Nanotubes of carbon and other materials
are arguably the most fascinating
materials playing an important
role in nanotechnology today.
Their unique mechanical, electronic,
and other properties are expected to result
in revolutionary new materials and
devices. However, these nanomaterials,
produced mostly by synthetic bottomup
methods, are discontinuous objects,
and this leads to difficulties with their
alignment, assembly, and processing
into applications. Partly because of
this, and despite considerable effort, a
viable carbon nanotube–reinforced supernanocomposite
is yet to be demonstrated.
Advanced continuous fibers
produced a revolution in the field of
structural materials and composites in
the last few decades as a result of their
high strength, stiffness, and continuity,
which, in turn, meant processing and
alignment that were economically feasible.
Fiber mechanical properties are
known to substantially improve with a
decrease in the fiber diameter. Hence,
there is a considerable interest in the
development of advanced continuous
fibers with nanoscale diameters. However,
conventional mechanical fiber
spinning techniques cannot produce fibers
with diameters smaller than about
2 μm robustly. Most commercial fibers
are several times that diameter, owing
to the trade-offs between the technological
and economic factors.
Electrospinning technology enables
production of continuous polymer
nanofibers from polymer solutions or
melts in high electric fields. When the
electric force on induced charges on
the polymer liquid overcomes surface
tension, a thin polymer jet is ejected.
The charged jet is elongated and accelerated
by the electric field, undergoes
a variety of instabilities, dries, and is
deposited on a substrate as a random
nanofiber mat. The first patent on the
process was awarded in 1934; however,
outside of the filter industry,
there was little interest in the electrospinning
or electrospun nanofibers, until
the mid-1990s (1). Since that time,
the process attracted rapidly growing
interest triggered by potential applications
of nanofibers in the nanotechnology.
The publication rate has nearly
doubled annually, reaching about 200
articles in 2003. Over a hundred synthetic
and natural polymers were electrospun
into fibers with diameters
ranging from a few nanometers to micrometers
(see the figure, panel A).
The main advantage of this topdown
nanomanufacturing process is
its relatively low cost compared to that
of most bottom-up methods. The resulting
nanofiber samples are often
uniform and do not require expensive
purification (panels B and C). Unlike
submicrometer-diameter whiskers, inorganic
nanorods, carbon nanotubes,
and nanowires, the electrospun nanofibers
are continuous. As a result, this
process has unique potential for costeffective
electromechanical control of
fiber placement and integrated manufacturing
of two- and three-dimensional
nanofiber assemblies. In addition,
the nanofiber continuity may
alleviate, at least in part, concerns
about the properties of small particles
(2). Nanofibers are expected to possess
high axial strength combined with
extreme flexibility. The nanofiber assemblies
may feature very high open
porosity coupled with remarkable specific
surface area. Yet, these assemblies
would possess excellent structural mechanical
properties. Uses of nanofibers
in composites, protective clothing, catalysis,
electronics, biomedicine (including
tissue engineering, implants,
membranes, and drug delivery), filtration,
agriculture, and other areas are
presently being developed. Clearly,
there is a growing interest in the process,
but the results reported to date
are centered mostly on the empirical
production and the proposed uses of
polymer nanofibers. At the same time,
thorough understanding of the mechanisms
of jet formation and motion is
needed for the development of robust
methods of process control. Analysis of
the electrospinning process is complicated
by electromechanical coupling,
nonlinear rheology, and unusual jet instabilities.
Some progress was recently
made on modeling of jet initiation (3,
4). Steady-state spinning was modeled
in the nonlinear rheologic regime important
for polymer jets (5, 6). Experimental
observations and modeling of
bending (or whipping) instability (7,
8) produced a major breakthrough in
process analysis. It substantially improved
our understanding of the jet
motion and removed an early controversy
in the electrospinning studies
over the interpretation of long–exposure
time images of the instability
process zone (1, 7, 8). It has been suggested
(7, 8) that bending instabilities
constitute a major mechanism responsible
for the rapid jet thinning in this
process. These instabilities are also responsible
for the resulting random
nanofiber orientation.
More recently, three major breakthroughs
were made that are expected
to have lasting impact on the
quality and scope of the applications.
