دانشگاه یزددانشکده فنی مهندسیگروه مهندسی نساجی

پایان نامهبرای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی تکنولوژی نساجی

بررسی تأثیر قطبیت میدان مغناطیسی خارجی و جهت اختالف

پتانسیل الکتریکی بر فرآیندالکتروریسی

استادان راهنما: دکتر پدرام پیوندی- دکتر محسن هادیزادهاستاد مشاور: دکتر رویا دستجردی

پژوهش و نگارش: محمد فالح نژاد1391اسفندماه

چكيده

الکتروریس999ی یکی از مهم ت999رین فراین999دهاي تولی999د نانوالی999اف در سال های اخیر است. در این فرایند میدان الکتریکی قوي بین نازل ح99اوي محل99ول پلیم99ري و جم99ع کنن99ده اعم99ال می ش99ود و جت الکتروریس99ی را تشکیل می دهد. جت ایجاد ش99ده ی99ک س99ري ناپای99داری های خمش99ی را در فاص99له ی الکتروریس99ی تحم99ل می کن99د و ب99ه دلی99ل ح99رکت ن99امنظم جت، نانوالیاف به طور تصادفی تشکیل الیه ای را بر روي جمع کنن99ده می دهن99د که به دلیل سرعت باالي جت، کن99ترل ن99احیه ی تجم99ع مش99کل اس99ت، ام99ا روش ه99ای مختلفی ب99راي کن99ترل جت و ن99احیه ی تجم99ع وج99ود دارد. ب99ا استفاده از میدان مغناطیس99ی خ99ارجی امک99ان کن99ترل ناپای99داری خمش99ی

وجود دارد. در این تحقی999ق ب999ر اس999اس متغیره999ای نم999ک و قط999بیت می999دان مغناطیسی، الکتروریسی نانو الیاف صورت پذیرفت. سپس با استفاده از اسکنر تصاویری از وب های تولید شده تهیه شد. با استفاده از نرم اف99زار مطلب مساحت وب های تولیدی محاسبه شد و با آزمون چند دامنه دانکن

به تجزیه و تحلیل آماری پرداخته شد. نت99ایج بدس99ت آم99ده نش99ان می ده99د ک99ه تغی99یر قط99بیت در می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی و همچ99نین ب99ه ک99ار گ99یری کلری99د س99دیم در محل99ول

پلیمری به طور محسوسی بر مساحت وب های تولیدی اثر گذار است.

2

فهرست مطالب

عن1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111وانصفحه

1.................فصل اول: اصول مربوط به الکتروریسی و پارامترهای آن

2...........................................................................-مقدمه1-13....................................................................-الکتروریسی1-24..............- فرآیند شکل گیری جت پلیمر در عملیات الکتروریسی1-3

6..............................................................- مخروط تیلور1-3-19.......................................................- مسیر مستقیم جت1-3-210.......................................................- ناپایداری های جت1-3-3

14.............................................................مدل کردن ناپایداری خمشی -1-415........................................................ پارامترهای مؤثر بر الکتروریسی1-5

16...........................................................................-پارامترهای محلول1-5-116..........................................-وزن مولکولی و ویسکوزیته محلول1-5-1-117.............................................................................-کشش سطحی1-5-1-218.................................................-ضریب هدایت الکتریکی محلول1-5-1-318........................................................................-تأثیر محتوای نمک1-5-1-4

19......................................................-پارامترهای فرآیند الکتروریسی1-5-220...............................................................-ولتاژ و میدان الکتریکی1-5-2-122........................................................................................-نرخ تغذیه1-5-2-222............................................................................-تأثیر جمع کننده1-5-2-323..........................................................- فاصله نازل از جمع کننده1-5-2-424....................................................-اثرات قطبیت بر الکتروریسی1-5-2-5

25.................................................................................-عوامل محیطی1-5-326..................................................................................................-دما1-5-3-126..........................................................................................-رطوبت1-5-3-227...........................................................................................-نوع جو1-5-3-327..............................................................................................-فشار1-5-3-4

28.......................................................فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته19....................................................................................................-مقدمه2-129...................................................- جمع کننده سيلندری با سرعت باال2-2 - اس9999999999تفاده از ی9999999999ک جفت می9999999999دان الک9999999999تریکی در2-3

30الکتروریسی……………………………………33............................................................... الکتروریسی با میدان نزدیک-2-4

39......................................................................................فصل سوم: تجربیات

i

40...............................................های تئوری انجام شده-بررسی3-141..................................................- انتخاب سیستم مختصات3-2…………………...…-تأثیر میدان مغناطیسی خارجی بر جت پلیمر3-3

.……………4247................................................................- بدست آوردن اندازه نیروها3-453...........................................-مشخصات مواد مورد استفاده3-555..................................های مورد استفاده مشخصات دستگاه-3-6

55...................................................- دستگاه الکتروریسی3-6-1…………………...رباهای ایجاد کننده میدان مغناطیسیآهن -3-6-2

…………….5659..........................................................سنسور اثر هال -3-6-360................دهنده به روش كندوپاش-دستگاه كوتينگ يا پوشش3-6-4SEM.......................61-دستگاه ميكروسكوپ الكتروني روبشی3-6-5

62.......................................................- روش انجام آزمايش3-762..............................................- تهيه محلول الكتروريسي3-7-163......................................................- انجام الكتروريسي3-7-2

65گیری چگالی شار میدان مغناطیسی بین نازل و جمع کننده-اندازه3-866.........................-محاسبه سطح وب نانوالیاف جمع آوری شده3-9

70............................................................................فصل چهارم: بحث و نتایج

71........................................................................ مقدمه-4-171..-بررسی مساحت وب های تولید شده…………………………..4-277....................................................................گیری-نتیجه4-178....................................................................-پیشنهادات4-2

79..............................................................................هاپیوست

80............................................................................1پیوست 81............................................................................2پیوست

82................................................................................مراجع

ii

فهرست جداول

ش11111111111111111111111111111111111ماره ج11111111111111111111111111111111111دولصفحه

54..........................الکلوینیل- بعضی از مشخصات پلي1-3جدول 54...................................- مشخصات کلرید سدیم2-3جدول 59........رباهای ساخته شده برای این تحقیق-مشخصات آهن3-3جدول

گ99یری ش99ده-محدوده ولتاژ و چگالی ش99ار مغناطیس99ی ان99دازه4-3جدول 60.................................................توسط سنسور اثر هال

...- شرایط یکسان در نظر گرفته شده برای انجام آزمایشات5-3جدول 64

- شرایط حضور میدان مغناطیسی و نمک ب9رای الکتروریس9ی6-3جدول 65...........................................................در این تحقیق

66..................برحسب تسال( B)-چگالی شار مغناطیسی7-3جدول 69..........................های الکتروریسی شده-مساحت وب8-3جدول

…..های تولیدی وب برای میانگین مساحتDUNCAN- آزمون 1-4جدول 72

73…........... برای تاثیر متقابل متغیرهاANOVA-جدول 2- 4 جدول 73…........... برای تاثیر اصلی هر متغیرANOVA- جدول 3-4جدول

iii

فهرست اشکال ش11111111111111111111111111111111111ماره ش11111111111111111111111111111111111کل

صفحه

4..........................-نمای شماتیکی از دستگاه الکتروریسی1-1شکل مس1111111111111یر جت پلیم1111111111111ر در حین -2-1ش1111111111111کل

5………………………..………...…..الکتروریسی…………………... ح111111الت قط111111ره آوی111111زان-11111 3-1ش11111کل

…...…………………………78.................................................حالت قطره چسبیده -4-1شکل تصاویر قطره ها در حالت( ال11ف( و)ب( تص11ویر بدس1ت آم11ده-1 5-1شکل

ب11رای قط11ره چس11بیده و تص11ویر )ج( و )و( ب11رای ح11الت قط11ره آویخت11ه آش1فتگی های-6-1شکل 9.………….……………………………………….می باشد

مربوط به ناپایداری ها الف -آشفتگی با عدد موج دو )ناپایداری انشعابی (، شکل ب- آشفتگی ب11ا ع11دد م11وج ی11ک )ناپای11داری خمش11ی (، ش11کل ج -

-تصویر سیلندریوآشفتگی با عدد موج صفر)ناپایداری تورمی (، شکل …………………………………………………از س1یال ب1دون آش1فتگی

11 ال11ف( نم11ای ن11زدیکی از ش11روع ناپای11داری ب( جت ناپای11دار-7-1ش11کل

13…….…...…ج(جت پایدار ب( ف11ریم ب11ر ثانیه 4500 ال11ف( عکس ب11رداری ب11ا س11رعت -8-1ش11کل

…..…………………………. ف111ریم ب111ر ثانیه30عکس ب111رداری ب111ا س111رعت نیروه11ای-9-1ش11کل 13…………………………………………………………

Y’……………..…...… ……..15 رویX,Zکولمبی اعمال شده توسط قطعات - اف11زایش ان11دازه دان11ه تس11بیحی ها در الی11اف پلی-10-1ش11کل

[B ]وML/HR 0.5 [A]کاپریلونیتری11ل ب11ا اف11زایش ن11رخ تغذی11ه در ML/HR 2………..…………………………………………22

)الف(نمای شماتیکی از دستگاه الکتروریسی با جمع-1-2شکل آرایش ی11افتگی نانوالی11اف ازSEMکننده س11یلندری، )ب(تص11ویر

…….. ب11ا اس111تفاده از جم111ع کنن111ده س111یلندری1کالژن ن111وع …………….30

الف-نم1ای ش1ماتیکی از الکتروریس1ی ب1ا دو می1دان -2-2ش11کل از نانوالیاف آرایش یافتهSEMالکتریکی عمود برهم، ب-تصویر

.….………… در الکتروریس111ی ب111ا دو می111دان عم111ود ب111رهم…………….31

- الکتروریس11ی مت11داول الکتروریس11ی ب11ا می11دان3-2ش11کل 32…………....نزدیک…………………

- فاصله بین سوزن و جمع کننده در الکتروریس11ی ب11ا4-2شکل33….…….……… میدان نزدیک

قط11111ره پلیم11111ر ایج11111اد ش11111ده توس11111ط فش11111ار-5-2ش11111کل 34…………………………..……………پمپ

38............………………………… ایجاد شدن جت پلیمر-6-2شکل

iv

نانوالی1111اف جم1111ع آوری ش1111ده روی ص1111فحه جم1111ع-7-2ش1111کل 35.…………………....……………کننده دستگاه الکتروریس1ی می1دان نزدی1ک ب1ا جم1ع کنن1ده متح1رکت-8-2شکل

………......….……36 الف –نانوالیاف تهیه شده از الکتروریسی مت11داول )ب(،)ج(،-9-2شکل

)و( نانو الیاف تولید شده با الکتروریس11ی می11دان نزدی11ک ب11ا جم11ع کنن11ده37………………………………...… متحرک

)الف(تحلیل مکانیکی الکتروریسی در حض11ور می11دان-10-2شکل مغناطیسی )ب(نیروی اعمال ش11ده از می11دان مغناطیس11ی ب11ر

42................................………..جت الکتریکی در الکتروریسی کلرید سدیم اضافه شده به پلی وینی11ل1و11،0.5 0 درصدهای -1-3شکل

40....................... می باشدC,B,Aالکل به ترتیب مربوط به نمونه های ……………. مختص11ات اس11توانه و جهت ب11ردار یکان ه11ای آن-2-3ش11کل

……..…………………..42 نمای شما تیک الکتروریسی تحت میدان مغناطیس1ی خ1ارجی-3-3شکل

)ال11ف(-می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم جهت ب11ا جری11ان )ب(-می11دان45.....................................مغناطیسی خارجی مخالف جهت جریان

الف- جهت نیروها در دس11تگاه مختص11ات اس11توانه ای-4-3شکل ب- نیروه11111ای مغناطیس11111ی وارد ب11111ر نانوالی11111اف در حین

44..………….…………………الکتروریسی استوانه ای ه11ای نزدی11ک ب11ه نیروهای مغناطیسی ناشی از جری11ان-5-3شکل

جهت )ب(-دو جریان موازی ن11اهم )الف(-دو جریان موازی هم45...........................................................................هم جهت

قرارگیری ه1ر ی1ک از س1یم ها در می1دان ایج1اد ش1ده از س1یم-6-3شکل 46.…………...…………مقابل

دس111تگاه الکتروریس111ی م111ورد اس111تفاده در این-7-3ش1111کل-- نم11ای ش11ماتیکی از آهن8-3ش11کل 56...……………...…….……تحقیق

58....................هارباهای الکتریکی میدان مغناطیسی ناشی از آن رباهای استفاده شده برای ایجاد میدان مغناطیس11ی- آهن9-3شکل

58.............................................................خارجی در این تحقیق61................................................- سنسور اثر هال10-3شكل 61.......................... (SEM )دستگاه اليه نشاني طال -11-3شكل62.................(SEM) ميکروسکوپ الکتروني روبشی-12-3شکل الکتروریس1ی تحت می1دان مغناطیس1ی خ1ارجی ال1ف-جهت-13-3ش1کل

شار می11دان مغناطیس11ی هم جهت ب11ا می11دان الکترواس11تاتیکی -ب- ش11ار64.……مغناطیسی در جهت مخالف میدان الکترواستاتیکی

.- دستگاه الکتروریسی تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی14-3شکل 64

آوری ش11ده-ال11ف- در حض11ور می11دانهای جم11عای از وب- نمونه15-3شکل مغناطیسی خارجی هم جت با میدان الکترواستاتیکی همراه نمک ب- در حضور میدان مغناطیسی خارجی هم جهت با می11دان الکترواس11تاتیکی ج- بدون حضور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم11راه نم11ک د- ب11دون حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی ه- در حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی، همراه نمک و- در حضور میدانمغناطیس1111ی خ1111ارجی مخ1111الف ب1111ا جهت می1111دان الکترواس1111تاتیکی

.....................................................................……………...67

v

69….................های الکتروریسی شدهتصاویر باینری وب- 16-3شکل

74…...........آوری شدههای جمع- نمودار میانگین مساحت وب1-4شکل 10000 نانوالیاف ریسیده ش11ده ب11ا بزرگنم11ایی SEM-تصاویر 2-4شکل

برابر در شرایط : الف- در حضور میدان مغناطیسی خ11ارجی هم جت ب11ا می11دان الکترواس11تاتیکی هم11راه نم11ک ب- در حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم جهت ب11ا می11دان الکترواس11تاتیکی ج- ب11دون حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم11راه نم11ک د- ب11دون حض11ور می11دان مغناطیس11ی خارجی ه- در حضور میدان مغناطیسی خارجی مخ11الف ب11ا جهت می11دان الکترواستاتیکی، همراه نمک و- در حض1ور می1دان مغناطیس1ی خ11ارجی مخ111111111111111111111111الف ب111111111111111111111111ا جهت می11111111111111111111111دان

75…...………………………………………………………….………الکترواستاتیکی 5000 نانوالی11اف ریس11یده ش11ده ب11ا بزرگنم11ایی SEM- تصاویر 3-4شکل

برابر در شرایط : الف- در حضور میدان مغناطیسی خ11ارجی هم جت ب11ا می11دان الکترواس11تاتیکی هم11راه نم11ک ب- در حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم جهت ب11ا می11دان الکترواس11تاتیکی ج- ب11دون حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم11راه نم11ک د- ب11دون حض11ور می11دان مغناطیس11ی خارجی ه- در حضور میدان مغناطیسی خارجی مخ11الف ب11ا جهت می11دان الکترواستاتیکی، همراه نم1ک و- در حض1ور می1دان مغناطیس1ی خ1ارجی مخ111111111111111111111111الف ب111111111111111111111111ا جهت می111111111111111111111111دانالکترواس1111تاتیکی………………………………………….…...…………………

76

vi

صلفاول

اصول مربوط به الکتروریسی و پارامترهای آن

-مقدمه1-1

فرایندی را ثبت کرد که یک دستگاه آزمایشگاهیFormals 1934در سال برای تولید نانو الیاف پلیمری با استفاده از نیروی الکترواستاتیک طراحی شده بود. وقتی از این روش برای ریسیدن الی99اف اس99تفاده ش99ود، ب99ه آن اص99طالحا الکتروریس99ی گفت99ه می ش99ود. ب99ه عب99ارت دیگ99ر الکتروریس99ی عملیاتی است ک99ه ن99انو الی99اف را ب99ه واس99طه ب99ار الک99تریکی روی جری99ان ش99تابدار از محل99ول پلیم99ر ی99ا م99ذاب تولی99د می کنن99د. ب99ا این روش الی99اف

ن9انومتر(100 ت9ا 5پلیمری با قطر نانومتر ی9ا زی9ر میک9رون )معم9وال بین [. 1تولید می شود ]

گ99یری نانوالی99اف ازهای زیادی در تکنولوژی شکلالکتروریسی موفقیت ه99ای مختلفی ب99رایهای پلیمری با گرانروی زیاد، داشته است. روشمحلول

که به امکانات تجاری، تنوع پلیمره99اتولید نانوالیاف وجود دارد. اما هنگامی هایها، سادگی فرآیند تولید و کاربرد آن در تکنولوژیو کاربردهای تجاری آن

مختلف تولید توجه شود، الکتروریسی به عن99وان کارآم99دترین روش ب99رای [. از عوام99ل ديگ99ري ک99ه اين روش را2ش99ود ]میتولید نانوالیاف ش99ناخته

دهد کنترل قط9ر، تولي99د نانوالي99اف ب99ا مورفولوژي ه99ايمورد توجه قرار می مختل99ف، داش99تن تن99وع در م99واد اولي99ه )پليمره99اي ط99بيعي، مص99نوعي،

توان ب99راي تولي99د الي99اف اس99تفادهپليمرهايي که در روش هاي معمولي نمي[. 3باشد ]کرد( مي

ii

-الکتروریسی1-2

الکتروریسی در منابع مختلف به عنوان روش99ی ک99ه در آن نانوالی99اف ش99وند، تعری99فاز مایعات پلیمری با استفاده از می99دان الک99تریکی تهی99ه می

ه99ای پلیم99ری و هم پلیمره99ایشده است. شایان ذکر است که هم محل99ول نانو الی99اف ب99ه علت ظ99رافت و س99طحتوانند الکتروریسی شوند. مذاب می

وی99ژه زی99اد کاربرده99ای متع99ددی دارن99د ک99ه ب99ه عن99وان مث99ال می ت99وان ب99ه [، الی99اف5[، س99اخت ص99افی ها ]4استفاده از این الیاف در کامپوزیت ه99ا ]

[، داربس99ت ب99افت ]10[، الیاف س99رامیکی ]9،8[، حسگرها ]7،6رسانا ] [. یکی از14[ اش99اره ک99رد ]13[، زخم پوش99ش ها ]12[، حم99ل دارو ]11

دار م99ایع در آن اس99ت،مع99ایب این روش ناپای99داری خمش99ی جری99ان ش99تاب دار مایع( در الکتروریس99یبنابراین الزم است که حرکت جت )جریان شتاب

[.15به نحوی کنترل گردد ] در فرایند الکتروریس99ی معم99ولی، می99دان الکترواس99تاتیکی ق99وي بین نازل ظ99رف ح9اوي محل9ول پلیم9ري متص9ل ب9ه ی9ک پمپ تزری9ق دقی99ق و ص99فحه ی جم99ع کنن99ده اعم99ال می ش99ود. هنگامی ک9ه ن99یروي الک99تریکی ب99ر

پلیمري در نوك نازل غلب99ه کن99د، جت الکتروریس99ی کشش سطحی قطره تشکیل می شود. جت ایجاد شده ی99ک س99ري ناپای99داری های خمش99ی را در حین گذر تا صفحه ی جمع کننده )فاصله الکتروریسی( تحم99ل می کن99د ک99ه این عامل باعث کشش فوق العاده ی لیف تشکیل ش99ده در جت می ش99ود. این کش99ش ب99ه هم99راه تبخ99یر س99ریع مولکول ه99ای حالل در فاص99له ی الکتروریسی منجر ب99ه ک99اهش قط99ر الی99اف ش99ده و الی99اف م99داوم نس99بتا خشک بر روي صفحه جمع کننده به طور تصادفی تشکیل می ش99وند. جت پلیمري در میدان الکتریکی به موجب اینکه نیروه99اي متض99اد روي آن اث99ر

iii

می کند، ناپایدار است. کشش س99طحی متمای99ل اس99ت ک99ه س99طح جت را کوچک نماید و دافعه ی بارهاي الکتریکی همنام موج99ود در س99طح جت آن را نامتع99ادل می کن99د و س99طح آن را اف99زایش می ده99د. بن99ابراین یکی از

ل الکتروریس99ی اتف99اق می افت99د ناپای99داری هایناپای99داری هایی ک99ه در طوخمشی است که با چگالی شار الکتریکی سطحی باال اف99زایش می یاب99د ]

16 .]

