JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

الهدف الأساسي من هذه الدراسة هو وصف بروتوكول لإعداد حصائر الألياف البوليمرية مع مورفولوجيا متسقة عن طريق الغزل بالنفخ بالمحلول (SBS). نهدف إلى استخدام SBS لتطوير مركبات نانوية جديدة وقابلة للضبط ومرنة من الألياف البوليمرية لمختلف التطبيقات ، بما في ذلك المواد الواقية ، من خلال دمج الجسيمات النانوية في مصفوفة البوليمر والمطاط الصناعي.

Abstract

تتكون أنظمة الدروع الواقية خفيفة الوزن عادة من معامل عالي (>109 ميجا باسكال) وألياف بوليمرية عالية القوة مثبتة في مكانها بمادة راتنجية مرنة (مادة رابطة) لتشكيل صفائح غير منسوجة أحادية الاتجاه. بينما ركزت الجهود الكبيرة على تحسين الخواص الميكانيكية للألياف عالية القوة ، لم يتم القيام إلا بالقليل من العمل لتحسين خصائص مواد الرابطة. لتحسين أداء مواد رابطة البوليمر المرنة هذه ، تم استخدام عملية تصنيع جديدة وبسيطة نسبيا ، تعرف باسم غزل نفخ المحلول. هذه التقنية قادرة على إنتاج صفائح أو شبكات من الألياف بأقطار متوسطة تتراوح من المقياس النانوي إلى المقياس المجهري. لتحقيق ذلك ، تم تصميم وبناء جهاز غزل النفخ بالمحلول (SBS) في المختبر لتصنيع حصائر الألياف غير المنسوجة من محاليل المطاط الصناعي البوليمر.

في هذه الدراسة ، تم استخدام مادة رابطة شائعة الاستخدام ، وهي بوليمر مشترك من كتلة ستايرين - بوتادين - ستايرين مذاب في رباعي هيدروفيوران ، لإنتاج حصائر ألياف نانوية مركبة عن طريق إضافة جسيمات نانوية معدنية (NPs) ، مثل أكسيد الحديد NPs ، التي تم تغليفها بزيت السيليكون وبالتالي دمجها في الألياف التي تشكلت عبر عملية SBS. سيناقش البروتوكول الموصوف في هذا العمل تأثيرات المعلمات الحرجة المختلفة المشاركة في عملية SBS ، بما في ذلك الكتلة المولية للبوليمر ، واختيار المذيب المناسب ديناميكيا حراريا ، وتركيز البوليمر في المحلول ، وضغط الغاز الناقل لمساعدة الآخرين في إجراء تجارب مماثلة ، بالإضافة إلى توفير إرشادات لتحسين تكوين الإعداد التجريبي. تم فحص السلامة الهيكلية والتشكل لحصائر الألياف غير المنسوجة الناتجة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وتحليل الأشعة السينية الأولية عبر التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS). الهدف من هذه الدراسة هو تقييم تأثيرات المعلمات التجريبية المختلفة واختيارات المواد لتحسين بنية ومورفولوجيا حصائر الألياف SBS.

Introduction

يتم حاليا إنشاء العديد من أنظمة الدروع الواقية خفيفة الوزن والباليستية باستخدام ألياف بوليمرية عالية المعامل وعالية القوة ، مثل ألياف البولي إيثيلين أو الأراميدات الموجهة وذات الكتلة المولية العالية للغاية ، والتي توفر مقاومة باليستية رائعة 1,2. تستخدم هذه الألياف مع مادة راتنجية مرنة (مادة رابطة) يمكنها اختراق مستوى الفتيل وتأمين الألياف في تكوين 0 درجة / 90 درجة لتشكيل صفائح أحادية الاتجاه غير منسوجة. يجب ألا تتجاوز النسبة المئوية لراتنج المطاط الصناعي البوليمر (الموثق) 13٪ من الوزن الإجمالي للصفائح أحادية الاتجاه للحفاظ على السلامة الهيكلية والخصائص المضادة للباليستية للهيكل الرقائقي 3,4. يعد الموثق مكونا مهما جدا للدرع لأنه يحافظ على الألياف عالية القوة موجهة بشكل صحيح ومعبأة بإحكام داخل كل طبقة صفح3. تحتوي مواد المطاط الصناعي التي يشيع استخدامها كمواد رابطة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن على معامل شد منخفض جدا (على سبيل المثال ، ~ 17.2 ميجا باسكال عند ~ 23 درجة مئوية) ، ودرجة حرارة تزجج منخفضة (يفضل أن تكون أقل من -50 درجة مئوية) ، واستطالة عالية جدا عند الكسر (تصل إلى 300٪) ويجب أن تظهر خصائص لاصقة ممتازة5.

