Elektrostatik eğirme sistemi tasarımı ve nanolif üretimi

Abstract

Elektrostatik Eğirme tekniği ile nano lif üretimi polimer jet'inin (çözeltisinin) yüksek gerilim altında toplayıcı plakaya doğru hareketi ile gerçekleşmektedir. Polimer, kompozit ve metal nano lif gibi çok çeşitli malzemeler bu yöntemle işlenebilmektedir. Nano fiber oluşumundaki en önemli engel polimer jetinin kaotik hareketinin yol açtığı kararsızlık olgusudur.Bu çalışmada, sonlu uzunluktaki içi boş silindirik plaka ve paralel düzlemsel elektrotlar kullanılarak oluşturulan ikincil elektrik alanlar yardımıyla, polimer jetinin kaotik saçılımının bastırılması ve düzenli fiber elde edilebilirliği araştırılmıştır. Çalışmanın ilk adımında standart eğirme sistemi modeli oluşturulmuş ve elektrik alan ifadesi çıkarılan silindirik elektrot ile bütünleştirilmiştir. İkinci aşamada kurgulanan sistem modeli bilgisayar benzetimleri ve deneysel sonuçlar kullanılarak karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Son adımda paralel elektrotlar üzerinde zaman bağlı değişen bir elektrik alan oluşturularak toplayıcı plaka üzerinde düzenli nano fiber ağ diziliminin elde edilebilirliği araştırılmıştır.Çalışma sonucunda, sonlu uzunluktaki silindirik elektrot üzerinde oluşan ikincil elektrik alanın, toplayıcı plaka üzerinde oluşan fiber ağ yapısı saçılımını önemli oranda azalttığını göstermiştir. Deneysel sonuçlar ve bilgisayar benzetimleri ile uyumlu sonuçlar vermiştir. Paralel elektrotlar kullanılarak oluşturulan zamana bağlı değişen elektrik alan yardımıyla düzenli ağ dizilimi elde edilmiştir.

In electrospinning process nano structured solid fibers are produced from charged polymer jet oriented at external electrostatic field. Materials such as polymer, composites and tissue scaffold fibers have been fabricated with electrospinning techniques. The typical obstacle of electrospun fiber production is the whipping instability resulted from the chaotic oscillation of polymer jet.In this study, feasibility of suppressing the whipping instability is analyzed and explained with a mathematical model based for the secondary electrostatic field created by finite length hollow cylinder. Additionally, parallel plate conducting electrodes are applied through the jet trajectory in order to investigate the possibility of controlled deposition of polymer fibers. Parallel electrodes are driven to generate a time-varying steering field for manipulating the fiber mat formation at the collector plate.It is shown that the three-dimensional path of polymer jet calculated by computer simulations based on the application of finite length hollow cylinder focus the characteristic spot size of the deposited electrospun fiber to a smaller diameter which is coherent to the experimental observations. Moreover electrospun polymer fibers accumulated in a controlled fashion at the collector with the modulated electric field.