اجزاء متداول دستگاه الکتروریسی اساسا ش9امل ی9ک س99رنگ پ9ر از محلول یا مذاب پلیمری، یک صفحه جمع کننده وب نانوالیاف و ی99ک منب99ع تغذیه ولتاژ باال برای تأمین نیروی الکتریکی مورد نیاز ب99رای کش99یدن جت

نمای ش99ماتیکی از الکتروریس99ی نش99ان داده1-1باشد. در شکل مایع، میشده است.

شماتیکی از -نمای1-1شکل

[17دستگاه الکتروریسی ]

iv

فرآیند شکل گیری جت پلیمر در عملیات -1-3الکتروریسی

در فرآیند الکتروریسی یک میدان الکترواستاتیکی بین یک نازل و یک گ99ردد، در حقیقت ولت99اژ ب99االیی ب99ه ی99ک پلیم9ر س99یالجمع کنن99ده ایج99اد می

شود تا توسط آن سیال باردار گ99ردد. در اث99ر ن99یروی الک99تریکی،اعمال می شود بدین ترتیب ک99همحلول پلیمری از نازل به سمت جمع کننده خارج می

وقتی بارهای الکتریکی در سیال به مق99داری بح99رانی برس99د، ی99ک جری99ان ش99ود از قط99ره ن99وک س99وزن در اث99ردار محلول که »جت« نامیده میشتاب ش99ود. جت الکتروریس99ی ب99هگیری مخروط تیل99ور ب99ا ش99تاب خ99ارج میشکل

سمت منطقه با پتانسیل کمتر، که در بیشتر موارد صفحه جم99ع کنن99ده ای کن99د س99پس حالل از می99ان جتاست که به زمین متصل شده، ح99رکت می

کن99د ک99هه99ایی را تحم99ل میشود، عالوه بر این جت، ناپایداریپلیمر تبخیر می عمدتا به وجود آورنده اندازه نانویی قطر لی99ف هس99تند و ب99ر مورفول99وژی

پلیم99ر2-1[. با توجه ب99ه ش99کل 19،18گذارد ]میالیاف تولید شده نیز اثر در مسیر خود به منظ99ور ریس99یده ش99دن س99ه مرحل99ه را طی می کن99د ک99ه

عبارتند از :

تشکیل مخروط تیلور و خارج شدن جت از آن .1 نازک شدن جت خارج شده از مخروط و حرکت آن به سمت .2

)مسیر جمع کننده مستقیم(

ناپایداری های ایجاد.3جت پلیمر خمشی در

v

- مسیر جت پلیمر در حین الکتروریسی2-1شکل

به این ترتیب قطره پلیمری نوک س99وزن ب9اردار ش99ده و ب99ا اف9زایش چگالی بار الکتریکی، ش99کل ک99روی قط99ره را ب99ه مخ99روط تب99دیل می کن99د

)مخروط تیلور( و نهایتا به صورت جت شتابدار در می آید. کروی بودن شکل قطره به دلیل نیروهای کشش سطحی اس99ت ک99ه محلول را ب99ه س99مت ش99کلی ب99ا کم99ترین نس99بت س99طح ب99ه حجم متمای99ل

[.19می کند ]به طور کلی نیروهای وارد بر محلول پلیمری عبارتند از :

نیروی کشش سطحی: در ابتدای کار از ایجاد جت جلوگ99یری نم99ودهو باعث کاهش سطح و جمع شدن محلول می شود.

نیروی ویسکوزیته: از کشیده شدن محلول بین ن99وک س99وزن و جم99عکننده جلوگیری می کند.

نیروی کلمبیک: ن99یروی دافع9ه بین باره99ای همن99ام روی س99طح پلیم99رمی باشد که سبب کشیده شدن محلول پلیمری می شود.

ن99یروی الکترواس99تاتیک: ن99یرویی ک99ه می99دان الک99تریکی ب99ر جت واردمی کند و سبب شتاب دار شدن محلول پلیمری می گردد.

vi

مخروطی شدن قطره به دلیل نیروهای دافع99ه کولمبی99ک و نیروه99ای الکترواستاتیک است که وقتی که این نیروه99ا ب99ر ن99یروی کش99ش س99طحی

[. 19غلبه کرد جت تشکیل می گردد ]-مخروط تیلور1-3-1

در ی99ک مجم99وع از کاره99ای1 تیل99ور ،1969 ت99ا 1964بین س99ال های به بررسی رفتار یک قطره در2زنلی پیوسته برای بهبود و توسعه کارهای

دو حالت زیر پرداخت: - حالتی که یک قطره بار دار به ط99ور م99داوم در پتانس99یل معل99وم1

نسبت به زمین قرار داشته باشد. - حالتی که یک قطره در می99دان الک99تریکی یکن99واخت ق99رار داش99ته2باشد.

در ح99الت اول تیل99ور نش99ان داد ک99ه اف99زایش پتانس99یل منج99ر ب99ه کشیدگی بیشتر قط99ره خواه99د ش99د. ب99رای ح99الت دوم قط99ره ای را درون خازن در نظر گرفت و نشان داد که با اف99زایش ش99دت می99دان الک99تریکی قطره بیشتر و بیشتر کشیده می شود و در میدان الکتریکی بیشتر از ی99ک مقدار بحرانی، قطره شکل پایدار خود را از دست خواهد داد و ناگهان به

[. 20شکل یک مخروط در خواهد آمد ] تیلور با استفاده از یک مخروط نامحدود که توسط یک سیال پیوسته

شکل گرفته است به محاسبه نیم زاویه رأس مخروط پرداخت. او دالیل تجربی مفی9دی در م9ورد مخ9روط تیل99ور جم9ع آوری نم9ود و شکل مخروط ایجاد شده در نتیجه جت خارج شده از س99طح ی99ک م99ایع را محاسبه نمود. وی همچنین اولین محققی اس99ت ک9ه تالش نم9ود ن9رخ ب9از

11.Taylor22. Zeleny

vii

ش99دگی و آش99فتگی را ب99رای ی99ک جت م99ایع ایج99اد ش99ده توس99ط می99دان الکتریکی را با یک تقریب خطی برای ح99التی ک99ه آش99فتگی کوچ99ک اس99ت

[. 20محاسبه نماید و محاسبات خود را برای مایع لزج انجام داد ] [ تحقیقات قابل ت99وجهی را20در سال های اخیر رنکر و همکارانش ]

ب99ه ص99ورت تج99ربی و تئ99وری در زمین99ه رفت99ار قط99ره ب99ار دار در می99دان الکتریکی و فرایند الکتروریسی انجام داده ان99د. آنه99ا ب99ا بررس99ی داده ه99ای آزمایشگاهی نشان دادند که قطره مورد بحث مستقل از ش99کل اولیه اش شکل ثابتی به خود خواهد گرفت و این شکل تا زمانی ک99ه ش99دت می99دان الکتریکی از مقدار بحرانی فراتر نرود پایدار خواهد مان99د. ب99ا فرات99ر رفتن شدت میدان الکتریکی از مقدار بحرانی شکل قطره به شکل مخ99روطی با نوک گرد شبیه می شود. ش99عاع انحن99ای ن99وک مخ99روط می توان99د آنق99در کوچک باشد که ب99ا سیس99تم های معم99ولی تص99ویر ب99رداری قاب99ل تش99خیص نباشد ولی باید توجه داشت که حتما گرد است زی99را در غ99یر این ص99ورت

[. 20اندازه شدت میدان الکتریکی در نوک آن بینهایت خواهد شد ] جزییات مربوط به شکل حقیقی نوک مخروط، یک مسئله انتگرال و دیفرانسیل گیری غ99یر خطی اس99ت. همچ99نین رنک99ر نش99ان داد ک99ه ش99کل قطره در نوک سوزن قبل از آن که جت از آن خارج ش99ود ه99ذلولی گ99ون

[. 20بسیار شبیه به مخروطی با نوک گرد می باشد ] رنکر و همکارانش با نوشتن مع99ادالت و ح99ل آنه99ا مق99دار نیم زاوی99ه

درجه به دس99ت آوردن99د. آنه99ا ب99رای مقایس99ه نت99ایج33.5مخلوط تیلور را تئ99وری و عملی، دو ن99وع آزم99ایش ط99راحی و در ه99ر ی99ک از ح99االت، از مخروط تیلور تصاویری تهیه نمودند. در حالت اول قطره چسبیده است و در حالت دوم یک قطره آویزان می باشد. در واق99ع ه99دف از ط99رح این دو آزمایش، مشخص نمودن اثر جاذبه بر نیم زاویه مخروط می باشد. ش99کل

viii

ح9الت قط9ره چس9بیده را نش9ان4-1 ح9الت قط9ره آوی9زان و ش9کل1-3می دهد.

[20- حالت قطره آویزان ]3-1شکل

[20-حالت قطره چسبیده ]4-1شکل برای آزمایشات عملی از محلول پلی اتیلن اکساید با وزن ملک99ولی

% اس99تفاده نمودن99د و اختالف پتانس99یل را6 در آب ب99ا غلظت 400000 ولت افزایش داده اند ت99ا م99رحله ای200مرحله به مرحله و در هر مرحله

ix

که یک جت از نوک مخروط خارج گردد و در ه99ر مرحل99ه از ش99کل قط99ره[. 20پس از به تعادل رسیدن، تصویر تهیه نمودند ]

)ال99ف( بدس99ت آم99ده ب99رای قط99ره چس99بیده5-1ب99ا توج99ه ب99ه ش99کل می باشد و خط سفید، محور تقارن قطره است. در این تصویر نیم زاوی99ه رأس پیش بینی شده توسط رنکر با خط پر و نیم زاوی99ه رأس پیش بی99نی شده توسط تیلور با خط چین نشان داده شده اس99ت. آنه99ا تاکی99د نمودن99د ک99ه این تص99ویر بهب99ود داده ش99ده ی99ا بری99ده ش99ده نیس99ت و ک99امال واقعی

Find )ب( توسط نرم افزار 5-1می باشد. شکل Edges از aبدست آم99ده و لبه های تصویر توسط این نرم افزار مشخص شده اس99ت، و ان99دازه نیم

داده مناسبی از ن99رمAزاویه را در سه ناحیه مشخص نموده اند، در ناحیه خط99وط مم99اس نیم زاوی99هBافزار اس99تخراج نش99ده اس99ت. ب99رای ناحی99ه

30.5 نیم زاوی99ه C درجه ایجاد می کند و خط99وط مم99اس در ناحی99ه 37.5 )ج( و )و( ب99ه ط99ور مش99ابه ب99رای ح99الت5-1درجه ایجاد می کنن99د. ش99کل

درج99ه و در31.5 نیم زاوی99ه Aقطره آویخته بدست آمده است. در ناحیه درج99ه بدس99ت آم99ده اس99ت. هم99ه این زوای99ا ب99ه نیم26 نیم زاویه Bناحیه

درج99ه ک99ه توس99ط رنک99ر ب99ه دس99ت آم99ده اس99ت33.5زاویه هذلولی گون درج99ه بدس99ت49.3نزدیکتر می باشد تا ب99ه نیم زاوی99ه مخ99روط تیل99ور ک99ه

. آورده بود

x

تصاویر قطره ها در حالت )الف( و )ب( تصویر بدست آمده5-1شکل

برای قطره چسبیده و تصویر )ج( و )و( برای حالت قطره آویخته[20می باشد ]

-مسیر مستقیم جت1-3-2

در مرحل99ه دوم از الکتروریس99ی وق99تی ک99ه محل99ول جت از مخ99روط تیلور به سمت صفحه جمع کننده حرکت می کند جت شتاب می گ99یرد و از سوزن دور می شود در یک مسیر مستقیم ح99رکت می کن99د ک99ه نم99ای جت نسبت به زمان تغییری نمی کند این مرحل99ه از الکتروریس99ی را مرحل99ه ب99ا

[.21ثبات می نامند ]

xi

ناپایداری های جت -1-3-3

تئوری ه99ای ناپای99داری خمش99ی را ب99رای جت ب99دون ش99ارژ در طی توسط ی99ارین و همک99ارانش توس99عه و ش99رح داده1982-1993سال های

شده است. ناپایداری های خمشي براي يك جت سيال ويسكوز كه در هوا[.22حركت می کند پديده طبيعي محسوب می شود ]

در عمل در حالی که جت نازک می شود تحت تأثیر ی99ک ی99ا چن99د ن99وع ناپایداری قرار گرفته و رشد این ناپایداری ها جت را منح99رف می کن99د. در

آشفتگی های مربوط به ناپایداری های مختلف نشان داده ش99ده6-1شکل است. آشفتگی توسط ناپای99داری های ب99ه مق99دار کم ایج99اد ش99ده اس99ت و

( تعری99ف می ش99ود. ح99داکثر دامن99ه آش99فتگی رخ دادهSتوسط عدد م99وج ) برای جت توسط تصاویر از نم99ای ب99اال نش99ان داده ش99ده و تص99اویر پ99ایین تغییر شکل جت را نمایش داده است. عالئم + و- نش9ان دهن9ده انح9راف

6-1مثبت و منفی از حالت شکل بدون آشفتگی را نشان می ده99د. ش99کل )و( تصویر المانی سیلندری از سیال ب99دون آش99فتگی اس99ت، ش99کل )ج(،–

آشفتگی با عدد موج صفر )ناپایداری تورمی(، شکل )ب( آشفتگی با عدد موج یک )ناپای9داری خمش9ی( و ش9کل )ال9ف(، آش99فتگی ب9ا ع9دد م9وج دو )ناپایداری انشعابی( را نشان می دهد. رشد ناپای99داری ن99وع )ج( منج99ر ب99ه تشکیل ریز قطرات با اندازه های یکسان می ش99ود و رش99د ناپای99داری ن99وع )الف( منجر به تشکیل دو جت با ابعاد یکسان می ش99ود. در الکتروریس99ی

[. 21رایج ترین ناپایداری، ناپایداری خمشی است ]

xii

- آشفتگی های مربوط به ناپایداری ها الف -آشفتگی با6-1شکل

عدد موج دو )ناپایداری انشعابی(، شکل ب- آشفتگی با عدد موج یک

)ناپایداری خمشی(، شکل ج - آشفتگی با عدد موج صفر )ناپایداری

[21 -تصویر سیلندری از سیال بدون آشفتگی ]وتورمی(، شکل

به طور کلی عمل مخروط تیلور در فرایند الکتروریسی ب9رای تب9دیل الیاف ممتد به الیاف با قطر خیلی کم کافی است. اما سیاالتی که عموما در این فرایند کاربرد دارند از نازل تا جم9ع کنن99ده ب9ه ان9دازه ک9افی جام9د نمی شوند که بتوانن9د پس از برخ9ورد ب9ا جم9ع کنن9ده ح9الت لیفی خ9ود را حف999ظ کنن999د پس یکی از مکانیس999م های اص999لی و ض999روری در فراین999د

الکتروریسی، ناپایداری خمشی سریع جت سیال محسوب می شود. بر اساس مشاهدات، پس از خارج شدن جت سیال مس99تقیم از ن99وک مخروط تیلور، بع99د از ی99ک مرحل99ه کوت99اهی ک99ه ناپای99داری خمش99ی در جهت جلو و عقب حرکت می کن99د، ب99ا اف99زایش دامن99ه رش99د، جت ی99ک

xiii

مسیر سه بعدی خمشی، مارپیچی و حلقه ای را طی خواهد ک99رد. ه99ر حلقه جت از نظر طولی و ظرافت رشد می کند و به این ترتیب قط99ر و محیط حلقه ه99ا اف99زایش می یاب99د. ه99ر س99یکل ناپای99داری خمش99ی را

می توان در سه مرحله توصیف کرد: بخش هموار ی99ا کمی خمی99ده ک99ه ب99ه ط99ور ناگه99انی ب99ه آرایه ای از.1

خمش ها تبدیل می شود. در ه99ر خمش جت پلیم99ری کش99یده ش99ده و آرای99ه خمش ه99ا ب99ه.2

حلقه های مارپیچ مانند با قطرهای افزایشی تبدیل می شوند. همچن99ان ک99ه محی99ط حلقه ه99ا بیش99تر ش99ده و مقط99ع عرض99ی جت.3

(1تشکیل دهنده حلقه ها کوچکتر می شود، شرایط برای مرحل99ه ) در مقیاس کوچکتر فراهم شده و سیکل بعدی ناپای99داری خمش99ی

آغاز می گردد. تک99رار این س99یکل ادام99ه می یاب99د، قط99ر جت پلیم99ری ه99ر چ99ه بیش99تر

کاهش یافته تا نانوالیاف تشکیل شوند. -و7-1در شدت های پایین میدان الکتریکی، مانند آنچه ک99ه در ش99کل

نشان داده شده است یک جت ن99ازک یکن99واخت از ن99ازل ب99ه س99مت جم99ع کننده خواهیم داشت. ولی در شدت های ب9االی می9دان بع9د از ی9ک فاص9له

-ب تص99ویر گرفت99ه ش99ده ناحی99ه7-1کوت99اه جت ناپای99دار می گ99ردد. ش99کل ناپایدار جت را که شبیه به ی99ک مخ99روط معک99وس اس99ت و ح99اکی از جت چندگان99ه اس99ت را نش99ان می ده99د. ولی ب99ه وس99یله عکس ب99رداری س99ریع، نشان داده شده است که مخروط معک99وس در واق99ع ی99ک جت اس99ت ک99ه

-ال99ف تص99ویر7-1دارای حرکت مارپیچی ب99ا س99رعت ب99اال می باش99د ش99کل حرکت مارپیچی جت را نش99ان می ده99د. فرک99انس ح9رکت س99ریع جت ب99ه قدری زیاد است که به نظر می رسد جت به چند فیالمنت تبدیل می شود.

xiv

ناپایداری خمشی یکی از انواع ناپایداری است که به احتمال فراوان برای جت محلول پلیمری در فرایند الکتروریسی رخ می ده9د. عکس ب9رداری ب9ا س99رعت ب99اال از نم99ای نزدیک99تر نش99ان می ده99د ک99ه جت س99یال دارای ی99ک

8-1حرکت مارپیچی اس99ت و چن9د فیالمنت ج9دا از یک99دیگر نیس9ت ش99کل )الف( و )ب( عکس های هس99تند ک99ه ب99ا فریم ه99ای متف99اوت از جت س99یال

[.22گرفته شده اند ]

-الف( نمای ن99زدیکی از ش99روع ناپای99داری ب( جت ناپای99دار7-1شکل[22ج(جت پایدار ]

xv

4500- الف( عکس برداری با سرعت 8-1شکل

فریم30 ب( عکس برداری با سرعت فریم بر ثانیه

[22بر ثانیه ]

-مدل کردن ناپایداری خمشی: 1-4 اختالل و آشفتگی عمدتا ایجاد ارتعاش بیرونی می کند، در نتیجه غ99یر ممکن است که مسیر دقیق جت محلول را مدل کرد و این ح99الت تع99دیل می شود با توجه به این حقیقت که تحت پارامترهای فرایند یکس99ان، م99ایع مشابه و تاثیرات محیطی یکسان، مسیر جت محلول یکس99ان نیس99ت. ب99ه عبارت ساده، ردی99ابی تج99ربی مس99یر جت محل99ول و مس99یر ش99بیه س99ازی شده جت محلول بر اساس تک ت99ک اص99ول ب99ه دلی99ل اختالف99ات گون99اگون ممکن نمی باشد. بهر حال، مشخصات بقایی از قبیل ط99ول مس99تقیم جت محلول، نصف زاویه پوشش مخروطی شکل و قطر متوسط نانو الیاف و ... می توانند ب99ه ص99ورت معقوالن99ه ای م99دل س99ازی ش99وند. در ح99الی ک99ه اختالل در هر جایی در امتداد مسیر جت محلول ص99ورت گ99یرد، ناپای99داری تنه99ا در فاص99له ای معین دور از ن99وک س99وزن ص99ورت می گ99یرد. یکی از فاکتوره99ای مهمی ک99ه منج99ر ب99ه نقط99ه بح99رانی می گ99ردد ک99اهش س99فتی خمشی است که در اثر کاهش قطر جت محلول در امت99داد مس99یر اتف99اق

[. 22می افتد ] فرض کنی9د مقط99ع عرض99ی م9ارپیچی جت م9دور باش99د، پس س99فتی خمشی برای محلول پلیمری مشخصی به سرعت با ت99نزل در ش99عاع جت

ه99ر ک99دامX,Y,Z گ99ره ه99ای9-1محلول کاهش می یابد. با توجه به ش99کل نشان دهنده یک بار الکتریکی درون جت هس99تند ک99ه در ی99ک راس99تا ق99رار

xvi

در اث99ر اختالل وYدارند و به یکدیگر نیرو وارد می کنن99د. زم99انی ک99ه گ9ره آنرا دورتر فشار می دهند،Z و X’ حرکت می کند، دو نیروی Yآشفتگی به

’ عبارتس99تZY’ و XYاز آنجایی که هر نیروی کولمبی در امتداد خط99وط :از

(1-1) F=( el )

2

فاصله دو بار الکتریکی از یکدیگر می باشد.l بار الکتریکی و eدر جائیکه بنابراین جزء افقی نیروی ناشی از ه99ر دو ن99یروی کلم99بی را می ت99وان ب99ه

صورت زیر بیان کرد.