لتحسين أداء هذه اللدائن البوليمرية ، تم إجراء SBS لإنشاء مواد مطاطية ليفية يمكن استخدامها كمواد رابطة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن. SBS هي تقنية جديدة نسبيا ومتعددة الاستخدامات تسمح باستخدام أنظمة بوليمر / مذيب مختلفة وإنشاء منتجات نهائية مختلفة6،7،8،9،10،11،12،13. تتضمن هذه العملية البسيطة الترسيب السريع (10 أضعاف معدل الغزل الكهربائي) للألياف المطابقة على كل من الركائز المستوية وغير المستوية لتصنيع صفائح أو شبكات من الألياف التي تشمل مقاييس الطول النانوية والصغرى14،15،16،17،18. مواد SBS لها العديد من التطبيقات في المنتجات الطبية ، وفلاتر الهواء ، ومعدات الحماية ، وأجهزة الاستشعار ، والإلكترونيات البصرية ، والمحفزات14،19،20. يمكن أن يؤدي تطوير ألياف ذات قطر صغير إلى زيادة مساحة السطح إلى نسبة الحجم بشكل كبير ، وهو أمر مهم جدا للعديد من التطبيقات ، خاصة في مجال معدات الحماية الشخصية. يعتمد قطر ومورفولوجيا الألياف الناتجة عن SBS على الكتلة المولية للبوليمر ، وتركيز البوليمر في المحلول ، ولزوجة المحلول ، ومعدل تدفق محلول البوليمر ، وضغط الغاز ، ومسافة العمل ، وقطر فوهة الرش14،15،17.

من الخصائص المهمة لجهاز SBS فوهة الرش التي تتكون من فوهة خارجية داخلية ومتحدة المركز. يتم ضخ البوليمر المذاب في مذيب متطاير عبر الفوهة الداخلية بينما يتدفق الغاز المضغوط عبر الفوهة الخارجية. يؤدي الغاز عالي السرعة الخارج من الفوهة الخارجية إلى قص محلول البوليمر المتدفق عبر الفوهة الداخلية. هذا يجبر المحلول على تكوين شكل مخروطي عند الخروج من فوهة الرش. عندما يتم التغلب على التوتر السطحي عند طرف المخروط ، يتم إخراج تيار دقيق من محلول البوليمر ، ويتبخر المذيب بسرعة مما يتسبب في اندماج خيوط البوليمر وترسبها كألياف بوليمر. يعتمد تكوين بنية ليفية ، حيث يتبخر المذيب ، بشدة على الكتلة المولية للبوليمر وتركيز المحلول. تتشكل الألياف عن طريق تشابك السلسلة ، عندما تبدأ سلاسل البوليمر في المحلول في التداخل بتركيز يعرف باسم تركيز التداخل الحرج (c *). لذلك ، من الضروري العمل مع محاليل البوليمر فوق c * لنظام البوليمر / المذيب المحدد. أيضا ، هناك استراتيجية سهلة لتحقيق ذلك وهي اختيار البوليمرات ذات الكتلة المولية العالية نسبيا. زادت البوليمرات ذات الكتلة المولية الأعلى من أوقات استرخاء البوليمر ، والتي ترتبط ارتباطا مباشرا بزيادة تكوين الهياكل الليفية ، كما هو موضح في الأدبيات21. نظرا لأن العديد من المعلمات المستخدمة في SBS مرتبطة ارتباطا وثيقا ، فإن الهدف من هذا العمل هو توفير إرشادات لتطوير مركبات نانوية من الألياف البوليمرية قابلة للضبط ومرنة لاستخدامها كبدائل لمواد الموثق النموذجية الموجودة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن من خلال دمج الجسيمات النانوية في مصفوفة البوليمر والمطاط الصناعي الليفية.

