Nejnovější video
  • Spustit video
Anketa

Nanovlákna – Materiál 3. tisíciletí

Historie nanotechnologie a český Nanospider
První pokusy o výrobu nanovlákna byly realizovány v letech 1934 až 1944. Společnost Formalas v tu dobu publikovala řadu patentů popisujících experimentální instalaci pro výrobu polymerových vláken při použití elektrostatické síly. V roce 1952 již byla schopna vyrobit proud vysoce elektrifikovaných uniformních kapiček o průměru 0,1 mm. Další krok byl učiněn v roce 1966, kdy byl patentován přístroj na výrobu ultratenkých a ultralehkých nanovlákenných tkanin s různými vzorky při použití elektrického zvlákňování. V roce 1971 se poprvé elektrozvlákňovala akrylická vlákna s průměrem v rozmezí 0,05 – 1,1 mikronů. Zvlákňovaná kapka se uvolňovala z kapilárové trubky z nerezové oceli a její stálá velikost byla udržována úpravou rychlosti přiváděcí infúzní pumpy. Kapilárová trubka byla spojena s elektrodou o vysokém napětí, zatímco vlákna byla zachycována na uzemněné kovové cloně. Základem pro skutečný rozvoj nanotechnologie se stal v roce 1980 snímací tunelový mikroskop, který byl schopný zhotovovat snímky jednotlivých atomů na povrchu materiálu, v osmdesátých letech pak přišly na trh také první výrobky z nanovláken. 
 
Vývoj nanotechnologie je ale i po 30 letech stále ještě v počátečním stádiu. Použití textilních nanovláken bude v mnoha oborech znamenat obrovský pokrok, ovšem až se podaří vyřešit některé technické problémy při jejich výrobě. Dnes nejpoužívanější způsob výroby je elektrostatické zvlákňování. Kapilára se vytvoří z kapky polymeru procházejícího tryskou do elektrického pole s napětím až 50 kV. Hotová nanovlákna s průměrem pod 500 nm se neuspořádaně ukládají na kolektor, který se pohybuje po povrchu elektrody. Nevýhoda této metody spočívá v nízké produktivitě (za hodinu se vyrobí jen 0,1-1 gram vláken). Při výrobě se také nedá ovlivňovat stejnoměrnost tloušťky vlákna.

Zařízení Nanospider, sestrojen na základě unikátní technologie vyvinuté na textilní fakultě Technické univerzity v Liberci pracuje s výkonem 1-5 g vláken za minutu a je tak přizbůsoben k výrobě v průmyslovém měřítku. Základním prvkem stroje jsou dvě elektrody, mezi nimiž existuje elektrostatické pole. Spodní elektroda má tvar válce, který je ponořen do roztoku polymeru. Válec se otáčí a vynáší tenkou vrstvu roztoku do elektrostatického pole, které z roztoku vytáhne dlouhá vlákna až ke druhé elektrodě. Zde vlákna narazí na podkladovou textilii, na které jsou vynášena ven ze stroje. Je to tedy velice jednoduchý princip – za všechno mohou elektrostatické síly, které z polymeru vydlouží vlákno na podklad. Klíčové jsou vlastnosti polymerů, řada parametrů jako jejich vodivost nebo viskozita musí být nastavena tak, aby proces výroby nanovláken fungoval.V roce 2005 začala liberecká firma Elmarco úspěšně s výrobou a prodejem těchto zařízení.

Nanovlákna: zdrojem energie a uzdravení  
V současné době se nanotechnologie sestává ze čtyř hlavních oblastí: mikroskopů pracujících s rozlišitelností v nanometrech, nanoelektroniky (nahrazující stávající elektronické obvody), molekulární nanotechnologie (vycházející z poznatků mechaniky a chemie k produkci molekulárních „strojů“, dnes např. vývoj nanomotorků či různých manipulátorů) a nanomateriálů (nanovlákna). Právě využívání struktury a vlastností nanočástic v materiálech je převratnou a moderní technologií, využitelnou ve veliké škále oborů a odvětví lidské činnosti. Jako textilie se dosud nanovlákna zpracovávají jen ve formě netkaných textilií, tedy tvorbou vrstvy z náhodně uložených vláken. Mezi hlavní klady nanovlákna ale patří to, že má tisícinásobně větší povrchovou plochu než např. mikrovlákno, vysokou porezitu a vynikající tuhost a houževnatost. Po vyřešení výrobně technických problémů bude možné použít nanovlákna v mnoha oborech. Mimo podstatného zlepšení u kompozitů, filtrů nebo součástí ochranných oděvů, kde mohou nahradit dosavadní látky, se počítá na příklad s výrobou tzv. solárních plachet (k pohonu vesmírných plavidel) a v biomedicíně s mnoha „náhradními díly“ pro lidské orgány. Z dosavadních sériových výrobků jsou známy vysoce účinné filtry a v menším měřítku kompozity a membrány. V roce 2005 se předpokládal nárůst světové produkce nanovláken do roku 2010 na více než 10 milionů tun, z toho 3,2 miliony na průmyslové použití a 2,4 miliony na zdravotní a hygienické účely. Znamenalo by to více než 20% podílu na celkové roční výrobě umělých vláken. Údaje o skutečné produkci nejsou veřejně známé ani z minulých let ani ze současnosti, přesto je patrné, že náš čekají ještě velké „nano-věci“.

KV - Ilustrační foto:gtresearchnews.gatech.edu

Přihlášení