(1-2)F1=2F cos θ

بهر حال، کشش سطحی بر ناپایداری خمش99ی ت99أثیر می گ99ذارد زی99را ح99الت خمش99ی همیش99ه ب99اعث اف99زایش مس99احت س99طح جت محل99ول می ش99ود. در این قبی99ل م99وارد، زم99انی ک99ه نیروه99ای ناپای99داری بزرگ99تر از نیروی کشش سطحی می شوند، ناپایداری شروع می ش99ود، در ح99الی ک99ه حضور مداوم مقاومت جانبی از زیاد بزرگ شدن منحنی توسط اختالل در

X,Y,Z [22] جلوگیری می کند.

xvii

’Y رویX,Z-نیروهای کولمبی اعمال شده توسط قطعات 9-1شکل

-پارامترهای مؤثر بر الکتروریسی1-5

ای از پارامتره99ا ک99ه ش99امل پارامتره99ای محل99ول،طی99ف گس99ترده پارامترهای فرآیند و پارامترهای محیطی است ب99ر فرآین99د الکتروریس99ی و

[.32-27گذارد ]خصوصیات وب نانوالیاف در آن اثر می خصوصیات الیاف، همچنین تأثیرگذاری یک یا تعدادی پارامتر بر ابعاد

ه9ایالیاف و خصوصیات وب تولی99د ش9ده در الکتروریس9ی، توس9ط گ9روهتحقیقاتی زیادی بررسی شده است.

ت99وان ب99ه س99هگذارن99د را میمعموال عواملی که بر الکتروریسی اثر میدسته تقسیم نمود:

شود به پارامترهای محلول مانن99داولین دسته از عوامل مربوط می.1 غلظت، ویسکوزیته، کشش سطحی، محت99وای نم99ک موج99ود و

رسانایی محلول پلیمری شود ب99ه عوام99ل فرآین99د مانن99د ولت99اژ بک99اردومین دسته مربوط می.2

رفته، اندازه نازل و نرخ تغذیه، ن99وع جم99ع کنن99ده و فاص99له بین1(TCD )نوک نازل و جمع کننده

ش99ود ب99ه عوام99ل محیطی مانن99د: دم99ا،س99ومین دس99ته مرب99وط می.3رطوبت و فشار هوای اطراف دستگاه

1 - tip and collector distancexviii

-پارامترهای محلول1-5-1

ه999ای پلیم999ری بیش999ترین ت999أثیر را ب999ر فرآین999دخصوص999یات محل999ول ه99االکتروریسی و مورفولوژی الیاف بدست آمده دارد ک99ه در ادام99ه ب99ه آن

[.26،23گردد ]اشاره می

-وزن مولکولی و ویسکوزیته محلول1-5-1-1

ویسکوزیته محلول نقش مهمی در تعیین اندازه لی99ف و مورفول99وژی آن طی الکتروریسی الی99اف از م99ایع پلیم99ری دارد. ب99ا ویس99کوزیته بس99یار

گیری الیاف ممتد به وقوع نخواهد پیوست همچنین ویس99کوزیتهپایین شکل ش99ود. ازآوری ش99ده، میپ99ایین س99بب تش99کیل دان99ه تس99بیحی در وب جم99ع

از محل99ول پلیم99ریک99ه ویس99کوزیته ب99اال باش99د پرت99اب جتطرفی هنگ99امی شود، همچنین ویسکوزیته باال سبب گیر ک99ردن محل99ول در ن99وکدشوار می

سوزن شده و حتی ممکن است محلول در نوک سوزن و قب99ل از ش99روع الکتروریس999ی خش999ک ش999ود. از این رو، ویس999کوزیته مناس999ب ب999رای

[. نتایج بسیاری از تحقیقات نش99ان5]الکتروریسی یک امر ضروری است مورفولوژی لیف به شدت به ویسکوزیته سیال پلیمری وابس99تهدهد که می

[.29،26]است

ش99ود،در مواردی که مایع پلیمری تنها شامل یک پلیمر و یک حالل می ویسکوزیته با غلظت نسبت مستقیم دارد، اما چون ویسکوزیته به تم99امی

-های بین مولکولی در محلول بستگی دارد، نوع حالل و افزودنیبرهم کنش. [26]گذارد های ممکن مانند نمک نیز احتماال بر آن تأثیر می

xix

های پلیمر در محل99ول وهای زنجیرهوزن مولکولی پلیمر تعداد درگیری ه99ای درگ99یر ش99دهده99د. ش99بکهدر نتیج99ه ویس99کوزیته محل99ول را نش99ان می

کن99د. از اینزنجیره پلیمری نقش مهمی را در فرآیند الکتروریسی ایف99ا می توان99د تع99دادرو حتی وقتی غلظت پلیمر پایین است، وزن مولکولی باال می

-های زنجیری پلیمری را تأمین کند. همچ99نین در ص99ورتیکافی از این شبکه ه99اهای بین مولکولی بتواند جایگزینی برای رسانایی بین زنجیرهکه واکنش

های مولکولی باالشود باشد، وزنهای زنجیری فراهم میکه از طریق شبکه[.34،33]برای فرآیند الکتروریسی ضروری نیست

وزن مولکولی پلیم99ر همچ99نین نقش بس99زایی ب99ر س99ایر خصوص99یات .[24]مکانیکی و الکتریکی نظیر کشش سطحی، و رسانایی محلول دارد

در ه99ر ح99ال اف99زایش ویس99کوزیته م99ایع پلیم99ری، چ99ه در اث99ر وزن مولکولی باالی پلیم99ر و چ99ه در اث99ر اف99زایش غلظت محل99ول، قط99ر لی99ف

که روزنه نازل کمی گرفته شده ی99ادهد، به جز هنگامینهایی را افزایش می که یک قطره کامل برای انجامجریان به طریقی کاهش یافته باشد بطوری

[.27]فرآیند در دسترس نباشد

-کشش سطحی1-5-1-2

شروع الکتروریسی به محلول باردار ش99ده نی99از دارد، ت99ا ب99ر کش99ش سطحی آن غلبه کند. در حین الکتروریسی وقتی جریان به سمت ص99فحه

کن99د، کش99ش س99طحی ممکن اس99ت ب99اعث ش99کلجم99ع کنن99ده ح99رکت می گرفتن دانه تسبیحی ها در ط99ول جت گ99ردد. کش99ش س99طحی، س99طح ب99ر

-که تراکم مولک99ولدهد. در این مورد، هنگامیواحد جرم سیال را کاهش می های محلول بیش99تر تمای99ل دارن99د ت99ا دورهای آزاد حالل زیاد است، مولکول

هم جمع شوند و یک شکل ک9روی )در اث99ر کش99ش س99طحی( را ب99ه وج9ودxx

توان با افزایش غلظت محلول )ویسکوزیته(، تا ح99دودی بنابراین میآورند.[.23بر این کشش سطحی غلبه نمود ]

-ضریب هدایت الکتریکی محلول1-5-1-3

در عملیات الکتروریسی در اثر بارهای الکتریکی، کش99ش ب99ر س99طح گیرن9د. بن9ابراین اگ9رمحلول اعمال شده و ذرات محلول از هم فاص9له می

ض99ریب ه99دایتی محل99ول اف99زایش یاب99د، ب99ار بیش99تری ب99ه وس99یله جت پلیمرها رسانا هستند، به ج99زاکثر [.99 23تواند حمل شود ]الکتروریسی می

ه99ای ب99اردار در محل99وله99ا ک99ه دی الکتری99ک هس99تند. ی99ونتع99داد کمی از آن پلیمری تأثیر زیادی در تشکیل جت دارند. رسانایی محلول به طور عم99ده

ه99ا،به وسیله ن99وع پلیم99ر و حالل بک99ار رفت99ه و ق99ابلیت یون99یزه ش99دن نم99ک ب99ا اف99زایش رس99انایی الک99تریکی محل99ول، ک99اهش[.24]ش99ود مشخص می

آید، به ط99ورقابل توجهی در قطر نانوالیاف الکتروریسی شده به وجود می آین99د درکلی نانو الیافی با قط9ر کم ب9ا رس99انش الک99تریکی ب9اال بدس99ت می

حقیقت با محلولی با رس99انایی کم ازدی99اد ط99ول ک99افی ب99رای ی99ک جت ب99ا ش9ود ت9ا بتوان9د تش9کیل لی9ف بده9د، و امک99اننیروی الکتریکی ف9راهم نمی

ه99ای ب99ا رس99انش ب99اال ب99ه محل99ول.مشاهده دانه تسبیحی ها ن99یز زی99اد است ه99ای الک99تریکی ناپایدارن99د ک99ه منج99ر ب99ه ناپای99داریشدت در حض99ور می99دان

]یاب99د ه99ا اف99زایش میخمش99ی بیش99تر ش99ده و ط99ول مس99یر عب99ور جت آن24،23.]

xxi

-تأثیر محتوای نمک1-5-1-4

ده9د ک9ه ت9أثیر نم9ک موج9ود در محل9ول ی9کمرور مق9االت نش9ان می ها را باو همکارانش تأثیر یون Zongموضوع کامال مبهم باقی مانده است.

ه9ای ی99ونی ب99ر مورفول99وژی و قط99ر لی99ف الکتروریس99ی ش99دهافزودن نمک الیاف، NaClهای یونی مانند اند و دریافتند که با افزودن نمکبررسی نموده

نانومتر تولی99د1000 تا 200تسبیحی با قطر نسبتا کم در حدود بدون دانه شود. افزایش رسانایی محلول با استفاده از افزودن نمک ب99رای س99ایرمی

-1 و همکارانش ، Fongتوسط POEمانند پلیمرها هم استفاده شده است

POE توس99ط ن99وع کالژن Huang( 99 2002 و همک99ارانش،)PA6 توس99ط Mit-

Uppatham ،و همکارانش PVA توسطZhang ،و همکارانش PAA توسط Kim

ها یکنواختی الیاف افزایش یافته و در کلبا استفاده از نمکو همکارانش. و همک99ارانشHeikkil در تحقی99ق [. ام99ا 24]د یابندانه تسبیحی ها کاهش می

نمک درون محلول به طور ناگهانی و غیر منتظره قط99ر لی99ف را اف99زایش[.26]داده است

دهد اف99زودن نم99ک در محل99ول ب99اعث ک99اهشمشاهداتی که نشان می ه99ا مب99نی ب99رش99ود، بیش99تر از مش99اهداتی اس99ت ک99ه نت99ایج آنقطر لی99ف می

افزایش قطر با افزایش نمک است. توضیحات مختلفی برای این تن99اقضوجود دارد:

های متفاوت با فرمول شیمیایی و اندازه مولک99ولی متف99اوتاوال نمک توانند به طور متفاوتی نیز عمل کنند و بدین ت99رتیب اث99ر مفی99دی ک99ه درمی

استفاده از یک نمک معین تولید شده احتماال با نمک دیگ99ر نبایس99تینتیجه ه99ایهای متفاوت احتماال اثرات متقابل متفاوتی با مولک99ولایجاد شود. نمک

توان9د ویس9کوزیتهپلیمر و حالل دارند، و این تأثیرات متقاب9ل اس9ت ک9ه می محلول را تحت تأثیر قرار داده و بدین ترتیب به طور غیر مس99تقیم قط99ر

xxii

لیف را نیز تحت تأثیر خود ق99رار ده99د. ثانی99ا مق99دار نمکی ک99ه ب99ه محل99ول ریسندگی اضافه شده است از چند صدم درصد تا چند در صد متغیر بوده

از سوی دیگر، اثر نمک بر روی قطر ممکن است به نوع پلیمر نیز. است[.26]وابسته باشد

الکتروریسی-پارامترهای فرآیند1-5-2

گ99ذاردعوام99ل مهم دیگ99ری ک99ه روی فرآین99د الکتروریس99ی ت99أثیر می دار محل99ول الکتروریس99یای اس99ت ک99ه روی جری99ان ش99تابعواملی خ99ارجی

شود. این عوام99ل ش99امل ولت99اژ، ن99رخ تغذی99ه، ن99وع ص99فحه جم99عاعمال می .باشدکننده، قطر سوزن و فاصله بین نوک سوزن و صفحه جمع کننده می

که تأثیر مشخصی روی مورفولوژی لیف دارند اما اث99راین پارامترها، با اینها نسبت به تأثیر پارامترهای محلول از اهمیت کمتری برخوردار است.آن

-ولتاژ و میدان الکتریکی1-5-2-1

یکی از عناص99ر مهم الکتروریس99ی، ولت99اژ ب99االیی اس99ت ک99ه ب99رای ریسیدن محلول بکار رفته اس99ت. ولت99اژ ق99وی ب99ار الک99تریکی الزم را روی محل99ول الق99ا ک99رده و هم99راه ب99ا می99دان الک99تریکی خ99ارجی، فرآین99د الکتروریس99ی را، زم99انی ک99ه نیروه99ای الکترواس99تاتیکی درون محل99ول ب99ر

[.23]نماید کند، آغاز میکشش سطحی محلول غلبه می

(اثر میدان الکتریکی و ولتاژ1

xxiii

ت99رین پ99ارامتر در الکتروریس99ی اطالقتواند به عنوان ض99روریولتاژ می ه99ایی ک99ه جتشود، زیرا سبب ایجاد جت شده و نیز باعث ایجاد ناپای99داری

ش99ود. ولت99اژ، متوس99ط ش99دت می99دان الک99تریکی دردهن99د، میرا کش99ش می کن9د. اث9ر پارامتره9ای می9دانفاصله بین نازل و جمع کننده را مش9خص می

الکتریکی بر روی فرآیند الکتروریسی و تشکیل الی99اف، متن99وع اس99ت. در مورد تأثیر افزایش ولتاژ بر روی تغییر قطر الیاف تولیدی نت99ایج متف99اوتی در مطالعات محققان ذکر شده است. به عبارت دیگر افزایش ولتاژ و در نتیجه افزایش میدان الکتریکی، در برخی موارد قطر لیف را کاهش و در موارد دیگر افزایش داده است. کاهش قطر لیف که در نتیجه ولتاژ باال یا

گونه توض99یح داد ک99ه ولت99اژ ب99االتر،توان اینمیدان الکتریکی باال است را می کن99د و نیروه99ای داف99عنیروهای الکترواستاتیک بیش99تری را ب99ه جت الق99ا می

تواند بهتر دارند. افزایش قطر نیز میتر تمایل به تشکیل الیاف ظریفبزرگ توان99د س99ببت99ر میآسانی توضیح داده ش99ود، زی99را می99دان الک99تریکی ب99زرگ

گ99ردد ]ت99ر میجریان جرمی بیشتری شود ک99ه منتهی ب99ه تولی99د الی99اف کلفت26،24.]

ت99رین مش99کالت در کاربرده99ای الکتروریس99ی ایج99اد دان99هیکی از جدی تسبیحی ها بر روی الیاف است. تشکیل دانه تسبیحی ها کارایی محصوالت

به طور کلی در ولتاژ باال تمای99ل بیش99تری ب99ه تش99کیلکند. را نامطلوب می تش99کیل دان99ه تس99بیحی ها ب99ه ش99دت[.25،23دانه تسبیحی ها وجود دارد ]

و همکارانش بر روی رابط99ه بین Kadomaeمیدان الکتریکی وابسته است. بارهای الکتریکی بر روی نوک نمونه خارج ش99ده از ن99ازل و تش99کیل دان99ه

ها به بررس99ی تش99کیل دان99ه تس99بیحی ها دراند. آنتسبیحی ها، متمرکز شده الکتروریسی با تغییر در شدت میدان الکتریکی، ب99ه وس99یله تغی99یر ولت99اژ و

xxiv

TCDان99د ک99ه تش99کیل دان99ه تس9بیحی ها ب99ه وس99یله پرداخت99ه و اعالم نم99وده [.23]یابد جریان الکتریکی باالتر شدت می

میدان الکتریکی و عوامل مؤثر در آن یعنی ولتاژ و فاصله، مهم ترین کنند. ش99دیدترین می99دانپارامترهایی هستند که میزان تولید را مشخص می

ت99رین فاص99له بیش99ترین م99یزانالکتریکی و بنابراین بیشترین ولتاژ و کوتاه ش9ود ب9ه اف9زایش جری9اندهد، ک9ه ب9ه ط99ور عم9ده مرب9وط میتولید را می

الکترواستاتیکی که ب99اعث ب99یرون کش99یدن م99یزان م99ایعالکتریکی و فشار [.26گردد ]بیشتری از نازل می

ب99رای الکتروریس99ی ب99هDCدر حالی که به طور معمول ولتاژ ورودی نیز استفادهACرود، اما ممکن است برای الکتروریسی از پتانسیل کار می

شود. در شروع حرکت محلول شتابدار، کش99یدن و ناپای99داری خمش99ی ب99ه دلیل باره9ای الک99تریکی موج9ود در محل9ول اس99ت. ب99اردار ک99ردن محل99ول بسیار سریع است و شروع جریان ش99تابدار محل99ول قب99ل از تغی99یر تن99اوب

افت99د. وق99تی جری99ان ش99تابدار محل99ول ب99ه اتفاق میACولتاژ در یک ورودی ه99ای منظمی از جری99انقطع99هکن99د، سمت ص99فحه جم99ع کنن99ده ح99رکت می

محلول شامل بارهای مثبت یا منفی روی آن خواهند بود. چ99ون ناپای99داری ه99ایخمشی در نتیجه نیروهای کولمبی دافع در جت محلول است، قطع99ه

منظم در جریان شتابدار محل99ول ب99ا ولت99اژ مثبت ی99ا ولت99اژ منفی نیروه99ای یاب99د.دافعه را ک99اهش داده و در نتیج99ه ناپای99داری خمش99ی جت ک99اهش می

چون ناپایداری خمشی کمتر و کشیدگی کمتر در جری9ان ش99تابدار محل99ول وجود دارد، الیاف بدست آمده دارای قطر بیشتری نسبت به الیافی که با

باش99ند. م99زیت دیگ99رشوند، می تشکیل میDCولتاژ ورودی برابر اما از نوع این اس99ت ک99ه تمای99ل کم99تری ب99رای انباش99تگی باره99ایACولت99اژ ورودی

xxv

نشینی وجود دارد. بن99ابراین، ی99ک الی99هالکتریکی مشابه روی لیف بعد از ته آوریتر از الیاف الکتروریسی شده، مخصوص99ا وق99تی ص99فحه جم99عضخیم

[.23تواند جمع شود ]گیرد، میعایق مورد استفاده قرار می

-نرخ تغذیه1-5-2-2

سرعت خروج مایع از سرنگ یک پ99ارامتر مهم فرآین99د اس99ت ک99ه ب99ر ساختار مورفول9وژیکی الی9اف ب9ا تغی99یرگذارد. همچنین سرعت جت اثر می

نرخ تغذی99ه، مق99دار محل99ول م99ورد [.24]کند نرخ تغذیه به وضوح تغییر می کند. اگر هدف داشتن یک مخ99روطاستفاده برای الکتروریسی را تعیین می

