Hej! Som dodávateľom tetraetoxysilánu a dnes vás prejdem procesom používania tetraetoxysilánu na výrobu nanovlákien. Nanovlákna majú niekoľko úžasných vlastností a používajú sa v celom partii odvetví, od filtrácie po tkanivové inžinierstvo. A tetraetoxysilane, dobre, je to kľúčový hráč pri vytváraní týchto malých, ale silných vlákien.
Po prvé, povedzme si niečo o tom, čo je Tetraethoxysilane. Môžete sa pozrieť na viac podrobností o tomTetraethotoxysilán. Je to bezfarebná tekutina, ktorá sa často používa v procesoch sol - gélov. Jednoducho povedané, ide o kremík obsahujúci zlúčeninu, ktorá sa dá použiť na tvorbu materiálov založených na kremíku, ako sú tie, ktoré potrebujeme pre nanovlákna.
Krok 1: Príprava roztoku prekurzorov
Prvým krokom pri používaní tetraetoxysilánu na výrobu nanovláken je príprava prekurzorového roztoku. Začnete zmiešaním tetraetoxysilánu s rozpúšťadlom, zvyčajne alkoholom ako etanol. Alkohol pomáha rozpustiť tetraetotoxysilán a tiež hrá úlohu pri hydrolýznych a kondenzačných reakciách, ktoré sa stanú neskôr.
Na urýchlenie reakcií musíte tiež pridať katalyzátor. Ako katalyzátor sa môže použiť kyselina alebo báza. Napríklad kyselina chlorovodíková alebo amoniak môžu túto prácu vykonávať. Množstvo katalyzátora, ktorý pridáte, je rozhodujúce, pretože ovplyvňuje rýchlosť reakcie a vlastnosti konečných nanovlákien.
Okrem rozpúšťadla a katalyzátora možno budete chcieť pridať ďalšie prísady. Mohli by to byť polyméry ako polyvinylpyrolidón (PVP) alebo polyetylénexid (PEO). Tieto polyméry pomáhajú zlepšovať spinnosť roztoku. To znamená, že uľahčujú vtiahnutie roztoku do vlákien.
Krok 2: Hydrolýza a kondenzačné reakcie
Akonáhle je prekurzorový roztok pripravený, začnú sa uskutočňovať hydrolýza a kondenzačné reakcie. Hydrolýza je, keď voda reaguje s molekulami tetraetotoxysilánu. Etoxy skupiny (-oc₂H₅) na tetraetoxysiláne sú nahradené hydroxylovými skupinami (-OH). Táto reakcia je zvyčajne katalyzovaná kyselinou alebo bázou, ktorú ste pridali skôr.
Po hydrolýze dochádza k kondenzačnej reakcii. Počas kondenzácie reagujú hydroxylové skupiny na rôznych molekulách obsahujúcich kremík, aby sa navzájom reagovali za väzby kremíka - kyslíka - kremík (Si - O - Si). Tento proces vedie k tvorbe SOL, čo je koloidná suspenzia tuhých častíc v kvapaline.
Ako reakcie pokračujú, SOL sa postupne mení na gél. Gél je trojrozmerná sieť kremíkových a kyslíkových väzieb s rozpúšťadlom zachytené vo vnútri. Vlastnosti gélu, rovnako ako jeho viskozita a elasticita, závisia od reakčných podmienok, ako je reakčný čas, teplota a koncentrácia reaktantov.
Krok 3: Elektrospinning
Teraz je čas premeniť tento gél na nanovlákna a robíme to procesom nazývaným elektrospinning. Elektrospinning je technika, ktorá využíva elektrické pole na nakreslenie prúdu prekurzorového roztoku alebo gélu zo striekačky alebo spinneretu.
Takto to funguje. Vložíte prekurzorový roztok alebo gél do striekačky s malou ihlou na konci. Injekčná striekačka je pripojená k vysokému napájaniu napájania. Na druhej strane je zberateľ, ktorý je zvyčajne uzemnenou kovovou doskou alebo rotujúcom bubna.
Keď zapnete napájací zdroj, medzi ihlou a kolektorom sa vytvorí elektrické pole. Elektrické pole spôsobuje, že povrch roztoku pri špičke ihly sa deformuje do tvaru kužeľa, nazývaného Taylor Cone. Akonáhle je elektrické pole dostatočne silné, z Taylor Cone sa vyhodí prúd roztoku a cestuje smerom k zberateľovi.
