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纳米级直径纤维制成的网格具有广泛的潜在应用,包括组织工程,水过滤,太阳能电池,甚至防弹衣。但是他们的商业化受到低效制造技术的阻碍。

在最新一期的纳米技术期刊中,麻省理工学院的研究人员描述了一种生产纳米纤维网的新设备,该设备与其性能最佳的前代产品的生产速度和功率效率相匹配 - 但显着降低了纤维直径的变化,这是大多数人的重要考虑因素。应用。

但是,来自同一麻省理工学院的前代设备通过复杂的工艺蚀刻成硅,需要一个气密的“洁净室”,新设备是使用价值3,500美元的商用3-D打印机制造的。因此,该工作指向纳米纤维制造,其不仅更可靠而且更便宜。

新装置由一系列小喷嘴组成,通过这些小喷嘴泵送含有聚合物颗粒的流体。因此,它被称为微流体装置。

“我个人的观点是,在未来几年内,没有人会在洁净室中做微流体,”麻省理工学院微系统技术实验室的首席研究科学家,新论文的高级作者LuisFernandoVelásquez-García说。“没有理由这样做。3D打印技术可以做得更好 - 有更好的材料选择,可以真正制作出你想要的结构。当你去洁净室时,很多时候你会牺牲你想要的几何形状。第二个问题是它非常昂贵。“

Velásquez-García在他的小组中有两名博士后,ErikaGarcía-López和Daniel Olvera-Trejo。两人均获得了墨西哥TecnológicodeMonterrey的博士学位,并通过麻省理工学院和蒙特雷TecnológicodeMonterrey的纳米技术研究合作伙伴关系与Velásquez-García合作。

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纳米纤维可用于任何受益于高表面积与体积比的应用 - 例如太阳能电池,其试图最大化暴露于阳光下,或燃料电池电极,其催化其表面的反应。纳米纤维还可以产生仅在非常小的尺度下可渗透的材料,例如水过滤器,或者对于它们的重量而言非常坚韧的材料,例如防弹衣。

大多数此类应用依赖于具有规则直径的纤维。“纤维的性能很大程度上取决于它们的直径,”Velásquez-García说。“如果你有一个显着的传播,那真正意味着只有百分之几是真的有效。示例:您有一个过滤器,过滤器的孔隙在50纳米到1微米之间。这实际上是一个1微米的滤波器。“

因为该组的早期器件是用硅蚀刻的,所以它是”外部馈电“,这意味着电场将聚合物溶液吸引到各个发射器的两侧。通过蚀刻到发射器侧面的矩形柱来调节流体流动,但是它仍然不稳定以产生不规则直径的纤维。

相比之下,新的发射器是“内部进给”的:它们有穿过它们的孔,液压将流体推入孔中直到它们被填满。只有这样,电场才能将流体吸收到细小的纤维中。

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