Protocol

ملاحظة: يمكن العثور على التفاصيل المتعلقة بالمعدات والأجهزة والمواد الكيميائية المستخدمة في هذا القسم في جدول المواد. يجب أولا مراجعة هذا البروتوكول بأكمله والموافقة عليه من قبل إدارة / موظفي السلامة المؤسسية لضمان الالتزام بالإجراءات والعمليات الخاصة بالمؤسسة.

1. تحضير محلول البوليمر باستخدام المذيب المناسب

ملاحظة: استشر أوراق بيانات سلامة الشركة المصنعة / المورد وقسم / موظفي السلامة في المؤسسة فيما يتعلق بمعدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) لاستخدامها مع كل مادة كيميائية / مادة.

  1. استخدم ملعقة معملية صغيرة نظيفة ، وانقل الكمية المطلوبة (على سبيل المثال ، ~ 2 جم) من البوليمر الجاف (بولي (ستايرين - بوتادين - ستايرين)) إلى قارورة زجاجية نظيفة وفارغة سعة 20 مل من البورسليكات. أغلق القارورة ، وقم بتخزينها في ظروف المختبر المحيطة.
    ملاحظة: كان التركيز المختار للبولي (ستايرين - بوتادين - ستايرين) في رباعي هيدروفوران (THF) حوالي 200 ملغم / مل. يستخدم هذا التركيز كمثال في جميع أنحاء هذا البروتوكول ؛ يعتمد التركيز الأمثل على نظام البوليمر / المذيبات المستخدم.
  2. انقل قارورة زجاج البورسليكات التي تحتوي على عينة البوليمر إلى غطاء دخان كيميائي ، وماصة 10 مل ± 0.1 مل من المذيب المطلوب ، في هذه الحالة THF ، في القارورة لتحقيق التركيز المطلوب من اسميا 200 ملغ / مل.
  3. أغلق حاوية المذيب (THF) وانقلها إلى خزانة التخزين. قم بتغطية قارورة زجاج البورسليكات التي تحتوي على عينة البوليمر / المذيب بالغطاء المرفق ، وقم بتركيبها بعناية على خلاط / دوار.
  4. حرك الخليط في درجة حرارة الغرفة باستخدام دوار عند 70 دورة في الدقيقة حتى يذوب البوليمر تماما في المذيب.
    ملاحظة: يظهر المحلول واضحا وشفافا بعد حوالي 60 دقيقة ، مما يدل على انحلال البوليمر الكامل.
  5. نقل الحل إلى حقنة زجاج البورسليكات تحليل الغاز المذاب (DGA) ل SBS.
    ملاحظة: يمكن تخزين محاليل البوليمر واستخدامها لمدة تصل إلى 72 ساعة ، بشرط أن تكون قارورة زجاج البورسليكات مغطاة بإحكام ، وأن يتم لف الفتحة باستخدام فيلم شمع البارافين. ومع ذلك ، يجب تحريك الحلول مرة أخرى قبل إجراء SBS.

2. تحديد تركيز البوليمر المتداخل الحرج عن طريق قياس اللزوجة

ملاحظة: يتم توفير هذه الخطوة هنا لتحديد تركيز البوليمر المتداخل الحرج ، وهو معلمة مهمة تؤثر على جودة الألياف الشاملة والتشكل بعد SBS. راجع النتائج التمثيلية وأقسام المناقشة للحصول على التفاصيل.

