الکتروریسی

الکتروریسی فرآیندی جهت تولید انواع نانوالیاف و میکروالیاف از محلول‌های مواد پلیمری، سرامیکی و یا محلول‌های کامپوزیتی متشکل از پلیمر- نانوذرات و همچنین مذاب‌های مواد مذکور می⁭باشد. این ایده را اولین بار زلنی(zeleny ) مطرح، سپس در سال 1934 فرماهالز آن را ثبت و در سال 1990 دکتر رنکر (Reneker) آن را بازسازی کرد.در روش الکتروریسی هم از مذاب و هم از محلول پلیمری می توان استفاده کرد. الکتروریسی را ریسندگی الکترواستاتیکی و یا برق‌ریسی نیز نامیده⁭اند.این روش برای تولید نانوذرات از طریق فرآیند الکترواسپری نیز کاربرد دارد.

در روش الکتروریسی از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا جهت تولید بار الکتریکی در جریان محلول یا مذاب پلیمری استفاده می⁭شود. به‌منظور تولید نانوالیاف، یکی از الکترودهای منبع تغذیه ولتاژ بالا به محلول پلیمری و الکترود دیگر به زمین و یا به جمع‌کننده رسانا متصل می‌گردد. با عبور محلول از درون لوله موئینه، در اثر میدان الکتریکی حاصل از منبع تغذیه ولتاژ بالا مابین نوک لوله موئینه و جمع‌کننده متصل به زمین، سیال باردار شده و از نوک لوله موئینه به سمت جمع‌کننده کشیده می⁭شود. در اثر حرکت سیال، حلال تبخیر شده و رشته⁭هایی با قطر زیر میکرون بر روی جمع‌کننده تولید می⁭ گردد. در اثر اندرکنش نیروهای الکتریکی، بار سطحی جریان سیال، نیروی ویسکوالاستیک و نیز کشش سطحی، حرکت مارپیچی به سیال باردار القاء شده و بر اثر آن نانوالیاف تولیدی به‌صورت لایه به‌هم پیوسته یا بی⁪بافت تولید می⁭گردند.

یک از روشهای الکتروریسی استفاده از چرخ هاي جمع كننده دوار است که یک لبه نوک تیز در محیط آن وجود دارد. شكل جمع كننده باعث می شود تا یک ميدان قوی در نزديكی لبه چرخ متمرکز شود. اين باعث می شود كه جریان خروجی دقيقاً روی لبه های جمع كننده متمركز گردد. سرعت خطی در لبه بیرونی چرخ جمع كننده m/s 22 است(سرعت خطی در هر نقطه از یک دایره دوار برابر حاصل ضرب سرعت دورانی چرخ در فاصله آن نقطه با مرکز دایره است). نانوالياف پليمري الكتروريسی شده با قطر ميكرونی با اين روش به دست می آيند.

در روش دیگر از دو صفحه جمع كننده استفاده می شود که بین آنها یک شكاف قرار دارد. برهمکنش بين ميدان الكتريكی در اطراف جمع كننده ها و بارالكترواستاتيكی الیاف باعث اعمال كشش به الياف نانو در بالاي شكاف می شود. بین دو قسمت جمع کننده نیروهای دافعه ای وجود دارد که باعث کشیدن شدن نانوالیاف می شود و آنها در در یک جهت خاص مرتب می کند. پارامترهای موثر بر ریزساختار نانوالیاف تولیدی در فرآیندهای الکتروریسی بسیار متنوع بوده و از این‌رو تولید نانوالیاف به‌وسیله این روش نیازمند آگاهی از فرآیند⁭های الکتروهیدرودینامیکی سیالات پلیمری، ریولوژی محلول‌های پلیمری و نیز علوم الیاف می⁭باشد. در این میان پارامترهای موثر بر ریزساختار نانوالیاف تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروریسی به سه دسته کلی شامل پارامترهای فرآیندی، پارامترهای عملیاتی و پارامترهای محیطی تقسیم می‌گردند. نوع میدان الکترواستاتیک، قدرت میدان، نوع پلیمر، نوع حلال و یا ترکیب حلال‌های به‌کار رفته، دمای مذاب پلیمری، هدایت الکتریکی محلول، جرم مولکولی و توزیع جرم مولکولی پلیمر، افزودنی⁭ها، ویسکوزیته سیال، کشش سطحی، ویسکوالاستیسیته پلیمر، فاصله الکتروریسی، نوع و جنس جمع‌کننده، نسبت طول به قطر موئینه، اتمسفر محیط و نیز حضور رطوبت از جمله پارامترهای موثر بر تولید نانوالیاف در فرآیندهای الکتروریسی می⁭باشند.

در دهه‌های گذشته مشکلات ناشی از ماهیت فرآیندهای الکتروریسی سبب شده بود که تجاری‌سازی نانوالیاف و ساخت دستگاه⁭های صنعتی الکتروریسی برای سالیان متمادی غیرممکن گردد. این در حالی است که در چند سال اخیر چندین شرکت آمریکایی و اروپایی موفق شده‌اند با به‌کارگیری تمهیداتی بر این مشکل فائق آیند. به‌طورکلی نانوالیاف تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروریسی از کاربردهای بسیار زیادی در صنایع و حوزه‌های مختلف برخوردار می⁭باشند. در این ارتباط می‌توان به برخی از کاربردهای مهم نانوالیاف حاصل از فرآیندهای الکتروریسی به ترتیب زیر اشاره نمود:

پزشکی، دارویی و بهداشتی

• مهندسی بافت

• پوشش‌های زخم

• سامانه‌های کنترل‌شده رهش

• فیلترهای پزشکی

• تجهیزات و ایمپلنت‌های پزشکی

• ماسک‌های بهداشتی

• اَبرجاذب‌ها

تولید و ذخیره‌سازی انرژی

• پیل‌های خورشیدی

• پیل‌های سوختی

• ذخیره‌سازی هیدروژن