First, several methods of nanofiber
alignment were developed that can be
roughly classified into methods “directing”
(9–12) or suppressing (13, 14)
jet bending instabilities. The methods
need to be further improved because
most produce only partial alignment,
but the results show promise. Align-
ท่อนาโนคาร์บอนและวัสดุอื่น ๆที่มีเนื้อหาที่น่าสนใจที่สุดวัสดุการเล่นที่มีความสำคัญในบทบาทนาโนเทคโนโลยีในวันนี้. ของพวกเขาที่ไม่ซ้ำกันกลอิเล็กทรอนิกส์และคุณสมบัติอื่น ๆ ที่คาดว่าจะส่งผลให้ในวัสดุใหม่ปฏิวัติและอุปกรณ์ แต่วัสดุนาโนเหล่านี้ผลิตโดยส่วนใหญ่ bottomup สังเคราะห์วิธีการเป็นวัตถุที่ไม่ต่อเนื่อง, และนี้นำไปสู่ความยากลำบากของพวกเขาด้วยการจัดตำแหน่งการชุมนุมและการประมวลผลในการใช้งาน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะนี้และแม้จะมีความพยายามอย่างมากเป็นคาร์บอนที่ทำงานได้supernanocomposite นาโนเสริมก็ยังไม่ได้แสดงให้เห็นถึง. เส้นใยต่อเนื่องขั้นสูงผลิตการปฏิวัติในด้านของวัสดุโครงสร้างและคอมโพสิตในไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาเป็นผลมาจากพวกเขามีความแข็งแรงสูงความมั่นคงและต่อเนื่องซึ่งในที่สุดก็หมายถึงการประมวลผลและการจัดตำแหน่งที่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ. ไฟเบอร์สมบัติเชิงกลที่จะรู้จักกันในการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญกับการลดลงของขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเส้นใย จึงมีความสนใจมากในการพัฒนาอย่างต่อเนื่องขั้นสูงเส้นใยที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางระดับนาโน แต่ใยกลไกทั่วไปเทคนิคการปั่นไม่สามารถผลิตเส้นใยที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดเล็กกว่าประมาณ2 ไมโครเมตรทนทาน ส่วนใหญ่เส้นใยในเชิงพาณิชย์มีหลายครั้งที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเนื่องจากการค้าแข่งขันระหว่างเทคโนโลยีปัจจัยและเศรษฐกิจ. อิเลคเทคโนโลยีช่วยให้การผลิตของพอลิเมออย่างต่อเนื่องnanofibers ลิเมอร์จากการแก้ปัญหาหรือละลายในสนามไฟฟ้าสูง เมื่อแรงไฟฟ้าในข้อหาเหนี่ยวนำให้เกิดในพอลิเมอของเหลวเอาชนะพื้นผิวตึงเครียดเจ็ทลีเมอร์บางๆ จะออกมา. เจ็ทเรียกเก็บจะยาวและเร่งโดยสนามไฟฟ้าที่ได้รับความหลากหลายของความไม่เสถียรแห้งและถูกวางลงบนพื้นผิวที่เป็นหนึ่งสุ่มเสื่อเส้นใยนาโน สิทธิบัตรครั้งแรกในขั้นตอนการได้รับรางวัลในปี 1934; แต่ด้านนอกของอุตสาหกรรมกรองมีความสนใจเล็กๆ น้อย ๆ ในไฟฟ้าสถิตหรืออิnanofibers จนกระทั่งกลางปี1990 (1) ตั้งแต่เวลานั้นกระบวนการดึงดูดเติบโตอย่างรวดเร็วที่น่าสนใจที่เกิดจากการใช้งานที่มีศักยภาพของnanofibers ในนาโนเทคโนโลยี. อัตราสิ่งพิมพ์ได้เกือบสองเท่าเป็นประจำทุกปีถึงประมาณ 200 บทความในปี 2003 กว่าร้อยสังเคราะห์โพลิเมอร์และธรรมชาติอิเป็นเส้นใยที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรเพื่อไมโครเมตร(ดูรูปที่แผง A). ประโยชน์หลักของ topdown