[.23]تیلور پایدار باشد، با ولتاژی ثابت، نرخ تغذی99ه متناس99بی وج99ود دارد وقتی ن99رخ .ددهنرخ تغذیه کم زمان کافی را به حالل برای تبخیر شدن می

یابد افزایش متقابلی در قطر لیف و نیز ابعاد اندازه دانهتغذیه افزایش می آید. ایننشان داده شده، به وجود می 10-1که در شکل تسبیحی ها، بطوری

تری از محل99ول از ن99وکرسد، چرا که اوال حجم بزرگامر بدیهی به نظر می ثانیا زمان خشک شدن مناسب برای الی99افشود، سوزن بیرون کشیده می

[. 36،35]از ابتدای حرکت تا رسیدن به جمع کننده وجود ندارد

xxvi

-- افزایش اندازه دانه تسبیحی ها در الیاف پلی10-1شکل

.ml/hr 2[4][ B ]وml/hr 0.5 [A]کاپریلونیتریل با افزایش نرخ تغذیه در

جمع کننده تأثیر-1-5-2-3

ق99در ک99ه ب99ر روی مورفول99وژی الی99افط99بیعت جم99ع کنن99ده ها هم99ان گذارد. به عنوان مث99التأثیرگذار است بر روی جمع شدن الیاف نیز اثر می

های بسیار یکنواختالیاف جمع شده بر روی کاغذ، سطحی صاف، اندازه ه9ایو عی99وب بس9یار کمی دارن9د. الی99اف جم9ع ش99ده ب9ر روی آب، ان99دازه

-شوند. همچنین، س99وراخآوری میتری جمعمختلف دارند و به طور متراکم های درون غشای ایجاد ش99ده ب99ر روی ورق آلومی99نیومی و کاغ99ذ از لح99اظ اتصال به یکدیگر در سطح وب، از غش99ای ایج99اد ش99ده ب99ر روی آب به99تر

است. ه99ای آلومی99نیومی و آبجمع کننده های رس99انای الک99تریکی مانن99د ورق

ای محکم با ساختار غشایی ضخیم دارند، در ح99الی ک99هتمایل به ایجاد الیه ای از الی99اف ب99ا س99اختاربا یک جمع کننده غیر رسانا مانند کاغذ، یک شبکه

[.37]شود تر ایجاد میشل شوند معموال تجمع کمتریالیافی که روی جمع کننده نارسانا جمع می

شوند دارند. این امر بهدر مقایسه با الیافی که روی سطح رسانا جمع می دلیل نیروهای دافع ناشی از بارهای الکتریکی جمع ش99ده ب99ر روی ص99فحه جمع کننده است. در صفحه جمع کننده رس99انا، باره99ای الک99تریکی از روی

شود ت99ا الی99اف بیش99تری ب99هشوند. بنابراین اجازه داده میالیاف پراکنده می توانند نزدیک بهم ق99رارصفحه جمع کننده جذب شوند و در نتیجه الیاف می

[.23،37]گیرند

xxvii

جمع کننده- فاصله نازل از 1-5-2-4

فاصله بین نازل و جمع کننده عامل دیگ99ری اس99ت ک99ه ب99رای کن99ترل قطر و مورفولوژی الیاف در الکتروریسی بررسی شده است، و مشخص شده که یک فاصله مناسب نیاز است تا به الیاف فرصت کافی داده شود

[.24]که پیش از آن که به صفحه جمع کننده برسند، خشک شوند تواند رویبسته به خواص محلول، تغییرات فاصله در برخی موارد می

مورفولوژی لیف تأثیر داشته باشد و در موارد دیگر اث99ری نداش99ته باش99د.نتایج گزارش شده برای این موارد مختلف و بعضا متفاوت است.

در بعضی موارد، تغییر فاصله اثر مشخصی روی قط9ر لی9ف نداش99ته برخی از منابع مطرح شده که هم فاص99له خیلی کم و هم در [.23]است

م99وارد در [.24]ش99ود ه99ا میفاصله خیلی زیاد سبب افزایش دان99ه تس99بیحی دیگری بیان شده که تنها با کاهش فاصله، دانه تسبیحی ها تمایل ب99ه رش99د

[.27،23بیشتر دارند ] گ99ردد. درتر شدن الیاف تولی99دی میناپایداری خمشی جت سبب نازک

فاصله کم، زمان کافی برای افزایش این ناپایداری وجود ن99دارد. بن99ابراین ، احتماال به دلیل نبود زمان ک99افیTCDرشد دانه تسبیحی ها در اثر کاهش

ش99ودگون99ه بی99ان میدر حالی که دلیل دیگر این[.27]برای پرواز جت است تواند در نتیجه افزایش ن99یروی می99دان الک99تریکیها میکه رشد دانه تسبیحی

. به هر حال اگر فاصله به ق99دری باش99د ک99هبین سوزن و جمع کننده باشد-ه99ای کم99تری تش99کیل میتس99بیحیشدت میدان در مقدار بهینه باش99د، دان99ه

شوند، چرا که میدان الکترواستاتیکی نیروی کش99ش ک99افی ب99رای جری99ان های مهم فیزیکی در الکتروریسی ک99ه بای99دیکی از جنبه [.23]کند مهیا می

به آن توجه شود، خشک شدن نانوالی99اف از حاللی اس99ت ک99ه پلیم99ر را در تواند تبخیر حالل را تس99هیل کن99د،تر میفاصله بزرگ[.99 24]اند آن حل کرده

xxviii

گردد، اما تبخ99یر ب99ه عوام99ل دیگ99ری ک99هتر میکه منجر به ایجاد الیاف نازک [.26]ش99ود، ن99یز بس99تگی دارد شامل رط99وبت نس99بی و ف99راریت حالل می

همچنین در فاصله بیش99تر محل99ول پلیم99ری زم99ان بیش99تری ب99رای کش99یده شدن دارد. با وجود این مواردی وجود دارد که در فاصله بیشتر قطر لیف

یابد. این عمل در اثر ک9اهش ن9یروی می9دان الکترواس99تاتیکی وافزایش می[.23]در نتیجه کمتر کشیده شدن الیاف است

-اثرات قطبیت بر الکتروریسی1-5-2-5

کن99د، ص99فحه جم99عکه مایع پلیمری در ن99ازل ب99ار مثبت پی99دا میهنگامی کند. این روش باردار شدن، باردار ش99دن معک99وسکننده بار منفی پیدا می

شود. اصوال محققان دستگاه الکتروریسی خود را بر این اساسنامیده می س99ازند. ب99ه ه99ر ح99ال،که حالل پلیم99ر ب99ه ط99ور مس99تقیم ب99اردار ش99ود، می

های زیادی درکه باردار شدن حالل به طور غیرمستقیم باشد، تفاوتهنگامیفرآيند و پارامترهای تولید خواهد داشت.

تغی99یر قط99بیت عام99ل بس99یار مهمی در فرآین99د الکتروریس99ی م99ذاب است. بسیاری از مطالعات الکتروریسی مذاب معموال ب99ر اس99اس ب99اردار

ه9ایشدن مثبت جم99ع کنن99ده اس99ت. این ام99ر ب99ه خ99اطر اس99تفاده از ن99ازل معمولی است. در این مورد، باردار شدن مذاب پلیمر سبب آسیب دی99دن

نازل خواهد شد.Lyons در پایان نامه دکترای خود بیان نموده که به وسیله تغییر قطب-

ه9ات99وان بدس99ت آورد، ب99دون آن ک99ه ب99ه ن99ازلها، راندمان تولید مشابهی می آسیبی برسد و اگر نوک نازل به زمین متصل ش9ود و ص9فحه جم9ع کنن9ده

]د بار مثبت پیدا کند، میدان الکتریکی با ش99دت یکس99ان ایج99اد خواه99د ش99 و همکارانش بر روی تأثیر قطبیتKilicاما در مطالعاتی که توسط [.38

xxix

در فرآیند الکتروریسی انجام شده برای مش99اهده اث99رات ناش99ی از تغی99یر های مستقیم وها بر روی فرآیند، دو دستگاه الکتروریسی یکی با قطبقطب

ه99ا،های معکوس نصب ش99ده اس99ت. در نت99ایج آزمایش99ات آندیگری با قطب ه99ای )ب99اردار ش99دن های(تفاوت آشکاری بین متوسط زمان تولی99د در نص99ب

ml 1/0مستقیم و معکوس مشاهده شده است. زمان الکتروریسی مقدار

برابر بیش99تر از نص99ب مس99تقیم6/1در نصب معکوس، PVAاز محلول است. ب9ه عب99ارت دیگ99ر، ق9ابلیت تولی99د نانوالی9اف در نص99ب مس9تقیم ک99ه

ای بیش99تر ازوضعیت متداول الکتروریسی اس99ت ب99ه ط99ور قاب99ل مالحظ99ه ب99رای قط99بیتهمچ99نین های عکس اس99ت. قابلیت تولید در دستگاه با قطب

kV/cm83/2 ت99ا 83/1ه99ای الک99تریکی از مستقیم، محدوده وسیعی از میدان

[.25]برای انجام الکتروریسی و تولید نانوالیاف وجود دارد

-عوامل محیطی1-5-3

به غیر از پارامترهای محلول و فرآیند، پارامترهای دیگری ن99یز وج99ود گ99ذارد. این پارامتره99ا، عوام99لدارد ک99ه ب99ر فرآین99د الکتروریس99ی ت99أثیر می

باشد.محیطی شامل رطوبت، دما و غیره می ای اس99ت ک99ه ت99اکنون ب99هاثر محیط اطراف جت الکتروریسی، زمینه

طور ضعیف مورد بررس99ی ق99رار گرفت99ه اس99ت. هرگون99ه اث99ر متقاب99ل بین تواند روی مورفولوژی لیف الکتروریسی ش99دهمحیط و محلول پلیمری می

مؤثر باشد. برای مثال مشخص شده که رطوبت باال موجب تشکیل خل99ل که الکتروریسی تحت تأثیرشود. نظر به اینهایی روی سطح لیف میو فرج

میدان الکتریکی خارجی است، هرگونه تغییری در محیط الکتروریسی نیز[.23بر روی فرآیند الکتروریسی تأثیر خواهد داشت ]

xxx

-دما1-5-3-1

Mit-uppatham درجه25 – 60 و همکارانش به بررسی اثر دما در بازه ان99د و دریافتن99د پرداخت99ه6گراد بر روی الکتروریسی الیاف پلی آمید-سانتی

ه99اکه با افزایش درجه حرارت قطر الیاف تولیدی کاهش یافت99ه اس99ت. آن ه99ای پلیم99ری در دم99ایاین کاهش در قطر را به کاهش ویسکوزیته محلول

اند، زیرا یک رابطه معکوس بین ویسکوزیته و دما وج99ودباالتر نسبت داده[.39]دارد

-رطوبت1-5-3-2

توانن99د خش99که99ای ف99رار ب99ه س99رعت میدر رطوبت بسیار پ99ایین حالل شوند. گاهی اوقات س99رعت تبخ99یر حالل نس99بت ب99ه خ99روج حالل از ن99وک

توان99د فرآین99د الکتروریس99ی را ب99اسوزن بسیار بیشتر است که این امر می توان99د ب99رای چندالکتروریس99ی تنه9ا می مشکل مواجه کند. در نتیجه، فرآیند

[.40]دقیقه قبل از آن که نوک سوزن مسدود شود، انجام شود ک99ه رط99وبت دراند که در صورتیهمچنین برخی محققان مطرح کرده

تواند به تخلی99ه ب99ار الک99تریکی موج99ود ب99رمحیط الکتروریسی زیاد باشد می[. 23]روی الیاف الکتروریسی شده کمک کند

اس99تایرن در ح99ال ریس99ندگیه99ای پلیهای مختلف ب99رای محل99ولرطوبت در و همکارانش مورد مطالعه قرار گرفته و نشان داده ک99ه Casperتوسط

ب9ا اف9زایش رط9وبت% سطح لیف ص9اف اس9ت، اما50رطوبت کمتر از ش99ود، اف99زایشای شکل بر روی سطح الیاف ظاهر میمنافذ کوچک دایره

ه99ا ش99ده و دربیشتر رطوبت منج99ر ب99ه اف99زایش ان99دازه این خل99ل و ف99رج[.23]گردد ها مینهایت باعث ادغام آن

xxxi

الکتروریس99ی در رط99وبت ب99اال ش99بیه ب99ه آن اس99ت ک99ه در ش99رایط-الکتروریسی عادی، آب بر سطح لیف م99تراکم ش99ده باش99د. در نتیج99ه می

ه99ای ف99رارتواند بر روی مورفولوژی لیف، مخصوصا پلیمر محلول در حالل[.23]اثر داشته باشد

-نوع جو1-5-3-3

ترکیب هوا در محیط الکتروریسی بر فرآین99د الکتروریس9ی تأثیرگ9ذار خواه999د ب999ود. گازه999ای متف999اوت رفتاره999ای متف999اوتی تحت می999دان الکترواس999تاتیکی ب999اال دارن999د. ب999ه عن999وان مث999ال هلیم تحت می999دان

شود و بنابراین الکتروریس99ی ممکن نخواه99دالکترواستاتیکی باال تجزیه می اس99تفاده12بود. اگرچه وقتی یک گاز با ولتاژ تجزیه ب99االتر مانن99د فرئ99ون-

شود، الیاف بدست آمده قطری دو برابر قطر الیافی را دارند که در ه99وا[.40]اند و در سایر شرایط یکسان الکتروریسی شده

-فشار1-5-3-4

تحت شرایط بسته، این امکان وجود دارد که اثر فشار ب99ر روی جت الکتروریسی را بررسی نمود. به طور کلی کاهش فش99ار محی99ط اط99راف

بخش99د. وق99تی فش99ارجت الکتروریسی، فرآیند الکتروریس99ی را بهب99ود نمی کمتر از فشار اتمسفر باشد، محلول پلیمری درون سرنگ تمایل بیش99تری به جریان یافتن به سمت خارج سوزن خواه99د داش99ت و بن99ابراین م99وجب

یابد، حبابشود. در مدت زمانی که فشار کاهش میشروع جت ناپایدار می زدن سریع محل99ول در ن99وک س99وزن رخ خواه99د داد. در فش99ار بس99یار کم،

xxxii

]ت الکتروریسی در نتیجه تخلیه مستقیم بارهای الکتریکی، غیرممکن اس9923.]

xxxiii

فصل دوم

مروری برتحقیقات گذشته

-مقدمه2-1

حرکت گردبادی جت و بخار شدن حالل پلیمر به طور هم زمان باعث می شود که الی9اف کش9یده ش9وند و در مح9دوده ن9انومتر ق9رار گیرن9د. در الکتروریسی متداول الیاف به صورت تصادفی بر سطح جمع کنن99ده جم99ع می شوند که علت این امر نیروی دافع الکترواستایک است که بین الی99اف وجود دارد و آنها را از هم جدا می کن99د. تالش ه99ای متع99ددی ب99رای م99وازی قرار دادن الیاف تولیدی در نظر گرفته شده است که از جمع کنن99ده دوار

سیلندری و یا میدان الکتریکی استفاده شده است.

جمع کننده سيلندری با سرعت باال-2-2

های تولید نانوالیاف آرایش یافت99ه، اس99تفاده از ی99کیکی دیگر از روش-الف است. 1-2سیلندر دوار به عنوان جمع کننده مانند شکل

،rpm 1000ب99ا اس99تفاده از جم99ع کنن99ده س99یلندری ب99ا س99رعت ب99االی و همک99ارانش )Bolandیابن99د. نانوالياف در طول محي99ط س99يلندر آرایش می

-اين روش در بدس999ت آوردن الي999اف الكتروريس999ي ش999ده پلي( از 2001 وMatthewsو rpm 1000 در س999رعت دورانی (PGA)گاليك999ول اس999يد

ت99ا س99رعت دورانی1( در تولی99د الی99اف كالژن ن99وع 2002همک99ارانش )rpm4500ب تص99ویر1-2 ش99کل ان99د. موفق ب99وده-SEMاز نانوالی99اف کالژن

را که با استفاده از جمع کننده سیلندری در یک جهت آرایش یافته،1نوع ش99وند، ام99اكه الیاف به ط99ور قاب99ل ت99وجهي م99وازی می با ايندهد.نشان می

-ب الي99اف غ99یر1-2ک99ه در ش99کل درجه توازي خيلي خوب نيست، بط99وری[. 41شود ]موازی نيز مشاهده می

35

-1-2 شکل

)الف

( نمای شماتیکی از دستگاه الکتروریسی با جمع کننده سیلندری، )ب(

با استفاده از جمع1آرایش یافتگی نانوالیاف کالژن نوع ازSEMتصویر

[41] کننده سیلندری

-استفاده از یک جفت میدان الکتریکی در الکتروریسی2-3

Acharya ب99رای تولی99د نانوالی99اف منظم ب99ه وس99یلهو همک99ارانش الکتروریسی روش99ی مبت99نی ب99ر اس99تفاده از ی99ک جفت می99دان الک99تریکی،

-الف-نمای شماتیکی از الکتروریسی ب99ا دو2-2اند. در شکلپیشنهاد کردهمیدان الکتریکی عمود برهم نشان داده شده است.

36

-الف-نمای شماتیکی از الکتروریسی با دو میدان2-2شکل

از نانوالیاف آرایش یافته درSEMالکتریکی عمود برهم، ب-تصویر

[37]الکتروریسی با دو میدان عمود برهم

ها اذعان داشتند که با بکار ب9ردن می99دان الک99تریکی دیگ99ر ب99ه ط99ورآن عمود بر میدان اولی، کن99ترل آرایش ی99افتگی الی99اف ب99ر روی جم99ع کنن99ده

های گوناگونی برای تلفیق میدان الکتریکی دوم وها روششود. آنحاصل می جمع کننده برای رسیدن به بهترین آرایش یافتگی در نانوالیاف را بررسی نمودن99د. در به99ترین روش می99دان دوت99ایی )از لح99اظ نظم در نانوالی99اف

ای عمود بر میدان اصلی و یک جم99عکرهتولیدی( از ترکیب دو الکترود نیم الکتی99ک اس99ید تحتکننده دوار استفاده شده است. الکتروریسی الیاف پلی

م9د نظ9ر ب9وده، انج99امnm400شرایطی که تولید الیافی با قطر بیش9تر از -شود، الیاف جم99ع-ب- مشاهده می2-2گرفته است. همچنان که در شکل

آوری شده به کمک میدان دوتایی آرایش بهتری نسبت به الیافی که تحت[.37یک میدان اما با شرایط یکسان دیگر تولید شده، دارند ]

37

بهر حال با این روش ه99ا نمی ت99وان ن99انو الی99اف تولی99دی را ب99ه ط99ور کامل کنترل کرد و به صورت طرح چیدمان در آورد. نیروهای اعمال شده خارجی به نانو الیاف به وسیله نیروی شارژ مثبتی که درون الی99اف اس99ت و همچ9نین می99دان الک99تریکی مش9کالتی را ب99رای نانوالی9اف م9وازی ایج99اد می کنند. اگر بتوانیم نانو الیاف را کنترل ک99نیم وآنه99ا را ب99ه ص99ورت ط99رح چیدمان بر روی صفحه جمع کننده قرار دهیم می توانیم کاربرده99ای جدی99د

[. ب99رای کن99ترل ن99انو الی99اف47-42گوناگونی از نانو الیاف داشته باش99یم ]sunو همکارانش الکتروریسی با میدان نزدی99ک را پیش99نهاد کردن99د ک99ه در

این نوع الکتروریسی می توان به صورت مستقیم ن9انو الی9اف ب9ا مح9دوده نانو متر تولی99د ک99رد. الکتروریس99ی می99دان نزدی99ک ب99ا500 تا 100قطری

الکتروریسی متداول تفاوت های دارد که اولین تفاوت فاصله بین سوزن و میلی متر می باشد. این فاصله3 میکرون تا 500جمع کننده است که بین

کم کمک می کند که جت الکتروریسی در ناحیه پایدار باشد تا بت99وان آن را کنترل کرد. دومین اختالف اسپینرت یا هم99ان س99وزن می باش99د ک99ه دارای

میکرون می باشد تا دستیابی به نانوالیاف با قطر کمتر از25قطر داخلی ن99انومتر میس99ر باش99د چ99ون در این الکتروریس99ی جت الکتروریس99ی100

قسمت مارپیچی را طی نمی کند ل99ذا کش99ش کمی را متحم99ل می ش99ود و این امر باعث می شود که در حین الکتروریس9ی ک9اهش قط9ر پی9دا نکن9د. سومین اختالف استفاده از ولتاژ کمتر ب99ه علت نزدی99ک ب99ودن فاص99له بین

( ولت1500 ت99ا 500س99وزن و جم99ع کنن99ده اس99ت فاص99له ای مع99ادل ) .[47]- اختالفات هر دو روش را نشان می دهد 3-2می باشد. شکل

38

-3-2شکل

[47الکتروریسی متداول الکتروریسی با میدان نزدیک ]

-الکتروریسی با میدان نزدیک2-4

فاصله کوتاه بین سوزن و صفحه جمع کننده ب99اعث ح99ذف ناپای99داری خمشی می شود و می توان نانو الی99اف تولی99دی را ب99ه ط99ور دقی99ق کن99ترل

- فاصله بین سوزن و جمع کننده را نشان می دهد که کمتر4-2کرد. شکل از یک میلی متر است این فاصله به جت اجازه نمی دهد تا مسیر ناپایداری را طی کن99د در حقیقت جت پلیم99ری فرص99تی ب99رای ناپای99داری خمش99ی

داش999ت ] نخواه999د47.]

