VÝROBA A VLASTNOSTI NANOVLÁKEN pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic VÝROBA A VLASTNOSTI NANOVLÁKEN Oldřich Jirsák, David Lukáš, Filip Sanetrník, Lenka Martinová, Jiří Chaloupek, Jana Růžičková, Eva Košťáková, Jakub Hrůza

Technical University of Liberec, Czech Republic Co je elektrostatické zvlákňování (electrospinning)? Elektrostatické zvlákňování je proces využívající elektrostatických sil k utváření jemných vláken z polymerního roztoku nebo polymerní taveniny. Co jsou nanovlákna? Jde o vlákna jejichž průměr se pohybuje v rozsahu nanometrů, jsou to tzv. submikronová vlákna.

Technical University of Liberec, Czech Republic pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic NANOVLÁKNA Vlastnosti velký měrný povrch vysoká porózita malá velikost pórů průměr vláken (do 1000) nm Materiál polymerní roztoky nebo taveniny více než 50 polymerů

Elektrostaticky zvlákněné polymery - roztoky Technical University of Liberec, Czech Republic Elektrostaticky zvlákněné polymery - roztoky

Elektrostaticky zvlákněné polymery - roztoky Technical University of Liberec, Czech Republic Elektrostaticky zvlákněné polymery - roztoky

Elektrostaticky zvlákněné polymery - taveniny

Technologie přípravy nanovláken– Elektrostatické zvlákňování pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic Technologie přípravy nanovláken– Elektrostatické zvlákňování 0.1 - 1gram za hodinu V procesu elektrostatického zvlákňování je využito vysoké napětí k vytvoření elektricky nabitého proudu polymerního roztoku nebo taveniny. Elektroda vysokého napětí je spojena přímo s polymerním roztokem. Roztok je následně zvlákněn kapilárou (zvlákňovací tryskou). Díky vysokému elektrickému napětí mezi špičkou kapiláry a uzemněným kolektorem vzniká tzv. Taylorův kužel na špičce kapiláry, z kterého jsou produkována submikronová vlákna. Vlákna ztuhnou po odpaření rozpouštědla a vytvoří vlákennou vrstvu na povrchu kolektoru.

Technologie přípravy nanovláken– Nanospider pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic Technologie přípravy nanovláken– Nanospider Žádné kapiláry a trysky Plošná hmotnost: 0.1 – 5 gm-2 Produkce: 1 - 5 gmin-1m-1 pracovní šíře Materiál: vodorozpustné síťovatené polymery Průměr vláken: 100 - 300 nanometrů

Technical University of Liberec, Czech Republic Aplikace: Kompozity Filtrace Separační membrány Kosmetika Biomedicína umělé orgány tkáňové inženýrství krevní cévy systémy cíleného doručení léčiv obvazoviny dýchací masky (roušky) Ochranné oděvy Solární plachty, světelné plachty a zrcadla pro použití ve vesmíru Aplikace pesticidů na rostliny Nanovodiče, nanoelektrické aplikace jako polem řízené tranzistory a ultra-malé antény Nosiče chemických katalyzátorů Vodíkové nádrže pro palivové články

Technical University of Liberec, Czech Republic Polymerní nanovlákna Polymerní nanovlákna mohou mít mnoho vyjímečných vlastností zahrnujících malý průměr (a z toho vyplývající velký měrný povrch), vysoce orientovanou krystalickou strukturu (a výslednou velkou pevnost), atd.

Technical University of Liberec, Czech Republic Uhlíková nanovlákna Uhlíková nanovlákna mohou být vytvořena z polymerních prekurzorů. Konkrétně z PAN nebo PVA nanovláken.

Kompozitní materiály vyztužené nanovlákny Technical University of Liberec, Czech Republic Kompozitní materiály vyztužené nanovlákny Výhodou je, že vzniklý kompozit může být transparentní.

Vzdušná filtrace polymerními nanovlákny pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic Vzdušná filtrace polymerními nanovlákny Filtrační efektivita pro různé plošné hmotnosti nanovlákenných vrstev a pro různé textilie.

Vzdušná filtrace polymerními nanovlákny pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic Vzdušná filtrace polymerními nanovlákny Tlakový spád pro různé plošné hmotnosti nanovlákenných vrstev a pro různé textilie.

Vzdušná filtrace polymerními nanovlákny pokus 7.4.2017 Technical University of Liberec, Czech Republic Vzdušná filtrace polymerními nanovlákny

Technical University of Liberec, Czech Republic Filtrace Komerční filtr s nanovlákny.

Technical University of Liberec, Czech Republic Biologické aplikace Téměř všechny lidské tkáně jsou v nanovlákenných formách nebo strukturách. Nanovlákenné materiály se používají jako podložky pro růst tkání. Nervy Kosti Chrupavky Kůže Krevní cévy Kolagenové konstrukce jsou biodegradabilní a následně jsou tělem nahrazeny.

Biological applications Technical University of Liberec, Czech Republic Biological applications Typické respirátory jsou nepohodlné při dlouhodobém nošení. Na Washington University vyvinuli nanovlákenný materiál pro masky, který se skládá ze 2 procent materiálu a 98 procent vzduchu, což je činí pohodlnějšími. Ochranné oděvy – „dýchání-schopné“ textilie blokující chemikálie Obvazoviny – prevence jizev, bakteriální štít.