นี้กระบวนการนาโนเป็นค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับที่มากที่สุดวิธีการด้านล่างขึ้น ส่งผลให้กลุ่มตัวอย่างเส้นใยนาโนมักจะเหมือนกันและไม่จำเป็นต้องมีราคาแพงทำให้บริสุทธิ์(แผง B และ C) ซึ่งแตกต่างจากเครา submicrometer เส้นผ่าศูนย์กลางอนินทรีแท่งนาโน, ท่อนาโนคาร์บอน, และ nanowires, nanofibers อิมีอย่างต่อเนื่อง เป็นผลให้นี้กระบวนการมีศักยภาพที่ไม่ซ้ำกันสำหรับ costeffective ควบคุมไฟฟ้าของการจัดวางเส้นใยและการผลิตแบบบูรณาการของสองและสามมิติเส้นใยนาโนประกอบ นอกจากนี้ยังมีความต่อเนื่องเส้นใยนาโนอาจบรรเทาอย่างน้อยในส่วนความกังวลเกี่ยวกับคุณสมบัติของอนุภาคขนาดเล็ก(2) nanofibers ที่คาดว่าจะมีความแข็งแรงตามแนวแกนสูงรวมกับความยืดหยุ่นมาก ประกอบเส้นใยนาโนอาจมีเปิดสูงมากพรุนควบคู่ไปกับการที่โดดเด่นเฉพาะพื้นที่ผิว แต่ส่วนประกอบเหล่านี้จะมีโครงสร้างที่ดีเยี่ยมกลคุณสมบัติ การใช้ประโยชน์จากเส้นใยนาโนในคอมโพสิตและชุดป้องกัน, การเร่งปฏิกิริยา, อิเล็กทรอนิกส์ biomedicine (รวมถึงวิศวกรรมเนื้อเยื่อ, การปลูกถ่ายเยื่อและการส่งมอบยาเสพติด) กรองการเกษตรและพื้นที่อื่นๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบันได้รับการพัฒนา เห็นได้ชัดว่ามีความสนใจที่เพิ่มขึ้นในกระบวนการแต่ผลที่ได้ไปรายงานตัววันที่จะอยู่ตรงกลางส่วนใหญ่ในการทดลองการผลิตและการใช้เสนอของเส้นใยนาโนพอลิเมอ ในเวลาเดียวกัน, ความเข้าใจในกลไกของการก่อเจ็ทและการเคลื่อนไหวเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพวิธีการในการควบคุมกระบวนการผลิต การวิเคราะห์กระบวนการไฟฟ้าสถิตมีความซับซ้อนโดยการมีเพศสัมพันธ์ไฟฟ้าไหลไม่เชิงเส้นและไม่เสถียรเจ็ทที่ผิดปกติ. ความคืบหน้าบางคนเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับการทำในการสร้างแบบจำลองของการเริ่มต้นเจ็ท(3, 4) ปั่นมั่นคงของรัฐที่เป็นแบบอย่างในระบอบการปกครองที่ไม่เป็นเชิงเส้น rheologic สำคัญสำหรับเครื่องบินไอพ่นลิเมอร์(5, 6) การทดลองการสังเกตและการสร้างแบบจำลองของการดัด(หรือวิปปิ้ง) ความไม่แน่นอน (7, 8) ผลิตเป็นก้าวสำคัญในการวิเคราะห์กระบวนการ มันปรับปรุงอย่างมากความเข้าใจของเราเจ็ทการเคลื่อนไหวและลบออกขัดแย้งต้นในการศึกษาไฟฟ้าสถิตมากกว่าการตีความของระยะการเปิดรับภาพเวลาของความไม่แน่นอนโซนกระบวนการ(1, 7, 8) มันได้รับการแนะนำ(7, 8) ที่ไม่เสถียรดัดเป็นกลไกที่สำคัญมีความรับผิดชอบสำหรับการทำให้ผอมบางเจ็ทอย่างรวดเร็วในกระบวนการ ไม่เสถียรเหล่านี้ยังมีความรับผิดชอบสำหรับการสุ่มส่งผลให้การวางแนวทางเส้นใยนาโน. เมื่อเร็ว ๆ นี้สามนวัตกรรมใหม่ที่สำคัญได้ทำที่คาดว่าจะมีผลกระทบที่ยั่งยืนในคุณภาพและขอบเขตของการใช้งาน. ครั้งแรกหลายวิธีของเส้นใยนาโนจัดตำแหน่งที่ได้รับการพัฒนาที่สามารถจัดประมาณเป็นวิธีการ "ผู้กำกับ" (9-12) หรือปราบปราม (13, 14) ไม่เสถียรดัดเจ็ท วิธีการจะต้องมีการปรับปรุงให้ดีขึ้นต่อไปเพราะส่วนใหญ่ผลิตเพียงการจัดตำแหน่งบางส่วนแต่ผลที่ได้แสดงสัญญา Align-
การแปล กรุณารอสักครู่..