  1. تحضير ثمانية تركيزات اسمية (1 ملغم/مل، 3 ملغم/مل، 5 ملغم/مل، 10 ملغم/مل، 20 ملغم/مل، 30 ملغم/مل، 40 ملغم/مل، 50 ملغم/مل) من محلول البوليمر في THF بحجم تقريبي قدره 10 مل. اتبع نفس الإجراء كما في الخطوتين 1.1 و 1.2 لإعداد الحلول.
  2. تحضير مقياس الريومتر للقياسات.
    ملاحظة: يجب إجراء فحوصات المعايرة والتحقق الروتينية لعزم الدوران والقوة العادية وزاوية الطور على مقياس الريومتر قبل إجراء الإعداد التالي.
    1. قم بتثبيت جهاز التحكم البيئي على مقياس الريومتر للتحكم في درجة الحرارة.
    2. قم بتثبيت هندسة مقياس الريومتر ، أي أسطوانات متحدة المركز غائرة على مقياس الريومتر. أولا ، أدخل وتثبيت الهندسة السفلية (الكأس) في جهاز التحكم البيئي ثم الهندسة العلوية (بوب) على عمود محول الطاقة.
    3. القوة العادية الفارغة وعزم الدوران باستخدام شاشة اللمس العداد. صفر الفجوة الهندسية باستخدام وظيفة التحكم في الفجوة لبرنامج مقياس الريومتر. ارفع المسرح لتوفير مساحة كافية لتحميل العينة.
  3. قم بتحميل محلول البوليمر في الكوب باستخدام ماصة زجاجية من البورسليكات عالية الجودة يمكن التخلص منها (الحد الأدنى لحجم العينة للهندسة ~ 7 مل). اضبط الفجوة على فجوة التشغيل (3.6 مم) للقياس.
  4. قم بإجراء اختبار مسح معدل القص من حوالي 10 s-1 إلى 100 s-1 عند حوالي 25 درجة مئوية. قم بتمكين وظيفة استشعار الحالة المستقرة في برنامج مقياس الريومتر.
  5. تصدير جدول النتائج، وحساب متوسط قيمة لزوجة القص الثابت.
  6. ارسم متوسط قيم اللزوجة كدالة لتركيز البوليمر.

3. تحضير محلول البوليمر / تشتت الجسيمات النانوية

ملاحظة: لتحضير محلول بوليمر مع جسيمات نانوية مضافة (NPs) ، اعمل داخل غطاء نانو (عالي الكفاءة - جسيمات - فلتر بالهواء).

  1. استخدم ملعقة مختبر نظيفة وصغيرة ، وقم بوزن الكمية المطلوبة (على سبيل المثال ، ~ 0.01 جم) من مسحوق NP الجاف ، على سبيل المثال ، أكسيد الحديد (Fe3O4) NPs ، في قارورة زجاجية نظيفة سعة 20 مل من البورسليكات.
  2. أضف الحجم المطلوب (على سبيل المثال ، اسميا 10 مل) من المذيب (على سبيل المثال ، THF) باستخدام ماصة زجاجية من البورسليكات يمكن التخلص منها ، وقم بتغطية قارورة زجاج البورسليكات التي تحتوي على خليط NPs / المذيبات باستخدام الغطاء المقدم.
  3. انقل العينة إلى خلاط دوامة ، وقم بتحريكها جيدا في درجة حرارة الغرفة عند 3000 دورة في الدقيقة حتى تصبح NPs غير مرئية في قاع القارورة. نقل القارورة على الفور مع العينة إلى سونيكاتور الحمام لضمان التشتت الكامل للجسيمات النانوية. لمنع عينة من التسخين، صوتنة التشتت في ~ 30 دقيقة فواصل زمنية، في انتظار 2-5 دقيقة بين كل خطوة صوتنة.
  4. بعد ذلك ، العمل داخل غطاء كيميائي ، قم بوزن وإضافة الكمية المطلوبة (على سبيل المثال ، ~ 2 جم) من البوليمر (على سبيل المثال ، كتلة ستايرين - بوتادين - ستايرين - بوليمر مشترك) إلى تشتت NP. أغلق قارورة زجاج البورسليكات بالغطاء المرفق ، وقم بتثبيتها بإحكام على دوار للخلط عند 70 دورة في الدقيقة في درجة حرارة الغرفة.
  5. امزج عينة البوليمر / NPs / المذيب جيدا لمدة 60 دقيقة تقريبا ، أو حتى يذوب البوليمر تماما.
    ملاحظة: بعد الخلط ، تظهر العينة كسائل لزج مع NPs مشتتة بشكل موحد ، ولا توجد مجاميع أو رواسب كبيرة مرئية.
  6. أخيرا ، انقل الخليط إلى حقنة زجاجية DGA من البورسليكات ل SBS.
    ملاحظة: لا ينصح بتخزين محاليل البوليمر NP قبل SBS بسبب التكتل المحتمل أو زعزعة استقرار التشتت.

