Créer de grandes quantités de nanofibres polymères dispersées dans un liquide est un défi qui agace les chercheurs depuis des années. Mais des ingénieurs et des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord et de l'une de ses start-up ont maintenant signalé une méthode capable de produire des quantités sans précédent de nanofibres polymères, qui ont des applications potentielles en filtration, batteries et échafaudages cellulaires.

Dans un article publié en ligne dans Matériaux avancés , les chercheurs de l'Etat NC et les collègues de l'industrie, dont la start-up de l'Etat NC Xanofi, décrivent la méthode qui leur permet de fabriquer des nanofibres polymères à grande échelle.

La méthode - affinée après près d'une décennie de succès croissants dans la production de micro- et nanoparticules de différentes formes - fonctionne aussi simplement que de laisser tomber une solution liquide d'un polymère dans un bécher contenant un cylindre en rotation. La glycérine - un liquide courant et sûr qui a de nombreuses utilisations - est utilisée pour cisailler la solution de polymère à l'intérieur du bécher avec un antisolvant comme l'eau. Lorsque vous retirez le cylindre rotatif, dit le Dr Orlin Velev, Professeur Invista de génie chimique et biomoléculaire à NC State et auteur correspondant de l'article décrivant la recherche, vous trouvez un tapis de nanofibres enroulé autour.

Lorsqu'ils ont commencé à étudier le processus de cisaillement liquide, les chercheurs ont créé des microtiges en polymère, qui pourraient avoir diverses applications utiles dans les mousses et les produits de consommation. "Toutefois, en enquêtant sur le processus de cisaillement, nous avons trouvé quelque chose d'étrange. Nous avons découvert que ces tiges n'étaient en réalité que des morceaux de fibres "cassés", ", a déclaré Velev. "Nous n'avions pas tout à fait les conditions parfaitement définies à ce moment-là. Si vous obtenez les bonnes conditions, les fibres ne se cassent pas."

NC State a breveté le processus de cisaillement liquide en 2006 et dans une série de brevets ultérieurs tandis que Velev et ses collègues ont continué à travailler pour perfectionner le processus et ses résultats. D'abord, ils ont créé des microfibres et des nanorubans alors qu'ils étudiaient le processus. "Microfibres, les nanotiges et les nanorubans sont intéressants et potentiellement utiles, mais vous voulez vraiment des nanofibres, ", a déclaré Velev. "Nous y sommes parvenus lors de la mise à l'échelle et de la commercialisation de la technologie."

Velev s'est engagé avec l'Office of Technology Transfer de l'État de Caroline du Nord et le programme TEC (The Entrepreneurship Collaborative) de l'université pour commercialiser les découvertes. Ils ont travaillé avec l'entrepreneur expérimenté Miles Wright pour créer une entreprise appelée Xanofi pour faire avancer la quête des nanofibres et le moyen le plus efficace d'en fabriquer des quantités massives.

« Nous pouvons désormais créer des kilogrammes de nanofibres par heure en utilisant ce processus simple de flux continu, qui, une fois étendu, devient un «                                                                                                                                                                                                                                                                                                 , '", a déclaré Velev. "Selon les concentrations de liquides, polymères et antisolvants, vous pouvez créer plusieurs types de nanomatériaux de différentes formes et tailles."

"Les grandes quantités sont primordiales dans la nanofabrication, donc tout ce qui est évolutif est important, " dit Wright, le PDG de Xanofi et co-auteur de l'article. "Lorsque nous produisons les nanofibres en flux continu, nous obtenons exactement les mêmes nanofibres que vous obtiendriez si vous en produisiez de petites quantités. La fabrication de ces matériaux en liquide est avantageuse car vous pouvez créer des substrats de nanofibres vraiment tridimensionnels avec très, surface totale très élevée. Cela conduit à de nombreux produits améliorés allant des filtres aux échafaudages cellulaires, bioencres imprimables, séparateurs de batterie, et bien d'autres."