1 Fyzikální principy tvorby nanovláken 1. Úvod D.Lukáš 2014.

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_20_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Advertisements

1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Tutorial: Mechanic - electrician Topic: Basics of electrical engineering the 2nd. Year The measuring system1 Prepared by: Ing. Jiří Smílek Projekt Anglicky.
Jméno autora:Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_02_AJ_ACH Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast: Jazyk a jazyková.
Jméno autora:Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu:VY_32_INOVACE_07_AJ_ACH Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast: Jazyk a jazyková.
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_ 007 Název školy Gymnázium, Tachov, Pionýrská 1370 Autor Mgr.Stanislava Antropiusová.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Tutorial: Physics Topic: Spring-mounting Prepared by : RNDr. Ondřej Jeřábek Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_13_AJ_ACH Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast: Jazyk a jazyková.
Tutorial: Physics Topic: Accumulator Prepared by: RNDr. Ondřej Jeřábek Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_10_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_12_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_17_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Educational program: Mechanic - electrician Title of program: Technical training II. class Bistable multivibrator Worked out: Bc. Chumchal Miroslav Projekt.
Tutorial: Engineering technology Topic: Volume forming Prepared by: Ing. Elena Nová Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je.
NANO – fascinující fenomén současnosti (nanočastice, nanostruktury-důmyslné formu hmoty. ČVUT FJFI Praha NANO – fascinující fenomén současnosti.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_16_AJ_FT Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Tutorial: Physics Topic: Alternator Prepared by: RNDr. Ondřej Jeřábek Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_17_AJ_FT Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tutorial:
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Jméno autora:Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_01_AJ_ACH Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast: Jazyk a jazyková.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT – Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_09_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Tutorial: Mechanic - electrician Topic: Basics of electrical engineering the 2nd. year Measuring the capacity Prepared by: Ing. Jiří Smílek Projekt Anglicky.
Tutorial: Engineering technology Topic: Pin connections Prepared by: Ing. Jaroslav Hábl Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/
Jméno autora:Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu:VY_32_INOVACE_10_AJ_ACH Ročník:1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tutorial:
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_16_AJ_ACH Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast: Jazyk a jazyková.
Tutorial: Engineering technology Topic: Beam welding Prepared by: Ing. Josef Martinák st. Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tutorial:
RODENTS AND HARES Výukový materiál OR Tvůrce: Mgr. Alena Výborná Tvůrce anglické verze: Mgr. Miloslava Dorážková Projekt: S anglickým jazykem do.
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tutorial:
8/1 The video task 1. The balls are made of a) steel b) iron c) wood 2. The water based liquid is there to.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
ORGANIC CHEMISTRY II –Organic chemistry of hydrocarbon derivatives. Analysis of functional groups structure and their reactivity, influence of the neighbouring.
Základní škola Třemošnice, okres Chrudim, Pardubický kraj Třemošnice, Internátní 217; IČ: , tel: , emaiI:
N ÁZEV ŠKOLY : ZŠ V ARNSDORF, E DISONOVA 2821, OKRES D ĚČÍN, PŘÍSPĚVKOVÁ ORGANIZACE J AZYK A JAZYKOVÁ KOMUNIKACE, A NGLICKÝ JAZYK, V ÁNOCE A UTOR : M ICHAELA.
Název SŠ: SŠ-COPt Uherský Brod Autor: Ing. Hana Kubišová, Ph.D. Název prezentace (DUMu): Production of Guns Název sady: Technical English for students.
STEJNOSMĚRNÉ ELEKTRICKÉ ZVLÁKŇOVÁNÍ
Verbs + prepositions, adjectives + prepositions
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/
VY_22_ INOVACE_27_ ANGLICKÝ JAZYK 5
Název vzdělávacího materiálu
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL
Výukový materiál VY_22_INOVACE_36_ Numbers. Part 2
She has got blond hair, green eyes and freckles.
AUTOR: Mgr. Alena Bartoňková
Digitální učební materiál
Datum: Projekt: Kvalitní výuka Registrační číslo: CZ. 1
Introduction to MS Dynamics NAV XVIII. (Reminders)
Introduction to MS Dynamics NAV XX. (Combined Shipments)
Datum:   Projekt: Kvalitní výuka Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/
Inovativní řešení Microsoft pro školství
Molecular Mechanics Molecular Dynamics.
; Datum: Projekt: Kvalitní výuka
(a brief reminder of electromagnetism)
WHAT IS BLUE? Dostupné z Metodického portálu ISSN: , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým.
Quantum Chemistry / Quantum Mechanics
Other Molecular Spectroscopic Properties: ROA, NMR, ECD
Nanovlákna 9.C.
Seminář Ph.D. studentů a zaměstnanců VUT
Digital Photography Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/
Prognóza Exportu Raiffeisenbank a Asociace exportérů Praha
Transkript prezentace:

1 Fyzikální principy tvorby nanovláken 1. Úvod D.Lukáš 2014

2 Physical principles of electrospinning (Electrospinning as a nano- scale technology of the twenty- first century) D. Lukáš; A. Sarkar; L. Martinová; K. Vodsed'álková; D. Lubasová; J. Chaloupek; P. Pokorný; P. Mikeš; J. Chvojka; M. Komárek Department of Nonwovens, Faculty of Textile Engineering, Technical University of Liberec, Liberec, Czech Republic Physical principles of electrospinning (Electrospinning as a nano-scale technology of the twenty-first century)

3

4 Chapters Physical principles of electrospinning (Electrospinning as a nano-scale technology of the twenty-first century) 1. Introduction 2. Historical overview 3. Theoretical evolution of electrospinning 4. Liquid jet in an electric field 5. Special collectors 6. Electrospinning variants 7. Exceptional features of electrospinning 8. Polymeric solutions for electrospinning 9. Základy teorie zvlákňování 10. Nanovlákna v buňce 11.Tvorba nanovláken technologií „drawing“, tažení 12.Tvorba nanovláken technologií odstředivého zvlákňování Přednášky podle učebnice Samostudium Pouze přednášky

5 Podmínky pro udělení zápočtu + další informace 100% účast na seminářích (krom dálkových studentů) Sledování obsahu přednášek a plnění úkolů z nich vyplývajících. Absolvování testů: v polovině semestru a testu zápočtového se známkou alespoň d o b ř e Odevzdání a „obhájení“ semestrální práce na téma: Centrifugální zvlákňování Výroba nanovláken technologií tažení Výroba nanovláken technologií MeltBlown Aplikace nanovláken (biologie,leštění …) Produkce nanovláken živočich (hmyz) nebo rostlinami Teorie zvlákňovacího procesu (Ziabinski) Výrobci zařízení pro elektrostatické zvlákňování

6 Ing. Julie Soukupová, Ing. Tomáš Kalous – představení Stanovení termínů seminářů/cvičení – seminární mástnost KNT Poskytnutí kontaktů na studenty – a mobil. david.lukas  tul.cz, Další informace

7 Monographs [1] Y. Filatov, A. Budyka, and V. Kirichenko, Electrospinning of micro- and nanofibres: fundamentals in separation and filtration processes, Begell House Inc., Redding, [2] S. Ramakrishna, K. Fujihara, W. Teo, T. Lim, and Z. Ma, An introduction to electrospinning and nanofibres, World Scientific Publishing Co., Singapor, [3] D.H. Reneker and H. Fong, Polymeric nanofibres, Oxford University Press, Washington D.C., [4] D.H. Reneker and A.L. Yarin, Electrospinning jets and polymer nanofibres, Polymer, 49 (2008), pp (INTERNET) [5] A.L. Andrady, Science and Technology of Polymer Nanofibres, Wiley, New Jersey, 2008.

8 Monographs Open Access Nanotechnology and Nanomaterials Nanofibers - Production, Properties and Functional Applications Edited by Tong Lin, ISBN , Hard cover, 458 pages, Publisher: InTech, Chapters published November 14, 2011 under CC BY 3.0 license Internet and-functional-applications

9 Electrospinning Force spinning Drawing Melt Blown Production of nanofibres by living cells, insects, e.t.c. Various methods to produce nanofibres

10 Figure Schematic diagram of an electrospinning set up: (1) syringe and metering pump (2) needle/capillary serving as the electrode (3) stable part of the jet, (4) whipping/coiling zone, (5) collector, (6) ground, (7) high voltage supply, Electrospinning and a needle electrospinner Video“ ww.youtube.co m/watch?v=87 uRQ7KwbB0

11 Drawing

12

13 Force spinning

14 Melt blown Ellison C. J. Melt blown nanofibers: Fiber diameter distributions Polymer and onset of fiber breakup 48 (2007) 3306e no/pluginfile.php/689/cou rse/section/777/1-s2.0- S main.pdf

15 Melt blown Fig. 3. Representative SEM images from (a) PS-1, (b) PS-3, (c) PP-1, (d) PP-3, (e) PBT-1, and (f) PBT-2 melt blowing runs. All black scale bars represent 2 mm.