4. عملية الغزل ضربة الحل (SBS)

ملاحظة: تشمل معدات الوقاية الشخصية المقترحة لهذه العملية نظارات واقية ومعطف مختبر وقفازات النتريل. يجب ارتداؤها قبل إعداد جهاز SBS. يجب إجراء الإعداد والعملية داخل غطاء كيميائي. يتكون جهاز SBS من وحدة البخاخة التجارية المجهزة بفوهة داخلية 0.3 مم (لمحلول البوليمر) وفتحة رأس 1 مم (للغاز) ، ونظام مضخة حقنة ، ومجمع ، وأسطوانة غاز نيتروجين مضغوط (N2) ، وحاوية من الألومنيوم. تبرز الفوهة الداخلية حوالي 0.5 مم من فتحة رأس البخاخة. وترد تفاصيل حول إعداد SBS في الشكل 1.

  1. أولا ، اضبط ارتفاع وزاوية البخاخة لتتماشى مع مركز الركيزة المحددة (شريحة المجهر الزجاجي) المتصلة بالمجمع ، وقم بتثبيتها في مكانها. تأكد من تثبيت أسطوانة الغاز بشكل صحيح على حامل الحائط الخاص بها. بعد ذلك ، قم بتوصيل مدخل الغاز الخاص بالبخاخة بأسطوانة الغاز المضغوطة N2 .
  2. قم بتشغيل الصمام الرئيسي على أسطوانة الغاز ، واضبط الضغط ببطء باستخدام صمام منظم الغاز المرفق أثناء مراقبة مقياس الضغط لتحقيق التدفق المطلوب. تأكد من وجود تدفق حر دون عوائق عبر النظام ، واستمع بعناية لأي تسرب محتمل للغاز عند نقاط الاتصال. استخدم محلول الصابون والماء لمزيد من التحقيق في التسريبات المحتملة ، وإذا لزم الأمر ، ضع شريط polytetrafluoroethylene (PTFE) على التركيبات للتخلص من أي تسرب. عندما يتم ضبط تدفق الغاز بشكل صحيح ، أغلق الصمام الرئيسي على أسطوانة الغاز لإيقاف تدفق الغاز.
  3. تأمين الركيزة على المجمع باستخدام نائب مجهزة. اضبط ارتفاع المجمع لمحاذاة عمودي على اتجاه الرش ونمط البخاخة بحيث يتم ترسيب المواد على الركيزة.
  4. بعد ذلك ، حرك المجمع إلى أبعد موضع له بعيدا عن فوهة البخاخة للمساعدة في تحديد مسافة العمل المثلى (الفصل بين الفوهة والركيزة) في الخطوات التالية.
  5. من خلال العمل داخل الغطاء الكيميائي ، انقل بعناية خليط البوليمر / NPs / المذيبات المحضر من قارورة زجاج البورسليكات إلى حقنة زجاجية من البورسليكات DGA سعة 10 مل ومجهزة بإبرة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
  6. قم بإزالة أي فقاعات هواء من العينة عن طريق إمساك المحقنة مع توجيه الإبرة لأعلى ، والنقر على المحقنة برفق والضغط ببطء على المكبس لإزاحة أي هواء زائد. افصل الإبرة ، وقم بتوصيل المحقنة بوحدة مضخة المحقنة. قم بتأمين المحقنة ، وقم بتوصيل أنبوب PTFE القادم من مخرج المحقنة بالمدخل المناسب على البخاخة.
  7. بعد ذلك ، حدد معدل الحقن المطلوب من قائمة وحدة مضخة المحاقن (على سبيل المثال ، 0.5 مل / دقيقة) ، وافتح ببطء الصمام الرئيسي على أسطوانة الغاز N 2 للسماح ل N2 بالتدفق عبر البخاخة. ابدأ على الفور وحدة مضخة المحاقن لتوزيع خليط البوليمر / NPs / المذيبات ، وابدأ عملية الرش.
  8. راقب بعناية نمط الرش في فوهة الرش ، وتأكد من عدم وجود سدادات أو سدادات جزئية. قم بزيادة أو تقليل معدل الحقن بشكل تدريجي حتى يتم رش المحلول بحرية.
    ملاحظة: معدلات الحقن المنخفضة جدا أو العالية عرضة للانسداد. معدل الحقن الأمثل هو دالة على لزوجة المحلول وقد يحتاج إلى تعديل لتركيزات محلول البوليمر العالية أو المنخفضة.
  9. بعد ذلك ، اضبط موضع المجمع على مسافة العمل المطلوبة لنظام البوليمر / المذيبات المستخدم للسماح بتبخر المذيبات عن طريق تحريكه نحو البخاخة حتى يتم ترسيب المادة على الركيزة.
    ملاحظة: إذا كان المجمع قريبا جدا من فوهة رش البخاخة ، فإن وقت التبخر غير الكافي سيؤدي إلى إيداع محلول البوليمر السائل على الركيزة. إذا كان المجمع بعيدا جدا ، إيداع مواد محدودة للغاية أو لا توجد مواد على الركيزة. بالنسبة لمحاليل البولي (ستايرين - بوتادين - ستايرين) في THF ، تتراوح مسافة العمل المناسبة بين 8 سم و 12 سم.
  10. عندما يتم ترسيب الكمية المطلوبة من المواد على الركيزة ، أوقف وحدة مضخة المحاقن أولا ، ثم أغلق الصمام الرئيسي على أسطوانة الغاز N2 على الفور.

