Nastavení cookies

"Cookies" jsou malé softwarové soubory, které nám umožňují ukládat informace ohledně vašeho zařízení a vás jako uživatele výhradně v době, kdy navštívíte některou z našich internetových stránek. Cookies nám pomáhají zjistit návštěvnost našich stránek a také počet jejich uživatelů. Stejně tak nám pomáhají přizpůsobit naše nabídky tak, aby vyhověly vašim potřebám a byly pro Vás maximálně účinné. Co jsou cookies a jak je používáme?

Nanovlákna jsou technologie budoucnosti: V čem spočívá jejich atraktivita a kde všude pomáhají?

16.06.2022

Díky unikátním fyzikálním vlastnostem se nanovlákna dají využít v mnoha odvětvích lidského působení. Nejsou to jen ultrajemné roušky a filtry do respirátorů – nanovlákna nám pomáhají i jinde.

Nanovlákna jsou s námi stovky let. Již v roce 1600 pozoroval William Gilbert chování tekutiny ovlivněné elektrickým polem vytvořeným třením střípku jantaru. V roce 1887 publikoval britský fyzik Charles Vernon Boys rukopis o vývoji nanovláken a o tom, jak by bylo možné je vyrábět. Jeho objevy následně pomohly americkému vynálezci Johnu Francisi Cooleymu podat první moderní patent na elektrostatické zvlákňování. To se psal rok 1900.

K největšímu vývoji došlo ve 20. století. V letech 1934 až 1944 si Anton Formhals nechal patentovat spoustu vylepšených postupů na výrobu textilních přízí obohacených o nanovlákna. Dvojici vědců Nathalii Rozenblumové a Igoru Petrjanov-Sokolovovi se v roce 1938 podařilo pomocí elektrostatického zvlákňování vyrobit ultrajemný filtr známý taktéž jako Petrjanovův filtr.

Mezi lety 1964 a 1969 vytvořil sir Geoffrey Ingram Taylor teoretický základ elektrostatického zvlákňování. Na počátku 90. let se společnostem Reneker a Rutledge podařilo prokázat, že k zvlákňování do nanovláken se dá použít celá řada polymerů. Od té doby se počet publikací o elektrostatickém zvlákňování každým rokem exponenciálně zvyšuje.

Revoluce v elektrospinningu přišla v roce 2004 na Technické univerzitě v Liberci, kde tým profesora Jirsáka zrealizoval zvlákňování z volné hladiny kapaliny (= Liquid Free Surface Electrospinning). V roce 2006 byl firmou Elmarco, prodán první průmyslový stroj s pracovní šíří 1600 mm. Technologie Nanospider se oprávněně považuje za průlomovou, hlavně díky možnosti vyrábět nanovlákna ve skutečně průmyslovém měřítku. To vše díky jednoduchosti, spolehlivosti a flexibilitě vstupních surovin.

Zájem veřejnosti o nanovlákenné technologie stoupl nejvíce kvůli obličejovým rouškám a filtrům do respirátorů. Málokdo si uvědomuje, že nanovlákna zjednodušují a zkvalitňují náš život po mnoho let.

Proč jsou nanovlákna tak ceněná a kde všude pomáhají?

Nanovlákna jsou vlákna s nanometrovým průměrem, která mohou být vyrobena z různých polymerů, a proto mají rozličné fyzikální vlastnosti a aplikační potenciál. Všechna polymerní nanovlákna jsou jedinečná díky velkému poměru povrchu k objemu, vysoké poréznosti, znatelné mechanické pevnosti a flexibilitě ve srovnání se svými mikrovlákennými protějšky. Pokud hledáte materiál, který je zároveň odolný a přizpůsobivý, je nanovlákno jasnou volbou.

Ve srovnání s konvenčními vlákny jsou nanovlákna lehká, mají malý průměr a variabilní strukturu pórů, díky čemuž jsou ideální pro použití v různých výrobních odvětvích, jako je filtrace vody, výroba ochranných oděvů, tkáňové inženýrství, zhotovování funkčních materiálů a skladování energie.

Navíc jsou tak variabilní, že je lze vyrábět ze syntetických i přírodních materiálů.  Existují například nanovlákna uhlíková, polymerní, grafitová, kolagenová nebo celulózová, a to jsme stále nevyjmenovali všechny alternativy.

Kde všude nanovlákna pomáhají?

Díky unikátním fyzikálním vlastnostem se nanovlákna dají využít v mnoha odvětvích lidského působení. Nejsou to jen ultrajemné roušky a filtry do respirátorů – nanovlákna nám pomáhají i jinde.

Filtrace vzduchu
Pouhým přidáním tenkých vrstev nanovláken do tradičních filtračních podkladových materiálů se filtrační výkon několikanásobně zvýší. Nanovlákna dramaticky zlepšují účinnost filtrace, mají nízkou počáteční a trvalou tlakovou ztrátu a umožňují optimalizovat interakci mezi průtokem, účinností a životností filtru.

Filtrace kapaliny

V oblasti kapalinové filtrace se používají nanovlákenné membrány s póry schopnými zachytit i ty nejmenší škodlivé částice. Díky vysokému poměru povrchu k objemu a znatelnému povrchovému napětí se zachytí částice menší než 1 mikrometr. Technologie nanovlákenných filtrů pomáhá mimo jiné v zemích třetího světa, kde je nutné filtrovat znečištěnou vodu tak, aby byla pitná a zdravotně nezávadná.

Tkáňové inženýrství

V tkáňovém inženýrství se nanovlákna používají k výrobě scaffoldů podporujících růst, množení a reprodukci biologické tkáně, která má být nahrazena. Nejčastěji se využívají k zakrytí a vyhojení popálenin a řízenému uvolňování a dopravování léků do poškozené tkáně. Vlastní biodegradovatelnost scaffoldu umožňuje transplantaci tkáně a její zhojení bez nutnosti chirurgického odstranění nanovlákenného lešení.

Textilní průmysl

Nanovlákna našla uplatnění také ve volnočasových funkčních oděvech. Nanovlákenné mikroporézní membrány mají potenciál poskytovat nositeli tepelný komfort, lepší úroveň voděodolnosti a zároveň efektivně odvádějí páry.

Fotovoltaika a automobilový průmysl

V energetice umožňuje výběr správného polymeru vedení elektronů nebo iontů, díky čemuž jsou nanovlákna zajímavá pro výrobu a skladování energie. V této oblasti lze nanovlákna použít pro fotovoltaické panely, bateriové úložně systémy a kondenzátory. V současné době se uvažuje o aplikaci nanovláken do dobíjecích baterií s využitím vlastností křemíku. Došlo by tak k zlepšení účinnosti lithiových baterií přítomných v plug-in elektrických vozidlech. Nanovlákna se v automobilovém průmyslu již používají, a to k výrobě účinnějších automobilových filtrů.

Vojenská technika

V armádě se nanovlákna používají ke zlepšení schopnosti detekce chemických a biologických látek. Oděvy obohacené o nanovlákna zlepšují ochranu vojenského personálu díky své schopnosti filtrovat a rozkládat toxiny. Tato konkrétní oblast použití dala vzniknout samočistícím zařízením na ochranu osob. Ta zahrnují především masky složené ze dvou „vrstev.“ První slouží k filtraci vzduchu, zatímco druhá obsahuje aktivní uhlí, které pohlcuje škodlivé plyny a nečistoty.