تولید نانوالیاف‌های سلولزی جاذب امواج الکترومغناطیس
پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب موفق به تولید منسوجات جاذب امواج الکترومغناطیس با خواص ضد باکتری، ضدحریق و مقاومت حرارتی بالا شدند.
به گزارش گروه علمي باشگاه خبرنگاران به نقل از ستاد توسعه فناوري نانو؛ پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب موفق به تولید منسوجات جاذب
امواج الکترومغناطیس با خواص ضد باکتری، مقاومت حرارتی بالا و ضد حریق
شدند. از ویژگی‌های اصلی این منسوج می‌توان به کاربرد آن در گستره وسیعی
از صنایع همچون نساجی، پزشکی و نظامی اشاره کرد.
نانولوله‌های کربنی دارای طول مستقیم و بار سطحی منفی هستند و به سبب فرم هندسی، نیروی واندروالسی و هیدروفوبی بالا به شدت دچار تجمع می‌شوند. این امر بر روی خصوصیات و عملکرد نانولوله‌ها به شدت تا ثیرگذار است. به همین علت استفاده از نانولوله همراه با پلیمرها با مشکلاتی همراه است. از این رو پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی با قرار دادن نانولوله‌های کربنی بر یک بستر مناسب و پس از پایدارسازی و تثبیت موفق به حل این مشکل شدند.
آقای فربد علی محمدی با همکاری آقای علی شمعی (فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد در رشته شیمی نساجی) با همکاری دکتر مازیار پروین زاده گشتی از دانشگاه برن سوییس (University of Bern)، با استفاده از یک روش کاملا نوین موفق به تهیه الیاف سلولزی پوشش داده شده با نانولوله شدند.
علی محمدی در مصاحبه‌ای با بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گفت: «ابتدا در این طرح مشاهده گردید که خصوصیات محیطی نانولوله‌های کربنی نیاز به تماس با محیط اطراف دارد و باید از حالت توده خارج گردد، از این رو الیاف به سبب نسبت سطح به حجم بالا گزینه بسیار مناسبی است، از سوی دیگر مشاهده گردید که عموما در صنعت نساجی با استفاده از یک نانو ماده یک عملکرد خاصی حاصل می‌گردد، به عنوان مثال پوشش دهی به‌وسیله‌ی نانوذرات نقره تنها سبب ایجاد خصوصیت ضد باکتری می‌گردد، در صورتی که با استفاده از نانولوله‌های کربنی چندین عملکرد ویژه در یک محصول حاصل می‌گردد، به همین جهت سعی در یافتن راهی مناسب برای پوشش دهی منسوج صورت گرفت، در بررسی‌های به عمل آمده مشاهده گردید ساختار نانولوله‌های کربنی شباهت بسیار به ساختار رنگزاهای مستقیم در صنعت نساجی دارد و نهایتا روش مشابه، روش رمق کشی، برای جذب و پوشش دهی نانولوله‌های کربنی به کار گرفته شد.»
تصویر حاصل از منسوج پوشش شده به‌وسیله‌ی نانولوله‌های کربنی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی
وی در ادامه به مراحل تولید این محصول جدید پرداخت: «در طی مراحل تجربی، سورفکتانت کاتیونی از میان سایر سورفکتانت‌ها و پلیمرهای دیسپرس کننده، به سبب توانایی پایدار نمودن مناسب نانولوله‌ها و همچنین ویژگی‌های مناسب برای بکارگیری در این فرآیند انتخاب گردید، سپس کالای سلولزی به حمامی با نسبت جرم به حجم مشخصی اضافه گردیده و به تدریج به دمای جوش برده می‌شود، در دمای جوش به تدریج یک الکترولیت به حمام اضافه می‌گردد، سلولز و نانولوله‌های کربنی دارای بار سطحی منفی‌هستند، الکترولیت بار منفی سلولز را خنثی نموده و نانولوله‌ها به تدریج جذب می‌گردد، دمای جوش و محیط آبی نیز سبب تورم الیاف و باز شدن منافذ سلولز می‌گردد؛ از این رو این فرآیند را تسهیل می‌نماید و سبب نفوذ نانولوله‌ها به منافذ پلیمر می‌شود، در نهایت کالای تهیه شده وارد حمام حاوی کربوکسیلک اسید می‌شود، سپس در خلاء خشک شده و برای تشکیل پیوندهای عرضی میان زنجیره سلولزی پخت می‌گردد و در انتها نانولوله‌های کربنی در میان زنجیره سلولزی محصور می‌شود».
