الکتروریسی، ریسیدن مستقیم نانوالیاف از محلول های پلیمری با تکیه بر نیروهای الکتروستاتیکی است. در این پژوهش، ابتدا دستگاه الکتروریسی طراحی و ساخته شد. سپس، با اعمال تغییراتی در روش استفاده از صفحات فلزی فاصله دار نانو الیاف تک محوری موازی شده پلی آکریلونیتریل در محلول های 10، 12.5 و 15 درصد وزنی در دی متیل فرمامید، در شرایط بهینه تولید و ریسیده شدند. در این روش بر خلاف شیوه متداول جمع آوری نانو الیاف که به وسیله جمع کننده ای ایستا انجام میگیرد، اجازه استراحت کامل به زنجیرهای مولکولی داده نشد. در نتیجه آرایش مولکولی اولیه نانو الیاف که در حین الکتروریسی بدست آمده بود، حفظ شد. ساختار دسته این الیاف به وسیله میکروسکوپ های نوری و الکترون پویشی بررسی و وجود آرایش یافتگی و ضریب شکست مضاعف به کمک میکروسکوپ نور قطبیده تایید شده است.

الکتروریسی،ریسیدن مستقیم نانوالیاف از محلولها و مذاب پلیمری براساس نیروهای الکتروستاتیک است. این پژوهش، تلاش برای یافتن عوامل افزاینده مقدار تولید نانو الیاف بدون تغییر در قطر آنهاست. به منظور بررسی مقدار تولید، عوامل موثر بر ولتاژ بحرانی در فرایند الکتروریسی با توجه به معا دله تیلور،مورد توجه قرارگرفت برای الکتروریسی نا نوالیاف، ازمحلول 15 درصد وزنی پلی آکریلونیتریل دردی متیل فرمامید استفاده شد.افزایش ولتاژ از 10 به 20 kV باعث افزایش تولید نا نوالیاف به مقدار 600 درصد شد. میانگین قطری نانو الیاف بتدریج از 385 به nm 315 کاهش یافت. اما، توزیع قطری نا نوالیاف با افزایش ولتاژ عریض تر شد. در طول ثابت سوزن سرنگ معادل cm 2.5، با کاهش قطر سوزن سرنگ از 0.9 به mm 0.5، ولتاژ بحرانی از 7.9 به kV 6.3 کاهش و مقدار تولید نانو الیاف 70 درصد افزایش یافت. در قطر ثابت سوزن سرنگ برابر mm 0.7، با افزایش طول سوزن سرنگ از 1 به cm 3.5، ولتاژ بحرانی از 9.5 به kV 6.5 کاهش و مقدار تولید نانو الیاف 42 درصد افزایش یافت. نتایج نشان می دهد با تغییر درطول و قطر سوزن سرنگ، تغییر معنی داری در میانگین و توزیع قطری نانو الیاف مشاهده نشد. برای بررسی معنی دار بودن مقایسه نتایج، از روش تحلیل واریانس با استفاده از نرم افزار SPSS در سطح اطمینان 0.05= α استفاده شد برای تعیین قطرنا نوالیاف الکتروریسی شده میکروسکوپ الکترون پویشی بکار گرفته شد.

هدف اصلی این پژوهش، ارایه روشی جدید برای تولید لایه های حجیم تشکیل شده از نانوالیاف است. در این روش اثر برخی از عوامل الکتروریسی از قبیل سرعت برداشت، ولتاژ اعمالی و غلظت محلول پلیمری بر چگالی لایه و هم چنین ارزیابی خواص فشاری لایه تولید شده در شرایط بهینه الکتروریسی بررسی شد. با افزایش غلظت محلول پلیمر، چگالی لایه کاهش یافت و افزایش ولتاژ و سرعت برداشت سبب افزایش چگالی لایه شد. در این پژوهش، سبک ترین لایه با چگالی 0.000374215g/cm3 و 99.98 درصد تخلخل از محلول پلیمری با غلظت 15 درصد و سرعت برداشت 4.24m/min در ولتاژ 8kV به دست آمد.

در سال های اخیر، الکتروریسی به عنوان فنی ساده و موثر برای تولید الیاف پلیمری بسیار ظریف و ممتد با قطری در حدود چند صد نانومتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، با توجه به مزایا و خواص زیستی مطلوب زیست پلیمر طبیعی آلژینات و مزیت های مضاعف نانولیف تولید شده از آن، امکان الکتروریسی این زیست پلیمر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که نه تنها محلول سدیم آلژینات در آب، از راه فن الکتروریسی قابل ریسیدن نیست، بلکه اضافه کردن افزودنی های مناسب نظیر مواد فعال سطحی و حلال های آلی به محلول سدیم آلژینات نیز اثر قابل توجهی بر افزایش قابلیت الکتروریسی محلول پلیمری ندارد. استفاده از نمک چهارتایی آمونیوم آلژینات یا آلژینیک اسید به جای سدیم آلژینات نیز در افزایش انحلال پذیری پلیمر در حلال های آلی و بهبود قابلیت الکتروریسی آن موثر نبود، اما، با افزودن غلظت های مختلف پلیمر مصنوعی پلی اتیلن اکسید (PEO) به محلول آبی سدیم آلژینات، الکتروریسی مخلوط پلیمری به طور موفقیت آمیز انجام شد. با کمک تصاویر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترون پویشی (SEM) ساختار و توزیع قطری الیاف الکتروریسی شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج طیف سنجی زیر قرمز، موید برهم کنش ضعیف بین پلیمری (نظیر پیوند هیدروژنی) مابین گروه های هیدروکسیل سدیم آلژینات و اکسیژن اتری در زنجیر پلیمری PEO بود. نتایج گرانروی سنجی محلول های پلیمری نیز حاکی از آن است که قابلیت الکتروریسی و شکل شناسی نانوالیاف، به شدت به گرانروی محلول و در نتیجه به نسبت سدیم آلژینات به PEO وابسته است.

هدف اصلی این پژوهش، بررسی زبری سطح لایه های حاصل از نانو الیاف پلی آکریلونیتریل (PAN) است. به این منظور، با تغییر غلظت محلول PAN از 11 به 15 درصد وزنی، لایه هایی از نانولایه PAN تهیه شد. سپس، با استفاده از روش آنتروپی (ENT) و میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) زبری سطح لایهها اندازه گیری و نتایج حاصل از دو روش مقایسه شد. برای ارزیابی زبری سطح با استفاده از روش AFM، مشخصه های زبری شامل بیشینه ارتفاع تصویر، متوسط ارتفاع ده نقطه، میانگین حسابی زبری و جذر میانگین مربعات زبری محاسبه و از مشخصه میانگین حسابی زبری به عنوان شاخص زبری سطح استفاده شد. با توجه به نتایج، مشاهده شد که افزایش غلظت محلول PAN از 11 به 15 درصد وزنی، منجر به افزایش قطر الیاف در نانولایه حاصل از 195 به 524nm شده است. همچنین، نتایج به دست آمده از اندازه گیری زبری سطح به هر دو روش AFM و ENT نشان دهنده افزایش زبری سطح لایه ها با افزایش قطر الیاف تشکیل دهنده آنهاست. در بررسی های آماری انجام شده ملاحظه شد که ضریب همبستگی بین نتایج زبری سطح حاصل از هر دو روش و قطر نانوالیاف بیش از 0.9 است. همچنین، مشاهده شد بین زبری سطح به دست آمده از دو روش از نظر آماری توافق خوبی وجود دارد.

این پژوهش، بر مبنی ایده جدیدی استوار است که از آن می توان برای تولید نانو الیاف موازی شده حول یک محور به شکل بسیار موثر و اسان بهره گرفت. در حقیقت روش متداول الکتروریسی برای تولید نانو الیاف پلیمری به منظور آرایش دادن به الیاف و موازی سازی آنها اصلاح شده است. رمز موفقیت این روش ایجاد جت چرخان با استفاده از استوانه فلزی توخالی است. در این روش، از ریسنده ای در مرکز استوانه ای فلزی توخالی برای ریسندگی استفاده شده است. در این حالت جت خارج شده از ریسنده شروع به چرخش می کند و نانو الیاف پلیمری روی دیواره داخلی استوانه جمع آوری می شود. مهم ترین مزیت این روش نسبت به سایر روش ها، تولید نانوالیاف موازی شده به طور پیوسته در محدوده ای گسترده تر است. در این روش، می توان نانوالیاف موازی شده را به طول های بلند در محدود چند ده متر نیز تولید کرد. این شیوه جمع آوری، محاسبه سرعت تولید نانو الیاف را برای اولین بار میسر کرده است. از این رو، مهم ترین عوامل اثرگذار بر سرعت الکتروریسی یعنی غلظت پلیمر، قطر استوانه و ولتاژ بررسی شده است. برای این منظور ولتاژ الکتروریسی از 6 تا kV 16 تغییر داده شد، قطر استوانه از 20 تا cm 50 افزایش داده شد و از محلول 15 تا 19 درصد وزنی پلی آکریلونیتریل استفاده شد.