5. تحليل حصائر الألياف SBS بواسطة SEM

  1. استخدم طبقة رش لطلاء حصائر الألياف بمادة موصلة مثل Au / Pd للتخفيف من تأثيرات الشحن السطحي تحت شعاع الإلكترون.
    ملاحظة: سمك الطلاء من 4-5 نانومتر يكفي.
  2. قم بتحميل عينات حصيرة الألياف في SEM ، وقم بتصويرها باستخدام جهد متسارع من 2-5 كيلو فولت وتيار 0.1-0.2 nA. قم بتطبيق إعدادات تحييد الشحن لمواجهة تأثيرات الشحن عند الضرورة.
  3. استخدم كاشف إلكترون ثانوي ، أو كاشف إلكترون مبعثر ، لالتقاط ميزات مختلفة لمواد الألياف.
  4. استخدم كاشف تشتت الطاقة (EDS) لفصل الأشعة السينية المميزة للعناصر المختلفة إلى طيف طاقة يسمح بتحديد وجود الحديد (Fe) ، مما يدل على NPs أكسيد الحديد المضمنة داخل حصائر الألياف البوليمرية.

النتائج

في هذه الدراسة ، تم تصنيع حصائر الألياف غير المنسوجة المكونة من ألياف بولي (ستايرين - بوتادين - ستايرين) على نطاق النانو والصغرى ، مع وبدون وجود أكسيد الحديد NPS. لتشكيل الألياف ، يجب اختيار معلمات SBS بعناية لنظام البوليمر / المذيبات المستخدم. تعتبر الكتلة المولية للبوليمر المذاب وتركيز المحل...

Discussion

توفر الطريقة الموضحة هنا بروتوكولا لإنتاج حصائر الألياف النانوية المصنوعة من المطاط الصناعي البوليمر عبر تقنية جديدة نسبيا تعرف باسم غزل النفخ بالمحلول. تسمح هذه التقنية بتصنيع الألياف في المقياس النانوي ولها العديد من المزايا مقارنة بالتقنيات الأخرى الراسخة ، مثل عملية الغزل الكهربائ...

Disclosures

يتطلب الوصف الكامل للإجراءات المستخدمة في هذه الورقة تحديد بعض المنتجات التجارية ومورديها. لا ينبغي بأي حال من الأحوال تفسير تضمين هذه المعلومات على أنه يشير إلى أن هذه المنتجات أو الموردين معتمدون من قبل NIST أو موصى بهم من قبل NIST أو أنهم بالضرورة أفضل المواد أو الأدوات أو البرامج أو الموردين للأغراض الموضحة.

