Electrospinning für fortschrittliches Nanofasermaterial
Beim Electrospinning handelt es sich um ein Verfahren, bei dem über einen elektrisch geladenen Jet einer Polymerlösung oder Polymerschmelze Nanofasern hergestellt werden. Obwohl für das Electrospinning eine einfache und ökonomische Anordnung erforderlich ist, handelt es sich um einen komplizierten Prozess, der von zahlreichen molekularen und Verarbeitungsparametern abhängt. Im Rahmen des Projekts NANOFIB (Nano fibrous materials - Structure, design and application), nutzten Wissenschaftler fortschrittliche Techniken zur Abbildung und Analysierung von Strom- und Massetransferphänomenen, die im Mikro- und Nanomaßstab auftreten. Die Forscher brachten diese Phänomene daraufhin mit Fasereigenschaften und der chemischen Zusammenhang der Polymerlösung in Zusammenhang. Das Team legte einen starken Fokus auf die Beleuchtung von Instabilitätsmechanismen, die den Jet-Durchmesser von Mikrometer auf Nanometer verringern und Krümmungen oder Dehnungen verursachen. Die Projektwissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass es ein sensibles Gleichgewicht zwischen Polymerlösungsparametern wie unter anderem der Oberflächenspannung, der viskoelastischen Reaktion, der Ladungsrelaxationszeit und den Grenzflächeneigenschaften der flüssigen Nanofilamente gibt, welches die Stabilität aufrechterhält. Des Weiteren wurde die kürzeste gemessene Zeit für die Relaxation von Polymerketten zurück in deren Gleichgewichtskonformationen verzeichnet. Die Theorieforschung und experimentellen Aktivitäten führten zu einer Reihe von Durchbrüchen. Insbesondere über das Electrospinning von Hydrogel erstellten Wissenschaftler Nanofasern in Längenskalen, die diese für eine Verwendung im Bereich der Gewebeherstellung eignet. Ferner stellten Wissenschaftler elektrogesponnene Nanoröhren mit metallischen Beschichtungen her, die in reaktiven Lösungen einen seitlichen Selbstantrieb aufweisen. Es wurde zudem gezeigt, dass die Nanofaserausrichtung zu günstigen superhydrophoben Membranen für eine effektive Trennung von Öl und Wasser führen kann. Elektrogesponnene Fasern im Nanomaßstab können im Vergleich zu makroskaligen Materialien zu unterschiedlichen Wechselwirkungsweisen mit anderen Materialien führen. Hierdurch können innovative technologische Produkte verwirklicht werden. Die Forschung und Durchbrüche, die im Rahmen von NANOFIB erzielt wurden, führten zu schnellen technischen Fortschritten.
Schlüsselbegriffe
Electrospinning, Nanofaser, Gewebeherstellung, Polymerlösung, NANOFIB
