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 gelişme sunmaktadır.
Bu nano ölçekteki lifler, dayanıklılık, hafiflik ve özel özellikleri ile bilinir. Teknolojinin bu özellikleri, sağlık, elektronik, tekstil, inşaat ve enerji gibi birçok sektörde çeşitli uygulamalara olanak tanımaktadır.
Sağlık sektöründe, NanoFiber'in kullanımı, ilaç taşıma sistemlerinden medikal cihazlara kadar geniş 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 çeşitli uygulamalara imkan tanır.
İnşaat sektöründe kullanıldığında, NanoFiber, dayanıklı ve hafif yapı malzemeleri üretme potansiyeline sahiptir. Enerji sektöründe ise bu teknoloji, daha etkili ve verimli enerji depolama sistemleri oluşturmak için kullanılabilir.
Kısacası, NanoFiber, endüstriler arası sınırları ortadan kaldırarak, tüm dünyada farklı sektörlerde inovasyon ve gelişmeye öncülük eden bir teknoloji olarak öne çıkıyor. Gelecekte, NanoFiber'in potansiyeli ve uygulama alanlarıyla ilgili keşfedilecek daha birçok şey bulunmaktadır.
Bu küçük malzeme şeritleri, yüzlerce yıl boyunca geliştirilen çeşitli teknikler ve yöntemler kullanılarak yaratılmıştır. 1600 yılı civarında, William Gilbert adlı bir adam, bir kehribar parçasına sürtünerek üretilen bir elektrik alanından etkilendiğinde sıvının nasıl davrandığını gözlemledi. Kehribar sıvıya yaklaştırıldığında, şimdi Taylor konisi olarak bilinen bir şekil oluşturdu (bkz. Şekil 1). Bu ilk keşiften sonra, gelecekteki uygulamaların potansiyelini gören birçok bilim insanı ve akademisyen vardı. 1887'de İngiliz fizikçi Charles Vernon Boys, nano elyafın gelişimi ve gelecekte nasıl üretilebileceği hakkında bir el yazması yayınladı. Boys'un bulguları, diğer pek çok kişiyle birlikte, muhtemelen Amerikalı mucit John Francis Cooley'e 1900'de ilk modern elektrospinning patentini başvurusunda yardımcı oldu.
Şekil 1: Taylor konisi, geçiş bölgesi ve ortaya çıkan sıvı jeti.
Nanolifleri eğirmeye yönelik ilk girişim, 1934 yılına kadar Anton Formhals tarafından denendi. Daha sonra, nanolif üretimi için deneysel prosedürün ayrıntılı bir tanımını sağlayan ilk patenti yayınladı. Bu, 1966'da Harold Simons tarafından daha büyük ölçekte hafif ve ince nanofiber kumaşlar üretebilen gerçek bir makine için verilen ilk patentin alınmasına yol açtı. O zamandan beri, nanofiber bilim camiasında iyi bilinir hale geldi ve sürekli olarak geliştiriliyor.
Nanolifler, kullanılan polimer tipine ve tasarımın özelliklerine bağlı olarak genellikle yaklaşık 50 ila 500 nanometre çapındadır. Biraz perspektif kazanmak için sağdaki Şekil 2'e bakın. Küçük benek bir polen parçasıdır. Soldaki büyük iplikçik, bir nanofiber iplikçik değil, 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 doğal olarak oluşan polimerleri oluşturmak için kullanılan çok çeşitli polimerler ve bileşikler vardır. Bu polimerler ve diğerleri, piller, yakıt hücreleri, rejeneratif biyo-doku ve gelişmiş sıvı ve hava filtrasyonu dahil olmak üzere çok çeşitli teknolojileri geliştirmek ve oluşturmak 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 özelliği kazanırken, geleneksel filtre kumaşından kayabilen istenmeyen parçacıkları filtrelemek için mükemmel kılar.
Şekil 2: Bir polen parçacığının bir insan saç teli ile boyut karşılaştırması. Arka planda nanofiber ağ.
İnce bir fiber filtrasyon katmanına sahip olmasının kazandırdığı üstün özellikler vardır. İlk olarak, nanofiber filtreler, geleneksel filtrelerle karşılaştırıldığında daha yüksek başlangıç ve devam eden verimliliğe sahiptir. Düşük basınç kayıpları sunarlar. Yıkanabilirler, yıkanmaları herhangi bir yıpranma ve deformasyon oluşturmaz. Bir nanofiber ağ, geleneksel elyaf filtrelerden çok daha iyi toz ve diğer zararlı parçacıkları yakalayabilir. Durdurma, difüzyon ve çarpma gibi filtreleme yöntemlerini kullanarak bu yüksek filtreleme seviyelerine ulaşabilirler. Filtreleme mekanizmaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen buraya tıklayın.
Nanofiberin üstün olmasının bir diğer nedeni de nanofiber katmanları kullanan filtrelerin diğer filtrelere göre daha uzun ömürlü olmasıdır. Konvansiyonel filtreler, malzemenin tüm derinliği birikintilerle dolduğunda ömürlerinin sonuna ulaşır. Nanofiber bu parçacıkları yüzeyde yakalar ve filtredeki diğer malzeme katmanlarını tıkamalarını önlemeye yardımcı olur.
