محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در طرحی تحقیقاتی، روش جدیدی ارائه داده‌اند که بر اساس تصویربرداری و پردازش سه بعدی، قادر به تعیین پارامترهای تخلخل و اندازه‌ی منافذ موجود در نانوالیاف‌هاست. به کمک این روش می‌توان ساختار داخلی مواد الیافی را در سه بعد و بدون آسیب رساندن به آن تشخیص داد.
دانشگاه صنعتی امیرکبیر : تعیین ساختار داخلی نانوالیاف با روشی جدید
به منظور شناخت ساختار داخلی مواد پیشرفته در مقیاس‌های نانومتری، و همچنین ارزیابی پارامترهای ساختاری داخلی این مواد لازم است تا از روش‌های تصویربرداری پیشرفته به همراه به کارگیری مواد با ویژگی‌های خاص مانند نقاط کوانتومی (Quantum dots) استفاده نمود. در این طرح از این ایده برای بررسی ساختار تخلخلی و اندازه‌های منافذ داخلی لایه‌های نانوالیافی استفاده شد.
به گفته‌ی دکتر روح‌الله باقرزاده، تاکنون روش‌های گوناگونی همچون روش نوری، غربال کردن، عبور مایع و ایجاد حباب جهت ارزیابی میزان تخلخل و عامل‌های مربوط به آن به کار گرفته شده است. بدیهی است هر کدام از این روش‌ها دارای محدودیت‌های جدی برای استفاده در مواردی نظیر لایه‌های نانو الیافی هستند. به عنوان مثال روش نفوذ جیوه، قابلیت انداز‌گیری منافذ با ابعاد کم‌تر از ۳- ۴ نانومتر و همچنین منافذ با ابعاد بسیار بزرگ (با اندازه‌های بیش‌تر از صدها میکرون) را ندارد. محدودیت دیگر این روش در لزوم استفاده از فشارهای بالا در حین آزمایش است . این امر سبب تغییر شکل احتمالی منافذ لایه و یا در برخی از موارد متلاشی شدن نانو الیاف می‌گردد. لذا مقادیر بدست آمده از این روش‌ها برای اندازه‌ی منافذ بسیار متفاوت از مقادیر واقعی است.
وی در ادامه افزود: «روش ارائه شده در این طرح، روش تصویر برداری مقطع به مقطع میکروسکوپ کانونی لیزری و پردازش سه‌بعدی تصاویر است که کامل‌ترین روش به منظور بررسی ساختار داخلی لایه های نانوالیافی به شمار می‌رود.»
این روش، یک روش غیر مخرب بوده و نسبت به سایر روش‌های مذکور ارزیابی دقیق‌تر و نزدیک به واقعیت بهتری را ارائه می‌نماید. لذا در تمامی کاربردهایی که مواد با مقیاس کوچک و حساس در اختیار هستند قابل استفاده خواهد بود. به عنوان مثال می‌توان برآوردی از قابلیت رشد سلول در داربست کاشت سلولی و به صورت سه‌بعدی، قبل از کاشت بافت داشت. همچنین با استفاده از اندازه‌گیری منافذ داخلی لایه‌ها و شناسایی درصد منافذ سرتاسری و باز موجود در ساختار لایه، برآوردی دقیق از میزان راندمان فیلتراسیون آن لایه داشت.
