریسنده ثابت، محلول پلیمری را به طور یکنواخت به سیمها تغذیه میکند. با اعمال ولتاژ بالا به سیمهای ریسنده، صدها جت پلیمری از سطح سیمها به سمت جمعکنندهای که در بالای آن قرار دارد و متصل به منبع ولتاژ بالا با بار مخالف است شتاب میگیرد و لایهای از نانوالیاف روی سطح جمعکننده تشکیل میشود.
نمای کلی سامانه الکتروریسی هیبریدی آزمایشگاهی ساخت شرکت فناوران نانومقیاس
اخیراً شرکت فناوران نانومقیاس به عنوان یکی از شرکتهای پیشرو این حوزه، یک سامانه الکتروریسی هیبریدی آزمایشگاهی را به بازار عرضه کرده که ترکیبی از هر دو روش الکتروریسی نازلی و بدون نازل میباشد. این سامانه در مقایسه با الکتروریسهای معمولی دارای قابلیتهای ارتقا یافته بوده و میتواند برای تحقیقات آزمایشگاهی بر روی نانوالیاف پلیمری و کامپوزیتی در حوزه دارو و پزشکی مورد استفاده قرار گیرد. سامانه الکتروریسی هیبریدی دارای سیستم الکتروریسی نازلی (پیکربندی افقی) و سیستم الکتروریسی کارتریجی (پیکربندی عمودی) است که امکان الکتروریسی دو ماده پلیمری را به طور همزمان فراهم کرده و از این طریق تولید نانوالیاف کامپوزیتی حاوی اجزای مورد نظر را امکانپذیر میکند. این سامانه از چهار بخش اصلی تشکیل شده است: منبع تغذیه ولتاژ بالا با حداکثر ولتاژ ۳۵ کیلوولت، جمع کننده الیاف (درام استیل با قطر و طول ۸ و ۳۰ سانتیمتر)، سیستم تزریق محلول (پمپ سرنگی)، نازل و کارتریج. در شکل زیر سیستم نازل و کارتریج به صورت شماتیک نشان داده شده است.
(الف) شماتیک سیستم کارتریج، (ب) شماتیک سیستم اسکن و پمپ الکتروریسی
از ویژگیهای این سامانه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- کنترل مشخصات نانوالیاف تولیدی از قبیل قطر، شکل، تخلخل
- امکان الکتروریسی انواع پلیمرهای مصنوعی، طبیعی و زیست تخریب پذیر
- تولید نانوالیاف با سرعت بالا
- ساده و مقرون به صرفه بودن
- امکان کنترل آسان پارامترهای فرآیند الکتروریسی