Acknowledgements

يود المؤلفون أن ينوهوا السيد دوايت د. باري لمساهماته الهامة في تصنيع جهاز الغزل بالنفخ بالمحلول. يود Zois Tsinas و Ran Tao الاعتراف بالتمويل من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بموجب الجوائز # 70NANB20H007 و # 70NANB15H112 ، على التوالي.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
45 MM Toolmaker ViseTormach Inc.32547To secure substrate onto the collector
ARES-G2 RheometerTA Instruments401000.501Rheometer
Branson Ultrasonics M Series - Ultrasonic Cleaning BathFisher Scientific15-336-100To disperse nanoparticles
Cadence Science Micro-Mate Interchangeable SyringeFisher Scientific14-825-2AGlass Syringe 5mL in 1/5mL, Luer Lock Tip
Chemical hoodAny company
Corning - Disposable Pasteur Glass PipetteSigma AldrichCLS7095D5X-200EANon-Sterile
DWK Life Sciences Wheaton - Glass Scintillation VialFisher Scientific03-341-25G20 mL with cap
FEI Quanta 200 Scanning Electron Microscope (SEM)FEIFor imaging samples
Iron Oxide Nanopowder/NanoparticlesUS Research Nanomaterials, inc.US3320Fe3O4, 98%, 20-3- nm, Silicon oil Coated
KD Scientific Legato 100 Single-Syringe PumpSigma AldrichZ401358-1EASingle syringe infusion pump
Master Airbrush - Model S68TCP GlobalMAS S68Nozzle/needle diameter: 0.35 mm
Mettler Toledo AB265-S/FACT ScaleCole-Parmer ScientificEW-11333-14For weighing polymer and  Nanoparticles
N2 Gas RegulatorAny company
NanoenclosureAny company
Optical Microscopy Glass SlidesFisher Scientific12-550-A3Used as a substrate for fiber mat deposition
OSP Slotted Bob, 33 mmTA Instruments402796.902Bob, upper geometry
OSP Slotted Double Gap Cup, 34 mmTA Instruments402782.901Double wall cup, lower geometry
Oxford BenchMate Digital Vortex MixerPipetteVM-DRated up to 4,200 rpm, for mixing solutions
Oxford Benchmate Tube RollerPipetteOTR-24DRSample mixer/rotator
Polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyreneSigma Aldrich432490-1KGstyrene 30 wt. %, Mw ~ 185,000 g/mol
SEM Pin Stub Specimen MountTed Pella Inc.1611918 mm diameter x 8 mm height
SpatulaVWR82027-532To load test materials
Tetrahydrofuran (THF)Fisher ScientificT425-1solvent, HPLC grade
TRIOSTA Instrumentsv4.3.1.39215Rheometer software

