Et positivt spin:Elektrospinning og elektrospray-synergi for nanomaterialeindustrien

Kombination af to tvillinger-teknologi – elektrospinning og elektrospraying – for at fremstille nye nanomaterialer er et presserende forskningsområde for materialeforskere og biomedicinske ingeniører, ifølge en ny artikel af professor Hu Jinlian fra City University of Hong Kong (CityUHK) offentliggjort i Sagen .

Elektrospinning og elektrospray-synergisme (ESS) kan have en positiv indvirkning på forskellige sektorer, fra bioteknik og tekstilteknologi til medicinsk behandling, forsvarsteknologi, intelligent fremstilling til energiomdannelse, hævder professor Hu, der forsker i elektrospinning, elektrospraying, nanofibre, nanomaterialer, menneskers sundhed og funktionelle membraner .

"Denne højt integrerede ESS-teknologi har fået stor opmærksomhed fra forskere i det sidste årti, men vi står nu over for en kritisk flaskehalsperiode og ser skjulte problemer på grund af den hurtige udvikling i løbet af det seneste årti," forklarer professor Hu, som er direktør for Laboratory of Wearable Materials for Healthcare og har en fælles ansættelse i CityUHK's Institut for Materialevidenskab og Teknik og Institut for Biomedicinsk Teknik.

EES-teknologien har uforlignelige fordele i forhold til andre teknologier til fremstilling af mikro-nanomaterialer. Det tilbyder at reducere de nødvendige trin i teknologier til fremstilling af mikro-nanomateriale, såsom 3D-print, litografi eller andre kemiske metoder; det giver enestående kontrollerbarhed af nanofibres diameter, orientering, morfologi, tæthed, porestørrelse og kemiske egenskaber; og realiserer den perfekte kombination af 1D fiber og 0D/3D mikronano partikler.

Udfordringerne er dog mange. De omfatter et behov for mere systematisk generalisering, opsummering og klassificering og afbrydelsen mellem forskningsmiljøet og industrien.

Hu argumenterer for, at fokus på igangværende forskning i at kombinere elektrospinning og elektrospraymekanismer har en tendens til at undgå spørgsmålet om synergien mellem de to processer og i stedet fremhæver de to separate teknologier, hvorved de fordele, der kan indfanges af den mulige koordinering og samarbejde mellem to.

"Hvis begrebet EES-teknologi kan generaliseres, vil det utvivlsomt give forskerne nye ideer og inspirere til mange undersøgelser. Til gengæld kan det også kraftigt fremme iterationen og opgraderingen af ​​EES-teknologien," argumenterer professor Hu.

Sagen papir "Elektrospinning og elektrospraying synergism:Twins-tech samarbejde på tværs af dimensioner" forklarer, at elektrospraying og elektrospinning er grundlæggende lignende processer. Der er dog forskelle.

"E-spinningsteknologi bruges ofte som konstruktionsmetode for hovedkonstruktionen. Det skal bemærkes, at e-spinningsteknologi nogle gange kan bruges til overflademodifikation eller reguleringsformål. E-sprayteknologi bruges generelt som kontrol- eller modifikationsmiddel af materialeegenskaber," siger professor Hu.

Så, hvad vil EES skabe i fremtiden?

For det første vil EES-teknologi markant berige fremstillingen af ​​mikro-nano-kompositmaterialer. Det vil være muligt at fremstille komplekse strukturer, som er vanskelige at opnå ved traditionelle kemiske metoder, hvilket er essentielt ved katalyse, lægemiddelladning og biologisk påvisning.

For det andet vil EES-teknologien revolutionere området for funktionelt tøj. At give beklædning specielle funktioner, såsom vandtætning, afkøling/opvarmning, anti-ultraviolet, sundhedsdetektion osv., vil blive en trend inden for råvareudvikling.

Derudover vil industrielle samlebånd af EES-udstyr komme ind på fabrikken og komplette forsyningskæder, mens salgskanaler gradvist vil dukke op.

Ved at bruge de to processer sammen i stedet for hver for sig, kan forskere bidrage til flere felter, for eksempel inden for naturmiljøet, gennem rensning, genvinding og genbrug af vandressourcer ved hjælp af porøse membranmaterialer.

Ud over at rense forurenet vand kan nanofibermembraner baseret på EES-strategien bruges til vandhøst, der direkte omdanner vanddamp fra miljøet til rent vand. Anvendelser af EES i energiudnyttelse, menneskers sundhed og funktionelle membraner er også mulige.

"EES-teknologien er blevet et vigtigt middel til at fremstille funktionelle kompositmaterialer i mikro-nanoskala i løbet af de sidste 20 år. Dette er en kritisk periode for dens evne til at overvinde store udfordringer og bevæge os mod fremtidig succes. Vi bør have en åben, initiativrig og innovativ mentalitet til at fremme den næste runde af EES teknologiske revolution," slutter professor Hu.

Flere oplysninger: Sagen (2024). DOI:10.1016/j.matt.2024.01.009

Journaloplysninger: Sagen

Leveret af City University of Hong Kong