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Von-unten-nach-oben-Methode für die Herstellung von Nanotechnologie-Produkten

Themen Umfaßt

Hintergrund

Was Bereitet verwendet für Bottom-up-Herstellung auf?

Wie man den Bau und das Wachstum des Nanoparticles Steuert

Magnetspule-Gel Prozess

Aerosol-Basierte Prozesse (Sprühen)

Chemischer Dampf-Absetzung (CVD)

Atom- oder Molekulare Kondensation

Unter Verwendung der GasphasenKondensation, zum des Metalls Nanopowders Zu Produzieren

Wie die GasphasenKondensations-ProzessArbeiten

Überkritische Flüssige Synthese

Spinnen, zum von Dünnen Polymer-Fasern Zu Machen

Unter Verwendung der Schablonen, zum von Nanoparticles Zu Bilden

Selbstbau von Nanoparticles

Molekulare Nanotechnologie Bietet Visionen während der Zukunft an

Hintergrund

Es gibt zwei allgemeine Möglichkeiten, die, Nanomaterials, wie in der folgenden Abbildung gezeigt zu produzieren erhältlich sind. Die erste Methode ist, mit einem Massenmaterial zu beginnen und es in kleinere Stücke unter Verwendung mechanischen, Chemikalie oder anderer Energieform dann zu brechen (top-down). Ein gegenüberliegender Anflug ist, das Material von den Atom- oder molekularen Spezies über chemische Reaktionen zu synthetisieren und darf die Vorläuferpartikel an Größe wachsen (bottom-up). Beide Anflüge können im Gas, Flüssigkeit, überkritische Flüssigkeiten, Festzustände oder im Vakuum erfolgt sein entweder. Die Meisten Hersteller sind an der Fähigkeit zu steuern interessiert: A) der Partikelform der Teilchengröße B) der Partikelzusammensetzung der Korngrößenverteilung c) d) Grad e) an Partikelagglomeration.

Abbildung 1. Zwei grundlegende Anflüge an Nanomaterialsfälschung: vom links rechts) und bottom-up (vom Recht nach links).

Welche Prozesse werden für Bottom-up-Herstellung verwendet?

Die Methoden, zum von nanoparticles aus Atomen zu produzieren sind die chemischen Prozesse, die in gelöster Form auf Transformationen z.B. Magnetspulegel Absetzung aufbereitenden, chemischen Dampfes, (CVD) Plasma oder flammspritzender Pyrolyse, Atom- oder molekularer Kondensation der Synthese, Laser-basieren. Diese chemischen Prozesse beruhen auf der Verfügbarkeit von passenden „Metall-organischen“ Molekülen als Vorläufer. Magnetspule-Gel Aufbereiten unterscheidet sich von anderen chemischen Prozessen wegen seiner verhältnismäßig niedrigen aufbereitenden Temperatur. Dieses macht den Magnetspulegel Prozess kosteneffektiv und vielseitig. In Sprühverfahren wird der Fluss von Reaktionsmitteln (Gas, Flüssigkeit in der Form von Aerosolen oder Mischungen von beiden) zur energiereichen Flamme eingeführt, die zum Beispiel durch Plasmaspritzengerät oder Kohlendioxydlaser produziert wird. Die Reaktionsmittel zerlegen und Partikel werden in einer Flamme durch homogene Kernbildung und Wachstum gebildet. Das Schnelle Abkühlen ergibt Entstehung von nanoscale Partikeln.  

Diese sind chemische Prozesse zu den Materialien, die in gelöster Form auf Transformationen wie Magnetspulegel Aufbereiten basieren, hydro, oder solvo thermische Synthesen, Asphaltieren Organische Aufspaltung (MOD) oder in der Dampfphasen-Chemikalien-Dampfabsetzung (CVD). Die Meisten chemischen Wege beruhen auf der Verfügbarkeit von passenden „Metall-organischen“ Molekülen als Vorläufer. Unter den verschiedenen Vorläufern von Metalloxiden, nämlich Metall- b-diketonates und Metall-carboxylates, sind- Metallalkoxide das vielseitigste. Sie sind für fast alle Elemente erhältlich und kosteneffektive Synthese von den billigen Viehbeständen sind für einiges entwickelt worden. 

