In-najlon jidher li huwa l-materjal tal-għażla għat-tessuti pieżoelettriċi, minħabba li l-industrija tat-tessuti bbażata fuq in-najlon kienet matura ħafna, u n-najlon għandu wkoll fażi konvenjenti tal-kristall pieżoelettrika. Jekk taptap dan, ikollok akkumulazzjoni perfetta ta 'ħlas. Is-sensazzjoni tal-pressjoni u l-ħsad tal-enerġija mill-moviment ambjentali.
Madankollu, mhuwiex sempliċi li jiffurmaw najlon fi fibra filwaqt li jagħtuha struttura kristall piezoelectric. Kamal Asadi, riċerkatur fl-Istitut Max Planck għar-Riċerka tal-Polimeru fil-Ġermanja u professur fl-Università ta 'Bath fir-Renju Unit, spjega: "Din hija kważi sfida għal nofs seklu." F'rapport reċenti "Materjali Funzjonali Avvanzati", huwa u l-kollaboraturi Tiegħu ddeskrivew kif solvew il-problema.
Il-fażi piezoelettriċi tan-najlon mhijiex biss attraenti għat-tessuti elettroniċi, iżda wkoll attraenti għal diversi apparati elettroniċi, speċjalment għaċ-ċeramika pieżoelettrika tradizzjonali b'fraġlità għolja. Madankollu, għal għexieren ta 'snin, l-uniku mod biex tipproduċi najlon kristallin b'rispons piezoelettriku qawwi huwa li jdubha, kessaħha malajr, u mbagħad iġbedha biex tikkondixxi f'fażi δ bla xkiel. L-istruttura li tirriżulta normalment tkun għexieren ta' mikroni ħoxnin, li hija ħoxna wisq għal tagħmir elettroniku jew applikazzjonijiet elettroniċi tat-tessuti.
L-eżistenza ta ' "imġieba pieżoelettrika" ġejja mill-gruppi ta 'amidi fuq l-unitajiet ripetuti fil-katina tal-polimeru tan-najlon u l-interazzjoni bejniethom u l-gruppi ta' amidi fuq il-ktajjen ta 'maġenbu. Meta dawn l-amidi jallinjaw liberament id-dipoli tagħhom mal-kamp elettriku, huwa possibbli li jittieħed vantaġġ mill-effett piezoelettriku fil-materjal, li ġie osservat għall-ewwel darba sa mis-snin 80. Madankollu, dak li jiġri fil-biċċa l-kbira tal-fażijiet kristallini tan-najlon huwa li dawn l-amidi jiffurmaw bonds tal-idroġenu b'saħħithom b'amidi fuq ktajjen oħra tal-polimeru, jillokkjaw il-pożizzjonijiet tagħhom u jipprevjenuhom milli jorjentaw mill-ġdid u jallinjaw. Għalhekk, l-isfida li niffaċċjaw hija li nsibu mod kif nipproduċu fażi li tippermetti lill-ammidu jorjenta liberament mingħajr ma jirrestrinġi l-morfoloġija li tipproduċi matul it-tidwib, it-tkessiħ u t-tiġbid.
Meta l-biċċa l-kbira tal-gruppi ta 'riċerka fid-dinja kienu taw sforzi biex jipproduċu films jew fibri pieżoelettriċi fis-snin 90, il-grupp ta' Asadi wasal għal "student pendenti ta 'inġinier tat-tessut" Saleem Anwar, li wassal lil Asadi biex tagħti attenzjoni lil din il-kwistjoni. . Ir-riċerkaturi l-ewwel ikkunsidraw il-fatturi bażiċi għall-produzzjoni tan-najlon f'fażi bi proprjetajiet pieżoeletriċi qawwija. Il-metodu ta' tidwib, tkessiħ u tiġbid jiddependi fuq in-najlon li jkessaħ malajr, sabiex Asadi u Anwar u l-kollaboraturi tagħhom studjaw kif jiksbu l-istess effett billi jħollu n-najlon f'solvent u mbagħad malajr estratt is-solvent. Madankollu, is-solventi għandhom it-tendenza li jxolju n-najlon billi jattakkaw il-bonds tal-idroġenu bejn l-amidi u jiffurmaw bonds tal-idroġenu fil-pożizzjonijiet tagħhom, għalhekk huwa kważi impossibbli li jeħles mis-solvent.
