Что такое нановолокно?

Что такое нановолокно?

Нановолокно — это волокнистый материал, в котором каждая нить имеет диаметр от 1 до нескольких сотен нм и длину в 100 раз больше своего диаметра.

Это представитель нанотехнологий и один из материалов, привлекающих внимание для будущих разработок приложений. Он имеет высокую удельную площадь поверхности и пористость, а также высокую впитывающую способность, проницаемость и малый вес.

Существует большое разнообразие типов нановолокон, включая полимерные нановолокна, нановолокна целлюлозы растительного происхождения и углеродные нановолокна с высокой электропроводностью и прочностью.

Применение нановолокон

Нановолокна все еще находятся в процессе исследования и разработки для использования. По сравнению с обычными волокнами нановолокна обладают превосходными свойствами, такими как высокая прочность, малый вес, гибкость, водопоглощение, термостойкость, электропроводность и биосовместимость.

Каждый материал имеет разные свойства и используется в различных областях.

1. Целлюлозное нановолокно

Целлюлозные нановолокна используются в строительных материалах, автомобильных деталях и спортивных товарах из-за их малого веса и высокой прочности. Целлюлозные нановолокна также используются в санитарных и медицинских изделиях из-за их высокой водопоглощаемости.

2. Углеродное нановолокно

Углеродные нановолокна используются в аэрокосмической промышленности, автомобильной промышленности и спортивных товарах из-за их чрезвычайно высокой прочности и легкого веса. Углеродные нановолокна также используются в электронных устройствах и топливных элементах из-за их высокой теплопроводности.

3. Полимерное нановолокно

Полимерные нановолокна имеют широкий спектр применения, поскольку их свойства можно регулировать в зависимости от полимера, используемого в качестве материала. Например, они используются в фильтрах с улучшенной впитываемостью воды и прочностью, а также в электронных устройствах с улучшенной тепло- и электропроводностью. Спектр их применения чрезвычайно широк, включая регенерацию тканей в медицинской сфере и фильтры очистки воды в сфере охраны окружающей среды.

Принципы нановолокон

Существует три основных метода изготовления нановолокон: электропрядение, прядение из композитного расплава и выдувание из расплава.

1. Метод электропрядения

Нановолокно изготавливается путем приложения высокого напряжения к полимерному раствору в прядильной насадке. Поскольку приложенное напряжение составляет всего от 10 до 40 кВ, возможно энергосберегающее производство. Этот метод позволяет производить нановолокна диаметром до нескольких нм и может быть назван текущим основным методом производства, но для массового производства требуется большое количество насадок.

2. Метод прядения из расплава композита

Нановолокно получают путем экструзии расплавленного полимера через специальную насадку для получения волокон со структурой «морской остров», а затем растворения и удаления только морского компонента. Недостатком этого метода является то, что он позволяет получать нановолокна только диаметром до 20 нм.

3. Метод Melt-Blow

Расплавленный полимер экструдируют через насадку и одновременно продувают горячим воздухом для получения этого материала. Этот метод также используется для производства нетканых материалов, таких как маски. Однако, поскольку нижний предел составляет около 0,5 мкм в диаметре, диапазон использования ограничен.

Типы нановолокон

Существуют различные типы нановолокон в зависимости от способа производства и используемых материалов.

1. Целлюлозное нановолокно

Целлюлоза является компонентом растений, таких как деревья и травы, и является одним из самых распространенных органических веществ в природе. Целлюлозные нановолокна изготавливаются из этой целлюлозы, которая тонко измельчена до наноуровня и обладает как легкостью, так и прочностью. Это также материал растительного происхождения, поэтому он оказывает низкое воздействие на окружающую среду и может быть переработан.

2. Углеродное нановолокно

Углеродное нановолокно представляет собой нановолокно, состоящее в основном из углерода, и обладает чрезвычайно высокой прочностью и легкостью. Оно также хорошо проводит электричество.

3. Полимерное нановолокно

Полимерные нановолокна изготавливаются из синтезированных полимерных соединений. В зависимости от требуемых свойств могут использоваться полипропилен, полиэтилен, полиэстер и т. д.

Их свойства различаются в зависимости от типа используемого полимера, но в целом они характеризуются малым весом, высокой прочностью и химической стабильностью.