این عضو هیأت علمی پژوهشکده مواد و فناوری‌های پیشرفته در نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، روند مطالعات صورت گرفته را اینگونه شرح داد: «برای این منظور ابتدا با توجه به ویژگی‌های جذب و واجذب نوری بی نظیر نقاط کوانتومی (با میانگین اندازه ذره ۷۲/۵ نانومتر و میزان پیک انتشار ۵۷۸ نانومتر)، الیاف کامپوزیتی حاوی این نانوذرات تولید شد. جهت تولید این نانوالیاف از فرایند الکتروریسی بهره گرفته شد. سپس با استفاده از روش تصویر برداری مقطع به مقطع میکروسکوپ کانونی لیزری تصاویر مقطع به مقطع از ساختار لایه‌های الیافی گرفته شد. در نهایت با استفاده از روش پردازش تصویر سه بعدی، تصاویر تک لایه‌ها ترکیب و پارامترهای مورد نظر محاسبه گردید
به گفته‌ی دکتر روح‌الله باقرزاده، تاکنون روش‌های گوناگونی همچون روش نوری، غربال کردن، عبور مایع و ایجاد حباب جهت ارزیابی میزان تخلخل و عامل‌های مربوط به آن به کار گرفته شده است. بدیهی است هر کدام از این روش‌ها دارای محدودیت‌های جدی برای استفاده در مواردی نظیر لایه‌های نانو الیافی هستند. به عنوان مثال روش نفوذ جیوه، قابلیت انداز‌گیری منافذ با ابعاد کم‌تر از ۳- ۴ نانومتر و همچنین منافذ با ابعاد بسیار بزرگ (با اندازه‌های بیش‌تر از صدها میکرون) را ندارد. محدودیت دیگر این روش در لزوم استفاده از فشارهای بالا در حین آزمایش است . این امر سبب تغییر شکل احتمالی منافذ لایه و یا در برخی از موارد متلاشی شدن نانو الیاف می‌گردد. لذا مقادیر بدست آمده از این روش‌ها برای اندازه‌ی منافذ بسیار متفاوت از مقادیر واقعی است.
وی در ادامه افزود: «روش ارائه شده در این طرح، روش تصویر برداری مقطع به مقطع میکروسکوپ کانونی لیزری و پردازش سه‌بعدی تصاویر است که کامل‌ترین روش به منظور بررسی ساختار داخلی لایه های نانوالیافی به شمار می‌رود.»
این روش، یک روش غیر مخرب بوده و نسبت به سایر روش‌های مذکور ارزیابی دقیق‌تر و نزدیک به واقعیت بهتری را ارائه می‌نماید. لذا در تمامی کاربردهایی که مواد با مقیاس کوچک و حساس در اختیار هستند قابل استفاده خواهد بود. به عنوان مثال می‌توان برآوردی از قابلیت رشد سلول در داربست کاشت سلولی و به صورت سه‌بعدی، قبل از کاشت بافت داشت. همچنین با استفاده از اندازه‌گیری منافذ داخلی لایه‌ها و شناسایی درصد منافذ سرتاسری و باز موجود در ساختار لایه، برآوردی دقیق از میزان راندمان فیلتراسیون آن لایه داشت.
این عضو هیأت علمی پژوهشکده مواد و فناوری‌های پیشرفته در نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، روند مطالعات صورت گرفته را اینگونه شرح داد: «برای این منظور ابتدا با توجه به ویژگی‌های جذب و واجذب نوری بی نظیر نقاط کوانتومی (با میانگین اندازه ذره ۷۲/۵ نانومتر و میزان پیک انتشار ۵۷۸ نانومتر)، الیاف کامپوزیتی حاوی این نانوذرات تولید شد. جهت تولید این نانوالیاف از فرایند الکتروریسی بهره گرفته شد. سپس با استفاده از روش تصویر برداری مقطع به مقطع میکروسکوپ کانونی لیزری تصاویر مقطع به مقطع از ساختار لایه‌های الیافی گرفته شد. در نهایت با استفاده از روش پردازش تصویر سه بعدی، تصاویر تک لایه‌ها ترکیب و پارامترهای مورد نظر محاسبه گردید
تصاویر سه بعدی بازسازی شده‌ی یک شبکه الیافی
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Journal of Industrial Textiles (جلد ۴۳، شماره ۴، سال ۲۰۱۲، صفحات ۴۹۶ تا ۵۱۰) به چاپ رسیده و حاصل همکاری دکتر روح‌الله باقرزاده، دکتر مسعود لطیفی، دکتر سعید شیخ زاده نجار، دکتر محمد امانی تهران- اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- و پروفسور لینگ‌شو کونگ (Lingxue Kong)- از دانشگاه دیکین (Deakin University) استرالیا– است.
