North Dakota State Universityの研究グループが電気流体力学ジェットを用いたナノファイバー生成に関する条件を調査しました。
本研究成果は、Journal of Applied Physics 127.5 (2020): 054303に掲載されています。
この記事は下記論文の紹介記事です。
論文：
Wu, Xiang-Fa, et al. "Critical condition of electrohydrodynamic jetting from a polymer-solution droplet on a conductive wire." Journal of Applied Physics 127.5 (2020): 054303.
同研究グループは、ポリマー溶液の液滴を用いて導電性ワイヤ上に電気流体力学的噴射を開始するための閾値静電界を決定するために、実験的研究を実施しました。
この研究は、連続ナノファイバーの制御可能な大量生産のためのワイヤベースのニードルレスエレクトロスピニングにおける材料とプロセスパラメーターの役割を理解するために重要です。
2種類のポリマー溶液、すなわちポリアクリロニトリル/ N、N-ジメチルホルムアミド（PAN / DMF）とポリエチルオキシド水溶液（PEO / H 2O）PANの質量濃度はそれぞれ4％、8％、12％、および16％、PEOの質量濃度はそれぞれ1％、2％、4％、6％、および8％と見なされました。
直径0.254、0.508、1.016、および1.524 mm（すなわち、0.01、0.02、0.04、および0.06インチ）のピンと張った細い銅線をそれぞれ正極として使用しました。
本研究では、ポリマー濃度とワイヤ直径が噴射開始の閾値電圧とナノファイバー直径に及ぼす影響を調べました。
液滴の量と銅線とファイバーコレクター間の間隔を考えると、実験の観察では、ポリマーの質量濃度またはワイヤー直径の増加に伴い、しきい値電圧が増加することが示されています。
さらに、PAN / DMF溶液の過渡せん断粘度と表面張力に対するポリマー質量濃度の影響を調べました。
これは、過渡せん断粘度とポリマー質量濃度、高せん断速度でのポリマー溶液のずり減粘、および現在のPAN質量濃度の範囲でのポリマー溶液のほぼ一定の表面張力の間の正の相関を示しています。
さらに、実験観察を現象論的に解明するために、単純な静電モデルが定式化されています。
本研究は、ワイヤベースのニードルレスエレクトロスピニング技術による制御可能なスケールアップナノファイバー製造のための有用なスケーリング則を提供します。