Нано-ткани - Nanofabrics

Нано-ткани это текстиль, состоящий из мелких частиц, которые придают обычным материалам полезные свойства, такие как супергидрофобность (экстремальная водонепроницаемость, см. также "Эффект лотоса "),[1] устранение запаха и влаги,[2] повышенная эластичность и прочность,[3] и бактериальная устойчивость.[4] В зависимости от желаемого свойства наноткань изготавливается из наноскопический волокна под названием нановолокна, или формируется путем применения решение содержащий наночастицы к обычной ткани. Исследование нанотканей - это междисциплинарная работа, включающая: биоинженерия,[5] молекулярная химия, физика, электротехника, Информатика, и системная инженерия.[3] Применение нанотканей может произвести революцию текстильное производство [6] и области лекарство Такие как доставки лекарств и тканевая инженерия.[7]

Электронно-микроскопическое изображение хлопковых волокон, покрытых наночастицами золота (слева) и палладия (справа). Наночастицы составляют лишь очертания волокон на этих двух изображениях.[8]

Наномасштаб

Волокно шириной менее 1000 нанометры (1000 нм или 1 мкм) обычно определяется как нановолокно.[9] А наночастица определяется как небольшая группа атомы или же молекулы с радиус менее 100 нанометры (100 нм).[10] Частицы на наноразмер иметь очень высокий площадь поверхности к объем соотношение, тогда как это соотношение намного ниже для объектов на макроскопический шкала. Высокий родственник площадь поверхности означает, что большая часть массы частицы находится на ее поверхности, поэтому нановолокна и наночастицы показать больший уровень взаимодействия с другими материалами. Высота площадь поверхности к объем соотношение Наблюдаемые в очень мелких частицах - это то, что позволяет создавать многие особые свойства, присущие нанотканям.[11]

Производство

Использование наночастицы и нановолокна производство специализированных нанотканей стало предметом интереса после золь-гель[12] и электроспиннинг[13] методы были полностью разработаны в 1980-х годах.[14] С 2000 года резкое увеличение глобального финансирования ускорило исследовательские работы в нанотехнологии, в том числе исследования нанотканей.[15]

Золь-гель

В золь-гель процесс используется для создания гелеобразного решения который можно наносить на текстиль в качестве жидкой отделки для создания нанотканей с новыми свойствами.[16] Процесс начинается с растворения наночастицы в жидкости растворитель (часто алкоголь ). Один раз растворенный, несколько химические реакции происходят, что вызывает наночастицы для роста и создания сети по всей жидкости.[17] Сеть преобразует решение в коллоид (а приостановка твердых частиц в жидкости) с гелеобразной консистенцией. Наконец, коллоид должен пройти процесс сушки, чтобы удалить излишки растворитель из смеси, прежде чем ее можно будет использовать для обработки тканей.[18] В золь-гель процесс используется аналогичным образом для создания полимер нановолокна, которые представляют собой длинные ультратонкие цепочки белки связаны вместе.

Электропрядение

Электропрядение выдержки нановолокна из полимер решения (синтезировано золь-гель процесс) и собирает их, чтобы сформировать нетканые наноткани.[19] Сильный электрическое поле применяется к решение зарядить полимер пряди. В решение помещается в шприц и направляется на противоположно заряженную пластину коллектора. Когда сила притяжения между полимер нановолокна и пластина коллектора превышает поверхностное натяжение из решение, то нановолокна освобождены от решение и нанесите на пластину коллектора. Осажденные волокна образуют пористую наноткань, которая может способствовать доставке лекарств и тканевая инженерия в зависимости от типа полимер использовал.[20]

Приложения

Текстильное производство

Когда нанотехнологические покрытия наносятся на ткани, наночастицы легко сформировать облигации с волокнами материала. Высота площадь поверхности относительно объем частиц увеличивает их химическая активность, позволяя им более прочно прикрепляться к материалам. Ткани, обработанные наночастица покрытия во время производства производят материалы, которые убивают бактерии, устраняют влагу и запах, а также предотвращают статичное электричество. Полимер нановолокно покрытия, нанесенные на текстиль связь к материалу на одном конце полимер, образуя поверхность крошечных, похожих на волосы структур.[16] В полимер «Волосы» создают тонкий слой, который предотвращает контакт жидкостей с тканью. Нано-ткани с грязеотталкивающими, пятностойкими и супергидрофобный свойства возможны в результате слоя, образованного полимер нановолокна.[6]

Разработка нанотканей для использования в швейной и текстильной промышленности все еще находится на начальной стадии. Некоторые области применения, такие как одежда, устойчивая к бактериям, еще не практичны с экономической точки зрения. Например, Корнелл Университет студенческий прототип бактерицидной куртки стоил только 10000 долларов,[4] так что может пройти много времени, прежде чем одежда из нанотканей появится на рынке.

Доставки лекарств

Наноткани, используемые в лекарство может доставить антибиотики, противоопухолевые препараты, белки, и ДНК в точных количествах. Электропрядение создает пористые наноткани, которые могут быть загружены желаемым лекарством, которые затем наносятся на ткань целевой области. Препарат проходит через ткани распространение, процесс, в котором вещества движутся через мембрана от высокого до низкого концентрация. Скорость введения лекарства можно изменить, изменив состав наноткани.[21]

Тканевая инженерия

Нетканые материалы производства электроспиннинг обладают потенциалом способствовать росту тканей органа, кость, нейроны, сухожилия, и связки. Полимер наноткани могут действовать как строительные леса для поддержки поврежденной ткани или как синтетический заменитель реальной ткани. В зависимости от назначения наноткань может быть натуральной или синтетической. полимеры или их комбинацию.[20]