39

-فاصله بین سوزن و جمع کننده در الکتروریسی با میدان4-2شکل [46نزدیک ]

- قط99ره پلیم99ر ب99ا فش99ار بس99یار دقی99ق پمپ در5-2با توجه به ش99کل مرحله اول شکل خواه99د گ99رفت. فش99ار پمپ در این مرحل99ه بس99یار مهم است زیرا فاصله بین سوزن و جمع کنن99ده کم و دقی99ق اس99ت اگ99ر فش99ار کنترل نش99ود امک99ان ایج99اد قط99ره ب99ا قط99ر ب99زرگ وج99ود دارد ک9ه در این صورت خود قطر قسمت زیادی از فاصله سوزن و جمع کننده را اش99غال

میلی م9تری1.5 ت99ا 0.5خواه9د ک9رد. در این مرحل99ه ب99ا توج9ه ب99ه فاص9له ولت خواه99د1500 ت99ا 800سوزن و صفحه جمع کننده ولتاژ مناسب ک99ه

[.46بود اعمال می شود ]

40

[46]- قطره پلیمر ایجاد شده توسط فشار پمپ 5-2شکل

در مرحله بعدی با اعمال ولتاژ به پلیمر، نوک قطره پلیمر تیز می شود این امر نشان از آن دارد مخروط تیلور در حال شکل گیری

می باشد. در این لحظه نیروی الکتریکی در حال غلبه کردن به کشش سطحی پلیمر است و جت پلیمر شکل می گیرد. سپس جت پلیمر تشکیل

- شکل گیری جت6-2شده به سمت جمع کننده حرکت می کند. شکل.[46پلیمر و حرکت آن به سمت جمع کننده را نشان می دهد ]

شدن جت - ایجاد6-2شکل

[46پلیمر ]

41

- نشان می دهد که نانوالیاف در حال جمع آوری ش99دن ب99ر روی7-2شکل یکدیگر هس9تند زی99را ص99فحه جم9ع کنن99ده ث99ابت نگ9ه داش99ته ش99ده اس99ت. طرح های مختلف نانو الیاف را می توان با جا به جای ص99فحه جم99ع کنن99ده بدس99ت آورد ک99ه س99رعت ح99رکت جم99ع کنن99ده ب99ر روی ط99رح ت99أثیر گ99ذار

میلی متر در ثانیه در نظ99ر200 تا 100می باشد. سرعت را می توان بین گرفت. با افزایش سرعت نانو الی99اف جم99ع آوری ش99ده روی جم99ع کنن99ده نازکتر می ش99وند این در ح99الی اس99ت ک99ه ب99ا ک99اهش س99رعت ن99انو الی99اف بیشتری روی یکدیگر انباشته ش99ده و قط99ر ن99انو الی99اف جم99ع آروی ش99ده

بیشتر نیز می شود.

[46- نانوالیاف جمع آوری شده روی صفحه جمع کننده ]7-2شکل

چ999ون ک999999ه صفحه جم999ع کنن99ده توسط

42

کامپیوتر کنترل می شود می توان هر طرحی را با برنامه دادن به کامپیوتر بدس99ت آورد. اس99تفاده از الکتروریس99ی ب99ا می99دان نزدی99ک ب99ه هم99راه ی99ک صفحه متحرک دقیق کمک می کند تا از نانو الیاف تولید شده استفاده های دیگر نیز ش99ود. مثال ب99ا این روش می ت99وان م99دارهای الک99تریکی دقیقی را تهیه کرد. این امر در صورتی به وقوع می پیوندد که نانو الیاف تولید شده نیز هادی جریان الکتریسیته باشند که این مشکل از مدت ها قبل با اضافه

- ش99ماتیکی8-2کردن نانو ذرات فلزی به پلیمرها رفع شده اس99ت. ش99کل از دستگاه الکتروریسی با میدان نزدیک را نشان می دهد ک99ه جم99ع کنن99ده آن قادر به حرکت دقیق می باشد که مسیر حرکتی و س99رعت ح99رکت آن به طور مستقیم از کامپیوتر فرمان می گیرد. اگ99ر مس99یر حرک99تی ص99فحه

ب99اعثAجمع کنن99ده را در ی99ک ص99فحه در نظ99ر بگ99یریم، ص99فحه متح99رک باعث حرکت طولی ص99فحهBحرکت عرضی صفحه جمع کننده و صفحه

[.46جمع کننده می شود ]

دستگاه الکتروریسی میدان نزدیک با جمع کننده متحرکت ]-8-2شکل46]

43

- نانو الیاف ریسیده شده با الکتروریسی میدان نزدیک9-2در شکل و الکتروریسی متداول نشان داده شده است. برای الکتروریس99ی ه99ر دو از نانو الیاف از پلیمر پلی کاپروالکتان استفاده شده است. در این ش99کل می توان تأثیر حرکت صفحه جمع کننده را دید ک9ه ب9اعث ب9ه وج9ود آم99دن نانو الیاف در شکل های مختلف شده اس99ت و اینک99ه اث99ری از ن99انو الی99اف

انباش99ته ش99ده نیس99ت. این تص99اویر ب99ه خ99وبی نش99ان می دهند که نانو الیاف تولید شده در مس99یر خ99و دچ99ار ناپای99داری خمش99ی

[.46نشده اند ]

-الف –نانوالیاف تهیه شده از الکتروریسی متداول )ب(،9-2شکل )ج(، )و( نانو الیاف تولید شده با الکتروریسی میدان نزدیک با جمع کننده

[ 46متحرک ] ب999ه علت کم ب999ودن فاص999له بین س999وزن و ص999فحه جم999ع کنن999ده، پارامترهای فرایند به شدت ب99ر یک99دیگر اث99ر می گذارن99د و ت99أثیر زی99ادی در قطر الیاف تولیدی دارند. فاکتورهای خارجی بسیاری از قبیل ولتاژ به کار

44

گرفته شده، ن99رخ تغذی99ه، غلظت، وزن مولک99ولی پلیم99ر، ح99رارت محی99ط، رطوبت نسبی، نوع جمع کننده، قطر سوزن و فاصله بین س99وزن و جم99ع کننده ب99ر فراین99د الکتروریس99ی می99دان نزدی99ک اث99ر می گذارن99د. مطالع99ات متعددی برای فهمیدن تأثیر این پارامترها بر روی الکتروریس99ی ب99ا می99دان

[.47-44نزدیک انجام شده است ] He به طور سیستماتیک ناپایداری فرآیند الکتروریسی و همکارانش

حرکت گردبادی در فرآیند الکتروریسی را ب99ا جزئی99اترا مطالعه نموده و ای ب99ر اس99اس ش99عاع چرخ99ه و معادل99ههانان99د. آآن م99ورد بحث ق99رار داده

.[48]اند فاصله محور مرکزی جت از نازل پیشنهاد کردهWu اولین محققانی بودند که برای کنترل ناپای99داری در همکارانشو

ه99اآنفرآیند الکتروریسی استفاده از میدان مغناطیسی را پیشنهاد نمودند. ک99ه روش مغناطیس99ی م99ؤثرترین وان99د طی یک بررسی تئوری ادعا کرده

[.49ترین روش برای کنترل ناپایداری فرآیند الکتروریسی است ]اقتصادی -ال99ف در فرآین99د10-2 مانن99د ش99کل (Bاگر ی99ک می99دان مغناطیس99ی )

نیروی،(i)الکتروریسی قرار داد شود، در اثر جریان موجود در جت پلیمر df که بر المان طول (dlتأثیر می )که یک می99دانشود. هنگامیگذارد تولید می

-2مغناطیسی در محیط الکتروریسی قرار گ99یرد، همچن99ان ک99ه در ش99کل -ب نشان داده شده، جری99ان درون جت تحت می99دان مغناطیس99ی ی99ک10

کند که جهتش ب9ه س99مت کم ش99دن ش99عاع دای99رهنیروی مرکزگرا تولید می ای بهب99ودگردبادی است. در نتیجه شرایط پایداری به طور قاب99ل مالحظ99ه

د.یابمی

45

-)الف( تحلیل مکانیکی الکتروریسی در حضور میدان10-2شکل

مغناطیسی )ب( نیروی اعمال شده از میدان مغناطیسی بر جت

[49الکتریکی در الکتروریسی ]

46

فصل سوم

تجربیات

های تئوری انجام شده-بررسی3-1

خصوص99یات الک99تریکی محل99ول پلیم99ری ب99ر فراین99د الکتروریس99ی و نانوالی99اف تولی99د ش99ده اث99ر می گ9ذارد. ب9ا اس99تفاده از نم9ک کلری9د س99دیم می ت99وان خصوص99یات الک99تریکی م99واد پلیم99ر را تغی99یر داد. ب99ا اس99تفاده از درص99دهای وزنی مختل99ف نم99ک کلری99د س99دیم در پلیمره99ا خصوص99یات

[ از50و همک9ارانش ]Dao الک99تریکی مختل99ف را ب9ه این م9واد می بخش9د. % برای تغییر خصوصیات الکتریکی پلی وینی99ل1% و0.5%،99 0درصدهای

[.50الکل استفاده کردند و مسیر حرکتی جت پلیمری را بررسی کردند ] اضافه کردن کلرید س99دیم ب99ه پلی وینی99ل الک99ل نتایج نشان داد که با

خصوصیات رئولوژی و خصوصیات سطحی تغی99یر نک99رد، ام99ا خصوص99یات الکتریکی پلی وینیل الکل به طور محسوسی تغییر ی99افت. بع99د از اض99افه کردن کلرید سدیم به پلیمر پلی وینیل الکل رسانایی آن اف99زایش یافت99ه و مقاومت الکتریکی پلی وینیل الکل کم شده است که این دو تغی99یر ب99اعث کوتاهتر شدن طول جت در فرایند الکتروریسی محل99ول پلی وینی99ل الک99ل حاوی نم99ک کلری99د س99دیم ش99ده اس99ت. علت کوت99اه ش99دن ط99ول جت در مرحله اول الکتروریسی این است که وقتی پلی وینیل الکل حاوی کلری99د سدیم است چگالی بار زودتر ب9ه م9یزانی می رس99د ک9ه بتوان9د ب9ر کش9ش سطحی پلیمر غلبه کند این در حالی است که پلی وینیل الکل فاقد کلرید سدیم نیاز به زمان بیشتری دارد تا به چگالی بار مورد نظر برای غلبه ب99ه کشش سطحی برسد و لذا ط99ول مس99یر مس99تقیم جت بیش99تر از زم99انی

این ب99دین مع99نی می شود که پلی وینیل الکل ح9اوی کلری99د س99دیم اس99ت. است که با اضافه کردن نمک کلرید سدیم به پلیمر پلی وینی99ل الک99ل جت الکتروریسی زودتر به ناحیه بحرانی یا مرحل99ه آخ99ر ک99ه ش99روع ناپای99داری خمشی است می رسد و در نتیجه باعث افزایش مساحت وب های تولیدی

48

-3می شود. طول جت الکتروریسی توسط دوربین ثبت شد که در ش99کل [.50 نشان داده شده است ]1

کلرید سدیم اض11افه ش11ده ب11ه پلی1و11،0.5 0 -درصدهای 1-3شکل

[50 می باشد ]c,b,aوینیل الکل به ترتیب مربوط به نمونه های

ب99رای بررس99ی اث99ر می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی ب99ر کن99ترل ح99رکت جتالکتروریسی ابتدا به بررسی تئوری این موضوع پرداخته شده است.

:انتخاب سیستم مختصات-3-2

روش انتخاب سیستم مختصات در فرایند الکتروریسی شبیه به مدل س99ازی فراین99دهای دیگ99ر اس99ت. سیس99تمی ک99ه به99ترین نت99ایج را بدس99ت می دهد، سیس99تمی اس99ت ک99ه پ99ذیرش انج99ام محاس99بات در مناس99ب ترین روش و مهم تر از آن توانمند ک9ردن محاس9بات جهت بدس99ت آوردن نت99ایج دقیق را به همراه داشته باشد. با توجه ب99ه مرحل99ه خطی جت محل99ول در

49

طی مرحله اول از شروع جت محل99ول، سیس99تم مختص99ات ک99روی ح99ذف می ش99ود. بخ99اطرخمش جت محل99ول ب99ه علت ناپای99داری خمش99ی دومین مرحله از جت محلول ب99ه ص99ورت حل99زونی ش99کل می باش99د ک99ه این ام99ر

سیستم مختصات استوانه ای را برای انجام محاسبات ایده آل می کند. )عمود برهم( است ک99همتعامدمختصات استوانه ای نوعی مختصات

در نظ99ر گرفت99هاس99توانهدر آن ی99ک نقط99ه، در فض99ا ب99ر روی قاع99ده ی99ک آن نقط999ه ب999ر اس999اس می ش99ود. مک99ان ( وz و rاس9999999999توانه ) ش999عاع و ارتف999اعآن زاویه ای که شعاع از گذرنده قاعده

(، بیانθمی سازد ) xنقطه ب99ا محور دس99999تگاه، در ح99999الت می ش9999999ود. این مختصات به zمختص دوبعدی، با حذف

و بهفیزیکمی شود. در تبدیلقطبی به ترتیب ازr، θ، z به جای مخابرات و الکترومغناطیسویژه در مباحث

،rحروف φ، z مختصات اس99توانه ای را ب99ه2-3 استفاده می شود. شکل همراه بردار یکان ها نشان می دهد.

50

آنیکان های - مختصات استوانه و جهت بردار 2-3شکل

همچنین در خصوص ضرب خارجی بردارهای یکان این دستگاه با توجه بهمتعامد بودن سه جهت:

(3-1) ar×aφ= az

(3-2) aφ×az=ar

(3-3) az×ar= aφ

-تأثیر میدان مغناطیسی خارجی بر جت پلیمر3-3

اگر یک می9دان مغناطیس9ی خ9ارجی در اط9راف ناحی9ه الکتروریس9ی ال99ف )می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی هم جهت ب99ا3-3همچنان که در ش99کل

-جریان( و ب )میدان مغناطیسی خارجی مخ99الف جهت جری99ان( دی99ده می ه99ای مغناطیس99ی موج99ود در ناحی99هشود، ق99رار داده ش99ود، آن گ99اه می99دان

.باشد نشان داده شده، می3-3ای که در شکل حرکت جت به گونه

51

-نمای شماتیک الکتروریسی تحت میدان مغناطیسی3-3شکل

)الف(-میدان مغناطیسی خارجی هم جهت با جریان )ب(-میدانخارجی

مغناطیسی خارجی مخالف جهت جریان

شود، ب99ه دلی99ل نح99وه ح99رکت )ب( مشاهده می4-3طور که در شکل همان جت الکتروریسی و همچ99نین م99اهیت الک99تریکی این جت، و ن99یز ب99ه دلی99ل وجود میدان مغناطیسی خ99ارجی س99ه دس99ته ن99یروی مغناطیس99ی ب99ه جت

ه99اش99ود، ب99رای بدس99ت آوردن ان99دازه این نیروه99ا و ن99یز جهت آنوارد می )ال99ف(4-3بایس99تی از اص99ول الک99ترو مغن99اطیس اس99تفاده نم99ود. ش99کل

ها را در دس99تگاه مختص99ات اس99توانه ای نش99اناندازه این نیروها و جهت آنمی دهد.

52

ش

ک

ل

ب- نیروهای - الف- جهت نیروها در دستگاه مختصات استوانه ای3-4

استوانه ایمغناطیسی وارد بر نانوالیاف در حین الکتروریسی

به قرار زیر است:4-3های مغناطیسی در شکل میدانBExternalمیدان مغناطیسی خارجی اعمال شده توسط دو آهنربا :

(3-4) BExternal=|BExternal|(+ az)

BInternalمیدان مغناطیسی ایجاد شده در داخل جت ناشی از حرکت : سلونوئیدی آن )میدان الکترواستاتیکی(

53

(3-5) Binternal=|Binternal|(−az)

BCurrentمیدان مغناطیسی ناشی از جریان حلقه باالیی جت به حلقه: پایینی

(3-6) BCurrent=|BCurrent|(+ar)

F currentهای خمشی در جت الکتروریس99ی : نیرویی است که بین جریان های مختلف جت الکتروریس99یهای الیهشود. در حقیقت بین جریانایجاد می

نیروی مغناطیسی شبیه وق99تی ک99ه جری99ان الک99تریکی در دو س99یم م99وازی وRenش99ود. طب99ق مطالع99اتنزدی99ک ب99ه هم برق99رار اس99ت، الق99ا می

[. 52( این نیروی مغناطیسی به صورت جاذبه است ]2010همکارانش ) برای بررسی این نیرو از قوانین الکترومغناطیس مربوط ب99ه اعم99ال

کنیم. استفاده می[52]نیروی بین دو جریان الکتریکی موازی نزدیک بهم دو جریان الکتریکی نزدیک بهم نیروی مغناطیسی به یکدیگر اعم99ال

- و جری99انdکنند. دو رسانای مجزای طوالنی، مستقیم، موازی با فاصله میIهای Iو 1 -3 فرض شده است. همچنان که در ش99کل 5-3، مانند شکل 2

جهت باش99ند هم99دیگر راک99ه این دو جری99ان همش99ود، درص99ورتی دی99ده می5کنند.جذب، و اگر خالف جهت هم باشند همدیگر را دفع می

54

های نزدیک به هم )الف(--نیروهای مغناطیسی ناشی از جریان5-3شکل

نا هم جهتجهت )ب(-دو جریان موازی دو جریان موازی هم

Iبدین صورت که جریان I را در محل جریان B2 میدان مغناطیسی 2 ایجاد1 کند به طوری که هر یك از این سیم ها در میدان مغناطیسی سیم دیگرمی

نشان داده شده است قرار می گیرد.6-3همانطور که در شکل

شکل3-6-قرارگیری هر یک از سیم ها در میدان ایجاد شده از سیم مقابل

نیرویB، میدان مغناطیسی [52]با توجه به اصول الکترومغناطیس - وارد میI رسانای حامل جریان الک99تریکی ازL را به طول Fمغناطیسی

کند که رابطه این ن99یرو ب99ا می99دان مغناطیس99ی و جری99ان الک99تریکی براب99راست با:

(3-7)F=I l × B

کنند. جهت این نیروه99ا درهای فوق نیرویی به جت وارد میهر یک از میدان نشان داده شده است.4-3شکل

از آن ج99ایی ک99ه جت الکتروریس99ی دارای دو قس99مت یکی قس99مت مستقیم و دیگری قس99مت م99ارپیچ اس99ت، بایس99تی این دو قس99مت را ب99ه

صورت مجزا از هم مورد بررسی قرار داد.

