p As malhas feitas de fibras com diâmetros em escala nanométrica têm uma ampla gama de aplicações potenciais, incluindo engenharia de tecidos, filtração de água, células solares, e até armadura corporal. Mas sua comercialização foi prejudicada por técnicas de fabricação ineficientes. p Na última edição da revista Nanotecnologia , Pesquisadores do MIT descrevem um novo dispositivo para a produção de malhas de nanofibras, que corresponde à taxa de produção e eficiência energética de seu predecessor de melhor desempenho, mas reduz significativamente a variação nos diâmetros das fibras, uma consideração importante na maioria das aplicações.

p Mas enquanto o dispositivo predecessor, do mesmo grupo MIT, foi gravado em silício por meio de um processo complexo que exigia uma "sala limpa com eclusa de ar, "o novo dispositivo foi construído usando um US $ 3, 500 impressora 3-D comercial. O trabalho, portanto, aponta para uma fabricação de nanofibras que não é apenas mais confiável, mas também muito mais barata.

p O novo dispositivo consiste em uma série de pequenos bocais através dos quais um fluido contendo partículas de um polímero é bombeado. Como tal, é o que é conhecido como dispositivo microfluídico.

p "Minha opinião pessoal é que nos próximos anos, ninguém vai fazer microfluídica na sala limpa, "diz Luis Fernando Velásquez-García, cientista pesquisador principal nos Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas do MIT e autor sênior do novo artigo. "Não há razão para fazer isso. A impressão 3-D é uma tecnologia que pode fazer isso muito melhor - com melhores opções de materiais, com a possibilidade de realmente fazer a estrutura que você gostaria de fazer. Quando você vai para a sala limpa, muitas vezes você sacrifica a geometria que deseja fazer. E o segundo problema é que é incrivelmente caro. "

p Velásquez-García é acompanhado no papel por dois pós-doutorandos de seu grupo, Erika García-López e Daniel Olvera-Trejo. Ambos receberam seus PhDs do Tecnológico de Monterrey no México e trabalharam com Velásquez-García por meio do MIT e da parceria de pesquisa em nanotecnologia do Tecnológico de Monterrey.

p Vazado

p As nanofibras são úteis para qualquer aplicação que se beneficie de uma alta proporção de área de superfície para volume, como células solares, que tentam maximizar a exposição à luz solar, ou eletrodos de célula de combustível, que catalisam reações em suas superfícies. As nanofibras também podem produzir materiais que são permeáveis ​​apenas em escalas muito pequenas, como filtros de água, ou que são extremamente resistentes para seu peso, como armadura corporal.

p A maioria dessas aplicações depende de fibras com diâmetros regulares. “O desempenho das fibras depende fortemente de seu diâmetro, "Velásquez-García diz." Se você tem uma propagação significativa, o que isso realmente significa é que apenas alguns por cento estão realmente funcionando. Exemplo:você tem um filtro, e o filtro tem poros entre 50 nanômetros e 1 mícron. Esse é realmente um filtro de 1 mícron. "

p Como o dispositivo anterior do grupo foi gravado em silício, foi "alimentado externamente, "o que significa que um campo elétrico puxou uma solução de polímero pelas laterais dos emissores individuais. O fluxo de fluido era regulado por colunas retangulares gravadas nas laterais dos emissores, mas ainda era irregular o suficiente para produzir fibras de diâmetro irregular.

p Os novos emissores, por contraste, são "alimentados internamente":eles têm orifícios feitos através deles, e a pressão hidráulica empurra o fluido para os furos até que sejam preenchidos. Só então um campo elétrico extrai o fluido em pequenas fibras.

p Abaixo dos emissores, os canais que alimentam os furos são enrolados em bobinas, e eles diminuem gradualmente ao longo de seu comprimento. Essa conicidade é a chave para regular o diâmetro das nanofibras, e seria virtualmente impossível de conseguir com técnicas de microfabricação de sala limpa. "A microfabricação é realmente feita para fazer cortes retos, "Velásquez-García diz.

p Iteração rápida

p No novo dispositivo, os bicos são organizados em duas filas, que estão ligeiramente deslocados uns dos outros. Isso porque o dispositivo foi projetado para demonstrar nanofibras alinhadas - nanofibras que preservam sua posição relativa conforme são coletadas por um tambor rotativo. Nanofibras alinhadas são particularmente úteis em algumas aplicações, como andaimes de tecido. Para aplicações em que fibras não alinhadas são adequadas, os bicos podem ser dispostos em uma grade, aumentando a taxa de produção.

p Além de custo e flexibilidade de design, Velásquez-García diz, outra vantagem da impressão 3-D é a capacidade de testar e revisar projetos rapidamente. Com os dispositivos microfabricados de seu grupo, ele diz, normalmente leva dois anos para ir da modelagem teórica a um artigo publicado, e nesse ínterim, ele e seus colegas podem testar duas ou três variações de seu projeto básico. Com o novo dispositivo, ele diz, o processo demorou mais de um ano, e eles foram capazes de testar 70 iterações do design.

p "Uma maneira de projetar deterministicamente a posição e o tamanho das fibras eletrofiadas permite que você comece a pensar em ser capaz de controlar as propriedades mecânicas dos materiais feitos a partir dessas fibras. Isso permite que você pense no crescimento celular preferencial ao longo de direções específicas nas fibras - muitas boas oportunidades potenciais lá, "diz Mark Allen, o professor Alfred Fitler Moore da Universidade da Pensilvânia, com nomeações conjuntas em engenharia elétrica e de sistemas e engenharia mecânica e mecânica aplicada. "Antecipo que alguém pegará essa tecnologia e a usará de maneiras muito criativas. Se você precisa desse tipo de rede de fibra projetada de maneira determinística, Acho que é uma forma muito elegante de atingir esse objetivo. "