Bizler ayrıca;
Nanofiber ağı, nefes alabilir üst ve alt ağ örgü katmanı arasında koruyarak toplam 3 katmanlı yapı ile oluşan 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 düşer. 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?
Şablon sentezi, eriyik üfleme, dondurarak kurutma ve faz ayırma gibi birçok farklı yöntem nanolifleri oluşturmak için kullanılır. En sık kullanılan tekniğe elektrospinning denir. Burada, bizler nano elyafımızı bir baz polimerden eğiriyoruz. İşlem, bir mıknatısa benzer şekilde, 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 doğru gerilerek uzun, ince bir iplikçik oluşturulur. Bu, destek ve destek için doğrudan bir taban katmanı üzerine eğrilen ultra ince bir nano elyaf ağı ile sonuçlanır.
Şekil 3: Elektrospinning (üstte) ve elektrosprey (altta)
(kaynak: https://www.frontiersin.org)
Şekil 4: Elektrospinning (üstte) ve elektrosprey (altta)
(kaynak: https://www.frontiersin.org)
Yukarıdaki Şekil 4, elektrospinleme işleminin nasıl gerçekleştirildiğini göstermektedir. Emülsiyon, yüklü. Aplikatörden çıkar çıkmaz, aplikatör ile toplayıcı arasında bir elektrik alanı oluşturan yüksek voltajlı güç kaynağının bir sonucu olarak hemen bir Taylor konisi oluşturur. Akışkan alana doğru ilerledikçe daha kararsız hale gelir ve spiral çizen, uçan bir jete dönüşür. Akışkan jeti daha sonra bu durumda dokunmamış bir malzeme matı üzerine iner. Nanofiber ağ daha sonra diğer malzeme katmanlarıyla birlikte veya tasarım spesifikasyonları ne gerektiriyorsa kendi başına kullanılacaktır.
Nanofiber Nasıl Çalışır?
Toz, duman, virüs ve bakteri gibi zararlı parçacıklar nanolif tabakasıyla karşılaştığında, neredeyse hiç kimsenin kaçamadığı lanetli bir ormana girmiş gibidir. Bu parçacıklar yoğun matriste yol almaya çalışırken, sonsuz gibi görünen lif dizisi, elektrostatik süzme yöntemleri kullanan filtrelerin aksine, mekanik süzme yoluyla bunların geçmesini kolayca engelleyebilir.
Çoğu zaman maske üreticilerinin ürünlerini etkinlik ve partikül boyutunu kullanarak tanımladığını duyacaksınız. Örneğin, N95 maskelerinin sertifikayı geçebilmesi için 0,3 mikrona kadar %95'lik bir filtreleme verimliliğini karşılaması gerekir. Ama neden 0,3 mikron? Filtrelerin yakalaması için 0,3 mikrondan daha büyük herhangi bir şey oldukça kolaydır. Daha küçük parçacıklar için, 0,1 ve 0,3 mikron arasındaki eşik, filtrelerin yakalaması için en zorlu parçacık aralığıdır (bkz. Şekil 5). Parçacıklar 0,1 mikrondan daha küçük hale geldiğinde, Brown hareketi yaşarlar.
Bu fenomen, parçacıklar o kadar küçük olduğunda meydana gelir ki gaz moleküllerine çarptığında yön değiştirirler. Brownian hareketi , parçacıkları o kadar kısa bir mesafede o kadar hızlı sektirir ki, filtre liflerine girmeleri neredeyse garanti edilir.
Bunu düşünmenin başka bir yolu da, bir balık ağı görevi görmesidir. Sürekli, üst üste binen liflerden oluşan ağ, daha büyük parçacıkları yakalar ve diğer taraftan dışarı çıkmalarını engeller. Ağda daha fazla parçacık sıkıştıkça, malzeme boyunca bir çeşit filtre keki oluşur. Bu, ortamın genel filtreleme verimliliğinin zaman içinde iyileştirilmesine 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 ağlar yüksek gözenekliliğe ve geniş bir yüzey alanı/hacim oranına sahiptir. Bu özellikler onları koruyucu giysi, enerji depolama, fiber optik ve organik doku mühendisliği gibi uygulamalarda son derece kullanışlı hale getirir. Nanofiber filtrelerin diğer filtrelerden temel farkı, kullanılan filtreleme yönteminin türüdür.
Bugün piyasadaki birçok filtre parçacıkları çekmek ve yakalamak için elektrostatik kuvvetler kullanır. Bu ilk başta kulağa harika gelebilir, ancak toz ve küf gibi daha büyük parçacıkları yakalamada daha az etkili olduklarından genellikle diğer filtreleme ortamları kadar etkili değildirler. Daha fazla toz ve birikinti yakaladıkça, zamanla statik yüklerini kaybetmeye başlarlar. Daha önce bahsedildiği gibi, nanofiber malzememiz gibi mekanik filtreler, zaman içinde hızla azalmayan daha yüksek başlangıç verimliliğine sahip olma eğilimindedir. Bu, daha uzun filtre ömrü ve daha temiz hava çıkışı sağlar.