به گفته محمدی یکی از نتایج این طرح تهیه منسوج آنتی باکتریال است. نانولوله‌ها برای توقف عملکرد باکتری‌ها نیاز به تماس مستقیم با دیواره سلولی باکتری دارد. نتایج نشان می‌دهد که این محصول 99.99% باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی را از بین برده است. وی با ادامه سخنان خود به نتایج دیگر این طرح نیز اشاره کرد و افزود: «نتیجه دیگر ارائه‌ی این منسوج، جذب امواج الکترومغناطیس است، این منسوج جاذب گستره وسیعی از امواج مادون قرمز و فرا بنفش بوده و همچنین امواج الکترو مغناطیسی را در گستره J-Band و X-Band به خوبی جذب می‌نماید، از سوی دیگر این منسوج رسانا است که در صنعت نساجی به منسوجات هوشمند موسوم هستند، در روش‌های گذشته از پلیمرهای رسانا در فرآیند پوشش‌دهی ویا الیاف فلزی برای تهیه منسوج رسانا بهره گرفته شده است که سبب مشکلات عدیده‌ای گردیده است، از این رو می‌تواند در صنایع الکترونیک نیز به کار گرفته شود.»
بر اساس نتایج منتشر شده در مقالات این پژوهشگران می‌توان این نتیجه را نیز به نتایج فوق اضافه کرد که منسوج تهیه شده دارای مقاومت حرارتی و ضد آتش قابل قبولی است و LOI % سلولز را از 4.17% به 8.23% افزایش داده است. قابل ذکر است که سلولز به شدت شعله‌پذیر بوده و در دماهای بالا از مقاومت حرارتی بسیار پایینی برخوردار است.
طرح تهیه این محصول در داخل کشور ثبت گردیده و دارای تاییدیه از سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران است. همچنین پتنت خارج کشور این طرح با حمایت ستاد نانو در US-patent نیز فایل گردیده است.
نتایج این تحقیقات منجر به دو مقاله شده است که یکی از آن‌ها به‌وسیله‌ی مجله‌های Progress in Organic Coatings (جلد 74، شماره 3، جولای 2012) در صفحات 470 الی 478 منتشر شده است و دومی نیز در مجله Journal of Coatings Technology and Research به صورت دسترسی اینترنتی قرار گرفته است که به زودی به چاپ خواهد شد. همچنین طرح این تحقیقات نیز درUS-patent به شماره US20110171413A1 ثبت و منتشر شده است./ع2
نانولوله‌های کربنی دارای طول مستقیم و بار سطحی منفی هستند و به سبب فرم هندسی، نیروی واندروالسی و هیدروفوبی بالا به شدت دچار تجمع می‌شوند. این امر بر روی خصوصیات و عملکرد نانولوله‌ها به شدت تا ثیرگذار است. به همین علت استفاده از نانولوله همراه با پلیمرها با مشکلاتی همراه است. از این رو پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی با قرار دادن نانولوله‌های کربنی بر یک بستر مناسب و پس از پایدارسازی و تثبیت موفق به حل این مشکل شدند.
آقای فربد علی محمدی با همکاری آقای علی شمعی (فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد در رشته شیمی نساجی) با همکاری دکتر مازیار پروین زاده گشتی از دانشگاه برن سوییس (University of Bern)، با استفاده از یک روش کاملا نوین موفق به تهیه الیاف سلولزی پوشش داده شده با نانولوله شدند.
علی محمدی در مصاحبه‌ای با بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گفت: «ابتدا در این طرح مشاهده گردید که خصوصیات محیطی نانولوله‌های کربنی نیاز به تماس با محیط اطراف دارد و باید از حالت توده خارج گردد، از این رو الیاف به سبب نسبت سطح به حجم بالا گزینه بسیار مناسبی است، از سوی دیگر مشاهده گردید که عموما در صنعت نساجی با استفاده از یک نانو ماده یک عملکرد خاصی حاصل می‌گردد، به عنوان مثال پوشش دهی به‌وسیله‌ی نانوذرات نقره تنها سبب ایجاد خصوصیت ضد باکتری می‌گردد، در صورتی که با استفاده از نانولوله‌های کربنی چندین عملکرد ویژه در یک محصول حاصل می‌گردد، به همین جهت سعی در یافتن راهی مناسب برای پوشش دهی منسوج صورت گرفت، در بررسی‌های به عمل آمده مشاهده گردید ساختار نانولوله‌های کربنی شباهت بسیار به ساختار رنگزاهای مستقیم در صنعت نساجی دارد و نهایتا روش مشابه، روش رمق کشی، برای جذب و پوشش دهی نانولوله‌های کربنی به کار گرفته شد.»
