محققان دانشگاه دولتی کارولینای شمالی با کمک یک فناوری در صنعت نساجی، روش نانو‌ساخت جدیدی را برای ساخت غشاهای نانولوله کربنی بسیار باکیفیت توسعه داده‌اند. در این روش ضخامت و توپولوژی غشا قابل کنترل است و برای بسیاری از کاربردهای عملی، هزینه ساخت پایین است.
ترکیب فناوری‌نانو و نساجی برای ساخت نانو‌غشا
محققان دانشگاه دولتی
کارولینای شمالی با کمک یک فناوری در صنعت نساجی، روش نانو‌ساخت جدیدی را برای ساخت
غشاهای نانولوله کربنی بسیار باکیفیت توسعه داده‌اند. در این روش ضخامت و
توپولوژی غشا قابل کنترل است و برای بسیاری از کاربردهای عملی، هزینه ساخت پایین
است.
دکتر زیانگ وو زانگ از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و یکی از این محققان، می‌گوید:«این
روشِ در هم بافتن با کمک آب(Hydroentangling) محصول هم‌گرایی دو زمینه کاملاً
متفاوت؛ یعنی فناوری‌نانو و فناوری نساجی مدرن است و می‌تواند در زمینه غشاهای
نانولوله کربنی انقلابی ایجاد کند. این غشاهای نانولوله کربنی در هم بافته‌شده
با کمک آب، خواص الکتریکی و مکانیکی به مراتب بهتری نسبت به کاغذهای
باکی(Buckypaper) نانولوله کربنی ساخته‌شده از فیلتراسیون دارند.»
زانگ توضیح می‌دهد که روش در هم بافتن با کمک آب، به تزریق هیدرولیکی با سوزن نیز
معروف است. این روش برای ساخت یک غشا یا پارچه غیر بافتی یکنواخت و مستحکم، با
الیافی که پیوند مکانیکی دارند؛ فرایندی نسبتاً جدید، ساده، سریع، کم‌هزینه و
سازگار با محیط زیست محسوب می‌شود.
زانگ پدیده در هم بافتن با کمک آب را برای آرایش نانولوله‌های کربنی منفرد به‌صورت
غشاهای نانولوله کربنی مستحکم، چند عملکردی و رسانا، استفاده کرده‌است. او می‌گوید:«این
غشاهای نانولوله کربنی همه خواص چند عملکردی نانولوله‌های کربنی منفرد را حفظ کرده‌اند،
بنابراین کاربردهای بالقوه بسیار زیادی از قبیل نمایشگرهای انتشار میدانی، پایه‌های
کاتالیستی، الکترونیک زیست‌پزشکی، پیل‌های سوختی، ذخیره هیدروژن، حسگرها، پیل‌های
خورشیدی و باطری‌ها، دارند.
زانگ توضیح می‌دهد که برخلاف دیگر فرایندهای مرسوم نساجی که با الیاف منفرد سرکار
دارند، فرایند در هم بافتن با کمک آب از دسته‌های الیاف بافته‌نشده برای تولید
پارچه‌ها یا غشاهای مستحکم استفاده می‌کند؛ بنابراین روشی عالی برای آرایش نانولوله‌های
کربنی‌ای است که برای دستکاری تکی خیلی کوچک هستند.
زانگ و همکارانش برای تهیه غشاهای نانولوله کربنی با این فرایند یک دستگاه
آزمایشگاهی ساختند و متناسب با ضخامت غشا، نانولوله‌های کربنی را بین پنج ثانیه و
دو دقیقه با کمک آب در هم بافتند. غشاهای حاصله قطری برابر ۲۵ میلی‌متر داشتند.
غشاهای نانولوله کربنی با اندازه بزرگ‌تر نیز می‌توانند با استفاده از فرایند
پیوسته یا یک دستگاه آزمایشگاهی بزرگ‌تر ساخته شوند.
زانگ توضیح می‌دهد که استحکام کششی این غشاها با ضخامت ۱۰۰ میکرومتر، برابر با ۵۱
مگاپاسکال است که سه برابر استحکام کششی کاغذهای باکی نانولوله کربنی ساخته‌شده
از فیلتراسیون است. او اضافه می‌کند:«با نفوذ پلیمرها به داخل این نوع غشاها، ما می‌توانیم
کامپوزیت‌های پلیمری مبتنی بر نانولوله کربنی‌ای بسازیم که خواص مکانیکی بهتری
دارند؛ مثلاً نفوذ پلی‌اتیلن اکساید(PEO) به داخل این غشاها می‌تواند استحکام کششی
را تا ۳۷ درصد افزایش دهد.
نتایج این تحقیق در مجله Advanced Materials منتشر شده‌است.