Keď prúd prechádza vzduchom, rozpúšťadlo sa odparuje a polymérne reťazce v roztoku sa začnú stuhnúť. Jet podlieha napínaniu a riedeniu a nakoniec sa nanovlákna ukladajú na zberateľ. Priemer nanovláken je možné riadiť nastavením parametrov procesu, ako je napätie, prietok roztoku a vzdialenosť medzi ihlou a kolektorom.
Krok 4: Post - Liečba
Po elektrospulácii potrebujú nanovlákna obvykle určitú ošetrenie. Jedným z bežných po ošetrení je tepelné spracovanie. Zahrievanie nanovláken pri vysokej teplote môže odstrániť všetky zostávajúce rozpúšťadlá a organické prísady. Pomáha tiež ďalej posilňovať väzby Si - O - Si v nanovláknach, čím sa zlepšuje ich mechanické vlastnosti.
Ďalšou možnosťou po ošetrení je modifikácia povrchu. Môžete upraviť povrch nanovlákien tak, aby im poskytli konkrétne vlastnosti. Napríklad môžete nanovlákna poťahovať inými materiálmi alebo ich funkcionalizovať pomocou chemických skupín. To môže byť užitočné, ak chcete, aby nanovlákna mali lepšiu adhéziu, biokompatibilitu alebo iné vlastnosti pre konkrétne aplikácie.
Aplikácie nanovláken vyrobených z tetraetoxysilánu
Nanovlákna vyrobené z tetraetoxysilánu majú širokú škálu aplikácií. V oblasti filtrácie sa môžu použiť na výrobu vysoko -účinných vzduchových a vodných filtrov. Malý priemer nanovláken im umožňuje zachytiť malé častice a znečisťujúce látky.
V tkanivovom inžinierstve sa tieto nanovlákna môžu použiť ako lešenia na rast buniek. Ich pomer vysokého povrchu - k objemu a pórovitá štruktúra poskytujú dobré prostredie pre bunky na pripájanie, rast a rozlišovanie.
Môžu sa tiež použiť pri výrobe senzorov. Unikátne vlastnosti nanovlákna založených na kremíku ich robia citlivé na zmeny v prostredí, ako sú zmeny teploty, vlhkosti alebo prítomnosť určitých chemikálií.
Ostatné silánové zlúčeniny vo výrobe nanovlákna
Zatiaľ čo tetraetoxysilán je obľúbenou voľbou pre výrobu nanovláken, existujú aj ďalšie silánové zlúčeniny, ktoré sa môžu použiť aj. NapríkladVinymetyltrimetoxysilána3 - glycidoxypropyltrimetoxysilán. Tieto zlúčeniny sa môžu používať samostatne alebo v kombinácii s tetraetoxysilánom na modifikáciu vlastností nanovlákna.
Vinymetyltrimetoxysilán má vinylovú skupinu, ktorá sa môže použiť na ďalšie chemické reakcie, čo umožňuje funkcionalizáciu nanovlákien. 3 - glycidoxypropyltrimetoxysilán má epoxidovú skupinu, ktorá môže reagovať s inými molekulami na zlepšenie adhézie a mechanických vlastností nanovláken.
Zabalenie a natiahnutie
To je proces používania tetraetoxysilánu na výrobu nanovlákien v skratke. Je to fascinujúci proces, ktorý kombinuje chémiu, materiálovú vedu a inžinierstvo. Ak máte záujem používať tetraetoxysilánu alebo iné silánové zlúčeniny na výrobu nanovlákna, rád by som sa s vami porozprával. Či už ste vo výskume a vývoji alebo vo veľkej miere, môžem vám poskytnúť vysokokvalitné výrobky a technickú podporu. Stačí ma osloviť a môžeme začať diskusiu o vašich konkrétnych potrebách.
Odkazy
- Li, D., & Xia, Y. (2004). Elektrospinovanie nanovláken: Znovuobjavenie kolesa? Advanced Materials, 16 (14), 1151 - 1170.
- Brinker, CJ a Scherer, GW (1990). Sol - Gel Science: Fyzika a chémia spracovania sol - gél. Akademická tlač.
- Huang, Zm, Zhang, YZ, Kotaki, M., & Ramakrishna, S. (2003). Preskúmanie polymérnych nanovlákien elektroshinningom a ich aplikácie v nanokompozitoch. Composites Science and Technology, 63 (15), 2223 - 2253.