Вот уже 72 года ученые могут использовать электрические поля для скручивания полимеров в микроволокна. Однако процесс скрутки происходит крайне неупорядоченно, что приводит к спутыванию готовых волокон. Поэтому полимерные нано- и микроволокна до сих пор не могут использовать во многих промышленных продуктах.
Но все может изменить новая технология, разработанная учеными из Калифорнийского университета Беркли, США. Как сообщает Berkeley Press Roo, иmм удалось разработать полностью управляемый метод производства нанофибры, при котором волокна получаются идеально ровными и не скручиваются самопроизвольно после снятия формирующего электрического поля.
Технология получения микро- и нанофибры путем скручивания полимеров называется электроспиннинг (еlectrospinning). Она была разработана и запатентована еще в 1934 году — суть ее заключается в том, чтобы поместить растворенную в специальном составе струю полимера в электрическое поле. Как только растворитель испаряется, электрические силы связывают отдельные молекулы полимера в микроволокна длиной от 10 до 30 сантиметров. Но в этом случае волокна получаются спутанными и нерегулярными по своей структуре.
Чтобы устранить этот недостаток, ученые из Беркли использовали электроспиннинг близкого поля (near-field electrospinning process) вместо обычного. Это позволило получить упорядоченные структуры из нановолокон.
В середине 1990-х годов ученые-нанотехнологи заинтересовались электроспиннингом, который казался им мощным инструментом для синтеза наностурктур. С этого времени было получено до 100 различных типов волокон (как из синтетических, так и из натуральных полимеров). Диаметр нано- и микрофибры колебался от нескольких десятков нанометров до нескольких микрон. Но до сих пор ученым не удавалось получить ровные волокна.
«Мы занимались нанотехнологиями, а не электроспинингом, когда возникла необходимость разработать метод производства ровных нановолокон. А уже для этого необходимо было найти выход из проблемы „скручивания“ полимеров, — говорит доктор Ливэй Лин (Liwei Lin) из Калифорнийского университета. — Поэтому наши взгляды на электроспиннинг не были консервативными. Думаю, как раз это и помогло нам решить проблему нестандартным образом».
Д-р Ли и его коллеги с помощью электроспиннинга близкого поля получили матрицу упорядоченных нановолокон диаметром от 50 до 500 нм. Процесс получил такое название, поскольку расстояние между коллектором фибры и эмиттером полимеров было сокращено. Исследователи также сократили путь, который проходят молекулы полимеров, от 10 и 30 см до 1 и 3 мм. В результате удалось предотвратить «спутывание» нанофибры.
Благодаря этим двум нехитрым методам напряжение, необходимое для электроспиннинга, удалось сократить с 30 тыс. В до всего-навсего 600 В. Так как расстояние «пробега» уменьшили, полимеры испытывали ту же самую величину действия электрической силы, что и на 30 см.
И, наконец,
учеными был разработан специальный экран, с помощью которого можно было задавать различные шаблоны укладки нановолокон. Полностью управляемый компьютером, экран открывает практически неограниченные возможности для производства материалов
на основе нановолокон. Это и разнообразные фильтры (как для механических частиц, так и для отдельных живых клеток), и датчики, и
текстильные материалы нового поколения.
Поделиться