تصویر حاصل از منسوج پوشش شده به‌وسیله‌ی نانولوله‌های کربنی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی
وی در ادامه به مراحل تولید این محصول جدید پرداخت: «در طی مراحل تجربی، سورفکتانت کاتیونی از میان سایر سورفکتانت‌ها و پلیمرهای دیسپرس کننده، به سبب توانایی پایدار نمودن مناسب نانولوله‌ها و همچنین ویژگی‌های مناسب برای بکارگیری در این فرآیند انتخاب گردید، سپس کالای سلولزی به حمامی با نسبت جرم به حجم مشخصی اضافه گردیده و به تدریج به دمای جوش برده می‌شود، در دمای جوش به تدریج یک الکترولیت به حمام اضافه می‌گردد، سلولز و نانولوله‌های کربنی دارای بار سطحی منفی‌هستند، الکترولیت بار منفی سلولز را خنثی نموده و نانولوله‌ها به تدریج جذب می‌گردد، دمای جوش و محیط آبی نیز سبب تورم الیاف و باز شدن منافذ سلولز می‌گردد؛ از این رو این فرآیند را تسهیل می‌نماید و سبب نفوذ نانولوله‌ها به منافذ پلیمر می‌شود، در نهایت کالای تهیه شده وارد حمام حاوی کربوکسیلک اسید می‌شود، سپس در خلاء خشک شده و برای تشکیل پیوندهای عرضی میان زنجیره سلولزی پخت می‌گردد و در انتها نانولوله‌های کربنی در میان زنجیره سلولزی محصور می‌شود».
به گفته محمدی یکی از نتایج این طرح تهیه منسوج آنتی باکتریال است. نانولوله‌ها برای توقف عملکرد باکتری‌ها نیاز به تماس مستقیم با دیواره سلولی باکتری دارد. نتایج نشان می‌دهد که این محصول 99.99% باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی را از بین برده است. وی با ادامه سخنان خود به نتایج دیگر این طرح نیز اشاره کرد و افزود: «نتیجه دیگر ارائه‌ی این منسوج، جذب امواج الکترومغناطیس است، این منسوج جاذب گستره وسیعی از امواج مادون قرمز و فرا بنفش بوده و همچنین امواج الکترو مغناطیسی را در گستره J-Band و X-Band به خوبی جذب می‌نماید، از سوی دیگر این منسوج رسانا است که در صنعت نساجی به منسوجات هوشمند موسوم هستند، در روش‌های گذشته از پلیمرهای رسانا در فرآیند پوشش‌دهی ویا الیاف فلزی برای تهیه منسوج رسانا بهره گرفته شده است که سبب مشکلات عدیده‌ای گردیده است، از این رو می‌تواند در صنایع الکترونیک نیز به کار گرفته شود.»
بر اساس نتایج منتشر شده در مقالات این پژوهشگران می‌توان این نتیجه را نیز به نتایج فوق اضافه کرد که منسوج تهیه شده دارای مقاومت حرارتی و ضد آتش قابل قبولی است و LOI % سلولز را از 4.17% به 8.23% افزایش داده است. قابل ذکر است که سلولز به شدت شعله‌پذیر بوده و در دماهای بالا از مقاومت حرارتی بسیار پایینی برخوردار است.
طرح تهیه این محصول در داخل کشور ثبت گردیده و دارای تاییدیه از سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران است. همچنین پتنت خارج کشور این طرح با حمایت ستاد نانو در US-patent نیز فایل گردیده است.
نتایج این تحقیقات منجر به دو مقاله شده است که یکی از آن‌ها به‌وسیله‌ی مجله‌های Progress in Organic Coatings (جلد 74، شماره 3، جولای 2012) در صفحات 470 الی 478 منتشر شده است و دومی نیز در مجله Journal of Coatings Technology and Research به صورت دسترسی اینترنتی قرار گرفته است که به زودی به چاپ خواهد شد. همچنین طرح این تحقیقات نیز درUS-patent به شماره US20110171413A1 ثبت و منتشر شده است./ع2