นาโนคาร์บอนและวัสดุอื่น ๆวัสดุที่น่าสนใจ
เป็น arguably มากที่สุดมีบทบาทสำคัญในนาโนเทคโนโลยีวันนี้
.
เฉพาะเครื่องจักรกล อิเล็กทรอนิกส์ และคุณสมบัติอื่น ๆที่คาดว่าจะส่งผลให้วัสดุใหม่ปฏิวัติและ
ในอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม nanomaterials เหล่านี้ , ที่ผลิตโดยส่วนใหญ่ bottomup
วิธีการสังเคราะห์ , วัตถุขาดตอน
,และนี้นำไปสู่ปัญหากับ
แนวประกอบและการประมวลผล
ลงในโปรแกรม ส่วนหนึ่งเป็นเพราะ
นี้ และแม้จะมีความพยายามมาก , ได้ท่อนาโนคาร์บอนและเสริม supernanocomposite
ยังต้องแสดงให้เห็นถึง เส้นใยต่อเนื่อง
ขั้นสูงผลิตการปฏิวัติในเขตของ
วัสดุโครงสร้างและคอมโพสิตในช่วง 2-3 ทศวรรษที่ผ่านมา เป็นผลมาจากความแข็งแกร่งของพวกเขาสูง
,ตึง และความต่อเนื่อง
ซึ่ง จะหมายถึงการประมวลผลและ
ตำแหน่งที่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ สมบัติเชิงกลของเส้นใยเป็นที่รู้จักอย่างมาก
กับ
ปรับปรุงลดลงในขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเส้นใย . ดังนั้น
มีความสนใจเป็นอย่างมากในการพัฒนาของเส้นใยต่อเนื่อง
ขั้นสูง ด้วยนาโนสเกลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง อย่างไรก็ตาม ทางไฟเบอร์
ปกติเทคนิคปั่นไม่สามารถผลิตเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าเรื่อง
2 M μทนทาน . มากที่สุดเส้นใยในเชิงพาณิชย์
มีหลายครั้งที่เส้นผ่าศูนย์กลางเนื่องจาก
การ trade-offs ระหว่างเทคโนโลยี
และปัจจัยทางเศรษฐกิจ เทคโนโลยีการผลิตเส้นใยนาโนโพลิเมอร์ให้
ต่อเนื่องจากโพลิเมอร์เหลวหรือละลายในสนามไฟฟ้าสูง เมื่อ
บังคับไฟฟ้าเหนี่ยวนำประจุบน
โพลิเมอร์เหลวเอาชนะแรงตึงผิว
, เจ็ทบางโพลิเมอร์ออก .
และคิดค่าเครื่องบินยาวเร่งโดยสนามไฟฟ้าทนี้
ความหลากหลายของความไม่มั่นคง แห้งและ
ฝากบนพื้นผิวเป็นแบบสุ่ม
นาโนไฟเบอร์เสื่อ สิทธิบัตรแรกบน
กระบวนการได้รับรางวัลในปี 1934 ; อย่างไรก็ตาม ,
นอกอุตสาหกรรมกรองมีความสนใจน้อยในเส้นใยเส้นใยนาโน
หรือ จนกระทั่งช่วง ( 1 ) ตั้งแต่เวลานั้น
กระบวนการเติบโตอย่างรวดเร็วดึงดูดความสนใจโดยการกระตุ้นศักยภาพ
ของเส้นใยในนาโนเทคโนโลยี ซึ่งได้ตีพิมพ์
เป็นสองเท่าเกือบปีถึงประมาณ 200
บทความในปี 2003 ร้อยกว่าสังเคราะห์พอลิเมอร์ธรรมชาติคือการ
และเป็นเส้นใยที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง
ตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรเพื่อไมโครมิเตอร์
( ดูรูปแผง ) .
