نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا  – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

استفاده از نانوتکنولوژی در منسوجات دارای عملکرد بالا

چکیده

این مقاله به نسبت به خلاصه سازی تحقیقات اخیر در زمینه نانوتکنولوژی در نساجی، شامل مراحل شکل‌گیری و عملیات تکمیل منسوجات اقدام می‌کند. جزئیات مرتبط به دو جنبه اصلی و فنی این مقاله که شامل استفاده از مقوله‌های نانو سایز و بکارگیری روشهای خاص برای تولید ساختار نانو سایز یا در مقیاس نانو در داخل الیاف منسوجات می‌باشد، به روشنی بیان شده است. تعدادی از پرکن‌های نانو سایز و عملکرد آنها معرفی شده‌اند. مخصوصا روش تولید نانو لایه‌، بعنوان مفهوم جدید پوشش دهنده‌ سطح منسوجات، مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها، به چند نمونه از چشم‌اندازهای آینده توسعه نانو تکنولوژی در زمینه منسوجات هوشمند اشاره می‌کنیم.

کلمات کلیدی: نانو تکنولوژی، پرکننده‌های نانو سایز، ساختار نانوسایز ، نانو ذرات، ساختار سلولی

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

مقدمه

نانو تکنولوژی بعنوان یک تکنولوژی مرتبط با رشته‌های مختلف علمی مطرح می‌باشد که با سرعت زیاد در مقوله‌های گوناگون در طی دهه اخیر توسعه یافته است و شامل علوم مواد، مکانیک، الکترونیک، علم نورشناسی، پزشکی، پلاستیک‌ها، انرژی و فضا خواهد بود. حتی این مبحث از لحاظ یک مفهوم اجتماعی، بعنوان یک پدیده بزرگ علمی و انقلاب صنعتی دوم مطرح شده است.

کلمه نانو در اصطلاح نانو تکنولوژی از یک کلمه یونانی (nanos) که مفهوم کوتاه و مختصر دارد گرفته شده و دانشمندان از این پیشوند برای نشان دادن مقدار ^۹-۱۰ یا یک بیلیونیوم استفاه می‌کنند. یک نانومتر یک بیلیونیوم متر می‌باشد که معادل ۰۰۰/۱۰۰ مرتبه کوچک‌تر از قطر موی انسان است. در این رشته علمی سعی بر آن است که ساختار اتمها، مولکولها و ذراتی که به اندازه نانو هستند با روشهای دقیق و کنترل شده برای ساخت مواد جدید و ویژگیهای بدیع مورد استفاده قرار گیرند. نقطه عطف ذرات نانو تکنولوژی «ترکیب اتمی»  می‌باشد که برای اولین بار در سال ۱۹۵۹ توسط فیزیکدانی به نام ریچارد فینمن مطرح شد. نانوتکنولوژی بعنوان یک مبحث علمی «از پایین به بالا» خوانده می‌شود که از طریق آن مواد حجیم را می‌توان بدقت در ساختار مولکولی کوچک بوجود آورد، مبحثی که متفاوت از روال تولید سنتی «از بالا به پایین»  است. بنابراین، مواد منتج شده دارای عیوب کمتر و محاسن و کیفیت بیشتری خواهند بود.

…

صنایع نساجی نیز از گذشته تاکنون تحت تاثیر نانوتکنولوژی قرار داشته است. تحقیقات مرتبط با نانو تکنولوژی در زمینه فرآیندهای ارتقا یافته و یا ساخت عملیات بسیار بی‌سابقه در زمینه ویژگیهای مواد نساجی همراه با شکوفای‌های مرتبط را هم اکنون به نظاره نشسته‌ایم‌. این تحقیقات بطور عمده بر روی مواد نانو اندازه و بوجود آوردن نانوساختارها در طی روال تولید و تکمیل صنایع نساجی تمرکز دارد.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

کاربرد نانوتکنولوژی در تولید الیاف کامپوزیت

الیاف کامپوزیت نانو ساختار از گذشته تاکنون مورد بحث و بررسی بودند و این در حالی است که بسیاری از کاربردهای دیگر هنوز در حال پیشرفت می‌باشند. آن دسته از الیاف کامپوزیت از مواد پرکننده نانومتری نظیر سفال، خاک رس، اکسیدهای فلزی، کربن سیاه و یا نانو الیافی که از گرافیت (GNF) استفاده می‌کنند و یا الیاف نانو تیوپی کربنی، (CNT) بهره می‌جویند. علاوه بر این، الیاف کامپوزیت نانو ساختار را می‌توان در حین فرآیند شکل‌گیری- فوم، بغیر از روش استفاده از فیلرها یا پرکننده‌های نانواندازه، تهیه نمود.

