Hiljuti ilmus juhtivas erialaajakirjas Carbon tehnikaülikooli teadlaste sulest teadusartikkel „A method for producing conductive graphene biopolymer nanofibrous fabrics by exploitation of an ionic liquid dispersant in electrospinning“ (Juhtivate grafeenist ja biopolümeerist nanokiuliste kangaste valmistamise meetod kasutades ioonvedelikust dispergenti ja elektroketrust).
Artiklis tutvustatakse TalTechi polümeeride ja tekstiilitehnoloogia laboris kasutusel oleva elektroketrusseadme abil saadavat materjali – nanokiudu – ja selle üha arenevaid kasutusvõimalusi.
Teadusartikli üks kaasautoreid, polümeeride ja tekstiilitehnoloogia labori juhtaja, professor Andres Krumme: „Eletroketruse abil toodetud süsiniknanomaterjali saab nimetada ka targaks või nutikaks tekstiiliks. Seda moodustavad nanokiud on läbimõõdult küll näiteks juuksekarvast 100 korda peenemad, olles aga erakordselt tugevad, sitked, painduvad ja tänu süsinikukoostisele ka elektrit juhtivad. Silmapaistvalt suure eripindala tõttu võimaldab see materjal tõhusalt energiat salvestada.“
Kuna nanokiu eriparameetrid nõuavad ka sellest materjali tootmiseks erilisi meetodeid, pole mikromeetrist väiksema diameetriga kiudude tekitamine võimalik traditsiooniliste kiudude ketrusmeetoditega. Nanokiudude valmistamiseks tuleb kasutada kõrgepingevälja.
„Kogu protsessi saab ühe lausega kokku võtta nii: polümeerlahusest toodetakse kõrgepingeväljas eriline nanokiud ning sellest omakorda nanokihiline kangas,“ selgitab professor Krumme.
Nanokiu eriomadused annavad sellele materjalile tõelise tulevikumaterjali kasutusala:
- Keskkonnakaitses saab nanokiududest valmistatud lausmaterjale kasutada saastunud õhu või vee puhastamiseks peenosakestest ja raskemetallidest. Põllumajanduses saab toodetud tarka kangast kasutada näiteks taimede katteloorina kahjurite vastu (mis on mõistagi kordi efektiivsem senisest tekstiilkatteloorist).
- Meditsiinis saab nanokangast kasutada tänu oma inimkeha loomulikku kasvukeskkonda meenutavale keskkonnale rakkude kasvatamiseks ja toota sellest antibakteriaalseid plaastreid ning sidemeid. Heade mehaaniliste omadustega nanokiulisi elektroode saab kasutada tarkade rõivaste komponendina kandja tervisliku seisukorra jälgimiseks ning ka mõjutamiseks. Nanokiust saab teha kasvusubstraate rakkudele (biopolümeerist matile istutatakse tüvirakud), mida saab kasvades siirata näiteks kahjustatud inimnahale.
- Rõivatööstuses saab nanokiulistest materjalidest toota erilisi kaitserõivad, kus rõivastes on nii energiat salvestavad kui ka koguvad kiud (see võimaldab näiteks kogutud energiaga laadida vajadusel mobiiltelefoni). Rõivastes olevad sensorid aga annavad infot kandja vajadustest ja ka võimalikest häireolukordadest (päästjate, kalameeste jt puhul).
„Targa rõiva algne tooraine – tselluloos – on oma omadustelt inimkehale väga vastuvõetav, ehk siis polümeerkangas kasutatud toore on biopõhine ja loodulikku süsinikuringlust toetav,“ kinnitab Andres Krumme.
Elektroketruse kui teadusharu alguseks saab tegelikult lugeda juba 20. sajandi algust, ehk siis 100 aastat tagasi, tööstuslikku rakendust hakati sellele leidma 50 aastat tagasi. Viimastel aastatel on huvi elektroketruse vastu aga plahvatuslikult kasvanud.
Allikas: Carbon, 08.2018
Kersti Vähi, TalTech teadusosakond