I. Tổng quan về sợi nano và phương pháp electrospinning
Sợi nano là vật liệu có kích thước từ vài nanomet đến vài trăm nanomet, mang lại tính chất vượt trội so với vật liệu thông thường. Polyvinyl alcohol (PVA) là một polymer phổ biến được sử dụng trong chế tạo sợi nano nhờ tính chất cơ học và khả năng hòa tan tốt. Phương pháp electrospinning là kỹ thuật sử dụng lực tĩnh điện để tạo ra sợi nano từ dung dịch polymer hoặc polymer nóng chảy. Quá trình này bao gồm việc áp dụng điện áp cao giữa đầu phun và collector, tạo ra điện trường mạnh kéo dung dịch polymer thành sợi mỏng. Kỹ thuật electrospinning được ưa chuộng nhờ khả năng kiểm soát dễ dàng các thông số như nồng độ polymer, lưu lượng bơm, khoảng cách phun và điện áp.
1.1. Nguyên lý hoạt động của electrospinning
Nguyên lý của electrospinning dựa trên việc tạo điện trường mạnh giữa đầu phun và collector. Khi điện áp được áp dụng, dung dịch polymer tại đầu phun bị nhiễm điện và bị kéo thành sợi mỏng. Dung môi bay hơi trong quá trình sợi di chuyển, để lại sợi polymer rắn trên collector. Các yếu tố như độ nhớt, sức căng bề mặt và độ dẫn điện của dung dịch đóng vai trò quan trọng trong việc xác định đường kính và hình thái sợi.
1.2. Ứng dụng của sợi nano PVA
Sợi nano PVA được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như y sinh, môi trường và năng lượng. Trong y sinh, sợi nano được sử dụng làm vật liệu tạo mô, băng vết thương và hệ thống phân phối thuốc. Trong môi trường, sợi nano được dùng làm màng lọc khí và nước nhờ diện tích bề mặt lớn. Trong năng lượng, sợi nano được nghiên cứu để phát triển pin polymer và vật liệu composite.
II. Nghiên cứu chế tạo sợi nano PVA bằng electrospinning
Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo sợi nano PVA bằng phương pháp electrospinning sử dụng thiết bị tự tạo. Các thông số chính được khảo sát bao gồm nồng độ polymer, lưu lượng bơm, khoảng cách phun và điện áp. Mục tiêu là tối ưu hóa quy trình để tạo ra sợi nano có đường kính nhỏ và đồng đều. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của các thông số lên hình thái và đường kính sợi.
2.1. Ảnh hưởng của nồng độ polymer
Nồng độ polymer là yếu tố quan trọng quyết định độ nhớt của dung dịch và đường kính sợi. Khi nồng độ tăng, độ nhớt tăng dẫn đến đường kính sợi lớn hơn. Tuy nhiên, nồng độ quá cao có thể gây khó khăn trong quá trình phun sợi. Kết quả thí nghiệm cho thấy nồng độ tối ưu để tạo sợi nano PVA là 6-8%.
2.2. Ảnh hưởng của điện áp và khoảng cách phun
Điện áp và khoảng cách phun ảnh hưởng trực tiếp đến lực điện trường và quá trình bay hơi dung môi. Điện áp cao hơn giúp kéo sợi mạnh hơn nhưng có thể gây ra hiện tượng phun không ổn định. Khoảng cách phun cần đủ lớn để dung môi bay hơi hoàn toàn, tránh hiện tượng sợi bị ướt.
III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn
Kết quả nghiên cứu cho thấy sợi nano PVA được tạo ra bằng phương pháp electrospinning có đường kính từ 46 nm đến 91 nm, phụ thuộc vào các thông số thí nghiệm. Sợi nano PVA có tiềm năng ứng dụng lớn trong các lĩnh vực như y sinh, môi trường và năng lượng. Trong y sinh, sợi nano có thể được sử dụng làm vật liệu tạo mô và hệ thống phân phối thuốc. Trong môi trường, sợi nano được dùng làm màng lọc khí và nước. Trong năng lượng, sợi nano được nghiên cứu để phát triển pin polymer và vật liệu composite.
3.1. Ứng dụng trong y sinh
Sợi nano PVA được sử dụng làm vật liệu tạo mô và băng vết thương nhờ tính chất mềm dẻo và khả năng tương thích sinh học. Ngoài ra, sợi nano còn được nghiên cứu để phát triển hệ thống phân phối thuốc, giúp kiểm soát liều lượng và thời gian giải phóng thuốc.
3.2. Ứng dụng trong môi trường
Sợi nano được sử dụng làm màng lọc khí và nước nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng loại bỏ các hạt bụi và vi khuẩn. Màng lọc từ sợi nano có hiệu quả cao hơn so với các phương pháp lọc truyền thống.
