Het creëren van grote hoeveelheden polymeer nanovezels gedispergeerd in vloeistof is een uitdaging die onderzoekers al jaren irriteert. Maar ingenieurs en onderzoekers van de North Carolina State University en een van de startende bedrijven hebben nu een methode gerapporteerd die ongekende hoeveelheden polymeer nanovezels kan produceren. die potentiële toepassingen hebben in filtratie, batterijen en celsteigers.

In een paper dat online is gepubliceerd in Geavanceerde materialen , de NC State-onderzoekers en collega's uit de industrie, waaronder NC State start-up Xanofi, beschrijven de methode waarmee ze op grote schaal polymeer nanovezels kunnen fabriceren.

De methode - verfijnd na bijna een decennium van toenemend succes bij het produceren van micro- en nanodeeltjes van verschillende vormen - werkt net zo eenvoudig als het laten vallen van een vloeibare oplossing van een polymeer in een beker met een draaiende cilinder. Glycerine - een veel voorkomende en veilige vloeistof die veel toepassingen heeft - wordt gebruikt om de polymeeroplossing in de beker samen met een anti-oplosmiddel zoals water af te schuiven. Wanneer u de roterende cilinder verwijdert, zegt Dr. Orlin Velev, Invista Professor of Chemical and Biomolecular Engineering bij NC State en de corresponderende auteur van het artikel dat het onderzoek beschrijft, je vindt er een mat van nanovezels omheen gewikkeld.

Toen ze voor het eerst begonnen met het onderzoeken van het vloeistofafschuifproces, de onderzoekers creëerden polymere microstaafjes, die verschillende nuttige toepassingen kunnen hebben in schuimen en consumentenproducten. "Echter, tijdens het onderzoeken van het afschuifproces kwamen we op iets vreemds. We ontdekten dat deze staafjes eigenlijk gewoon stukjes 'gebroken' vezels waren, "Velev zei. "We hadden op dat moment niet helemaal de perfecte omstandigheden. Als je de voorwaarden goed hebt, de vezels breken niet."

NC State patenteerde het liquid shear-proces in 2006 en in een reeks daaropvolgende patenten, terwijl Velev en zijn collega's bleven werken om het proces en het resultaat te perfectioneren. Eerst, ze creëerden microvezels en nanolinten terwijl ze het proces onderzochten. "Microvezels, nanostaafjes en nanolinten zijn interessant en potentieel nuttig, maar je wilt echt nanovezels, "We hebben dit bereikt tijdens de opschaling en commercialisering van de technologie", aldus Velev.

Velev werkte samen met het NC State's Office of Technology Transfer en het TEC-programma (The Entrepreneurship Collaborative) van de universiteit om de ontdekkingen te commercialiseren. Ze werkten samen met de ervaren ondernemer Miles Wright om een ​​bedrijf genaamd Xanofi op te richten om de zoektocht naar nanovezels en de meest efficiënte manier om massale hoeveelheden ervan te maken te bevorderen.

"We kunnen nu kilo's nanovezels per uur maken met behulp van dit eenvoudige continue stroomproces, die, wanneer opgeschaald, een 'nanovezelspuiter wordt, ', zei Velev. 'Afhankelijk van de concentraties van vloeistoffen, polymeren en anti-oplosmiddelen, je kunt meerdere soorten nanomaterialen in verschillende vormen en maten maken."

"Grote hoeveelheden zijn van het grootste belang bij nanofabricage, dus alles wat schaalbaar is, is belangrijk, " zei Wright, de CEO van Xanofi en een co-auteur van het papier. "Als we de nanovezels via continue stroom produceren, we krijgen precies dezelfde nanovezels die je zou krijgen als je er kleine hoeveelheden van zou produceren. De fabricage van deze materialen in vloeistof is voordelig omdat je echt driedimensionale nanovezelsubstraten kunt maken met zeer, zeer hoge totale oppervlakte. Dit leidt tot veel verbeterde producten, variërend van filters tot celsteigers, afdrukbare bioinkten, batterij scheiders, en nog veel meer."