55

وجود دارد. اما به دلی99ل آن ک99هBExternalدر قسمت مستقیم تنها میدان جریان بار الکتریکی بر روی پلیمر سیال با میدان مغناطیس99ی خ99ارجی در

براب99ر ب99ا ص99فر7-3باشد ضرب خارجی بین آن دو در معادله یک راستا می شود.شود، در نتیجه هیچ نیرویی از طرف میدان خارجی به آن وارد نمیمی

نش99ان داده ش99ده4-3اما در قسمت مارپیچ همچن99ان ک99ه در ش99کل کن99د( )نیرویی که میدان حاصل از جریان به جریان وارد میFCurrentنیروهای F و نیروی )نیروی مغناطیسی خارجی(FExternalو نیروی Internal نیروی ناش99ی(

شوند. نیروی کل وارد ب99ر جتاز حرکت سلونوئیدی جت( به جت وارد میباشد.برآیند این سه نیرو می

(3-8)F total=F Internal+ FExternal+ Fcurrent

-بدست آوردن اندازه نیروها3-4

برابر است با:I از جریانlنیروی مغناطیسی بر طول

(3-9)F=I l × B

نیروی وارده به جت الکتروریسی از طرف میدان الکترواستاتیکی به می باشد. 10-3صورت معادله

(3-10) F internal=I l× Binternal

56

ب99ا توج99ه ب99ه ض99رب خ99ارجی ب99ردار یکان ه99ا در مختص99ات اس99توانه و ن99یروی وارده از س99وی می99دان داخلی ب99ه جت الکتروریس99ی2-3معادل99ه

برابر است با:

(3-11 )F internal=I l (−aφ)×|Binternal|(−az)

(3-12 )F internal=I l|Binternal|(+ ar)

نیروی حاصل از می99دان الکترواس99تاتیکی، در12-3با توجه به معادله +جهت arدر جهت بزرگتر ش99دن حلق99ه م99ارپیچی جت الکتروریس99ی( ب99ه(

جت الکتروریسی اعمال می شود. ب99رای می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی ک99ه از س99وی آهنرب99ا ب99ه جت

الکتروریسی وارد می شود داریم:

(3-13) FExternal=I l× BExternal

ن99یروی وارده از س99وی می99دان مغناطیس99ی2-3با توج99ه ب99ه معادل99ه خارجی به جت الکتروریسی برابر است با:

(3-14 )FExternal=I l (−aφ)×|BExternal|(+ az)

(3-15) FExternal=I l|BExternal|(−ar)

نشان می دهد که نیروی مغناطیس99ی خ99ارجی در جهت15-3معادله −arبه جت الکتروریسی اعمال می شود. با توجه به جهت بردارهای یکان

در جهت کوچ99ک ش99دن قط99ر حلق99هar−دس99تگاه مختص99ات اس99توانه ای، مارپیچی جت الکتروریسی است.

57

نیروی وارده از طرف هر حلق99ه جت الکتروریس99ی ب99ه حلق99ه پ99ایینی : می باشد16-3 معادله جت به صورت

(3-16) FCurrent=I l× BCurrent

ن99یروی وارده از ط99رف ه99ر حلق99ه جت1-3ب99ا اس99تفاده از معادل99ه بدست می آید.18-3الکتروریسی به حلقه پایینی جت به صورت معادله

(3-17 )FCurrent=I l(−aφ)×|BCurrent|(+ar)

(3-18) FCurrent=I l|BCurrent|(+ az)

نیروی که توس99ط می99دان حلق99ه الی99ه پ99ایینی18-3با توجه به معادله جت الکتروریسی ایجاد می شود باعث می شود ک99ه حلق99ه الی99ه ب99االیی ب99ه سمت حلقه الیه پایینی کشیده شود. به عبارت دیگر دو حلقه در الیه ه99ای

باال و پایین جت الکتروریسی تمایل دارند به یکدیگر نزدیک شوند. نیروی کلی که از طرف میدان های مغناطیسی به جت الکتروریس99ی

وارد می شود برابر است با:

(3-19 )F total=F Internal+ FExternal+ Fcurrent

12-3با توجه به معادله ای -3و جایگذاری آنها در معادله 18-3و 15-،3نیروی کلی برابر می شود با: 19

(3-20)

F total=I l|B internal|(+ ar )+ I l|BExternal|(−ar )+ I l|BCurrent|(+az)

(3-21)

F total=ar ( I l|B internal|−I l|BExternal|)+ I l|BCurrent|az

58

بردار برایند برابر خواهد بود با :اندازه 21-3با توجه به معادله

(3-22)

|F total|=√ (I l|Binternal|−I l|BExternal|)2+( I l|BCurrent|)

2

( تغی99یر کن99د، یع99نیBExternalاگ99ر قط99بیت می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی) میدان مغناطیسی خارجی با میدان الکترواستاتیکی هم جهت شود رواب99ط

به صورت زیر خواهد بود.

( 3-23)

F total=I l|B internal|(+ ar )+ I l|BExternal|(+ar )+ I l|BCurrent|(+az)

دی99ده می ش99ود وق99تی ک99ه می99دان23-3هم99ان ط99ور ک99ه در معادل99ه مغناطیسی خ99ارجی ب99ا می99دان الکترواس99تاتیکی هم جهت می ش99ود ن99یروی حاصل از هر دو میدان در یک راستا ب99وده و ب99ا هم جم99ع می ش99وند. جهت

+برایند نیروی حاصل از این دو میدان به سمت arمی باشد. در این حالت میدان مغناطیسی خارجی و میدان الکترواستاتیکی هر دو باعث اف99زایش

قطر حلقه مارپیچی جت الکتروریسی می شوند.

(3-24)

F total=ar ( I l|B internal|+ I l|BExternal|)+ I l|BCurrent|az

بردار برایند برابر خواهد بود با :اندازه 24-3با توجه به معادله

(3-25)

|F total|=√ (I l|Binternal|+ I l|BExternal|)2+( I l|BCurrent|)

2

59

ناشی از حرکت س99لونوئیدی جتBInternalطور که قبال اشاره شد همان [52]باش99د. بن99ابراین ب99رای بدس99ت آوردن آن از مع99ادالت س99لونوئید می

کنیم.استفاده می

: آید بدست می26-3 از رابطهB در یک سلونوئید الکتریکی اندازه

(3-26)B=μH

μ ،نفوذپذیری مغناطیسیHشدت میدان مغناطیسی و از رابطه آید:زیر بدست می

(3-27)∮H dl=¿

N ،تعداد دور سیم پیچI جریان عبوری از سیم پیچ و dlالمان طول در هر نقطه از طول مسیر برحسب شار مغناطیسی )Hسیم پیچ است.

Φ:برابر خواهد بود با )

(3-28)H= ΦμA

A سطح مقطع مدار در نقطه مورد نظر :

60

( وΦه99ا ش99ار مغناطیس99ی )جایی که به طور معمول در سیم پیچاز آن در سرتاسر سلف یکسان اس99ت. بن99ابراین μ( و Aنیز سطح مقطع مدار )

از انتگرال بیرون آورده و معادله تبدیل ب99ه رابط99ه28-3ها را در معادله آنزیر خواهد شد:

(3-29)ΦμA∮dl=Hl=¿

اما در مورد جت به دلیل حرکت مخروطی شکل مارپیچ و نیز تغییر ها را از انتگرال بیرونتوان آنسطح مقطع جت در طول مسیرش، نمی

آورد. بنابراین خواهیم داشت:

(3-30)B=μ∮ ΦμA

dl=∮ ΦAdl

برابر خواهد بود با:BInternalبنابراین

(3-31)BInternal=∮ΦAdl

( معادله25-3( و )22-3( در معادالت )31-3با جایگذاری معادله )Fنهایی totalشود: به صورت زیر نوشته می

(3-32)

|F total|=I l√(∮ ΦAdl−|BExternal|)

2

+(|BCurrent|)2

(3-33)

|F total|=I l √(∮ ΦAdl+|BExternal|)

2

+(|BCurrent|)2

61

طبق مباحث تئوری فوق تجربی99ات عملی در این تحقی99ق ب99ه ص99ورتذیل انجام شده است.

62

ب99ه منظ99ور انج99ام آزمایش99ات ب99رای تولی99د ن99انو الی99اف از م99واد و دستگاه های استفاده شده است. خصوصیات مواد به ک99ار گرفت99ه ش99ده و

5-3و4-3مشخصات دستگاه های استفاده شده به اختص99ار در بخش ه99ای آورده شده است.

-مشخصات مواد مورد استفاده3-5

الف-پلی وینیل الکل

پلی وینیل الکل یکی از معروف ترین موادی است که برای تولید نانو الیاف به روش الکتروریسی از آن استفاده می شود. پلی وینیل الک9ل ی9ک پلیمر مصنوعی قابل حل در آب است. این پلیمر ح99الت امولس99یون، فیلم

توس99ط اف کالت1915و خاص99یت چس99بندگی دارد. پلی وینی99ل الک99ل در کش99ف ش99د. بع99د از این کش99ف پلی وینی99ل الک99ل م99ورد اس99تفاده م99وارد بیشتری قرار گرفت و هنوز نیز به کاربردهای آن افزوده می ش99ود. اخ99یرا پلی وینیل الکل ب99ه عن99وان یکی از معروف ت99رین م99واد ب99رای اس99تفاده در الکتروریسی بشمار می آید که علت این امر سمی نب99ودن آن و اینک99ه این پلیم99ر ب99ه راح99تی در آب ح99ل می ش99ود و همچ99نین از آن در ت99رکیب ب99ا پلیمرهای دیگر که قابلیت الکتروریسی را ندارند استفاده می شود. پلیم99ر آن در بیشتر موارد با آب فراهم می شود. فرایند الکتروریس99ی پلی وینی99ل الکل و محصول حاصل از آن با استفاده از افزودنی های مختلف می توان99د

فرمول شیمیایی و بعضی از مشخصات اين[.9 50تحت کنترل قرار گیرد ] آمده است. 2-3ماده در جدول

63

الکلوینیل- بعضی از مشخصات پلي1-3جدول

(C2H4O)nMolecular formula

86.09 g/molMolecular weight of repeat unit2300CMelting temperature

1.19-1.31 g/cm³

Density

Mn ب99ا وزن مولك99وليوینی99ل الکلب99راي انج99ام آزم99ايش از پليم99ر پلي

=72000 g/mol استفاده شده است. اين پليمر به شكل پودر مورد استفاده قرار گرفته است.

ب-کلرید سدیم

NACLMolecular formula

58.44277g/molMolecular weight 8010CMelting temperature

2.16 ,solid g/cm³

Density

ذکر شد از نمک کلرید س99دیم ب99ا فرم99ول1-3همانطور که در بخش ب99رای تغی99یر خصوص99یات الک99تریکی پلی وینی99ل الک99ل NACLش99یمیایی

استفاده شده است. در حالت م99ذاب و محل99ول س99اختار ش99بکه ای کلری99د

64

سدیم از بین رفت99ه وي99ون ه99ا ب99ه ص99ورت آزادان99ه ب99اعث انتق99ال الک99ترون-3فرمول شیمیایی و بعضی از مشخصات اين ماده در ج99دول می شوند.

آمده است.2

- مشخصات کلرید سدیم2-3جدول

های مورد استفاده-مشخصات دستگاه3-6

- دستگاه الکتروریسی3-6-1

دستگاه الکتروریسی استفاده شده برای انجام آزمایش99ات، ی99ک دس99تگاه الکتروریسی متداول است. دستگاه به صورت افقی ق99رار گرفت99ه اس99ت.

نش99ان داده ش99ده اس99ت7-3چه که در ش99کل اجزای این دستگاه مانند آنعبارت است از :

نازل: این دستگاه با یک نازل که یک س99رنگ معم99ولی اس99ت ک99ار-- میلی8/0لیتر و قطر س99وزن س99رنگ میلی10کند. حجم سرنگ می

متر است. صفحه جمع کنن99ده: ص99فحه جم99ع کنن99ده این دس99تگاه ب99ه ص99ورت-

باشد که با یک ورق99ه ن99ازک پلیکامال تخت و از جنس آلومنیوم میاتیلن پوشیده شده است.

kV30دستگاه مولد ولتاژ باال: حداکثر ولت99اژ تولی99دی در این مول99د -

باشد.-می دس99999999تگاه-

پمپ999اژ م999ایع

65

پلیمری: برای داشتن نرخ خ99روج ث99ابت محل99ول از س99ر س99وزن با ت99وانمی وارده از این پمپ به پیستون س99رنگتنظيم مقدار فشار

. این پمپ باتعيين كرد ml/h برحسب نرخ تغذیه محلول پلیمری راکند. کار میlabviewاتصال به کامپیوتر، با استفاده از نرم افزار

این تحقیق-دستگاه الکتروریسی مورد استفاده در 7-3شکل

باش99د ك99ه الك99ترود مثبت ب99ه س99ر دس99تگاه، داراي دو الك99ترود مياین ی99ک ص99فحه آلمونی99ومیسوزن و الكترود منفي به صفحه جمع کنن99ده ك99ه

كي درش99ود. بع99د از برق99راري جري99ان، ي99ك مي99دان الك99تري متصل مياست آي99د. ن99يرويجم99ع کنن99ده ب99ه وج99ود ميفاص99له بين ن99وك س99وزن و ص99فحه

يروي كش99ش اين مي99دان ايج99اد ش99ده ب99ر ن99الكترواس99تاتيكي حاص99ل از گ99ردد. الکتروریس99ی میجتباعث خ99روج سطحي، غلبه كرده و در نهايت

مخروط تیل99ور ایج99اد ش99ده از قط99ره محل99ول در س99ر س99وزن از این جت الکترواستاتیکی ک99ه و چون داراي بار مثبت است تحت ميدانخارج شده

-هاي خمش99ي مي دچار ناپايداريبین نازل و صفحه جمع کننده برقرار شده، تر هرچه به سمت صفحه جمع کننده كه حاوي بار منفي است نزديك.شود

يابد.ها افزايش ميگردد، شعاع اين ناپايداريمي

66

رباهای ایجاد کننده میدان مغناطیسی- آهن3-6-2

ربای الک99تریکی اس99تفادهبه منظور ایجاد میدان مغناطیسی از دو آهنشد.

خارجیالف- محاسبات اولیه برای ایجاد میدان مغناطیسی

ک99ه بررس99ی ت99أثیر می99دان مغناطیس99ی ب99ر ح99رکت جتج99اییاز آن توان ازباشد، لذا نمیالکتروریسی نیازمند میدان مغناطیسی تقریبا قوی می

رباهای دائمی برای این منظور استفاده کرد. به همین دلیل بایس9تی ازآهن [.53رباهای الکتریکی برای ایجاد می99دان مغناطیس99ی اس99تفاده نم99ود ]آهن

رب99ای الک99تریکی و خط99وط می99دان مغناطیس99ینم99ای ش99ماتیکی از دو آهن نشان داده شده است.8-3ها در شکل ناشی از آن

رباهای الکتریکی و میدان مغناطیسی-نمای شماتیکی از آهن8-3شکل

هاناشی از آن

67

برای ایج99اد این می99دان مغناطیس99ی محاس99باتی ب99ا توج99ه ب99ه رواب99ط[ انجام شده است. این محاسبات به قرار زیر است:53مغناطیس ]

م99ورد نظ99ر در فض99ای بین ن99ازل و جم99ع(B)چگالی ش99ار مغناطیسی ایگیریم. این مقدار میدان ق99وی تسال در نظر می1/0کننده را ابتدا برابر با

ایجاد خواهد ک9رد. ارتب9اط چگ99الی ش99ار ب9ا ش9دت می9دان مغناطیس9ی ب9ه است:34-3صورت معادله

(3-34)B=μH

H شدت میدان مغناطیسی و μ.میزان نفوذپذیری مغناطیسی است جایی که هدف ما برقراری میدان مغناطیسی در فاص99له ه99واییاز آن

براب99ر μبین نازل و جم99ع کنن99ده در دس99تگاه الکتروریس99ی اس99ت، م99یزان ، بنابراین:μ0است با

(3-35)μ=μ0=4π ×10−7 TA /m

شود: محاسبه میHبدین ترتیب

(3-36)Bμ0

=H= 0.14 π ×10−7 =7 .96×104 A

m

پیچ ب99ه دور ایج99اد ش99ده ب99ه وس99یله ی99ک س99یم(H)شدت میدان مغناطیسی پیچ ب99ه پارامتره99ای س99یم37-3هس99ته فرومغن99اطیس ب99ه وس99یله معادل99ه

شود:مرتبط می

68

(3-37)H=MMFl

l 1 طول متوسط م99دار مغناطیس99ی وMMFن99یروی محرک99ه مغناطیس99ی است.

بنابراین برای ایجاد میدان مغناطیسی در فاص99له ه99وایی بین ن99ازل و پیچ ب99ه دور هس99ته فرومغن99اطیس ب99ه عن99وان منب99عجمع کننده نیاز به سیم

از نظر ع99ددی مع99ادلMMF داریم.(MMF)تولید نیروی محرکه مغناطیسی-می(I 9)در شدت جریان عبوری از سیم(N 9)ضرب تعداد دورهای سیمحاصلباشد.

(3-38)MMF=¿

دو مجه99ولی هس99تند ک99ه ب99ا در نظ99ر گ99رفتن عوام99لI و Nبن99ابراین محدودکننده بایس99تی محاس99به گردن99د. این عوام99ل ش99امل ح99رارت ایج99اد

پیچ، حجم فض99ای ایج99اد ش99ده توس99طشده ناشی از عبور جریان از س99یم باشد. مهم ترین عامل محدودکننده، حرارت ایجادربا میپیچ و جرم آهنسیم

پیچ است که ارتباط مستقیم با مربع از سیمIشده ناشی از عبور جریان دارد و برابر است با: شدت جریان

(3-39)P=R I 2

P پیچ و مقدار حرارت ایجاد شده ناشی از عبور جریان از سیمRمقاومت سیم است.

1 - Magnetic-Motive-Force

69

ده99د.رباه99ای اس99تفاده ش99ده در این تحقی99ق را نش99ان می- آهن9-3ش99کل ب99ه3-3مشخصات آهن ربای استفاده ش99ده ب99رای این تحقی99ق در ج99دول

شده است. اختص99999ار آورده

رباهای استفاده شده برای ایجاد میدان مغناطیسی خارجی-آهن9-3شکل

در این تحقیق

رباهای استفاده شده برای این تحقیق-مشخصات آهن3-3جدول

متر سانتی5×5×10ابعاد هسته مرکزی

مترمیلی1سیم مسی با قطر جنس و قطر سیم

دور5000تعداد دور سیم پیچ

اهم59مقاومت سیم پیچ

70

آمپر2/1حداکثر جریان عبوری

-سنسور اثر هال 3-6-3

Edvinاث99ر ه99ال توس99ط دك99تر ادوين ه99ال ) Hall در۱۸۷۹( در س99ال Johnsحالي كش9ف ش99د ك99ه او دانش99جوي دك9تراي دانش99گاه Hopkinsدر

( انگليس بود. هال در ح9ال تحقي99ق ب99ر تئ99وري جري99انBaltimoreبالتيمر ) الكترون كلوين بود كه دريافت زماني كه ميدان يك آهنربا عمود بر س99طح مستطيل نازكي از جنس طال قرار گيرد كه جري99اني از آن عب99ور می کن99د، اختالف پتانسيل الكتريكي در لبه های مخالف آن پدي99د می آی99د. او دري99افت كه اين ولتاژ متناسب با جريان عبوري از مدار و چگالي شار مغناطيس99ي

عمود بر مدار است. يك عنصر هال از اليه نازكي ماده هادي با اتصاالت خروجي عمود بر مسير شارش جريان ساخته شده است وقتي اين عنصر تحت يك مي99دان مغناطيس99ي ق99رار می گ99یرد، ولت99اژ خ99روجي متناس99ب ب99ا ق99درت مي99دان مغناطيسي توليد می کند. اين ولتاژ بسيار كوچ99ك و در ح99دود ميك99رو ولت

است.- مانن99د آنUGN3503UAسنسور هال استفاده شده در این پروژه مدل

ب99ا اس99تفاده از این سنس99ورباش99د. نشان داده شده، می10-3چه در شکل-رب9ا را ان9دازهتوان میدان مغناطیسی ایجاد ش9ده در فض9ای بین دو آهنمی

رب99ای ایجادکنن99دهگیری ک99رد. این سنس99ور در فواص99ل مختل99ف بین دو آهن-شود که با اتصال سنسور به دس99تگاه ولتمیدان مغناطیسی قرار داده می

ش99ود، س99پس ب99ا اس99تفاده ازمتر، ولتاژ گ99و س99ی خ99روجی نش99ان داده می توان ش99دت می99دان مغناطیس99یجدول آورده شده در کاتالوگ دستگاه، می

71

رب99ا را ب99ر حس99ب گ99و س بدس99ت آورد.در هر نقط99ه از فض99ای بین دو آهن مشابه جدول آورده شده در کاتالوگ سنسور است.4-3جدول

-سنسور اثر هال10-3شکل

گیری شده-محدوده ولتاژ و چگالی شار مغناطیسی اندازه4-3جدول

توسط سنسور اثر هال

دهنده به روش كندوپاش-دستگاه كوتينگ يا پوشش3-6-4

به منظور جلوگيري از تمركز الكترون هاSEMدر استفاده از دستگاه بايد نمونه هاي عايق توسط دس99تگاه پوش99ش ده، ه99ادي جري99ان الك99تريكي ش99وند. اين ك99ار ب99ا پوش99ش بس99يار ن99ازك طال و ب99ه روش كن99دوپاش ي99ا س99پاترينگ ص99ورت مي گ99يرد. ب99ا نش99اندن الي99ه ن99ازکي از طال و ي99ا ک99ربن،

72

سطوح نمونه هاي غير هادي، هدايت الک99تروني پي99دا ك99رده و الکترون ه99اي گردند و در نتيج99ه وض99وح تص99وير بهب99ود مي ياب99د. دس99تگاهسطحي دفع مي

نشان داده شده ساخت شرکت11-3کوتینگ مورد استفاده که در شکل Bal-Tec.از کشور سوئيس مي باشد

-دستگاه اليه نشاني طال11-3شكل

1SEM-دستگاه ميكروسكوپ الكتروني روبشی3-6-5

كه در آن الک99ترون ب99ه س99طح(SEM)ميکروسکوپ الکتروني روبشی -نمونه تابيده مي شود و سپس منعکس مي گ99ردد و توس99ط مب99دل ها جم99ع

آوري و تبديل به فوتون نوري مي گردد ت99ا تص99وير م99رئي ايج99اد ش99ود. ب99ه-عبارت ديگر اين نوع ميکروسکوپ فق99ط از س99اختار س99طحي تص99وير مي

دهد. SEMميکروسکوپ الکتروني مورد استفاده در تحقيق حاض99ر از ن99وع

-3باشد که در ش99کل ساخت شرکت فیلیپس ميXL از سری XL30و مدل نشان داده شده است.12

1 -scanning electron microscop

73

(SEM)- ميکروسکوپ الکتروني روبشی 12-3شكل

-روش انجام آزمايش3-7

برای انجام آزمایشات و تولید نانو الیاف پس از آماده کردن محل99ول میلی لی99تری می باش99د10پلیمری و قرار دادن آن در نازل که یک س99رنگ

ولت99اژی ب99ه س99ر ن9ازل اعم99ال می ش99ود. بع9د از اعم99ال ولت9اژ ی99ک می9دان الکترواستاتیکی بین نازل و جمع کننده ایج99اد می ش99ود. ن99یروی حاص99ل از میدان الکترواستاتیکی باعث می شود که پلیمر از سر نازل خارج ش99ده و

به سمت صفحه جمع کننده کشیده شود.