ประโยชน์หลักของกระบวนการของ nanomanufacturing topdown
ค่อนข้างต่ำต้นทุนเมื่อเทียบกับ
วิธีจากล่างขึ้นบน มากที่สุด ผลตัวอย่างมัก
นาโนไฟเบอร์สม่ำเสมอและไม่ต้องฟอก แพง
( แผง B และ C ) ซึ่งแตกต่างจาก submicrometer เส้นผ่าศูนย์กลางอนินทรีย์
หนวดnanorods ท่อนาโนคาร์บอน
, , และเส้นใยนาโน , นาโน
เป็นอย่างต่อเนื่อง ผลคือ กระบวนการนี้มีศักยภาพที่ไม่ซ้ำกันสำหรับการควบคุมไฟฟ้า
การจัดวางของทุนที่มีประสิทธิภาพและการผลิตเส้นใยแบบสองและสามมิติ
นาโนไฟเบอร์ประกอบ นอกจากนี้
นาโนไฟเบอร์ความต่อเนื่องอาจบรรเทา , อย่างน้อยในส่วนหนึ่งกังวล
เกี่ยวกับคุณสมบัติของอนุภาคขนาดเล็ก( 2 ) เส้นใยที่คาดว่าจะมีความแข็งแรงรวมกับ
สูงตามแนวแกนมีความยืดหยุ่นมาก นาโนไฟเบอร์แอสเซมบลีที่อาจคุณลักษณะสูงมาก
เปิดรูพรุนควบคู่ไปกับพื้นที่ผิวจำเพาะ
น่าจับตา แต่ส่วนประกอบเหล่านี้จะมีโครงสร้างทางกลที่ดี
คุณสมบัติ การใช้เส้นใยในคอมโพสิต
อิเล็กทรอนิกส์ , เสื้อผ้า , การเร่งปฏิกิริยาโดยป้องกัน ( รวมทั้ง
Biomedicineวิศวกรรมเนื้อเยื่อ implants
เมมเบรนและการขนส่งยา ) , การกรอง ,
การเกษตร และพื้นที่อื่น ๆ
ในปัจจุบันมีการพัฒนา ชัดเจน ,
มีความสนใจเพิ่มขึ้นในกระบวนการ ,
แต่ผลลัพธ์รายงานวันที่
เป็นศูนย์กลางส่วนใหญ่ในการผลิตและการใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์ที่เสนอ
พอลิเมอร์เส้นใย . ใน เวลาเดียวกัน ความเข้าใจในกลไก
การก่อตัวของเจ็ทและเคลื่อนไหว
ที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาวิธีการที่แข็งแกร่ง
ของกระบวนการควบคุม การวิเคราะห์กระบวนการซับซ้อน
เส้นใยโดย electromechanical coupling
รีโอโลยีเชิงเส้น และความไม่มั่นคงเจ็ทผิดปกติ
มีความคืบหน้าล่าสุดในการสร้างแบบจำลอง
เจ็ท ( 3
4 ) สถานะคงตัวปั่นเป็นแบบจำลองในระบอบการปกครองแบบ rheologic
ที่สำคัญชนิดเครื่องบิน ( 5 , 6 ) การสังเกตการทดลองและแบบจำลองของ
ดัด ( หรือตี ) เสถียรภาพ ( 7
8 ) ผลิตที่ก้าวหน้าที่สำคัญในการวิเคราะห์
กระบวนการ มันช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราของเจ็ท
เคลื่อนไหวและลบออกก่อนการโต้เถียงในการศึกษา
เส้นใยมากกว่าการตีความยาว–เปิดรับภาพจาก
เวลากระบวนการโซน ( 1 , 7 , 8 )จะได้รับการชี้ให้เห็น
( 7 , 8 ) ซึ่งเป็นกลไกที่สำคัญดัดไม่มั่นคง
สำหรับอย่างรวดเร็วเจ็ทการรับผิดชอบในกระบวนการนี้
ความไม่แน่นอนเหล่านี้ยังรับผิดชอบ
นาโนไฟเบอร์สำหรับผลสุ่มสำรวจ
เมื่อเร็วๆ นี้ สามสาขานวัตกรรม
า ที่คาดว่าจะมีผลกระทบที่ยั่งยืน
คุณภาพและขอบเขตของการประยุกต์ใช้
ครั้งแรกหลายวิธีของนาโนไฟเบอร์
แนวได้รับการพัฒนาที่สามารถแบ่งประมาณเป็นวิธี " า
"
( 9 – 12 ) หรือสะกด ( 13 , 14 )
เจ็ทดัดไม่มั่นคง . วิธีการ
ต้องปรับปรุงเพิ่มเติม เพราะส่วนใหญ่ผลิตบางส่วนเท่านั้น
แต่ผลลัพธ์ที่จัด แสดงสัญญา จัด -
การแปล กรุณารอสักครู่..