新技术增加了纳米纤维生产率四倍

新型微纤维发射器的扫描电子显微照片，显示蚀刻到其侧面的矩形柱阵列。

来自麻省理工学院的科学家展示了一种通过静电纺丝生产纳米纤维的系统方法，使得生产能量消耗量为92％。

纳米纤维 - 聚合物长丝直径仅为一百纳米 - 具有大量的潜在应用，从太阳能电池到燃料电池的水过滤。但到目前为止，他们的高生产成本降低了少数利基产业。

在最新问题的纳米技术期刊中，麻省理工学院研究人员描述了一种新的生产纳米纤维的新技术，这些技术将生产的纳米纤维增加了四倍，同时将能量消耗降低超过90％，持有廉价高效的纳米纤维生产前景。

“我们已经证明了一种通过超越现有技术的静电纺丝生产纳米纤维的系统方法，”麻省理工学院微系统技术实验室的主要研究科学家Luis FernandoVelásquez-garcía说，这是新的工作。“但是它所完成的方式打开了一个非常有趣的可能性。我们的小组和许多其他团体正在努力推动3-D进一步打印，以便打印转换的组件，即在不同域之间的交换能量，如太阳能或机械。我们有一些自然地融入这种情况的东西。我们有一系列发射器，可以被认为是DOT矩阵打印机，在那里您可以在那里旋转地控制每个发射器以打印纳米纤维的沉积物。“

纠结的故事

纳米纤维可用于任何效果从表面积与体积太阳能电池的高比率有益的应用，例如，试图最大化暴露于阳光或燃料电池电极，或燃料电池电极，其催化它们的表面处的反应。纳米纤维还可以产生渗透性的材料，仅在非常小的鳞片上，如水过滤器，或者对于它们的重量非常坚韧，如身体盔甲。

制造纳米纤维的标准技术称为静电纺丝，它有两种品种。首先，将聚合物溶液通过小喷嘴泵送，然后将强电场延伸出来。然而，该过程缓慢，并且每单位面积的喷嘴数量受泵液压的尺寸的限制。

另一种方法是在覆盖金属锥体和集电极电极之间的旋转鼓之间的电压施加电压。锥体浸入聚合物溶液中，电场导致溶液行进到锥体的顶部，在那里它作为纤维向电极发射。然而，这种方法是不稳定的，并且产生了不均匀长度的纤维;它还需要高达100,000伏的电压。

思考小

Velásquez-garcía和他的合着者 - 菲利普Ponce de Leon，曾是机械工程中的前师父学生; Frances Hill，这是Velásquez-garcía的集团的前博士，他们现在正在KLA-Tencor;和Eric Heubel，目前的Postdoc - 适应第二种方法，但在更小的规模上，使用微机电系统制造中的常见技术来生产致密的微小发射器。发射器的小尺寸减少了驱动它们所需的电压，并允许更多地填充在一起，增加生产率。

同时，蚀刻到发射器侧面的便位纹理调节流体流向其提示的速率，即使在高制造速率下也产生均匀的纤维。“我们做了各种各样的实验，所有这些都表明发射是均匀的，”Velásquez-garcía说。

为了建造他们的发射商，Velásquez-garcía和他的同事使用称为深度反应离子蚀刻的技术。在硅晶片的任一面上，它们蚀刻致密的微小矩形柱阵列 - 数十微米 - 这将调节流体的流量上方的发射器的侧面。然后他们将锯齿图案切出晶圆。锯齿状垂直安装，将它们的碱浸入去离子水，乙醇和溶解的聚合物的溶液中。

当电极与锯切相对地安装电极和它们之间的电压时，水 - 乙醇混合物向上流，用其拖动聚合物链。水和乙醇迅速溶解，在电极上留下每个发射器相对的聚合物长丝。

研究人员能够在一侧约35毫米的正方形芯片上包装225个发射器，几毫米长，在一侧约为35毫米。在8,000伏的电压相对较低，该装置每单位面积的光纤作为最佳的商业静电纺丝装置的纤维产生四倍。

这项工作是“展示传统MEMS [微机电系统]制造过程朝着平行纳米制造的强大能力的优雅和创造性的方式，”马里兰大学电气工程教授Reza Ghodssi说。相对于其他方法，他补充说，在维持应用处理方法的完整性和准确性的同时，有“增加潜力。”

出版物：Philip J Ponce de Leon，等，“通过微型制造外部馈电发射极阵列的”平行纳米制造，“纳米技术，2015,26,225301; DOI：10.1088 / 0957-4484 / 26/22 / 225301

图像：由研究人员礼貌