Parametry ovlivňující proces elektrostatického zvlákňování ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY NEEDLELESS ELECTROSPINNING

Podmínky ovlivňující proces elektrostatického zvlákňování nanovláken Procesní podmínky -Uspořádání spinneru (např.menší průměr jehly = jemnější vlákna, Nanospider = více trysek = větší výkon) -Použité napětí -Vzdálenost od kolektoru -Okolní teplota -Vlhkost -Elektrické vlastnosti podpůrného nosného materiálu (např. antistatická úprava = rovnoměrnější vrstva) - Budeme se jim věnovat v následujících přednáškách

MODIFIKACE PROCESU ZMĚNA ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Niu, H., Lin, T.: Review Article: Fiber Generators in Needleless Electrospinning, Journal of Nanomaterials, Volume 2012, ID 725950 Lin, T., Wang, X.: Needleless Electrospinning of Nanofibers; Technology and Applications, CRC Press 2013

Parametry ovlivňující proces elektrostatického zvlákňování ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY NEEDLELESS ELECTROSPINNING Rotační

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Váleček rotující ve vaničce s polymerním roztokem (Nanospider TM)

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY INTENZITA SE ZVYŠUJE NA KRAJÍCH VÁLEČKU!!! COŽ MŮŽE V NĚKTERÝCH PŘÍPADECH VÉST K NEROVNOMĚRNÉMU ZVLÁKŇOVÁNÍ. Váleček rotující ve vaničce s polymerním roztokem (Nanospider TM)

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Spirála nebo kroužky ve vaničce s polymerním roztokem

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Rotující disk ve vaničce s polymerním roztokem

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Rotující koule ve vaničce s polymerním roztokem

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Dávkování roztoku (3), rotující váleček (4), zdroj vysokého napětí (7), kolektor (6), zásobník polymerního roztoku, pumpa (1,2) Dávkování polymerního roztoku na rotující váleček

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Polymerní roztok je dávkován ze strany na kovový kužel připojený na zdroj vysokého napětí. Rotující kužel

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Pohybující se řetízek s korálky ve vaničce s polymerním roztokem

Rotační ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY STRUNOVÝ VÁLEČEK a OHROCENÝ VÁLEČEK

Histogram průměrů vláken Ohrocený váleček Hladký váleček Strunový váleček

http://www.youtube.com/watch?v=9_7bevtse4e HLADKÝ A DRÁTĚNÝ VÁLEČEK - NANOSPIDER

Parametry ovlivňující proces elektrostatického zvlákňování ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY NEEDLELESS ELECTROSPINNING Stacionární

MODIFIKACE PROCESU ZMĚNA ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Niu, H., Lin, T.: Review Article: Fiber Generators in Needleless Electrospinning, Journal of Nanomaterials, Volume 2012, ID 725950 Lin, T., Wang, X.: Needleless Electrospinning of Nanofibers; Technology and Applications, CRC Press 2013

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování přes feromagnetickou kapalinu Vrstva feromagnetické kapaliny je překryta vrstvou polymerního roztoku. Jestliže je sepnuto magnetické pole a elektrické pole zároveň, feromagnetická kapalina začíná formovat stabilní vertikální hroty (píky), které rozruší rozhraní. Píky jsou vytahovány elektrickým polem a nastává elektrospinning.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování přes feromagnetickou kapalinu První popsané bezjehlové novodobé elektrostatické zvlákňování Magnetická kapalina (a) přelita polymerním roztokem (b), kolektor (c), elektroda vnořená do magnetické kapaliny (d), zdroj vysokého napětí (e), silný permanentní magnet nebo elektromagnet (f).

http://www.youtube.com/watch?v=ewgpw1 ts38u&feature=player_embedded http://electrospintech.com/images/txt-ridge_dispenser_electrospin.jpg

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování zpěněného roztoku Účinkem plynu vháněného do polymerního roztoku se vytváří na povrchu bubliny z jejichž stěn dochází ke zvlákňování.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování zpěněného roztoku www.isis-innovation.com

