مطالعه نظری و تجربی اثر منافذ بر قابلیت گذردهی هوا در وب نانوالیاف

توجه به ساختارهای نانولیفی در طی سالهای گذشته رو به افزایش بوده است. بخاطر ویژگی های خارق العاده ای مانند تخلخل بسیار بالا، سطح ویژه بسیار زیاد و فعالیت پذیری مطلوب که این ساختارها دارند در کاربردهای متنوعی مانند تصفیه و جداسازی، مواد پیشرفته، کاتالیزورها، مهندسی بافت و دارو رسانی بکار گرفته می شوند. مناسب بودن ساختار نانولیفی برای هر کاربرد خاص به شدت وابسته به ویژگی های ساختاری آن است. منافـذ شکل گرفته بین نانوالیاف، مورفـولوژی نانوالیاف و قابلیت گذردهی از جمله مهمترین خواص سازه های نانولیفی است که عملکرد سازه را مشخص می کند. در این رساله قابلیت گذردهی هوا در لایه نانوالیاف پلی اکریلونیتریل الکتروریسی شده از طریـق بررسی منافذ مورد مطالعه نظری و تجربی قرار گرفت. برای این منظور نانوالیاف پلی اکریلونیتریل در شرایط مختلف فرایند و محلول الکتروریسی شد. جمع آوری نانوالیاف الکتروریسی شده بر روی قاب های کاغذی و همچنین ورق آلومینیوم به ترتیب نمونه های مناسب برای سنجش عبوردهی هوا و تصویر برداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی را فراهم نمود. به کمک پردازش تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، مشخصات ساختاری لایه های نانوالیاف شامل قطر و توزیع اندازه قطرنانوالیاف، تعداد منافذ، سطح کلی منافذ و توزیع اندازه منافذ تعیین گردید. در ادامه تاثیر عوامل محلول و فرایند بر مشخصات ساختاری لایه های نانوالیاف و همچنین میزان عبوردهی هوای آنها ارزیابی شد تا درک جامع تری از ارتباط بین هندسه ساختار و خواص عبوردهی آن پدید آید. در بخش مطالعه نظری نیز دو مدل هندسی بر پایه احتمال هندسی و فرایند پواسون در فضای دو بعدی (صفحه) برای ارزیابی اندازه منافذ شکل گرفته بین نانوالیاف ارائه و تحلیل شد. نتایج پیش بینی هر دو مدل برای میانگین اندازه شعاع منافذ شکل گرفته بین نانوالیاف با نتایج حاصل از پردازش تصویر و اندازه گیری دستگاهی مقایسه شد. نهایتاً مدل های آماری مجزا برای پیش بینی میزان عبوردهی هوا از روی ویژگی های ساختاری لایه نانوالیاف مستخرج از پردازش تصویر و همچنین از روی مشخصات فرایند الکتروریسی ارائه شد. هر دو مدل بخوبی عبوردهی هوا را برای لایه های نانوالیاف الکتروریسی شده در محدوده عوامل مورد بررسی، تبیین می کنند. اهمیت مدل اول در توانمندی این مدل برای تعیین میزان عبوردهی هوای لایه های نانوالیاف پلی اکریلونیتریل الکتروریسی شده با استفاده از تصویر میکروسکوپ الکترونی و بدون نیاز به انجام آزمایش گذردهی هوا که تهیه نمونه مناسب از لایه های نانومقیاس برای این آزمایش مشکل و پردردسر می باشد، است. اهمیت مدل دوم در توانمندی این مدل برای مهندسی ساختارهای نانولیفی با میزان عبوردهی هوای مشخص است.