Darba waħda, meta Anwar uża l-aċetun biex jitnaddaf wara esperiment, huwa qal lil Asadi osservazzjoni stramba li kien ipprova juża l-aċidu trifluworoaċetiku (TFA) bħala solvent biex jipproduċi film tan-najlon u għamel avvanz. Is-soluzzjoni tan-najlon li tflowdja saret trasparenti. It-tim issuspetta li t-trasparenza f'daqqa għandha tindika reazzjoni, għalhekk użaw l-aċidu trifluworoaċetiku u l-aċetun biex jagħmlu soluzzjoni u ppruvaw jużawh biex jipproċessaw in-najlon. Żgur biżżejjed, il-ġimgħa ta 'wara, ir-riċerkaturi kisbu r-riżultati mixtieqa.
Anwar aċċidentalment skopra r-rabta tal-idroġenu bejn l-aċetun u t-TFA, li huwa wieħed mill-aktar bonds tal-idroġenu b'saħħithom magħrufa fil-komunità xjentifika. Għalhekk, meta r-riċerkaturi xerrdu s-soluzzjoni fuq sottostrat ta 'vakwu għoli biex jevaporaw is-solvent, kif asadi qal: "Huwa kważi simili aċetun qed iżomm il-molekuli TFA bl-idejn, u jġibhom barra min-najlon, u joħloq fażi kristalli pieżoelettriċi."
Ir-riċerkatur kien l-ewwel wieħed li jipproduċi film tan-najlon b'rispons piezoelettriku qawwi. Iżda dan ma jsolvix kompletament il-problema tal-produzzjoni tal-fibers, minħabba li l-metodu ta 'produzzjoni għadu inkompatibbli ma' vakwu għoli. Għalhekk studjaw modi oħra biex jikkontrollaw ir-rata ta' estrazzjoni tas-solvent. Huma ffukaw fuq il-produzzjoni ta 'fibers mill-elettrospinning. Fil-proċess elettrospinning, il-kamp elettriku jattira s-soluzzjoni polimeru fil-fibri b'dijametru żgħir daqs għexieren ta 'nanometri fil-wisa'. Il-proporzjon għoli erja tal-wiċċ tal-fibra jipproduċi estrazzjoni ta 'solvent għoli. Rata. Imbagħad, iċ-ċavetta hija li tibbilanċja dan mal-viskożità tas-soluzzjoni tal-polimeru u l-kundizzjonijiet tal-elettrospinning sabiex fatturi oħra ma jipprevjenux il-formazzjoni ta 'fibri fl-istadju prezzjuż δ'.
Riċerkaturi sabu li fibers madwar 200 nanometri wiesgħa għandhom "post ħelu" fost fatturi li jikkompetu. Ir-riżultati tal-kejl tal-potenzjal iġġenerat taħt xokk mekkaniku perjodiku bi frekwenza ta '8 Hz juru li l-fibra tal-fażi 200-nanometru δ jiġġenera 6 V, filwaqt li l-fibra idjaq tiġġenera inqas minn 0.6 V minħabba dawn il-wisa'. Fatturi relatati mad-djuq jikkawżaw il-fażi ffurmata mill-fibra li ma jkollhom l-ebda rispons piezoelectric.
Fil-fatt, fibra wiesgħa madwar 1000nm, il-fibra hija oħxon wisq biex tiġbed is-solvent b'mod effiċjenti u malajr. Nylon jifforma fażi γ kristallina b'rispons piezoelettriku dgħajjef biss. Fil fibers eħxen, ir-rispons piezoelettrika tal-fażi γ huwa fqir, li huwa kkumpensat sa ċertu punt mill-volum fibra akbar, li jirriżulta f'potenzjal 4V. Madankollu, il-fibra δ 200nm għad għandha l-vantaġġ ta 'rispons aktar sensittiv.
