SUPERVISOR
Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Dariush Semnani
ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور) داریوش سمنانی (استاد راهنما)
STUDENT
Mina Keramati
مینا کرامتی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Manufacturing and alignment of PCL nano-fibers along desired directions by switching method of spinning voltage field
Due to the widespread applications of nanofibers, optimizing the production process of nanofibers produced from different polymers is under consideration in different sciences. For this reason, our research work has been focused on this topic either in order to optimize the electro spinning process in such a desired condition related to the end use applications. As we know, one of the functional areas of using these kinds of fibers related to medical prosthetics and medical scaffolds which are very sensitive in their fields. In this case, it’s essential for nanofibers being oriented and arranged particularly. In order to arrange these fibers in both longitudinal and transversal direction, various methods have been held from since now. Generally in medical science and especially for implantation of foot tendon cells, a transversal orientation and arrangement of nanofibers are being used more for producing various medical media. During this research, our attempts have been on choosing a new method used in fiber accumulation in order to control the fiber orientation and arrange them in a desired pattern. For this reason, a collector was designed comprising three different sections named as the control circuit, the command circuit and the collecting plate. Using this kind of collector with the aim of electro-magnetic field switching, the oriented accumulation of nanofibers was expected. A program was obtained using MATLAB programming software in order to determine how and when the switching happened in parallel and perpendicular wires of collecting plate. The switched current transferees through the control circuit and then is performed by the command circuit. It can be stated that the main operation done here is connecting the wires with the earth. The current is controlled by the circuit and switched in a desired time interval. By this function indeed, the magnetic field will be switched and the fiber aggregation position on the collecting plate might be controlled. During the nanofibers production and electromagnetic field switching, the nanofibers accumulated on the wire which has been connected to the earth. If all charges of nanofibers won’t be discharged, the accumulation of nanofibers on wires of the modified collector will continue alternatively on another wire which has been switched this time and connected to the earth. It should be mentioned that during the alternative electromagnetic field switching, the nanofibers would be undergone elongation in magnetic field. In this research also, another software program was designed using MATLAB software in which the forces produced through the magnetic field switching have been involved. This program can show the nanofibers directions of motions approximately. In the said program it can be available to change some of the electro-spinning variables. Moreover, paying attention to the modeled path could be possible to determine which variable provides the best answer. By the use of designed collector, electro-spinning samples were produced and compared with the modeled sample. The SEM images of produced nanofibers samples were provided and their related angular spectrum diagrams were obtained using a program obtained by MATLAB software. The results of SEM images and the angular spectrum diagrams showed that the considered model provided the desired fibers arrangement based on their applications. In addition it can be claimed that by this model, the condition and fiber path could be estimated before even sample production. This in turn saves the material, energy and time spent for experiments. Key words Nanofibers orientation, polycaprolactone, electro-spinning, motion path modeling, magnetic field switching
امروزه بهینه سازی تولید نانو الیاف از پلیمر های مختلف با توجه به کاربرد گسترده آنها در علوم مختلف بسیار مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. یکی از زمینه های کاربردی نانو الیاف، در زمینه ی ساخت پروتز ها و داربست های پزشکی است که از حساسیت بالایی برخوردار می باشد و نانو الیاف برای کاربرد در این زمینه باید از نظم و آرایش یافتگی بخصوصی برخوردار باشند. تا کنون روش های مختلفی به کار رفته است که تا حدی هم توانسته الیاف را در راستای طولی و عرضی منظم کنند ، اما چون نظم و آرایش یافتگی الیاف در راستای عرضی، در پزشکی و به خصوص برای کاشت سلول های تاندون پا، حائز اهمیت است ، در این تحقیق نیز روشی برای جمع آوری نانو الیاف به کار گرفته شد تا بتواند این نظم و آرایش را کنترل نماید. بدین منظور جمع کننده ای طراحی گردید که شامل سه بخش اصلی مدار کنترل، مدار فرمان و صفحه جمع کننده می باشد. توسط مدار کنترل، برنامه ای که چگونگی و زمان سوئیچ سیم های موازی و عمودی صفحه جمع کننده را تعیین می کند، منتقل و سپس توسط مدار فرمان اجرا می گردد. اصل کاری که صورت می گیرد، اتصال سیم ها با زمین است که توسط مدار کنترل می شود و طبق بازه ی زمانی دلخواه قطع و وصل می گردد. با این کار، در واقع میدان قطع و وصل میشود و محل نشست الیاف بر روی صفحه ی جمع کننده، کنترل می گردد. همچنین با استفاده از نیروی ایجاد شده که در ارتباط با سوئیچینگ میدان وجود دارد، برنامه ی نرم افزاری طراحی شد که می تواند مسیر حرکتی نانو الیاف را به صورت تقریبی شبیه سازی نماید. در این برنامه میتوان برخی از متغیرهای آزمایش الکتروریسی را تعیین و در برنامه وارد نمود و با توجه به مسیری که مدل سازی می گردد، می توان انتخاب نمودکه چه شرایطی بهترین نتیجه را خواهد داد. در این تحقیق با استفاده از جمع کننده طراحی شده، نمونه هایی را الکتروریسی نموده و با آنچه از نمونه ی مدل سازی شده بود مقایسه کردیم و در آخر نتایج حاصل از تصویر SEMکه از نمونه ها تهیه شده بود و همچنین با استفاده از نمودار طیف توان زاویه ای که از همان تصاویر بدست آمد ، مشاهده کردیم که نتایج حاصل از مدل و تصاویر با یکدیگر همپوشانی و همخوانی خواهند داشت. در نتیجه با این روش می توان با توجه به کاربرد و آرایشی که مدنظر است، قبل از هر نمونه گیری، شرایط و مسیر حرکت را بررسی نمود. بنابراین می توان در مواد و انرژی و زمان انجام آزمایشات، صرفه جویی نمود. کلمات کلیدی : جهت دهی نانو الیاف ، پلی کاپرولاکتون ، الکتروریسی ، مدل سازی مسیر حرکتی، سوئیچینگ میدان مغناطیسی