- تهيه محلول الكتروريسي3-7-1

محلول های الکتروریسی استفاده شده در آزمایشات، محل99ول پلی وینی99ل%wtالکل %wt و پلی وینیل الکل 5/7 حاوی کلری9د س99دیم ب9ا درص9د5/7 الکل استفادهوینیل )نسبت به وزن پلیمر( است. وزن مولکولی پلی1وزنی اس99ت.gr/mol58.44277 و وزن مولکولی کلرید سدیم gr/mol72000شده

74

ابتدا وزن پليم99ر را بدس99ت آورده و س99پس ب99ا اس99تفاده از آب ب99ه عن99وان کنیم. برای تهی99ه را تهیه می5/7حالل، محلول الكتروريسي با درصد وزنی

%wtمحلول پلی وینیل الکل 7.5، ابت99دا wt%1 حاوی کلرید سدیم ب99ا 5/7 گ99رم نم99ک وزن ک99رده و ب99ا اس99تفاده از آب مقط99ر0.075گ99رم پلیم99ر و

محلول فوق را تهیه می کنیم. ب99رای بدس99ت آوردن ه9ر دو محل99ول بع9د از 30 ساعت توسط هم99زن در دم99ای 7اضافه کردن آب محلول ها به مدت

درجه سانتی گراد هم زده شد تا محلول شفاف و یکنواخت بدست آید.

- انجام الكتروريسي3-7-2

نانو الیاف در شش حالت متف99اوت از نظ99ر نح99وه قرارگ99یری می99دان مغناطیسی خارجی و وجود یا عدم وجود نمک در پلیم99ر پلی وینی99ل الک99ل

ب99ه اختص99ار5-3بدست آمدند. پارامتره99ای ث99ابت الکتروریس99ی در ج99دولآورده شده است.

-شرایط یکسان در نظر گرفته شده برای انجام آزمایشات5-3جدول

w.t% 5/7غلظت محلول

kV17 ولتاژ اعمال شده

جمعفاصله نازل تا کننده

cm7/2

اتیلن )نارسانا(پلیجمع کنندهجنس ml/hr 5/0 نرخ تغذیه محلول

mm8/0قطر سوزن

cm9ربافاصله بین دو آهن

min10گیریمدت زمان نمونه

75

برای تولی99د ن99انو الی99اف تحت می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی ک99ه جهت ش99ار میدان مغناطیسی هم جهت با میدان الکترواس99تاتیکی اس99ت نح99وه ق99رار

-الف- آورده ش99ده اس99ت13-3گیری آهن ربا ها به صورت آنچه در شکل -ب- حالتی را نشان می دهد که می99دان مغناطیس99ی13-3می باشد. شکل

خارجی دارای شار مغناطیس99ی در جهت مخ99الف می99دان الکترواس99تاتیکیاست.

-13-3شکل

الکتروریس

76

ی تحت میدان مغناطیسی خارجی الف-جهت شار میدان مغناطیسی هم

جهت با میدان الکترواستاتیکی -ب- شار مغناطیسی در جهت مخالف

میدان الکترواستاتیکی

وب نانوالي99اف در تم99ام نمونه ه99ا توس99ط دس99تگاه الکتروريس99يتهيه دس99تگاه الکتروریس99ی تحت می99دان14-3ش99کل افقی انج99ام گ99رفت.

دهد. مغناطیسی خارجی را نشان می

-دستگاه الکتروریسی تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی14-3شکل

ریسیده شد.5-3ها، تحت شرایط آورده شده در جدول های وبنمونه ب99رای تم99امی آزمایش99ات یکس99ان در6-3سایر شرایط مطابق ب99ا ج99دول

نظر گرفته شد.

ی و نمک برای الکتروریسی-شرایط حضور میدان مغناطیس6-3جدول

در این تحقیق

در حضور میدان شماره اختصاریمغناطیسی خارجی هم جت با میدان

در حضور میدان مغناطیسی خارجی مخالف با جهت

در حضور نمک

77

میدان الکترواستاتیکیالکترواستاتیکی

1*--2-*-3*-*4-**5---6--*

های نانوالیاف تولید شده تحتبرای انجام آزمایشات و مقایسه بین نمونه 10، در هر ی99ک از ش99ش ح99الت م99ذکور، 6-3شرایط ذکر شده در جدول

تا در مراحل بعدی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.نمونه وب تولید شد.

گیری چگالی شار میدان مغناطیسی بین ن11ازل-اندازه3-8

جمع کنندهو

رب999ا ب999ه ص999ورتچگ999الی ش999ار مغناطیس999ی در فض999ای بین دو آهن آی99د. ابت99دا ولت99اژ گوس99یغیرمستقیم به وسیله سنسور اثر هال بدس99ت می

گ99یریس99انتیمتری ان99دازه5/0ربا در فواص99ل خروجی در فضای بین دو آهن 1گیری برحسب ولت در پیوس99ت شده و اعداد بدست آمده از این اندازه

-3آورده شده است. سپس به وسیله رابطه تبدیل ارائه ش99ده در ج99دول آورده 7-3محاسبه و در ج99دول (B 99)، متوسط چگالی شار مغناطیسی 4

شده است.

برحسب تسال(B)-چگالی شار مغناطیسی 7-3جدول

چگالی شار مغناطیسی )با آمپر از1.2جریان عبوری

پیچ( سیم

فاصله از پشت

سوزن )

78

cm)0.0921 0.50.0890 10.0827 1.50.0762 20.0705 2.50.0662 30.0626 3.50.0611 40.0575 4.50.0611 50.0626 5.50.0662 60.0705 6.50.0755 70.0812 7.50.0870 80.0928 8.5

0.0741 میانگین

های بدست آمده برایشود میانگین مشاهده می7-3طور که در جدول همان تسال است.0741/0چگالی شار مغناطیسی در حضور میدان

79

-محاسبه سطح وب نانوالیاف جمع آوری شده3-9

آوری ش99ده، نانوالی99اف جم99ع دس99ته نمون99هششدر این مرحل99ه ه99ر اسکن شدند.MUSTEK 1200 USB SCAN MAGIC توسط اسکنر مدل

و ب99ا بک99ارگیری دس99تورهایMATLABاف99زار س99پس ب99ا اس99تفاده از ن99رم های تولیدی در هر یک از شرایط تع9یین ش9دهپردازش تصویر، مساحت وب

ب99رای آزم99ایش، بدس99ت آم99ده اس99ت. برنام99ه نوش99ته ش99ده ب99رای تع99یین ای از این تص99اویر و آورده شده اس99ت. نمون99ه2ها در پیوست مساحت وب

تصاویر همچنین ه999999ای-ب999اینری وب

نشان داده شده است. 16-3 و 15-3الکتروریسی شده ، در شکل

80

در حضور میدان-الف- آوری شدههای جمعای از وب- نمونه15-3شکل

در ب- مغناطیسی خارجی هم جت با میدان الکترواستاتیکی همراه نمک

ج-حضور میدان مغناطیسی خارجی هم جهت با میدان الکترواستاتیکی

بدون حضور د- بدون حضور میدان مغناطیسی خارجی همراه نمک

در حضور میدان مغناطیسی خارجی ه- میدان مغناطیسی خارجی

در حضور میدانو- مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی، همراه نمک

مغناطیسی خارجی مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی

81

های الکتروریس11ی ش11ده ال1ف- در حض1ور می1دانتصاویر باینری وب-3-16

مغناطیسی خارجی هم جت با میدان الکترواستاتیکی همراه نمک ب- در

حضور میدان مغناطیسی خارجی هم جهت با می11دان الکترواس11تاتیکی ج-

بدون حضور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی هم11راه نم11ک د- ب11دون حض11ور

می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی ه- در حض11ور می11دان مغناطیس11ی خ11ارجی

مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی، همراه نمک و- در حض11ور می11دان

مغناطیسی خارجی مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی

در حضور میدان مغناطیسی خارجی مخالفبا جهت میدان الکترواستاتیک

(وی)

در حضور میدانمغناطیسی خارجی هم جهتبا میدان الکترواستاتیکی)ب(

بدون حضور میدان مغناطیسی خارجی)د(

در حضور میدان مغناطیسی خارجی مخالفبا جهت میدان الکترواستاتیکی، همراه

در حضور میدان مغناطیسی خارجی هم جت با میدان الکترواستاتیکی، همراه

بدون حضور میدان مغناطیسی خارجی همراه نمک)ج(

82

نمک)الف(نمک)ه(17.65327.34719.74

911.55430.23824.374

27.628.22619.971

10.42532.05724.317

38.63226.70619.301

10.23938.70625.374

4728.01120.089

10.3831.2424.23

56.9727.78220.739

11.29629.50525.284

67.74627.48719.028

10.7230.29524.11

78.2126.7219.251

11.933.3324.943

86.87826.34719.655

9.86430.27223.971

97.06927.68120.767

11.730.56224.187

108.10627.65318.347

11.06831.23124.869

میانگین

7.58627.39619.589

10.91431.74324.565

ضریبتغییرا

ت

7.9522.2463.9636.3258.4362.066

ه99ای الکتروریس99ی ش99ده درهای بدست آمده از پردازش تص99ویر وبمساحت آورده شده است.8-3جدول

(cm2)های الکتروریسی شده-مساحت وب8-3 جدول

83

فصل چهارم

بحث و نتایج

84

مقدمه-4-1

پس از انج99ام عم99ل الکتروریس99ی طب99ق حالت ه99ای آورده ش99ده در مس99احت ن99انو الی99اف جم99ع آوری ش99ده تحت ارزی99ابی ق99رار6-3ج99دول

گرفت. توسط اسکنر تصاویری از مساحت ن99انو الی99اف بدس99ت آم99د و ب99ا آورده ش99د،3اس99تفاده از ن99رم اف99زار مطلب همانگون99ه ک99ه در فص99ل

مساحت نانو الیاف جمع آوری شده محاسبه گردید. سپس از ن99انو الی99اف تهیه شد. در این فصل به بحث درباره نتایجSEMجمع آوری شده تصاویر

بدست آمده و همچنین تجزیه و تحلیل آماری پرداخته شده است.

-بررسی مساحت وب های تولید شده4-2

Spssاف9زار به منظور بررسی مس9احت وب ه9ای تولی99د ش9ده از ن9رم

جهت تجزیه و تحلیل آماری استفاده شده است. برای ارزیابی اثر می99دان مغناطیسی خارجی و نمک بر مساحت وب های تولید شده از روش تحلیل

در شش س99طح اس99تفاده ش99ده اس99ت ت99ا اث99ر می99انگینطرفهواریانس دو ( مش99خص05/0دار )ها در سطح مع99نیها بررسی شود. تفاوت گروهگروه

ب99ه بررس99یDuncan چن99د دامن99ه سپس با استفاده از آزمونشده است. های هر شش دسته پرداخت99ه ش99ده اس99ت. نت99ایجداری اختالف میانگینمعنی

آورده شده است.1-4 در جدول Duncan آزمون

85

های تولیدی وب برای میانگین مساحتDuncan نتایج آزمون 1-4جدول-

در ابت9دا اث99ر متقاب99ل متغیره9ا ب99ر روی مس9احت وب ه9ای تولی9د ش99ده م9ورد ارزی99ابی ق99رار داده ش99د. س99پس ب99ه ت99أثیر ه99ر متغ99یر )نم99ک و می99دان مغناطیسی خ99ارجی( ب99ر روی مس99احت وب ه99ای تولی99د ش99ده ب99ه ص99ورت

ب99رای ت99أثیر2-4 در ج99دول ANOVAجداگانه مورد پرداخته ش99د. ج99داول برای تأثیر اصلی هر متغیر آورده شده است.3-4متقابل و جدول

متغیرها برای تأثیر متقابل ANOVAجدول 2-4جدول-

86

areaDuncan

feild NSubset

1 2 33 20 9.250502 20 2.20778

E11 20 2.95698E1Sig. 1.000 1.000 1.000

تأثیر اصلی هر متغیر برای ANOVAجدول 3-4جدول-ANOVA

Dependent Variable:area

SourceType I Sum of Squares df

Mean Square F Sig.

Corrected Model 4490.413a 3 1496.804 929.483 .000

Intercept 24723.857 1 24723.857 1.535E4 .000salt 266.789 1 266.789 165.670 .000feild 4223.624 2 2111.812 1.311E3 .000Error 90.180 56 1.610Total 29304.450 60Corrected Total 4580.593 59

ده999د ک999ه متغیره99ای نم999ک و می999دان نش999ان میDuncanنتیج999ه آزم999ون مغناطیسی خارجی اثر محسوسی بر مساحت وب های تولید ش99ده دارن99د ولی این دو متغیر اثر متقابلی ب99ر مس99احت وب ه99ای تولی99د ش99ده ندارن99د.

87

ANOVADependent Variable:area

SourceType I Sum of Squares df

Mean Square F Sig.

Corrected Model 4497.330a 5 899.466 583.344 .000

Intercept 24723.857 1 24723.857 1.603E4 .000salt 266.789 1 266.789 173.024 .000feild 4223.624 2 2111.812 1.370E3 .000salt * feild 6.917 2 3.459 2.243 .116Error 83.263 54 1.542Total 29304.450 60Corrected Total 4580.593 59

توان نتیجه گرفت که عوامل نمک و وج99ود می99دان مغناطیس99یبنابراین می در اط99راف دس99تگاه الکتروریس99ی ب99ه ص99ورت جداگان99ه س99بب ایج99اد این

های تولیدی شده است.اختالفات بین مساحت وب های تولی99دی در مساحت وب نمودار میانگین8-3های جدول با توجه به داده

نمایش داده شده است.1-4شکل

9999999999247.13

693.72

565.42

9999999999885.91

419.01

685.7

ن9مک همرا9ه ا9لکتروا9ستات9یکی، میدا9ن9 ب9ا جت هم خارجی مغناطیسی میدا9ن9 حضور درا9لکتروا9ستاتیکی میدان9 ب9ا هم جهت خارجی مغناطیسی میدا9ن9 حضور در

ن9م9ک هم9را9ه خارجی مغناطیسی میدا9ن9 حضور ب9دون9خارجی مغناطیسی میدا9ن9 حضور ب9دون9

ن9م9ک هم9را9ه ا9لکترواستات9یکی، میدا9ن9 جهت ب9ا مخالف خارجی مغناطیسی میدا9ن9 حضور درا9لکترواستات9یکی میدا9ن9 جهت ب9ا مخالف خارجی مغناطیسی میدا9ن9 حضور در

آوری شده های جمع-نمودار میانگین مساحت وب1-4شکل

کند را تأیید می3این نتیجه، مباحث مطرح شده به صورت تئوری در فصل دهد که اضافه کردن کلرید سدیم ب9ه پلیم99ر پلی وینی99ل الک99ل وو نشان می

استفاده از یک میدان مغناطیسی خ99ارجی در مح99دوده بین ن99ازل ت99ا جم99ع

88

کننده سبب اعمال نیروی مغناطیسی خارجی بر جت الکتروریس99ی ش99دهکه به مساحت وب های تولید شده تأثیر می گذارد.

ه99ا از تص99اویری99افتگی آنب99رای نم99ایش نانوالی99اف تولی99دی و آرایش 5000برابر و 10000میکروسکوپ الکترونی روبشی شده با بزرگنمایی

نشان داده شده است.3-4 و 2-4برابر استفاده شده که در شکل

نانوالی11اف ریس11یده ش11ده ب11ا بزرگنم11اییSEM-تص11اویر 2-4ش11کل

در حضور میدان مغناطیسی خ11ارجی هم الف- برابر در شرایط :10000

در حض111ور می111دان ب- جت ب111ا می111دان الکترواس111تاتیکی هم111راه نمک

ب11دون حض11ور ج- مغناطیسی خارجی هم جهت با میدان الکترواستاتیکی

ب111دون حض111ور می111دان د- می111دان مغناطیس111ی خ111ارجی هم111راه نمک

در حضور میدان مغناطیس11ی خ11ارجی مخ11الف ب11ا ه- مغناطیسی خارجی

89

در حض111ور می111دانو- جهت می111دان الکترواس111تاتیکی، هم111راه نم111ک

مغناطیسی خارجی مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی

5000 نانوالی11اف ریس11یده ش11ده ب11ا بزرگنم11ایی SEM-تص11اویر 3-4ش11کل در حضور میدان مغناطیسی خ11ارجی هم جت ب11ا الف- برابر در شرایط :

در حض11ور می11دان مغناطیس11ی ب- می11دان الکترواس11تاتیکی هم11راه نمک ب11دون حض11ور می11دان ج- خ11ارجی هم جهت ب11ا می11دان الکترواس11تاتیکی

ب11دون حض11ور می11دان مغناطیس11ی د- مغناطیس11ی خ11ارجی هم11راه نمک در حضور میدان مغناطیسی خارجی مخ11الف ب11ا جهت می11دان ه- خارجی

در حض1ور می1دان مغناطیس1ی خ11ارجیو- الکترواستاتیکی، همراه نم1ک مخالف با جهت میدان الکترواستاتیکی

کلیگیری-نتیجه4-3

تغییر قطبیت در میدان مغناطیسی خارجی ب99ه ط99ور محسوس99ی ب99ر مس9احت وب ه9ای تولی9دی ت9أثیر می گ9ذارد. وق9تی ک9ه جهت ش99ار می99دان مغناطیسی خارجی هم جت با شار میدان الکترواستاتیکی است مساحت

90

وب های تولیدی بزرگتر از وب های تولیدی در حالت مت99داول الکتروریس99ی )ب999دون می999دان مغناطیس999ی خ999ارجی( می باش999د. ن999یروی ک999ه می999دان الکترواستاتیکی به جت وارد می کند در جه99تی اس99ت ک99ه ب99اعث اف99زایش ش99عاع م99ارپیچی جت پلیم99ری می ش99ود. ب99ا هم جت ش99دن ش99ار می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی و می99دان الکترواس99تاتیکی ن99یروی وارده ب99ه جت از ط99رف ه99ر دو می99دان در ی99ک راس99تا ب99ا هم جم99ع می ش99وند و ش99عاع جت مارپیچی را بزرگ99تر از ح99الت مت99داول الکتروریس99ی می کنن99د. هنگامی ک99ه جهت ش999ار می999دان مغناطیس999ی خ999ارجی مخ999الف جهت ش999ار می999دان الکترواستاتیکی است، مساحت وب های تولیدی کوچکتر از وب های تولی99د ش99ده در الکتروریس99ی مت99داول اس99ت. در این ح99الت می99دان مغناطیس99ی خارجی مانند یک عامل بازدارنده از ن99یروی در خالف جهت ن99یروی می99دان الکترواستاتیکی ب99ه جت وارد می کن99د و از اف99زایش ش99عاع م99ارپیچی جت

پلیمری جلوگیری می کند. تأثیر متقابلی بین متغی99یر نم99ک و می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی وج99ود ندارد. به طوری که افزایش یا کاهش مساحت وب های تولیدی بیش99تر ب99ه علت وجود و یا ع99دم وج99ود می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی اس99ت. ب99ه نظ99ر می رسد این امر به علت افزایش شتاب جت پلیمر باشد. چون زمانی که کلرید سدیم به پلیمر اضافه می ش99ود رس99انایی آن را اف99زایش می ده99د و باعث می شود که جت حاوی جریان با سرعت بیشتری به س99مت ص99فحه جمع کننده حرکت کند. با اف99زایش س99رعت، می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی فرص99ت کمی ب99رای ت99أثیر گذاش99تن ب99ر روی جت الکتروریس99ی را دارد. افزایش سرعت و تأثیر کم میدان مغناطیسی خارجی باعث می ش99ود ک99ه

متغیرهای نمک و میدان مغناطیسی اثر متقابل کمی داشته باشند.