Последствия для окружающей среды

В качестве нанотехнологии прогресс, было проведено множество исследований, чтобы определить влияние материалов, созданных на основе нанотехнологий, на среда.[22] Наиболее текстиль могут потерять до 20% своих масса в течение их жизни, поэтому наночастицы используемые в производстве нанотканей, рискуют попасть в воздух и водные пути.[23]

Нано-серебро ожидается, что 49,5% мирового производства будет приходиться на промышленность нанотекстиля из-за антибактериальный характеристики. Прогнозируется, что 20% нано-серебра, используемого в промышленности нанотканей, будет попадать в водные пути, что может нанести вред микроорганизмам. Однако более 90% наносеребра удаляется во время очистки на очистных сооружениях, поэтому воздействие на окружающую среду, вероятно, будет минимальным.[24] Исследование оксида алюминия наночастицы показали, что вдыхание вызывает воспаление в легких крысы.[25] Оксид алюминия наночастицы не используются в больших количествах, поэтому его опасность для здоровья незначительна. Другие исследования, проведенные для наночастицы предполагают, что их воздействие на окружающую среду должно быть низким, поскольку промышленность нанотекстиля продолжает расти.

Рекомендации

  1. ^ Эванс, Джон. «Нанотехнологическая ткань для одежды» никогда не промокает'". Новый ученый.
  2. ^ «Маленькие частицы показывают большие перспективы в борьбе с неприятными запахами». Американское химическое общество.
  3. ^ а б «Применение нанотехнологий в текстиле». Джаярам и Ко.
  4. ^ а б Стовер, Рассвет. «Новые мощные наноткани отталкивают микробы». CNN. Получено 25 октября 2012.
  5. ^ «Биоинженеры из Гарвардского института Вайса успешно копируют природные принципы дизайна для создания индивидуальных нано-тканей». Институт Висс. Отсутствует или пусто | url = (помощь)
  6. ^ а б Юфингер, Карин; Исбель Де Шрайвер (23 сентября 2009 г.). «Включение нанотехнологий в текстильные приложения». Азонано.
  7. ^ Ши, Джинджун; Александр Р. Вотруба, Омид К. Фарохзад и Роберт Лангер (август 2010 г.). «Нанотехнологии в доставке лекарств и тканевой инженерии: от открытий до приложений». Нано буквы. 10 (9): 3223–3230. Дои:10.1021 / nl102184c. ЧВК  2935937. PMID  20726522.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ Хуан, Хинестроза. «Лаборатория текстильных нанотехнологий». Исследовательская группа Hinestroza. Лаборатория текстильных нанотехнологий Корнельского университета.
  9. ^ "Что такое нановолокна?". ООО «СНС Нанофайбер Технологии». Архивировано из оригинал на 02.02.2013.
  10. ^ Чарльз П. Пул-младший; Фрэнк Дж. Оуэнс (2003). Введение в нанотехнологии. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. ISBN  9780471079354.
  11. ^ Харкират (июнь 2010 г.). «Приготовление и характеристика наножидкостей и некоторые исследования в биологических применениях». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  12. ^ Brinker, C.J .; G.W. Шерер (1990). Физика и химия золь-гель обработки. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-134970-7.
  13. ^ Doshi, J .; Д. Х. Ренекер (1995). «Процесс электропрядения и применение электропряденых волокон». Журнал электростатики. 35 (2–3): 151–160. Дои:10.1016/0304-3886(95)00041-8.
  14. ^ Klein, L.C .; G.J. Гарви (1980). «Кинетика золь-гель перехода». Журнал некристаллических твердых тел. 38: 45–50. Дои:10.1016/0022-3093(80)90392-0.
  15. ^ «Глобальное финансирование нанотехнологий и его влияние» (PDF). Cientifica. Июль 2011 г.
  16. ^ а б Снайдерман, Дебби. «Использование жидких покрытий для создания нанотканей». КАК Я.
  17. ^ Пхалиппу, Жан (май 2000 г.). «Золь-гель: низкотемпературный процесс для материалов нового тысячелетия».
  18. ^ Райт, J.D .; N.A.J.M. Sommerdijk. Золь-гель материалы: химия и применение.
  19. ^ «Электроспиннинг создает ультратонкие волокна для многих областей применения». CSIRO. Январь 2009. Архивировано с оригинал на 2012-10-21.
  20. ^ а б Силл, Трэвис Дж .; Хорст А. фон Рекум (2008). «Электроспиннинг: применение в доставке лекарств и тканевой инженерии». Биоматериалы. 29 (13): 1989–2006. Дои:10.1016 / j.biomaterials.2008.01.011. PMID  18281090.
  21. ^ Сима Агарвал; Иоахим Х. Вендорф; Андреас Грайнер (декабрь 2008 г.). «Использование техники электропрядения в биомедицинских целях». Полимер. 49 (26): 5603–5621. Дои:10.1016 / j.polymer.2008.09.014.
  22. ^ Клаудиа Сом; Питер Уик; Харальд Круг; Бернд Новак (2011). «Воздействие наноматериалов в нанотекстиле и фасадных покрытиях на окружающую среду и здоровье». Environment International. 37 (6): 1131–1142. Дои:10.1016 / j.envint.2011.02.013.
  23. ^ «Нанотехнологический текстиль». Декабрь 2010 г.
  24. ^ К. Тиде; А.Б.А. Boxall; X.M. Ванга; Д. Гор; Д. Тиде; М. Бакстер; и другие. (2010). Применение гидродинамической хроматографии-ICP-MS для исследования судьбы наночастиц серебра в активном иле.
  25. ^ С. Лу; Р. Даффин; C. Польша; П. Дейли; Ф. Мерфи; Э. Дрост; и другие. (2009). Эффективность простых краткосрочных анализов in vitro для прогнозирования способности наночастиц оксида металла вызывать воспаление легких.

внешняя ссылка