نانو الیاف چیست؟+9 کاربرد آن در صنعت

نانو الیاف چیست؟

نانوالیاف معمولاً به ساختارهای استوانه‌ای دارای قطر خارجی کمتر از 1000 نانومتر و نسبت شکل ( نسبت طول به قطر) بیش از 50 گفته می‌شود.

انواع آن عبارتند از نانوالیاف غیرفلزی، فلزی و آلیاژی، نیمه‌رسانا، آلی، سرامیکی، شیشه‌ای و کامپوزیتی.

نانو الیاف، الیاف مصنوعی و کوچکی هستند که هر کدام هزار برابر نازک‌تر از موی انسان است.

این الیاف معمولاً از طریق الکتروریسی، طی یک فرایند با استفاده از یک بار الکتریکی برای جذب یک حلال پلیمری یا ذوب، الیاف نازکی را ایجاد می‌کند. نانو فیبرها ویژگی‌های منحصر به فردی دارند که آن‌ها را در بسیاری از کاربردها، از جمله فیلتراسیون، مهندسی بافت و الکترونیک، مفید می‌سازد.

مرکز تحقیقات BBC، نه حوزه صنعتی اصلی را تعیین کرده است که نانو الیاف در آن ها استفاده می‌شود و یا از قابلیت استفاده برخوردار است:

• کالاهای مصرفی
• دفاعی و امنیتی
• الکترونیک، انرژی
• علوم زیستی
• مکانیک/شیمی/ محیط زیست
• حسگرها و تجهیزات ابزار دقیق
• عایق‌های گرمایی و صوتی
• حمل و نقل

ما در این پست وبلاگ پیشرفت‌های اخیر در فناوری تولید نانوالیاف شامل انواع مواد، فرایندهای تولید و کاربردها را توضیح می دهیم.

همچنین تحلیل دقیقی از بازار محصولات نانولیفی را به صورت موضوعی (برای مثال، مواد، کاربرد، منطقه) ارائه می‌نماید و نمای فنی و روندهای موثر بر رشد بازار آینده را تشریح می‌کند.
بازار جهانی محصولات نانولیفی از میزان 203.2 میلیون دلار در سال 2013 به 276.8 میلیون دلار در سال 2014 رسیده است و ارزش این بازار در سال 2015 حدود 383.7 میلیون دلار بوده است.
افزایش استفاده از آن در حوزه‌ی فیلتراسیون و جداسازی، علوم زیستی و محصولات مصرفی مهم‌ترین پیشرانه‌ی گسترش بازار بوده است و بیانگر نرخ رشد مرکب سالانه سالم 37.4% طی سال‌های 2013 تا 2015 بوده است.

بخش مکانیکی/ شیمیایی/محیط زیست با 66.3% بزرگ‌ترین سهم از بازار درآمد سال 2015 به ارش 254.4 میلیون دلار را به خود اختصاص داده است.
همچنین بخش‌های علم زیستی، انرژی و کالاهای مصرفی با درآمد کلی 110.8 میلیون دلار در سال 2015( 28.8% از کل بازار) بخش قابل توجهی از بازار را در اختیار داشتند. در حالی که سایر بخش‌ها سهمی معادل 4.8% از کل درآمد بازار داشتند.

پیش‌بینی می‌شود که ادامه روند رشد سریع و افزایش تقاضا برای محصولات نانولیفی تا سال 2020 ناشی از عوامل زیر می‌باشد:

تقاضای پایدار برای نانوالیاف در کاربردهای موجود ناشی از خواص منحصر به فرد این محصولات است.
نفوذ سریع نانوالیاف در بخش‌های علم زیستی و کالاهای مصرفی.
رشد فراینده‌ی مواد، محصولات و ایجاد کاربرد در جریان اصلی تجاری‌سازی.
معرفی مواد مرکب جدید با خواص بهبود یافته.
بهره‌برداری بیشتر از این حوزه به عنوان جایگزینی برای مواد گران تر( به عنوان مثال، نانولوله‌های کربنی).
معرفی فناوری‌های کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر برای تولید نانوالیاف.
کاهش مداوم در قیمت واحد.
افزایش تعداد بازیگران جدید در بازار با محصولات و روش‌های تولید جدید.
سطوح بالای فعالیت‌های مربوط به تحقیق و توسعه.

پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی محصولات نانولیفی با نرخ رشد مرکب سالانه 38.6% از سال 2015 تا سال 2020 به درآمد جهانی حدود 2 میلیارد دلار در سال 2020 دست یابد.

بازار جهانی محصولات نانو لیفی در بخش‌های مختلف، تا سال 2020( میلیون دلار)

نگاهی بر فناوری‌ها و بازار جهانی نانو الیاف (بازارها و فنآوریهای جهانی)

بنا به اعلام بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) واژه نانو اشاره به ذرات، سازه‌ها و ابزارهایی دارد که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها زیر یک‌صد نانومتر باشد. البته در صنعت نساجی معمولاً به الیاف با قطر کمتر از 1 میکرون (برابر با 1000 نانومتر) نانو الیاف گفته می‌شود. بر همین اساس نیز در مطالعه حاضر، موسسه تحقیقاتی BCC به تعریف صنعتی از نانو الیاف پایبند بوده و به ارائه گزارشی از فناوری‌ها و نیز تحلیل بازارهای الیاف زیر 1000 نانومتر (نانو اایاف) پرداخته است.

به‌طورکلی نانو الیاف دارای نسبت طول به قطری بالاتر از 50 هستند و می‌توانند توخالی و یا صُلب[1] باشند و به همین جهت با نانو میله‌ها[2] که دارای نسبت طول به قطری بین 3 تا 5 هستند، کاملاً متفاوت‌اند.

نانوسیم‌ها (Nanowires) نیز دسته‌ای از نانو الیاف محسوب می‌شوند که دارای قطری کمتر از 100 نانومتر بوده و دارای نسبت طول به قطری بیش از 1000 هستند. نانو روبان‌ها[1] و نانو نوارها[2] نیز ازجمله دیگر نانو ساختارهایی هستند که گاهی در این دسته قرار داده می‌شوند.

تولید نانو روبان‌ها از طریق شکافتن دیواره نانولوله‌ها یا نانو الیاف توخالی انجام می‌شود. این ساختارها دارای ضخامت 50 نانومتری و عرض تقریبی 500 نانومتر هستند و در مقیاس نانومتری تنها یک بُعد دارند. ازاین‌رو در این گزارش به آن‌ها پرداخته نخواهد شد. در جدول 1 خلاصه‌ای از خصوصیات این نانو سازه‌ها بیان‌شده است.

جدول 1: نانو الیاف، نانو میله‌ها، نانوسیم‌ها و نانو روبان‌ها

نانو ساختار	نوع	قطر (نانومتر)	نسبت طول به قطر
نانو میله‌ها	صُلب	کمتر از 100	5-3
نانوسیم‌ها	صُلب	کمتر از 100	بیش از 1000
نانو الیاف	صُلب یا توخالی	کمتر از 1000	بیش از 50
نانو روبان‌ها	صُلب	ضخامت کمتر از 50، عرض بین 100-1000	بیش از 50

برای آشنایی بهتر با نانو الیاف ها بهتر است با سایر نانوساختارهای با طول بلند آشنا شویم:

نانو الیاف(Nano fibers) دارای نسبت طول به قطری بالاتر از 50 هستند و می‌توانند توخالی و یا توپر باشند.
نانومیله‌ها (Nano rods) دارای نسبت طول به قطری بین 3 تا 5 هستند، کاملاً متفاوت‌اند.
نانوسیم‌های (Nano wires) دارای قطری کمتر از 100 نانومتر بوده و دارای نسبت طول به قطری بیش از 1000 هستند.
نانوروبان ها(Nano ribbons) دارای ضخامت 50 نانومتری و عرض تقریبی 500 نانومتر هستند و در مقیاس نانومتری تنها یک بُعد دارند. تولید نانو روبان‌ها از طریق شکافتن دیواره نانولوله‌ها یا نانو فایبر های توخالی انجام می‌شود.