تولید الیاف فوق العاده ظریف با الکتروریسی

الکتروریسی در حال حاضر تنها روشی است که قادر به تولید الیاف فوق‌العاده ظریف پیوسته با قطر بین چند میکرومتر تا ده نانومتر است. به تازگی، الکتروریسی با توجه به توانایی منحصربه‌فردش در ساخت الیاف بسیار ریز از مواد مختلف (از جمله پلیمرهای طبیعی و مصنوعی، آلیاژهای پلیمری و پلیمر‌های پرشده با نانوذرات، دارو و یا عوامل فعال) علاقه‌ی چشمگیری را هم در دانشگاه و هم در صنعت، در تولیدات لیفی متنوع جلب کرده است. الیاف الکتروریسی شده را با توجه به اندازۀ بسیار ریز، مورفولوژی قابل کنترل و مساحت سطح ویژه بزرگشان، می‌توان در زمینه‌های متعددی مثل مهندسی نساجی، انتقال دارو، اپتوالکترونیک، سنسور، کاتالیز، فیلتراسیون، مهندسی محیط زیست، سلول‌های خورشیدی و باتری‌های لیتیومی به کار گرفت.

مورفولوژی‌ها و ساختارهای مطلوب الیاف الکتروریسی شده می‌توانند به‌وسیله‌ی روش‌های ساخت (یا دستگاه و تنظیمات الکتروریسی) تحت تأثیر قرار گیرند. به طور کلی، سه نوع تنظیم الکتروریسی مورد استفاده در ساخت  PCFها وجود دارد : الکتروریسی تک محوره، الکتروریسی هم محور محلول-محلول یا محلول-مذاب و الکتروریسی جت-آمیزه چند سیالی.

الکتروریسی تک محوره رایج‌ترین روش برای ساخت PCF‌های فوق‌العاده ظریف به علت تنظیمات ساده الکتروریسی و شرایط عملیاتی بسیار قابل کنترل است. معمولا یک محلول همگن از پلیمر/PCM‌های مخلوط شده را با نسبت مناسب در ابتدا به‌ وسیله‌ی پلیمر و PCM‌های جامد-مایع تهیه می‌کنند که همزمان در یک سیستم حلال یکسان حل می‌شوند. پس از آن، PCF‌های فوق‌العاده ظریف حاوی انواع و مقادیر مختلف از PCM‌ها با الکتروریسی تک محوره به دست می‌آیند. وقتی که PCM‌ها و پلیمرها نمی‌توانند در یک سیستم حلال حل شوند، الکتروریسی امولسیونی تک نازل برای تهیه PCF‌های فوق‌العاده ظریف، نیز استفاده می‌شود. سیستم حلال و نسبت جرمی پلیمر/PCM‌ها عوامل کلیدی برای تأثیر مورفولوژی و خواص حرارتی PCF‌های فوق‌العاده ظریف هستند.

ساختن الکتروریسی هم-محور به‌وسیله‌ی یک لوله مویین داخلی برای بارگیری محلول یا مذاب (PCMs) هسته و یک نخ‌ریس خارجی برای بارگیری محلول پوسته یا پوشش (پلیمر) بنا می‌شود. یکی از ویژگی‌های برجستۀ PCF‌های فوق‌العاده ظریف به‌وسیله‌ی الکتروریسی هم محور این است که آن‌ها ساختاری هسته-پوسته دارند. در مقایسه با الکتروریسی تک محوره، PCM‌ها می‌توانند در داخل PCF‌ها به طور کامل از طریق الکتروریسی هم محور، کپسوله شوند. علاوه‌بر این، محلول/مذاب PCM‌های هسته و پوستۀ محلول پلیمر به‌طور جداگانه تهیه می‌شوند، بنابراین ترکیب PCM‌ها و پلیمرها هیچ محدودیت سختی در PCF‌های کامپوزیتی ندارند.

الکتروریسی چندسیالی با نخ‌ریس‌های چندگانه عموماً به عنوان ترقی الکتروریسی هم-محور دیده می‌شود. ویژگی این روش این است که دو یا چند محلول PCM‌های جامد-مایع به عنوان محلول هسته مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دو ضعف رایج برای الکتروریسی هم-محور و الکتروریسی چندسیالی وجود دارد:

الف) تنظیمات و فرایند فناورانه آن‌ها در مقایسه با الکتروریسی تک محوره بسیار پیچیده است که این منجر به مورفولوژی و خصوصیات حرارتی ناپایدار PCF‌ها می‌شود؛

(ب) محتوای  PCM‌های جامد-مایع که در PCF‌ها کپسوله شده‌اند بسیار کم است، که باعث ایجاد آنتالپی‌های انتقال فازی کم PCF‌ها می‌شود.

همانند بسیاری از PCM‌های شکل-پایدار، تمام PCF‌های فوق‌العاده ظریف الکتروریسی ‌شده به طور عمده متشکل از دو بخش گزارش شده‌اند: PCM جامد-مایع به عنوان یک جزء LHS و پلیمرهای قابل الکتروریسی به عنوان یک الگوی فیبردار و ماتریس پشتیبان. بیشتر مطالعات نشان دادند که خواص حرارتی مانند آنتالپی‌های انتقال فاز( ΔHmو ΔHc) دماهای انتقال فاز Tm) وTc (PCF‌های فوق‌العاده ظریف به شدت به انواع و کسر وزنی PCM‌های مورد استفاده بستگی دارند.