وظیفه اصلی پرکننده‌ها یا فیلرهای نانواندازه افزایش استحکام مکانیکی و اصلاح خواص فیزیکی مثل هدایت و رفتار ضد الکتریسته ساکن می‌باشد. بواسطه سطح مقطع بزرگ آنها، این مواد نوع نانوفیلر دارای تعامل بهتری با ماتریسهای پلیمری می‌باشند. با توجه بدانکه این فیلرها در محدوده نانو می‌‌باشند، آنها با حرکت زنجیره‌های پلیمری تعامل داشته و از این طریق قابلیت جابجایی زنجیره را کاهش می‌د‌‌هد. نانوذراتی که بصورت یکنواخت در ماتریس‌های پلیمری توزیع شده‌اند، می‌توانند تنش را از ماتریسهاس پلیمری رانده و باعث ارتقای فدرت کششی الیاف کامپوزیت شوند. …

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

نانو فایبرهای کربنی و نانو ذرات کربنی

الیاف نانو کربنی و نانو ذرات کربن سیاه از جمله پر کاربردترین مواد فیلر یا پرکننده هستند. این الیاف بطور موثر بواسطه نسبت بالای آنها، افزایش استحکام انبساطی الیاف کامپوزیت در فراهم خواهند ساخت، در حالیکه نانو ذرات سیاه کربن باعث اصلاح و بهبود مقاومت خوردگی و استحکام خواهند شد. هر دوی آنها مقاومت شیمیایی بالا و هدایت الکتریکی خوبی دارند. چندین مورد روش تشکیل- پلیمر بعنوان ماتریسها، شامل پلی‌‌استر، نایلون و پلی‌اتیلن با وزن فیلرها از ۵% تا ۲۰%، مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

نانو ذرات خاک رس

این ذرات نانومتری یا پوسته‌ای ساخته شده از چندین نوع آلومینو سیلیکانهای آبدار می‌باشند. هر نوع از آن از لحاظ ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی متفاوت می‌باشند. نانو ذرات خاک رس دارای خواص مقاومت شیمیایی، گرمایی و الکتریکی هستند و می‌توانند نور UV یا ماورای بنفش را بلوکه دهند. بنابراین الیاف ترکیبی که بوسیله ذرات نانوی رسی تقویت شده‌اند، قابلیت ضد آتش، ضد پرتوی UV و ضد خوردگی را دارند. برای مثال ذرات نانوی مونتموریلونیت یکی از پر کاربردترین نوع خاک رس می‌باشند، که بعنوان بلوکه کننده نور UV در الیاف ترکیبی نایلون استفاده می‌شوند. خواص مکانیکی با وزن جرمی خاک رس تنها ۵%، ارائه دهنده ۴۰% استحکام انبساطی بیشتر، ۶۸% ضریب کششی بیشتر، ۶۰% استحکام خمشی بیشتر و ۱۲۶% ضریب خمشی بیشتر می‌باشند.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

نانو ذرات اکسید فلزی

ذرات با اندازه‌های نانو TiO₂, Al₂O3, ZnO و MgO  گروهی از اکسیدهای فلزی هستند که قابلیت فوتوکاتالیزور، هدایت الکتریکی، جذب اشعه ماورای بنفش (UV) و قابلیت اکسید کنندگی نوری در برابر نمونه‌های شیمیایی و بیولوژیکی را دارا می‌باشند. تحقیقات گسترده‌ای در رابطه با نانو ذرات اکسید فلز با تمرکز روی قابلیتهای ضد میکروبی، رفع آلودگی خودکار، و تابع بلوکه کننده UV برای محصولات تولیدی با کاربرد محافظت نظامی و یا محصولات بهداشتی شهروندان ارائه شده است. الیاف نایلون که با نانو ذرات ZnO پر شده‌اند می‌توانند عمکرد پوششی مناسبی را در برابر UV ارائه داده و الکتریسیته ساکن این الیاف را نیز کاهش می‌دهند. نوعی الیاف ترکیبی با نانو ذرات MgO / TiO2 می‌تواند خاصیت استریل- اتوماتیک (ضد عفونی) داشته باشد.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

نانو تیوپهای کربنی

نانو تیوپهای کربنی (CNT) یکی از جالب‌ترین ساختارهای موجود می‌باشند. استحکام بالاتر در کنار رسانایی الکتریکی بالاتر آنها قابل مقایسه با نانو الیاف کربنی نمی‌باشند. نانو تیوپهای کربنی یا CNTها شامل پوسته‌های ظریف گرافیتی بصورت پیچیده شده بر روی استوانه‌ها می‌باشد. با توجه به استحکام انبساطی صد برابر بیشتر از فولاد با وزن یک ششم، هدایت گرمایی آن بهتر از همه البته بغیر از خالص‌ترین الماس می‌باشد و رسانایی الکتریکی آن شبیه به مس می‌باشد،‌ ولی قابلیت انتقال جریان بسیار بالاتری را دارا می‌باشد.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

ساختارهای فومی نانو سلولی

استفاده از پرکنها یا فیلرهای دارای اندازه نانو بعنوان یکی از معروفترین روشهای تولید الیاف کامپوزیت نانو ساختار بشمار می‌آید. روشهای دیگر، تولید ساختار سلولی نانو اندازه در ماتریسهای پلیمری می‌باشد.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

