Forskere skaber nanofiber-gusher

At skabe store mængder polymer nanofibre spredt i væske er en udfordring, der har irriteret forskere i årevis. Men ingeniører og forskere ved North Carolina State University og et af dets start-up virksomheder har nu rapporteret om en metode, der kan producere hidtil usete mængder af polymer nanofibre, som har potentielle anvendelser inden for filtrering, batterier og cellestilladser.

I et papir offentliggjort online i Avancerede materialer , NC State forskere og kolleger fra industrien, herunder NC State start-up selskabet Xanofi, beskrive den metode, der giver dem mulighed for at fremstille polymer nanofibre i massiv skala.

Metoden - finjusteret efter næsten et årti med stigende succes med at producere mikro- og nanopartikler af forskellige former - fungerer lige så simpelt som at droppe flydende opløsning af en polymer i et bægerglas indeholdende en roterende cylinder. Glycerin - en almindelig og sikker væske, der har mange anvendelser - bruges til at skære polymeropløsningen inde i bægeret sammen med et antiopløsningsmiddel som vand. Når du tager den roterende cylinder ud, siger Dr. Orlin Velev, Invista professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State og den tilsvarende forfatter til papiret, der beskriver forskningen, du finder en måtte af nanofibre viklet rundt om den.

Da de først begyndte at undersøge den flydende skæreproces, forskerne skabte polymer mikrostave, som kunne have forskellige nyttige anvendelser i skum og forbrugerprodukter. "Imidlertid, mens vi undersøgte forskydningsprocessen, fandt vi på noget mærkeligt. Vi opdagede, at disse stænger i virkeligheden kun var stykker af 'brudte' fibre, " sagde Velev. "Vi havde ikke helt betingelserne perfekt på det tidspunkt. Hvis betingelserne er rigtige, fibrene knækker ikke."

NC State patenterede væskeforskydningsprocessen i 2006 og i en række efterfølgende patenter, mens Velev og hans kolleger fortsatte med at arbejde på at perfektionere processen og dens resultat. Først, de skabte mikrofibre og nanobånd, mens de undersøgte processen. "Mikrofibre, nanorods og nanoribbons er interessante og potentielt nyttige, men du vil virkelig have nanofibre, " sagde Velev. "Vi opnåede dette under opskaleringen og kommercialiseringen af ​​teknologien."

Velev engagerede sig med NC State's Office of Technology Transfer og universitetets TEC (The Entrepreneurship Collaborative)-program for at kommercialisere opdagelserne. De arbejdede sammen med den erfarne iværksætter Miles Wright for at starte et firma kaldet Xanofi for at fremme søgen efter nanofibre og den mest effektive måde at lave massemængder af dem på.

"Vi kan nu skabe kilogram af nanofibre i timen ved hjælp af denne enkle kontinuerlige flowproces, som, når den opskaleres, bliver en 'nanofiber-gusher', "" sagde Velev. "Afhængigt af koncentrationerne af væsker, polymerer og antiopløsningsmidler, du kan skabe flere typer nanomaterialer i forskellige former og størrelser."

"Store mængder er altafgørende i nanofremstilling, så alt skalerbart er vigtigt, " sagde Wright, administrerende direktør for Xanofi og en medforfatter på papiret. "Når vi producerer nanofibrene via kontinuerlig strøm, vi får præcis de samme nanofibre, som du ville få, hvis du producerede små mængder af dem. Fremstillingen af ​​disse materialer i væske er fordelagtig, fordi du kan skabe virkelig tredimensionelle nanofibersubstrater med meget, meget stort samlet overfladeareal. Dette fører til mange forbedrede produkter lige fra filtre til cellestilladser, printbare bioblæk, batteri separatorer, plus mange flere."