91

استفاده از نمک کلری99د س99دیم ب99اعث اف99زایش اغتشاش99ات خمش99ی می ش99ود. زی99را وق99تی ک99ه پلیم99ر ح99اوی نم99ک کلری99د س99دیم اس99ت ط99ول مستقیم جت کوچکتر شده و طول مس9یری ک9ه ناپای9داری خمش9ی در آن وج99ود دارد اف99زایش می یاب99د. علت این ام99ر تجم99ع س99ریع الکترون ه99ا در محلول پلیمری است. زیرا در این ح99الت رس99انایی پلیم99ر اف99زایش یافت99ه است و با تجمع سریع الکترون ها جت پلیمر زودتر به نقطه بحرانی )آغ99از ناپایداری خمشی ( می رسد. هر چه فاصله ناپای99داری خمش99ی جت پلیم99ر با مخروط تیل99ور کم99تر باش99د نش99ان دهن99ده آن اس99ت ک99ه نقط99ه بح99رانی سریع تر شکل گرفته است. سریع تر ش99کل گ99رفتن نقط99ه بح99رانی ب99اعث می شود که جت پلیمر تعداد الیه ه99ای م99ارپیچی بیش99تر را طی کن99د ت99ا ب99ه صفحه جمع کننده برسد. اگرچه این امر باعث بیشتر کشیده شدن الیاف می ش99ود ولی از ط99رفی مس99احت وب ه99ای تولی99د ش99ده را ن99یز اف99زایش

می دهد.

-پیشنهادات4-4

یکی از بزرگترین مشکالت به هنگام استفاده از نانو لوله ه99ا و ن99انو- ذرات فلزی در پلیمرها، تجمع آنها است. به نظر می رسد اس99تفاده از می99دان مغناطیس99ی خ99ارجی ب99ه منظ99ور آرایش دادن ب99ه ن99انو لوله های کربنی و همچنین جلوگیری از تجمع نانو ذرات فلزی که به پلیمر اضافه شده اند یک کار عملی باشد. از طرفی چونکه با تغی99یر قط99بیت می99دان خ99ارجی خط99وط می99دان تغی99یر می کن99د می ت99وان

پراکندگی های مختلفی از نانو ذرات بدست آورد.

92

بررسی تأثیر میدان مغناطیسی خارجی بر خصوص99یات ن99انو الی99اف-تولید شده

استفاده از نمک ها و مواد پلیمری دیگ99ر ب99ا رس99انایی های الک99تریکی-متفاوت بیشتر

93

هاپیوست

94

1پیوست

درگیری شده در سه مرتبه توسط سنسور اثر هالولتاژ گو سی اندازه پیچ آن )بر حسب آمپر از سیم1.2ربا با جریان عبوری خط مرکزی دو آهن

ولت(

میانگین مرتبه 3 2مرتبه 1مرتبه فاصله از پشت(cmسوزن )

3.83 3.83 3.82 3.85 0.53.79 3.78 3.78 3.80 13.7 3.70 3.69 3.71 1.53.61 3.60 3.60 3.63 23.53 3.53 3.53 3.53 2.53.47 3.47 3.46 3.47 33.42 3.42 3.41 3.42 3.53.4 3.40 3.39 3.40 43.38 3.38 3.38 3.38 4.53.40 3.40 3.39 3.39 53.42 3.42 3.42 3.41 5.53.47 3.47 3.47 3.46 63.53 3.52 3.53 3.53 6.53.60 3.60 3.61 3.60 73.68 3.68 3.68 3.68 7.53.76 3.76 3.77 3.76 83.84 3.84 3.84 3.84 8.53.58 3.58 3.57 3.58 میانگین

95

2پیوست

های تولیدیبرنامه نوشته شده برای محاسبه مساحت وب-A=imread('19.jpg'); image(A) ;axis image D=100;grid onb=1;i=1;while b==1 ]x(i) y(i) b[=ginput(1); hold on plot(x(i) ,y(i),'*r') if i>1 & b==1 line(x,y) Length=Length (x(end-1:end),y(end-1:end)); if Length<D/50 hold on plot(x(i-1) ,y(i-1),'*','Color','white') plot(x(i) ,y(i),'*','Color','white') line(x(end-2:end),y(end-2:end),'Color',]1 1 1[) x(i-1)=x(i-2); y(i-1)=y(i-2); x(i)=x(i-2); y(i)=y(i-2); i=i-2; end end i=i+1;end i=i-1; x(i)=x(1); y(i)=y(1); ]L S[=Length (x,y)

function ]L S[=Length(P_X,P_Y)L=sum((diff(P_X).^2+diff(P_Y).^2).^.5);S=abs(trapz(P_X,P_Y));

96

97

مراجع

]1[ Li,y., Huang,Zh., Lü,y., "Electrospinning of nylon-6,66,1010 terpolymer",

European Polymer Journal. 42,1696–1704(2006).

]2[ Kadomae,Y., Taniguchi,T., Sugimoto,M., Koyama,K.,"Effect of electric current

on Beads formationin Electrospinning of Poly(vinyl alcohol)",

yamagatau.ac.j,Conference(2006).

]3[ Huang,Zh-M., Zhang.Y-Z., Kotaki,M., Ramakrishna.S.,"A review on polymer

nanofibers by electrospinning and their application in nanocomposites",

J.Composites Scienc and Technolog. 63, 2223-2253,(2003).

]4[ Kim, J.S., Reneker, D.H., "Mechanical Properties of Composites Using Ultrafine

Electrospun Fibers", Polym. Compos., 20, 124-131, (1999).

]5[ Tsaia, P.P., Gibson, S.H., and Gibson P., "Different ElectrostaticMethods for

Making Electret Filters", J. Electrostatic., 54, 333-341, (2002).

]6[ Norris, D.I., Shaker, M.M., Ko F.K., and MacDiarmid A.G., "Electrostatic

Fabrication of Ultrafine Conducting Fibers: Polyaniline/Polyethylene Oxide Blends",

Synth.Met.,114,109-114,(2000).

]7[ MacDiarmid, A.G., Jones, W.E., Norris, I.D., Gao J., Johnson, A.T., Pinto, N.J.,

Hone, J., Han, B., Ko F.K., Okuzaki, H., and Llaguno, M., "Electrostatically-

generated Nanofibers of Electronic Polymers", Synth. Met., 119, 27-30, (2001).

]8[ Lee, S.H., Ku, B.C., Wang, X., Samuelson, L.A., and Kumar, J., "Design,

Synthesis and Electrospinning of a Novel Fluorescent Polymer for Optical Sensor

Applications", Mat. Res. Soc. Symp. Pro., 708, 403-408,( 2002).

98

]9[ Wang, X.Y., Lee, S.H., Drew, C., Senecal, K.J., Kumar, J., and Samuelson, L.A.,

"Highly Sensitive Optical Sensors Using Electrospun Polymeric Nanofibrous

Membranes", Mat. Res. Soc. Symp. Pro., 708, 397-402, (2002).

]10[ Changlu, S., Shaoa, C., Kim, H.Y., Gonga, J., Ding, B., Lee, D.R., and Park,

S.J., "Fiber Mats of Poly(vinyl alcohol)/Silica Composite via Electrospinning",

Mater. Lett., 57,1579-1584,(2003).

]11[ Buchko, C.J., Chen, L.C., Shen,Y., and Martin, D.C., "Processing and

Microstructural Characterization of Porous Biocompatible Protein Polymer Thin

Films", Polymer, 40, 7397-7407, (1999).

]12[ Kenawy, E.R., Bowlin, G.L., Mansfield, K., Layman, J., Simpson, D.G.,

Sanders Elliot H., and Wnek G.E., "Release of Tetracycline Hydrochloride from

Electrospun Poly(ethylene-co-vinylacetate), Poly(lactic acid) and a Blend", J. Contr.

Release, 81, 57- 64, (2002).

]13[ Jin, H.J., Fridrikh, S., Rutledge, G.C., and Kaplan, D., "Electrospinning

Bombyx Mori Silk with Poly(ethylene oxide), Biomacromolecules", 3, 1233-1239,

(2002).

]14[ Pham, Q.P., Sharma U., and Mikos, A.G.," Electrospun Poly(ε- caprolactone)

Microfiber and Multilayer Nanofiber/Microfiber Scaffolds: Characterization of

Scaffolds and Measurement of Cellular Infiltration, Biomacromolecules", 7, 2796 -

2805, (2006).

]15[ Gibson, P., Schreuder-Gibson H., and Rivin, D., "Transport Properties of

Porous Membranes Based on Electrospun Nanofibers, Colloid Surf"., A: Phys. Eng.

Aspects, 187-188, 469-481, (2001).

]16[ Heikkilä, P., Säderlund, L., Usimäki, J., Harlin, A., Exploition of Electric Field

99

in Controlling of Nanofiber Spinning Process , Wiley Interscience, 2065-2047, 2007.

]17[ P. Supaphol, O. Suwantong, P. Sangsanoh, S. Srinivasan, R. Jayakumar, and

Sh.V. Nair, "Electrospinning of Biocompatible Polymers and Their Potentials in

Biomedical Application", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, (2011).

]18[ Heikkil,P., Harlin,A., “Parameter study of electrospinning of polyamide-6”

European Polymer Journal .44, 3067–79, (2008).

]19[ Ramakrishna,S., Fujihara,K., Teo,W-E., Lim,T-Ch., Ma,Z., "An Introduction

Electrospinning and Nanofibers" ,World scientific(2005).

]20[ Yarin,A. L., Koombhongse, S., Reneker, D. H, " Taylor cone and jetting from

liquid droplets in electrospinning of nanofibers", journal of applied physics.9, 4836-

4847, (2001).

]21[ Shin,Y. M., Hohman, M. M., Brenner, M. P., Rutledge, G. C., "experimental

characterization of electrospinning: the electrically forced jet and instabilities",

polymer. 42., 9955-9967 (2001).

]22[ Reneker, D. H., Yarin,A. L.,"bending instability of electrically charged liquid

jets of polymer solutions in electrospinning", J. Appl. Phys., vol. 87., 9,4531-4548,

(2001).

]23[ Ramakrishna,S., Fujihara,K., Teo,W-E., Lim,T-Ch., Ma,Z., "An Introduction

Electrospinning and Nanofibers" ,World scientific(2005).

]24[ Bhardwaj,N., Kundu,S-C., “Electrospinning: A fascinating fiber fabrication

technique”, Biotechnology Advances 28, 325-347, (2010),

]25[ Kilic,A., Oruc,F., Demir,A., “Effects of Polarity on Electrospinning Process”,

Textile Research Journal. 78, 532–39,(2008).

]26[ Heikkil,P., Harlin,A., “Parameter study of electrospinning of polyamide-6”

100

European Polymer Journal .44, 3067–79(2008).

]27[ Thompson,C-J., Chase,G-G., Yarin,A-L., Reneker,D-H., “Effects of parameters

on nanofiber diameter determined from electrospinning model”, Polymer. 48, 6913–

6922,(2007).

]28[ Kong,C-S., Lee,T-H., Lee,S-H., Kim,H-S., “Nano-web formation by the

electrospinning at various electric Fields”, Mater Sci. 42, 8106–8112,(2007).

]29[ Supaphol,P., Mit-Uppatham,C., Nithitanakul,M., “Ultrafine electrospun

polyamide-6 fibers: effect of emitting electrode polarity on morphology and average

fiber diameter”,Journal of Polymer Science Part B: PolymerPhysics. 43, 3699-3712,

(2005). ]30[

Zuo,W., Zhu,M., Yang,W., Yu,H., Chen,Y., Zhang,Y., “Experimental study on

relationship between jet instability and formation of beaded fibers during

electrospinning“, Polymer Engineering and Science. 45, 704-709, (2005).

]31[ Arayanarakul,K., Choktaweesap,N., Aht-Ong,D., Meechaisue,C., Supaphol,P.,

“Effects of poly(ethylene glycol), inorganic salt, sodium dodecyl sulfate, and solvent

system on electrospinning of poly(ethylene oxide)”, Macromolecular Materials and

Engineering.291, 581-589, (2006).

]32[ Cengiz,F., Krucińska,I., Gliścińska,E., Chrzanowski,M., Göktepe,F.,

“Comparative Analysis of Various Electrospinning Methods of Nanofibre

Formation”, FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe.17(1), 13-19, (2009).

]33[ Tan,S-H., Inai,R., Kotaki,M., Ramakrishna,S., “Systematic parameter study for

ultra-fine fiber fabrication via electrospinning process”, Polymer.46, 6128–6134,

(2005).

]34[ Gupta,P., Elkins,C., Long,T-E., Wilkes,G-L., “Electrospinning of linear

101

homopolymers of poly (methylmethacrylate): exploring relationships between fiber

formation, viscosity, molecular weight and concentration in a good solvent”,

Polymer. 46, 4799–4810,(2011).

]35[ Yuan,X-Y., Zhang,Y-Y., Dong,C-H., Sheng,J., “Morphology of ultrafine

polysulfone fibers prepared by electrospinning”, Polym Int. 53, 1704–1710(2004).

]36[ Wannatong.L., Sirivat,A., Supaphol,P., “Effects of solvents on electrospun

polymeric fibers: preliminary study on polystyrene”, Polym Int. 53, 1851–

1859(2004).

]37[ Acharya,M., Arumugam,G-K., A-Heiden,P., “Dual Electric Field Induced

Alignment of Electrospun Nanofibers”, Macromol.Mater.Eng. 293, 666–674,(2008).

]38[ Lyons,J-M., “Melt-electrospinning of Thermoplastic Polymers: An

Experimental and Theoretical Analysis”, PhD. Thesis, Drexel University, 2004.

]39[ Mit-uppatham,C., Nithitanakul,M., Supaphol,P., ”Ultrafine electrospun

polyamide-6 fibers:effect of solution conditions on morphology and average fiber

diameter”, Macromol Chem Phys. 205, 2327–2338, (2004).

]40[ Baumgarten,P-K., ”Electrostatic spinning of acrylic microfibers”, J Colloid

Interface Sci. 36, 71-79, (2008).

]41[ Matthews,J-A., Wnek,G-E., Simpson,D-G., Bowlin,G-L., ”Electrospinning of

Collagen Nanofibers”, Biomacromolecules.3(2), 232–238, (2002).

]42[ Zhou, F. L., Hubbard,P. L., EStephen, J, Parker, G. J. M," Jet deposition in

near-field electrospinning of patterned polycaprolactone and sugar-polycaprolactone

coreeshell fibres"., Polymer., 52., 3603-3610,(2011).

]43[ Chang, Ch., Limkrailassiri,K., Lin L., " Continuous near-field electrospinning

for large area deposition of orderly nanofiber patterns ", applied physics letters 93,

102

(2008).

]44[ Xiang, W., Gaofeng, Zh., Lei, X.,Wei, Ch.,Bulei, X., Yongfang, H., Daoheng,

S.," Fabrication of nanochannels via near-field electrospinning ", Springer-Verlag,

(2012).

]45[ Lee, S, Limkrailassiri, K, Yuan, G, Chieh, Ch, Liwei, L.," Chip-To-Chip

Fluidic Connectors Via Near-Field Electrospinning ", Kobe, 21-25, ( 2007).

]46[ Padmanabhan,T., Kamaraj, V., Magwood ., Starly, B.," Experimental

investigation on the operating variables of a near-field electrospinning process via

response surface methodology ", Manufacturing Processes 13, 104–112, (2011).

]47[ Sun, D., Chang, CH., Li, SH., Lin, L.," Near-Field Electrospinning", nano

letters 4-839-842, (2006).

]48[ Li,D., Wang,Y., Xia,Y., “Electrospinning of Polymeric and Ceramic

Nanofibers as Uniaxially Aligned Arrays”, Nano Lett. 3, 1167-1171, (2003).

]49[ Wu,Y., Yu,J Y., He,J-H., Wan,Y-Q., ”Controlling stability of the electrospun

fiber by magnetic field”, Chaos, Solitons and Fractals. 32, 5–7,(2007).

]50[ Dao, A. T., Jirsak, O., " Effect Of Sodium Chloride On The Needle

Electrospinning Of Poly (Vinyl Alcohol) ", Roznov pod Radhostem, 10, 20 - 22

( 2009).

الله.، بهار،محمود.،[ هالیدی،دیوید.، رزنیک،رابرت.،"فیزیک"، گلستانیان،نعمت51]

.3، جلد 1369بهاری، محمدرضا.، چاپ سوم، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی،

[ ار ریتس،جان.، جی میلفورد،فردریک.، دبلیو کریستی،رابرت.، "مبانی نطریه52]

پور، مسیب.،الکترومغناطیس"، صمیمی، جالل.، جمشیدی، ابوالقاسم.، جمشیدی

.1381علیزاده قمصری، ناصر.، چاپ هشتم، انتشارات مرکز نشر دانشگاهی،

103

[ جمشیدیان مریم، پایان نامه دانشجوی، "بررسی کنترل فرآیند الکتروریسی با53]

1389استفاده از میدان مغناطیسی"، دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه یزد،

Abstract

104

in recent years electrospinning is one of the important production processes

of nanofibers. In this process a strong electric field between the nozzle containing

polymer solution and collector is applied to the electrospinning jet forms. Jet made a

series of bending instabilities during the electrospinning, Due to the irregular motion

of the jet the nanofibers are randomly formed on collector and due to high speed of

the jet, Control the accumulation area is difficult. But there are ways to control jet

accumulation area. By using external magnetic field is possible to control the

bending instability.

In this study, electrospinning of nanofibers was carried with the salt and the

polarity of the magnetic field variables. Then webs images produced by the scanner.

Area webs were calculated By using matlab software and The statistical analysis was

carried out with Duncan's test.

The results show that changing the polarity of the external magnetic field and

use of sodium chloride in the polymer solution significantly affects on the webs

Area.

Key words: Electrospinning- Webs Area- Sodium Chloride - Magnetic Field

Yazd University

Faculty of textile engineering

105

Thesis submittedFor the degree of M.Sc.

Title:study on effect of polarity of external magnetic

field and polarity of electrical field on electrospinning process

Supervisor: Dr. P. Payvandi- Dr. M. Hadizadeh

Advisor: Dr. R. Dastjerdi

By: mohammad falahnezhad

March 2013

106