تولید نانوالیاف‌های سلولزی جاذب امواج الکترومغناطیس

پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب موفق به تولید منسوجات جاذب امواج الکترومغناطیس با خواص ضد باکتری، ضدحریق و مقاومت حرارتی بالا شدند.

پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب موفق به تولید منسوجات جاذب امواج الکترومغناطیس با خواص ضد باکتری، مقاومت حرارتی بالا و ضد حریق شدند. از ویژگی‌های اصلی این منسوج می‌توان به کاربرد آن در گستره وسیعی ‏از صنایع همچون نساجی، پزشکی و نظامی اشاره کرد‎.‎

نانولوله‌های کربنی دارای طول مستقیم و بار سطحی منفی هستند و به سبب فرم هندسی، نیروی واندروالسی و ‏هیدروفوبی بالا به شدت دچار تجمع می‌شوند. این امر بر روی خصوصیات و عملکرد نانولوله‌ها به شدت تا ثیرگذار است. به ‏همین علت استفاده از نانولوله همراه با پلیمرها با مشکلاتی همراه است. از این رو پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی با قرار ‏دادن نانولوله‌های کربنی بر یک بستر مناسب و پس از پایدارسازی و تثبیت موفق به حل این مشکل شدند‎.‎

آقای فربد علی محمدی با همکاری آقای علی شمعی (فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد در رشته شیمی نساجی) با ‏همکاری دکتر مازیار پروین زاده گشتی از دانشگاه برن سوییس (‏University of Bern‏)، با استفاده از یک روش ‏کاملا نوین موفق به تهیه الیاف سلولزی پوشش داده شده با نانولوله شدند‎.‎

علی محمدی در مصاحبه‌ای با بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گفت: «ابتدا در این طرح مشاهده گردید که ‏خصوصیات محیطی نانولوله‌های کربنی نیاز به تماس با محیط اطراف دارد و باید از حالت توده خارج گردد، از این رو الیاف ‏به سبب نسبت سطح به حجم بالا گزینه بسیار مناسبی است، از سوی دیگر مشاهده گردید که عموما در صنعت نساجی با ‏استفاده از یک نانو ماده یک عملکرد خاصی حاصل می‌گردد، به عنوان مثال پوشش دهی به‌وسیله‌ی نانوذرات نقره تنها ‏سبب ایجاد خصوصیت ضد باکتری می‌گردد، در صورتی که با استفاده از نانولوله‌های کربنی چندین عملکرد ویژه در یک ‏محصول حاصل می‌گردد، به همین جهت سعی در یافتن راهی مناسب برای پوشش دهی منسوج صورت گرفت، در ‏بررسی‌های به عمل آمده مشاهده گردید ساختار نانولوله‌های کربنی شباهت بسیار به ساختار رنگزاهای مستقیم در صنعت ‏نساجی دارد و نهایتا روش مشابه، روش رمق کشی، برای جذب و پوشش دهی نانولوله‌های کربنی به کار گرفته شد.»‏

filereader.php?p1=main_725ca2da4859e2028
تصویر حاصل از منسوج پوشش شده به‌وسیله‌ی نانولوله‌های کربنی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ‏

وی در ادامه به مراحل تولید این محصول جدید پرداخت: «در طی مراحل تجربی، سورفکتانت کاتیونی ‏از میان سایر سورفکتانت‌ها و پلیمرهای دیسپرس کننده، به سبب توانایی پایدار نمودن مناسب نانولوله‌ها و همچنین ‏ویژگی‌های مناسب برای بکارگیری در این فرآیند انتخاب گردید، سپس کالای سلولزی به حمامی با نسبت جرم به حجم ‏مشخصی اضافه گردیده و به تدریج به دمای جوش برده می‌شود، در دمای جوش به تدریج یک الکترولیت به حمام اضافه ‏می‌گردد، سلولز و نانولوله‌های کربنی دارای بار سطحی منفی‌هستند، الکترولیت بار منفی سلولز را خنثی نموده و نانولوله‌ها به ‏تدریج جذب می‌گردد، دمای جوش و محیط آبی نیز سبب تورم الیاف و باز شدن منافذ سلولز می‌گردد؛ از این رو این فرآیند ‏را تسهیل می‌نماید و سبب نفوذ نانولوله‌ها به منافذ پلیمر می‌شود، در نهایت کالای تهیه شده وارد حمام حاوی کربوکسیلک ‏اسید می‌شود، سپس در خلاء خشک شده و برای تشکیل پیوندهای عرضی میان زنجیره سلولزی پخت می‌گردد و در انتها ‏نانولوله‌های کربنی در میان زنجیره سلولزی محصور می‌شود».‏

به گفته محمدی یکی از نتایج این طرح تهیه منسوج آنتی باکتریال است. نانولوله‌ها برای توقف عملکرد باکتری‌ها نیاز به ‏تماس مستقیم با دیواره سلولی باکتری دارد. نتایج نشان می‌دهد که این محصول ۹۹٫۹۹% باکتری‌های گرم مثبت و گرم ‏منفی را از بین برده است. وی با ادامه سخنان خود به نتایج دیگر این طرح نیز اشاره کرد و افزود: «نتیجه دیگر ارائه‌ی ‏این منسوج، جذب امواج الکترومغناطیس است، این منسوج جاذب گستره وسیعی از امواج مادون قرمز و فرا بنفش بوده و ‏همچنین امواج الکترو مغناطیسی را در گستره‎ J-Band ‎  و‎ X-Band ‎به خوبی جذب می‌نماید، از سوی دیگر این ‏منسوج رسانا است که در صنعت نساجی به منسوجات هوشمند موسوم هستند، در روش‌های گذشته از پلیمرهای رسانا در ‏فرآیند پوشش‌دهی ویا الیاف فلزی برای تهیه منسوج رسانا بهره گرفته شده است که سبب مشکلات عدیده‌ای گردیده ‏است، از این رو می‌تواند در صنایع الکترونیک نیز به کار گرفته شود.»‎

بر اساس نتایج منتشر شده در مقالات این پژوهشگران می‌توان این نتیجه را نیز به نتایج فوق اضافه کرد که منسوج ‏تهیه شده دارای مقاومت حرارتی و ضد آتش قابل قبولی است و‎ LOI % ‎سلولز را از ۴٫۱۷% به ۸٫۲۳% افزایش داده ‏است. قابل ذکر است که سلولز به شدت شعله‌پذیر بوده و در دماهای بالا از مقاومت حرارتی بسیار پایینی برخوردار است‎.‎

طرح تهیه این محصول در داخل کشور ثبت گردیده و دارای تاییدیه از سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران ‏است. همچنین پتنت خارج کشور این طرح با حمایت ستاد نانو در‎ US-patent ‎نیز فایل گردیده است‎.‎

نتایج این تحقیقات منجر به دو مقاله شده است که یکی از آن‌ها به‌وسیله‌ی مجله‌های Progress in Organic Coatings‏ (جلد ۷۴، شماره ۳، جولای ۲۰۱۲) در صفحات ۴۷۰
الی ۴۷۸ منتشر شده ‏است و دومی نیز در مجله ‎ Journal of Coatings
Technology and Research ‎ به صورت دسترسی ‏اینترنتی قرار گرفته است که به
زودی به چاپ خواهد شد. همچنین طرح این تحقیقات نیز در‏US-patent ‎ به
شماره ‎ ‎US‏۲۰۱۱۰۱۷۱۴۱۳‏A‏۱‏‎ ‎ثبت و منتشر شده است.‎