Wie man den Bau und das Wachstum des Nanoparticles Steuert

Zwei allgemeine Möglichkeiten sind erhältlich, die Entstehung und das Wachstum der nanoparticles zu steuern. Man wird festgenommenen Niederschlag genannt und abhängt entweder von der Abführung von einem der Reaktionsmittel oder von der Einleitung der Chemikalie, die die Reaktion blockieren würde. Eine Andere Methode beruht auf einer körperlichen Beschränkung des Volumens, das für das Wachstum der einzelnen nanoparticles erhältlich ist, indem sie Schablonen verwendet.   

Magnetspule-Gel Prozess

Die Magnetspule-Geltechnik ist ein seit langem bestehender industrieller Prozess für die Generation von kolloidalen nanoparticles von Flüssigphasen, ist die weiter in letzte Jahre für die Produktion von hoch entwickelten Nanomaterials und von Beschichtungen entwickelt worden. Magnetspule-Gel-Prozesse werden gut für Oxidnanoparticles und -zusammensetzungen nanopowders Synthese angepasst. Die Hauptvorteile von Magnetspulegel Techniken für die Vorbereitung von Materialien sind niedrige Temperatur des Aufbereitens, Vielseitigkeit, und flexible Rheologie, die einfache Formung und die Einbettung erlaubend. Sie bieten eindeutige Gelegenheiten für Zugriff zu den organisch-anorganischen Materialien an. Die allgemein verwendetsten Vorläufer von Oxiden sind die Alkoxide, wegen ihrer Handelsverfügbarkeit und zur hohen Haftung von gewährenden leichten in situ Bondherstellen MOR während des Aufbereitens.

Abbildung 2. Anlagenbaumuster für nanocomposites produzierte durch Magnetspulegel.

Aerosol-Basierte Prozesse

Aerosol-Basierte Prozesse sind eine geläufige Methode für die industrielle Industrieproduktion von nanoparticles. Aerosole können als feste oder flüssige Partikel in einer Gasphase definiert werden, in der die Partikel von den Molekülen bis zu µm 100 an Größe reichen können. Aerosole wurden in der industriellen Herstellung lange vorher die grundlegende Wissenschaft verwendet und Technik der Aerosole wurden verstanden. Zum Beispiel werden die Rußpartikel, die in den Pigmenten und in verstärkten Autoreifen verwendet werden, durch Kohlenwasserstoffverbrennung produziert; Titaniapigment für Gebrauch in den Lacken und im Plastik wird durch Oxidation des Titantetrachlorids gemacht; gedampftes Silikon und Titania gebildet von den jeweiligen tetrachlorides durch Flammenpyrolyse; Glasfasern werden durch ähnlichen Prozess hergestellt.

Traditionsgemäß wird das Sprühen entweder, um nasse Materialien zu trocknen verwendet oder Beschichtungen abzugeben. Sprühen der Vorläuferchemikalien auf eine Heizfläche oder in die heißen Atmosphärenergebnisse in der Vorläuferpyrolyse und Entstehung der Partikel. Zum Beispiel wurde ein Raumtemperaturgalvano-sprühprozeß an der Universität von Oxford entwickelt, um nanoparticles von Verbindungshalbleitern und von etwas Metallen zu produzieren. Insbesondere wurden CDs nanoparticles produziert, indem man Aerosol Mikrotröpfchen erzeugte, die Cd Salz in der Atmosphäre enthalten, die Schwefelwasserstoff enthält.

Chemischer Dampf-Absetzung (CVD)

CVD besteht, wenn es eine chemische Reaktion zwischen der Substratflächenoberfläche und einem gasförmigen Vorläufer aktiviert. Aktivierung kann entweder mit Temperatur (Thermischer CVD) oder mit einem Plasma erzielt werden (PECVD: Plasma Erhöhte Chemischer Dampf-Absetzung). Der Hauptvorteil ist der nondirective Aspekt dieser Technologie. Plasma darf die Prozesstemperatur beträchtlich verringern, die mit dem thermischen CVD-Prozess verglichen wird. CVD ist weit verbreitet, Kohlenstoff nanotubes zu produzieren.

Atom- oder Molekulare Kondensation

Diese Methode wird hauptsächlich für das Metall angewendet, das nanoparticles enthält. Ein Massenmaterial wird im Vakuum geheizt, um einen Strom des verdunsteten und atomisierten Stoffes zu produzieren, der auf eine Kammer verwiesen wird, die entweder träge oder reagierende Gasatmosphäre enthält. Das Schnelle Abkühlen der Metallatome wegen ihres Zusammenstoßes mit den Gasmolekülen ergibt die Kondensation und die Entstehung von nanoparticles. Wenn ein reagierendes Gas wie Sauerstoff dann verwendet wird, werden Metalloxid nanoparticles produziert.  