16 Production of nanofibres by livig cells

Needle Electrospinning Solvent evaporation Whipping Taylor cone Stable jet 1 2 John Zeleny, Physical Review, Vol. III, No. 2, 1914 An easy technology - History

18 Electrospinning process has potential to revolutionise spinning technology.

19 Unlike a typical classic nonwoven technology the devices and equipments in electrospinning process are free of complex passive or rotating components. Carding machine Electrospinner An easy technology – complex phenomenon

20 Various physical phenomena play the role of traditional mechanical components when fibre spun under external electric field. So, the magnificence of mechanical engineering is substituted indirectly by external fields in helping in diverse physical self-organization. Hence, a better understanding of its intrinsic physical fundamentals is needed for further technological developments and, so, this lectures are largely devoted to the physical insight, in an attempt to enlighten the marvellous phenomenon of electrically driven polymeric jets. Better understanding of Electrospinning intrinsic physical fundamentals is needed

21 It has remarkable manifold external morphology: (2) ‘Roots’ evolving from a charged extremely thin surface layer, called as Debye’s layer, of the polymer solution. (3) Stable part of the jet that looks like a ‚tree stem‘. (4) Whipping zone / bending instability of the jet looks out like ‚branches‘ of the tree with lives of the form of jet coil cascades and jet-branching. (5) Eventually, the nanofibres collected on the other electrode, so-called collector, may literally be thought of as the ‘fruits’ of the entire process. Electrospun polymeric jet almost resembles a tree. Electrospinning jet

Physically, electrospinning is a consequence of a tug of war between electrostatic and capillary forces. Liquid bodies disintegrate due to long range repulsive Coulombic forces between ions of the same signs, Capillary forces causes liquid particles to flock together to minimize the liquid surface area and surface energy, resulting from short distance intermolecular interactions at quantum level. 22 Electrostatic and capillarity

23 Liquid bodies disintegrate in two possible ways: (1) Simple liquids, having small molecules, spray in clouds of small charged droplets with a tendency to break down further. (2) Polymer solutions and polymer melts with sufficiently entangled macromolecules disintegrate in long tiny liquid columns. The internal pressure of electric nature, forces them to be stretched longitudinally. Electrospinning and Electrospraying

24

25 Narrowing down of the jet effectively drives the solvent out from the jet. Solvent Thermodynamics governs a solvent evaporation

26 Whipping zone / bending instability of the jet Whipping zone

27 d =200 nm Polymer solution Self-organized nanofibrous layer s S Electrospinning resembles biological procedures wherein bio- nanofibres like cellulose and collagen are created by self-organization. Entropy Self-organization

28 Electrospinning technology can be divided into two branches. (1)Less productive needle / capillary spinners with production rates in the order of unit grams per hour. (2) Highly productive jet creation from free liquid surfaces by self-organization. These effective methods may be classified as needleless electrospinning. Needle and needleless Electrospinning technology

29 Magnified view of the coil; photos of spiral coil spinning processes. Needleless Electrospinning

30 Filip Sanetrník, TUL, Rod Electrospinning

31

32 The technologies to produce polymeric nanofibrous materials, are of primary interest of various disciplines, like: medicine, biology, tissue engineering, drug delivery systems, Chemical engineering, textile and material engineering, filtering, protective clothing, substrates for catalysis, analytical chemistry, testing probes. Applications

33 Domácí úkol 1: Nakreslete schéma jehlového a bezjehlového/hladinového způsobu elektrostatického zvlákňování a popište jeho jednotlivé součásti a „fáze“ polymerní trysky. Domácí úkol 2: Načrtněte časovou osu a zaznamenejte na ni významné události při vývoji teorie i technologie elektrostatického zvlákňování. Domácí úkol 3: Vyjmenujte známe metody/technologie pro výrobu nanovláken Domácí úkol 4: Uveďte alespoň 5 oblastí aplikace nanovlákenných materiálů.