Was ist eine Nanofaser?
Nanofasern sind definiert als faserige Materialien mit einem Durchmesser von 1-100 nm pro Strang und einer Länge von mindestens dem 100-fachen des Durchmessers. Sie sind ein Vertreter der Nanotechnologie und eines der Materialien, die für die Entwicklung künftiger Anwendungen interessant sind. Es hat eine hohe spezifische Oberfläche und Porosität, ist sehr saugfähig, durchlässig und leicht. Es gibt eine Vielzahl von Typen, darunter Zellulose-Nanofasern und Polyester-Nanofasern. Kohlenstoff-Nanoröhren mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit können ebenfalls als eine Art von Nanofasern betrachtet werden.
Anwendungen von Nanofasern
Obwohl sich Nanofasern noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden, gibt es zahlreiche Anwendungsbeispiele in den Bereichen Bekleidung und Medizin. Aus Nanofasern hergestellte Kleidung kann leicht, aber dennoch hoch atmungsaktiv und wasserdicht sein. Derzeit wird aktiv an Anwendungen im medizinischen Bereich gearbeitet, insbesondere an Gerüstmaterialien für die regenerative Medizin. Aufgrund ihrer hervorragenden Bioabsorptionsfähigkeit, Zelladhäsion und Porosität können sie in vivo als Gerüstmaterialien verwendet werden. Die Tatsache, dass der Durchmesser der Nanofasern kürzer ist als die Wellenlänge des Lichts, wird auch zur Entwicklung von elektronischem Papier mit hervorragender Transparenz genutzt.
Funktionsweise von Nanofasern
In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie Nanofasern hergestellt werden. Es gibt drei Hauptmethoden zur Herstellung von Nanofasern: Elektrospinnen (Feldspinnen), Komposit-Schmelzspinnen und Schmelzblasen.
- Elektrospinnverfahren
Nanofasern werden hergestellt, indem eine Polymerlösung in eine Spritze gegossen und dann mit einer Hochspannung elektrifiziert wird. Die angelegte Spannung ist mit etwa 10-40 kV ausreichend, so dass eine energiesparende Produktion möglich ist. Da mit dieser Methode Nanofasern mit einem Durchmesser von bis zu einigen Nanometern hergestellt werden können, kann sie als die derzeit gängigste Produktionsmethode bezeichnet werden, allerdings ist für die Massenproduktion eine große Anzahl von Düsen erforderlich.
- Komposit-Schmelzspinnverfahren
Geschmolzenes Polymer wird durch eine spezielle Düse extrudiert, um Fasern mit einer Meeresinselstruktur zu erzeugen. Anschließend wird nur die Meereskomponente extrahiert, um Nanofasern herzustellen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass nur Nanofasern mit einem Durchmesser von bis zu 20 nm hergestellt werden können.
- Schmelzblasverfahren
Geschmolzenes Polymer wird durch eine Düse extrudiert und gleichzeitig mit heißer Luft angeblasen. Dieses Verfahren wird auch zur Herstellung von Vliesstoffen wie Masken verwendet. Die untere Grenze liegt jedoch bei einem Durchmesser von etwa 0,5 µm, so dass der Anwendungsbereich begrenzt ist.