References

  1. Lee, B. L., et al. Penetration failure mechanisms of armor-grade fiber composites under impact. Journal of Composite Materials. 35 (18), 1605-1633 (2001).
  2. Prevorsek, D. C., Kwon, Y. D., Chin, H. B. Analysis of the temperature rise in the projectile and extended chain polyethylene fiber composite armor during ballistic impact and penetration. Polymer Engineering and Science. 34 (2), 141-152 (1994).
  3. Park, A. D., Park, D., No Park, A. J. . U.S. Patent. , (2006).
  4. No Park, A. D. . U.S. Patent. , (1995).
  5. Harpell, G. A., Prevorsek, D. C., Li, H. L. Flexible multi-layered armor. Patent No. WO/1989. , (1989).
  6. Cena, C., et al. BSCCO superconductor micro/nanofibers produced by solution blow-spinning technique. Ceramics International. 43 (10), 7663-7667 (2017).
  7. Miller, C. L., Stafford, G., Sigmon, N., Gilmore, J. A. Conductive nonwoven carbon nanotube-PLA composite nanofibers towards wound sensors via solution blow spinning. IEEE Transactions on Nanobioscience. 18 (2), 244-247 (2019).
  8. Iorio, M., et al. Conformational changes on PMMA induced by the presence of TiO 2 nanoparticles and the processing by Solution Blow Spinning. Colloid and Polymer Science. 296 (3), 461-469 (2018).
  9. Martínez-Sanz, M., et al. Antimicrobial poly (lactic acid)-based nanofibres developed by solution blow spinning. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 15 (1), 616-627 (2015).
  10. Wang, H., et al. Highly flexible indium tin oxide nanofiber transparent electrodes by blow spinning. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (48), 32661-32666 (2016).
  11. Greenhalgh, R. D., et al. Hybrid sol-gel inorganic/gelatin porous fibres via solution blow spinning. Journal of Materials Science. 52 (15), 9066-9081 (2017).
  12. Gonzalez-Abrego, M., et al. Mesoporous titania nanofibers by solution blow spinning. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 81 (2), 468-474 (2017).
  13. Oliveira, J. E., Zucolotto, V., Mattoso, L. H., Medeiros, E. S. Multi-walled carbon nanotubes and poly (lactic acid) nanocomposite fibrous membranes prepared by solution blow spinning. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 12 (3), 2733-2741 (2012).
  14. Medeiros, E. S., Glenn, G. M., Klamczynski, A. P., Orts, W. J., Mattoso, L. H. Solution blow spinning: A new method to produce micro-and nanofibers from polymer solutions. Journal of Applied Polymer Science. 113 (4), 2322-2330 (2009).
  15. Vasireddi, R., et al. Solution blow spinning of polymer/nanocomposite micro-/nanofibers with tunable diameters and morphologies using a gas dynamic virtual nozzle. Scientific Reports. 9 (1), 1-10 (2019).
  16. Tutak, W., et al. The support of bone marrow stromal cell differentiation by airbrushed nanofiber scaffolds. Biomaterials. 34 (10), 2389-2398 (2013).
  17. Daristotle, J. L., Behrens, A. M., Sandler, A. D., Kofinas, P. A review of the fundamental principles and applications of solution blow spinning. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (51), 34951-34963 (2016).
  18. Hofmann, E., et al. Microfluidic nozzle device for ultrafine fiber solution blow spinning with precise diameter control. Lab on a Chip. 18 (15), 2225-2234 (2018).
  19. Behrens, A. M., et al. In situ deposition of PLGA nanofibers via solution blow spinning. ACS Macro Letters. 3 (3), 249-254 (2014).
  20. Vural, M., Behrens, A. M., Ayyub, O. B., Ayoub, J. J., Kofinas, P. Sprayable elastic conductors based on block copolymer silver nanoparticle composites. ACS Nano. 9 (1), 336-344 (2015).
  21. Srinivasan, S., Chhatre, S. S., Mabry, J. M., Cohen, R. E., McKinley, G. H. Solution spraying of poly (methyl methacrylate) blends to fabricate microtextured, superoleophobic surfaces. Polymer. 52 (14), 3209-3218 (2011).
  22. Flory, P. J. . Principles of polymer chemistry. , (1953).
  23. Palangetic, L., et al. Dispersity and spinnability: Why highly polydisperse polymer solutions are desirable for electrospinning. Polymer. 55 (19), 4920-4931 (2014).
  24. Ying, Q., Chu, B. Overlap concentration of macromolecules in solution. Macromolecules. 20 (2), 362-366 (1987).
  25. Haro-Pérez, C., Andablo-Reyes, E., Díaz-Leyva, P., Arauz-Lara, J. L. Microrheology of viscoelastic fluids containing light-scattering inclusions. Physical Review E. 75 (4), 041505 (2007).
  26. Thiele, J., et al. Early development drug formulation on a chip: Fabrication of nanoparticles using a microfluidic spray dryer. Lab on a Chip. 11 (14), 2362-2368 (2011).
  27. Zhao, J., Xiong, W., Yu, N., Yang, X. Continuous jetting of alginate microfiber in atmosphere based on a microfluidic chip. Micromachines. 8 (1), 8 (2017).
  28. Jun, Y., Kang, E., Chae, S., Lee, S. H. Microfluidic spinning of micro-and nano-scale fibers for tissue engineering. Lab on a Chip. 14 (13), 2145-2160 (2014).
  29. Weng, B., Xu, F., Salinas, A., Lozano, K. Mass production of carbon nanotube reinforced poly (methyl methacrylate) nonwoven nanofiber mats. Carbon. 75, 217-226 (2014).
  30. Barton, A. F. Solubility parameters. Chemical Reviews. 75 (6), 731-753 (1975).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

169 SBS SEM Fe3O4

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved