Att skapa stora mängder polymera nanofibrer dispergerade i vätska är en utmaning som har irriterat forskare i flera år. Men ingenjörer och forskare vid North Carolina State University och ett av dess nystartade företag har nu rapporterat en metod som kan producera oöverträffade mängder polymera nanofibrer, som har potentiella tillämpningar inom filtrering, batterier och cellställningar.

I en tidning publicerad online i Avancerade material , NC State forskare och kollegor från industrin, inklusive NC State startup-företaget Xanofi, beskriva metoden som gör att de kan tillverka polymera nanofibrer i stor skala.

Metoden - finjusterad efter nästan ett decennium av ökande framgång i att producera mikro- och nanopartiklar av olika former - fungerar lika enkelt som att droppa flytande lösning av en polymer i en bägare som innehåller en snurrande cylinder. Glycerin - en vanlig och säker vätska som har många användningsområden - används för att klippa polymerlösningen inuti bägaren tillsammans med ett antilösningsmedel som vatten. När du tar ut den roterande cylindern, säger Dr Orlin Velev, Invista professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen som beskriver forskningen, du hittar en matta av nanofibrer lindad runt den.

När de först började undersöka vätskeskjuvningsprocessen, forskarna skapade mikrostavar av polymer, som kan ha olika användbara tillämpningar i skum och konsumentprodukter. "Dock, medan vi undersökte skjuvningsprocessen kom vi på något konstigt. Vi upptäckte att dessa stavar egentligen bara var bitar av "trasiga" fibrer, " Sa Velev. "Vi hade inte riktigt förutsättningarna perfekta vid den tiden. Om du får rätt förutsättningar, fibrerna går inte sönder."

NC State patenterade vätskeskjuvningsprocessen 2006 och i en serie efterföljande patent medan Velev och hans kollegor fortsatte att arbeta för att perfekta processen och dess resultat. Först, de skapade mikrofibrer och nanoband när de undersökte processen. "Mikrofibrer, nanorods och nanorribbons är intressanta och potentiellt användbara, men du vill verkligen ha nanofibrer, " Sa Velev. "Vi uppnådde detta under uppskalningen och kommersialiseringen av tekniken."

Velev samarbetade med NC State's Office of Technology Transfer och universitetets TEC-program (The Entrepreneurship Collaborative) för att kommersialisera upptäckterna. De arbetade tillsammans med den erfarna entreprenören Miles Wright för att starta ett företag som heter Xanofi för att främja jakten på nanofibrer och det mest effektiva sättet att göra masskvantiteter av dem.

"Vi kan nu skapa kilogram nanofibrer per timme med denna enkla kontinuerliga flödesprocess, som när den skalas upp blir en "nanofiberspridare, "" sa Velev. "Beroende på koncentrationerna av vätskor, polymerer och antilösningsmedel, du kan skapa flera typer av nanomaterial av olika former och storlekar."

"Stora kvantiteter är av största vikt vid nanotillverkning, så allt skalbart är viktigt, sa Wright, VD för Xanofi och en medförfattare på tidningen. "När vi producerar nanofibrerna via kontinuerligt flöde, vi får exakt samma nanofibrer som du skulle få om du producerade små mängder av dem. Tillverkningen av dessa material i vätska är fördelaktig eftersom du kan skapa verkligt tredimensionella nanofibersubstrat med mycket, mycket stor total yta. Detta leder till många förbättrade produkter, allt från filter till cellställningar, utskrivbara biobläck, batteriseparatorer, plus många fler."