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování zpěněného roztoku http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0032386109008866 http://przyrbwn.icm.edu.pl/app/pdf/121/a121z1p79.pdf

http://www.ncsu.edu/grad/research/docs/higham-poster-2013.pdf

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Kuželovitá navíjená elektroda Kuželovitá drátěná navíjená elektroda rezeroár polymerního roztoku i generátor vláken. Je připojena na vysoké napětí. Zvlákňování směrem dolů. Kužely se tvoří nejen na drátech ale i v mezerách.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Kuželovitá navíjená elektroda http://www.google.com/patents/us20110311671

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z nakloněné desky Jako generátor vláken je použita destička s určitým sklonem, na kterou je kapán polymerní roztok. Destička je připojena na zdroj vysokého napětí a na jejím konci se tvoří vlákna.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z nakloněné desky

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z nakloněné desky http://electrospintech.com/images/txt-inverted-edge.png http://www.physics.ncsu.edu/clarke/papers/polymer%2051,%204928%20%282010%29.pdf

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z válečku - diskontinuální Podobné jako Nanospider jen diskontinuální. Sledoval se vliv poklesu tloušťky filmu na válečku s časem a vliv na průměr trysek (jets) jejich průměr klesal až na čtvrtinu z 1,2mm na 0,3mm.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z misky Hliníková (elektricky vodivá) miska je naplněna až po okraj polymerním roztokem. Je připojena na zdroj vysokého napětí a nanovlákna se generují převážně z okrajů misky.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z misky

Zvlákňování z misky

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování z misky Produkce vláken ustává, když hladina polymerního roztoku klesne pod okraje misky.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování ze štěrbiny 32 kv Lukas D., Sarkar A. & Pokorny P. (2008). Self-organization of jets in electrospinning from free liquid surface: A generalized approach. Journal of Applied Physics, Vol. 103, No.8, pp. 084309, ISSN 0021-8979 43 kv Se zvyšujícím se elektrickým napětím se snižuje vzdálenost mezi tryskami.

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování ze štěrbiny 32kV

Stacionární ZVLÁKŇOVACÍ ELEKTRODY Zvlákňování ze štěrbiny 42kV

Čím více zakřivený povrch zvlákňované kapaliny, tím ochotnější elektrostatické zvlákňování (nižští kritické napětí, vyšší intenzita náboje, ).

Pokročilé techniky elektrostatického zvlákňování orientace vláken

Řízení orientace vláken - pattering

Řízení orientace vláken vhodné kolektory Rotující válec Vibrující deska Ostrý disk Rámeček

Řízení orientace vláken Vidlice Bodový kolektor Síťový buben

Řízení orientace vláken - pattering Rotující válec 1 Kolektor jako ROTUJÍCÍ VÁLEC Nejjednodušší uspořádání. Vysoká rychlost otáčení tisíce otáček za minutu Stupeň uspořádání vláken není vysoký Orientace vláken v jednom směru znamená rovnost rychlosti ukládání vláken a rychlosti otáčení válce. Menší rychlost válce = náhodná orientace vláken; větší rychlost válce = vlákna mohou být přetrhávána.

http://www.cosmobio.co.jp/export_e/products/cell_tissue_cult ure/products_hks_20090105.asp?entry_id=1643 Řízení orientace vláken - pattering

Řízení orientace vláken - pattering Drátěný buben 2 Kolektor jako Drátěný buben Rychlost otáčení výrazně nižší cca 1ot/min

Řízení orientace vláken - pattering Ostrý disk 3 Rychlost otáčení v tisících otáček za minutu. http://www.mecc.co.jp/en/html/products/sd-series.html

Řízení orientace vláken - pattering Rámeček 4

Řízení orientace vláken - pattering Vidlice 5

Řízení orientace vláken - pattering Rastrovaný kolektor Např. tištěné spoje

Řízení orientace vláken - pattering Bodový kolektor 6 Vibrující deska 7