Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нано- ткани - это текстиль, состоящий из мелких частиц, которые придают обычным материалам такие полезные свойства, как супергидрофобность (исключительная водостойкость, см. Также « Эффект лотоса »), [1] устранение запаха и влаги, [2] повышенная эластичность и прочность, [3] и наличие бактерий. сопротивление. [4] В зависимости от желаемых свойств, наноткань создается либо из наноскопических волокон, называемых нановолокнами , либо путем нанесения раствора, содержащего наночастицы, на обычную ткань. Исследования нанотканей - это междисциплинарная работа, включающая:биоинженерия , [5] молекулярная химия , физика , электротехника , информатика и системная инженерия . [3] Применение нанотканей может произвести революцию в текстильном производстве [6] и в таких областях медицины , как доставка 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]

Наноразмер [ править ]

Волокно, имеющее ширину менее 1000 нанометров (1000 нм или 1 мкм), обычно определяется как нановолокно . [9] наночастиц определяется как небольшая группа атомов или молекул с радиусом менее 100 нанометров (100 нм). [10] Частицы на наноуровне имеет очень высокую площадь поверхности к объему отношению , в то время как это соотношение значительно ниже объекты на макроскопическом масштабе. Высокая относительная площадь поверхностиозначает, что большая часть массы частицы находится на ее поверхности, поэтому нановолокна и наночастицы демонстрируют более высокий уровень взаимодействия с другими материалами. Высокая площадь поверхности к объему соотношение наблюдается в очень мелких частиц , что позволяет создавать множество специальных свойств , демонстрируемых nanofabrics. [11]

Производство [ править ]

Использование наночастиц и нановолокон для производства специализированных нанотканей стало предметом интереса после того, как в 1980-х годах были полностью разработаны методы золь-гель [12] и электроспиннинга [13] . [14] С 2000 года резкое увеличение глобального финансирования ускорило исследования в области нанотехнологий , включая исследования нанотканей. [15]

Золь-гель [ править ]

Золь-гель процесс используются для создания гелеобразного решения , которые могут быть применены к текстильной промышленности в качестве жидкого конца , чтобы создать nanofabrics с новыми свойствами. [16] Процесс начинается с растворения наночастиц в жидком растворителе (часто спирте ). После растворения происходит несколько химических реакций, которые заставляют наночастицы расти и создавать сеть по всей жидкости. [17] Сеть превращает раствор в коллоид ( суспензиютвердых частиц в жидкости) с гелеобразной консистенцией. Наконец, коллоид должен пройти процесс сушки, чтобы удалить излишки растворителя из смеси, прежде чем его можно будет использовать для обработки тканей. [18] золь-гель процесс используются таким же образом , чтобы сделать полимерное нановолокна , которые являются длинными, сверхтонкими цепями белков , соединенных вместе.

Электропрядение [ править ]

Электроформование извлекает нановолокна из растворов полимеров (синтезированных с помощью золь-гель- процесса) и собирает их для формирования нетканых нанотканей. [19] К раствору прикладывают сильное электрическое поле для зарядки полимерных нитей. Раствор помещают в шприц и направлен на противоположно заряженного пластины коллектора. Когда сила притяжения между полимерными нановолокон и коллекторной пластины превышает поверхностное натяжение в растворе , то нановолокон высвобождаются из раствора и осаждаются на пластине коллектора. Осажденные волокна образуют пористую наноткань, которая может способствовать доставке лекарств и тканевой инженерии в зависимости от типа используемого полимера . [20]

Приложения [ править ]

Текстильное производство [ править ]

Когда нанотехнологические покрытия наносятся на ткани, наночастицы легко образуют связи с волокнами материала. Большая площадь поверхности по сравнению с объемом частиц увеличивает их химическую активность , позволяя им более прочно прилипать к материалам. Ткани, обработанные покрытиями из наночастиц во время производства, производят материалы, которые убивают бактерии, устраняют влагу и запах, а также предотвращают статическое электричество . Покрытия из полимерных нановолокон, наносимые на текстильные изделия, связываются с материалом на одном конце полимера., образуя поверхность крошечных, похожих на волосы структур. [16] полимер «волоски» создает тонкий слой , который предотвращает жидкости от контакта с реальной тканью. Нановолокна с грязеотталкивающими, грязеотталкивающими и супергидрофобными свойствами возможны благодаря слою, образованному полимерными нановолокнами . [6]

Разработка нанотканей для использования в швейной и текстильной промышленности все еще находится на начальной стадии. Некоторые применения, такие как одежда, устойчивая к бактериям, еще не практичны с экономической точки зрения. Например, прототип студента Корнельского университета для бактерицидной куртки стоил только 10 000 долларов [4], так что, возможно, пройдет много времени, прежде чем одежда из нанотканей появится на рынке.