استفاده از نانو تکنولوژی در رویه تکمیل منسوجات

تاثیر نانوتکنولوژی در حوزه تکمیل منسوجات باعث بروز نوآوریهای زیادی در زمینه نساجی تکنیکهای دیگر شده است. بر این اساس، تلاش ویژه‌ای در خصوص اعمال رویه‌های کنترلی در روال تکمیل انجام شده است. بطور ایده‌آل، مولکولهای گسسته یا نانوذرات در فرآیند تکمیل می‌توانند خصیصه‌های قابل توجهی را در مواد نساجی و مسیر و آرایش یافتگی ترمودینامیکی، الکترواستاتیک یا دیدگاههای فنی بوجود آورند.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

بهینه سازی مواد تکمیل شیمیایی جدید و توابع حاصله

نانو تکنولوژی نه تنها تاثیر خود را در تولید الیاف کامپوزیت جدید و چندکاربردی نشان داده است، بلکه در زمینه رویه تکمیل شیمیایی جدید نیز موثر بوده است. یکی از این مواد جدید مصنوعی مخلوطهای امولسیون از نانو ذرات است که در فرآیند تکمیل منسوجات بکار می‌رود و عملکردهای دقیق و کاملی را سبب می‌شود. فرآیند تکمیل را می‌توان با  نانو میسلها، به شکل نانو سولز  یا پوشش نانوکپسوله بصورت امولسیون یا تعلیق در آورد تا آنکه به زیرلایه منسوج بصورت متناسبی بچسبد. در این روش تکمیل پیشرفته، سطح کاملا قابل قبولی از فرآیند تکمیلی چون مقاوم‌ سازی در برابر تنش، آبدوست کردن، ضد الکتریسیته ساکن کردن، افزایش مقاومت در برابر چروک شدگی قابل اجرا خواهد بود.

نانو ذرات در فرآیند تکمیل

نانو ذرات مانند اکسیدهای فلزی و سرامیکها نیز در تکمیل نساجی به منظور تغییر خواص سطوح و عملکرد منسوجات استفاده می‌شوند. نانو ذرات سطح مساحت بزرگتری داشته و بنابراین کارآیی بیشتر از حالت معمولی ذرات دارند. علاوه بر این دارای خاصیت شفافیت و بدون تیرگی بوده و ویژگی روشنایی را به منسوج می‌دهد. در عین حال جلوگیری از انباشته شدن این مواد راه حل رسیدن به عملکرد مناسب است.

نانو لایه‌های خود تشکیل دهنده

پوشش نانولایه خود تشکیل شده (SAN) در مقایسه با پوشش‌های قدیمی بعنوان یک چالش مطرح می‌باشد. تحقیقات جدید در این زمینه هنوز در مرحله اولیه است. در این روش مولکولهای شیمیایی هدف از یک لایه که ضخامت آن کمتر از یک نانومتر است بر روی سطوح منسوجات قرار می‌گیرند. لایه‌های اضافی می‌توانند بر روی لایه‌های اولیه ترکیبی ایجاد شوند. خواص مختلف SAN با ویژگیهای جدید قابل بحث می‌باشد.

نانوتکنولوژی منسوجات عملکرد بالا

برنامه‌های آینده

توسعه نانو تکنولوژی در صنایع نساجی بر روی دو موضوع تمرکز دارد. ۱) بهینه‌سازی سیستمهای موجود و قابلیتهای عملکردی مواد نساجی ۲) گسترش تولید پارچه‌های هوشمند با قابلیتهای باور نکردنی. کاربرد مورد دوم از نکته نظر قابلیتهای مصارف خانگی و تکنولوژی پیشرفته بسیار ضروری‌تر بنظر می‌رسد. بر این مبنا، توابع جدیدی که در ارتباط با منسوجات توسعه خواهند نمود عبارتند از: ۱) البسه دارای سلولهای خورشیدی پوشیدنی با امکان ذخیره ‌سازی انرژی ۲) سنسورهای دقیق و سپس جمع‌آوری اطلاعات مربوطه و انتقال آنها ۳) سیستمهای چندگانه و قدرتمند حفاظتی و تشخیص‌گر            ۴) مراقبتهای بهداشتی و شفای زخمها ۵) فرآیندهای خود تنظیفی و توابع تعمیری.

بدون شک، نانو تکنولوژی افق گسترده‌ای را در زمینه آینده منسوجات فرا روی ما قرار می‌دهد. بر این اساس، تخمین زده می‌شود که سهم بازاری نانوتکنولوژی در حدود صدها بیلیون دلار محصولات جدید در طول یک دهه می‌باشد. منسوجات نیز سهم عمده‌ای از این بازار را بخود اختصاص می‌دهند. ما انتظار داریم در این موج تکنولوژی جدید و غیرقابل مقاومت، شاهد افقهای جدیدی از مواد و محصولات  نساجی باشیم.