Zapouzdřování do polymerních nanovláken elektrostatickým zvlákňováním Technical University of Liberec, Czech Republic Zapouzdřování do polymerních nanovláken elektrostatickým zvlákňováním Malé rozpustné částice které byly dispergovány v byly elektrostaticky zvlákněny na University of Acron. Tyto částice byly zapouzdřeny v suchých nanovláken a začleněny do jejich struktury. Polymerní nanovlákna a netkané materiály z těchto nanovláken mohou být nosičem aditiv. Katedra netkaných textilií TUL učinila první úspěšný pokus o začlenění stříbrných částic do struktury nanovláken.

Technical University of Liberec, Czech Republic Solární plachty Solar sail – sluneční plachta je vesmírné plavidlo s velkým a lehkým zrcadlem unášené pohybem způsobeným tlakem světla odraženého od zrcadla namísto raket. Solární plachta pracuje na principu že světlo má moment. Když světlo zasáhne objekt (dopadající světlo), Přenese svůj moment na tento objekt. Když je světlo odraženo, je zde druhá momentová výměna s objektem. Celková síla působící na objekt je součet vektorů sil dopadajícího a odraženého světla.

Nanovlákenná pavučina Technical University of Liberec, Czech Republic Nanovlákenná pavučina SEM

Technical University of Liberec, Czech Republic Zajímavé informace Červená krvinka Pyl Lidský vlas Leukocyt http://www.espintechnologies.com Nano-rozměr odpovídá měření často na molekulární úrovni, nanometer je miliardtina metru nebo trojnásobek průměru atomu křemíku. Nanovlákno je tak malé a lehké, že jen o trochu větší množství než jeden gram by opásalo Zemi v rovníku.

Technical University of Liberec, Czech Republic Použitá literatura: WO 0127365 US 2002/0175449 A1 US 2002/084178 A1 Koslow, E.: Air and Water Filters From Low- Cost Nanofibers. Nonwovens World, August, September 2003, pp.59-65 PV 2003-2421 Graham, K. all.: Polymeric Nanofibers in Air Filtration Applications. Fifteenth Annual Technical Conference & Expo of the American Filtration & Separations Society, Galveston, Texas, April 9-12, 2002 Pich, J.: Teorie filtrace aerosolů vláknitými a membránovými filtry. Ph.D thesis. ČSAV, Institute of Physical Chemistry, Prague 1964 Zheng-Ming Huang, Y. -Z. Zhang, M. Kotaki and S. Ramakrishna: A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites

Technical University of Liberec, Czech Republic Použitá literatura: http://pa-dev.wustl.edu/news-info/tips/page/normal/182.html http://content.aip.org/APPLAB/v83/i2/371_1.html http://www.distant-star.com/issue13/jan_2001_nanofibers.htm http://www.futurepundit.com/archives/000847.html http://www.hillsinc.net/submicron%20.shtml http://www.inframat.com/cat2.htm http://www.hk.co.kr/kt_tech/200111/t2001110716473645110.htm http://www.matsci.northwestern.edu/stupp/kln.html http://www.cheme.cornell.edu/peopleevents/faculty/joo/research.html http://web.mit.edu/newsoffice/nr/2000/biomaterial.html http://www.vu.msu.edu/preview/eng-ped/mtp_course/mtp_course.html http://www.nsti.org/procs/Nanotech2003v3/7/M33.03 http://nanotech-now.com/nano-this-nano-that.htm http://www.nanoapex.com/ http://nanobox.aif.ncsu.edu/~mike/nanofibers.org/mainframe.htm http://www.chm.colostate.edu/erf/research/nano.htm http://www.nanospin.com/aboutus.htm

Technical University of Liberec, Czech Republic Použitá literatura: http://www.nanospace.miraikan.jst.go.jp/English/Component/Nav.html http://www.wtec.org/loyola/nano/us_r_n_d/toc.htm http://www.globaltechnoscan.com/15thAug-21stAug02/better_materials.htm http://bric.postech.ac.kr/science/97now/01_11now/011126b.html http://www.psicorp.com/casestudies/case_electrospin.shtml http://www.foresight.org/Conferences/MNT9/Abstracts/Liu/index.html http://tandecresearch.utk.edu/electroarticle.htm http://nanobox.aif.ncsu.edu:100/~mike/nanofibers.org/nanofibers_old/index2.htm http://cuhwww.upr.clu.edu/~npinto/papers/raulncur2003paperinproceedings.pdf http://www.argonide.com/ceramic_fibers.html http://www.afrlhorizons.com/Briefs/Sept02/ML0204.html http://www.planetary.org/solarsail/index2.html http://www.ugcs.caltech.edu/~diedrich/solarsails/ http://cohesion.rice.edu/centersandinst/cnst/whatwedo.cfm?doc_id=2903 http://heavenly.mit.edu/~rutledge/spot_espin/sld004.htm http://www.jst.go.jp/erato/project/ank_P/ank_P.html http://www.homestead.com/nanotechind/academic.html

Děkuji za pozornost