Доставка лекарств [ править ]

Нано-ткани, используемые в медицине, могут доставлять антибиотики , противоопухолевые препараты, белки и ДНК в точных количествах. Электроформования создают пористые nanofabrics , которые могут быть загружены с желаемым лекарственным средством , которые затем применяются к ткани целевой области. Лекарство проходит через ткань путем диффузии - процесса, при котором вещества перемещаются через мембрану от высокой до низкой концентрации . Скорость введения лекарства можно изменить, изменив состав наноткани. [21]

Тканевая инженерия [ править ]

Нетканые материалы, изготовленные методом электроспиннинга , могут способствовать росту тканей органов, костей , нейронов , сухожилий и связок . Полимерные наноткани могут действовать как каркас для поддержки поврежденной ткани или как синтетический заменитель реальной ткани. В зависимости от функции наноткань может быть изготовлена ​​из натуральных или синтетических полимеров или их комбинации. [20]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

По мере развития нанотехнологий было проведено множество исследований для определения воздействия материалов, созданных на основе нанотехнологий, на окружающую среду . [22] Большинство текстильных изделий могут терять до 20% своей массы в течение срока службы, поэтому наночастицы, используемые в производстве нанотканей, подвергаются риску попадания в воздух и водные пути. [23]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эванс, Джон. «Нанотех одежда ткань„никогда не намокнет “ » . Новый ученый .
  2. ^ "Маленькие частицы показывают большие перспективы в борьбе с неприятными запахами" . Американское химическое общество.
  3. ^ Б «Применение нанотехнологий в текстильном» . Джаярам и Ко.
  4. ^ a b Стовер, Рассвет. «Новые мощные наноткани отталкивают микробы» . CNN . Проверено 25 октября 2012 года .
  5. ^ «Биоинженеры в Гарвардском институте Wyss успешно копируют принципы дизайна природы для создания индивидуальных нанотканей». Институт Висс. Отсутствует или пусто |url=( справка )
  6. ^ а б Юфингер, Карин; Исбель Де Шрайвер (23 сентября 2009 г.). «Включение нанотехнологий в текстильные приложения» . Азонано.
  7. ^ Ши, Jinjun; 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. DOI : 10.1021 / nl102184c . PMC 2935937 . PMID 20726522 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ↑ Хуан, Хинестроза. «Лаборатория текстильных нанотехнологий» . Hinestroza Research Group . Лаборатория текстильных нанотехнологий Корнельского университета.
  9. ^ "Что такое нановолокна?" . ООО «СНС Нанофайбер Технологии». Архивировано из оригинала на 2013-02-02.
  10. ^ Чарльз П. Пул младший; Фрэнк Дж. Оуэнс (2003). Введение в нанотехнологии . Хобокен, Нью-Джерси: ISBN John Wiley & Sons, Inc. 9780471079354.
  11. ^ Harkirat (июнь 2010). «Приготовление и характеристика наножидкостей и некоторые исследования в биологических применениях» . Cite journal requires |journal= (help)
  12. ^ Бринкер, CJ; GW Scherer (1990). Физика и химия золь-гель обработки . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-134970-7.
  13. ^ Доши, Дж .; Д.Х. Ренекер (1995). «Процесс электропрядения и применение электропряденых волокон». Журнал электростатики . 35 (2–3): 151–160. DOI : 10.1016 / 0304-3886 (95) 00041-8 .
  14. ^ Кляйн, LC; Дж. Дж. Гарви (1980). «Кинетика золь-гель перехода». Журнал некристаллических твердых тел . 38 : 45–50. DOI : 10.1016 / 0022-3093 (80) 90392-0 .
  15. ^ «Глобальное финансирование нанотехнологий и его влияние» (PDF) . Cientifica. Июль 2011 г.
  16. ^ a b Снайдермен, Дебби. «Использование жидких покрытий для создания нанотканей» . КАК Я.
  17. ^ Phalippou, Жан (май 2000). «Золь-гель: низкотемпературный процесс для материалов нового тысячелетия» .
  18. ^ Райт, JD; NAJM Sommerdijk. Золь-гель материалы: химия и применение .
  19. ^ «Электропрядение создает ультратонкие волокна для многих приложений» . CSIRO. Январь 2009 Архивировано из оригинала на 2012-10-21.
  20. ^ a b Подоконник, Трэвис Дж .; Хорст А. фон Рекум (2008). "Электроспиннинг: применение в доставке лекарств и тканевой инженерии". Биоматериалы . 29 (13): 1989–2006. DOI : 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. DOI : 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. DOI : 10.1016 / j.envint.2011.02.013 . PMID 21397331 . 
  23. ^ «Нанотехнология текстиля» . Декабрь 2010 г.
  24. ^ К. Тиде; ABA Boxall; XM Wang; 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 потенциала наночастиц оксида металла вызывать воспаление легких» . Перспективы гигиены окружающей среды . 117 (2): 241–7. DOI : 10.1289 / ehp.11811 . PMC 2649226 . PMID 19270794 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Использование жидких покрытий для создания нанотканей
  • Технология белковой матрицы института Wyss для создания нанотканей
  • Бактерицидная одежда
  • Нанотехнологический текстиль
  • Применение нанотехнологий в текстильной промышленности --- не работает / ссылка не работает ---
  • Лаборатория текстильных нанотехнологий Корнельского университета