Unter Verwendung der GasphasenKondensation, zum des Metalls Nanopowders Zu Produzieren

Die Theorie der Gasphasen- Kondensation für die Produktion von Metall-nanopowders ist weithin bekannt, nachdem sie zuerst im Jahre 1930 sie berichtet worden war. Gasphasenkondensation verwendet eine Unterdruckkammer, die einem Heizelement, dem in Nano-pulver gemacht zu werden Metall, Pulversammlungsgerät und aus Vakuumkleinteilen besteht.

Abbildung 3. Prinzip des Edelgaskondensationsmaterials.

Wie die GasphasenKondensations-ProzessArbeiten

Der Prozess verwendet ein Gas, das, am Druckhoch genug gewöhnlich träge ist, Partikelentstehung zu fördern, aber niedrig genug, die Produktion von kugelförmigen Partikeln zu erlauben. Metall wird auf ein erhitztes Element eingeführt und wird schnell geschmolzen. Das Metall wird schnell zu den Temperaturen weit über dem Schmelzpunkt, aber zu kleiner als der Siedepunkt genommen, damit ein ausreichender Dampfdruck erzielt wird. Gas wird kontinuierlich in die Kammer eingeführt und gelöscht durch die Pumpen, also verschiebt der Gasfluß das verdunstete Metall weg von dem heißen Element. Da das Gas den Metalldampf abkühlt, bilden sich nm-groß Partikel. Diese Partikel sind flüssig, da sie noch zu heiß sind, fest zu sein. Die flüssigen Partikel stoßen zusammen und verschmelzen in einer esteuerten Umgebung, damit die Partikel zu Bedingung sich entwickeln und und mit glatten Oberflächen kugelförmig bleiben. Während die flüssigen Partikel weiter unter Regelung abgekühlt werden, werden sie Körper und wachsen nicht mehr. An diesem Punkt sind die nanoparticles sehr reagierend, also werden sie mit einem Material beschichtet, das weitere Interaktion mit anderen Partikeln (Agglomeration) oder mit anderen Materialien verhindert.

Überkritische Flüssige Synthese

Methoden unter Verwendung der überkritischen Flüssigkeiten sind auch für die Synthese von nanoparticles stark. Für diese Methoden werden die Eigenschaften einer überkritischen Flüssigkeit (flüssiges vorverlegtes in überkritischen Zustand durch das Regeln seiner Temperatur und seines Drucks) verwendet, um nanoparticles zu bilden durch eine schnelle Reihenentwicklung einer überkritischen Lösung. Überkritische flüssige Methode wird aktuell an der Versuchsschuppe in einem dynamischen Prozess entwickelt.

Spinnen, zum von Dünnen Polymer-Fasern Zu Machen

Eine auftauchende Technologie für die Fertigung von dünnen Polymerfasern basiert auf dem Prinzip des Spinnens von verdünnten Polymerlösungen auf einem elektrischen Hochspannungsgebiet. Das Galvanospinnen ist ein Prozess, durch den ein verschobenes Absinken des Polymers mit Tausenden Volt aufgeladen wird. An einer charakteristischen Spannung bildet das Tröpfchen einen Taylor-Kegel, und ein feiner Jet des Polymers gibt von der Oberfläche in Erwiderung auf die dehnbaren Kräfte frei, die durch Interaktion eines angewandten elektrischen Bereichs erzeugt werden, wenn die elektrische Ladung durch den Jet getragen ist. Dieses produziert ein Bündel Polymerfasern. Der Jet kann auf eine geerdete Oberfläche verwiesen werden und als kontinuierliches Selennetz von den Fasern montiert werden, die an Größe von einigen µms bis zu weniger als 100 nm reichen.

Unter Verwendung der Schablonen, zum von Nanoparticles Zu Bilden

Jedes Mögliches Material, das regelmäßige Nano--groß Poren oder Lücken enthält, kann als Schablone verwendet werden, um nanoparticles zu bilden. Beispiele solcher Schablonen umfassen poröse Tonerde, Zeolith, Diblock Copolymere, dendrimers, Proteine und andere Moleküle. Die Schablone muss keine Nachricht 3D sein. Künstliche Schablonen können auf einer ebenen Fläche oder einer Gas-Flüssigkeitsschnittstelle erstellt werden, indem man selbst-zusammengebaute monomolekulare Schichten bildet.

Selbstbau von Nanoparticles

Nanoparticles einer großen Auswahl der Materialien - einschließlich eine Vielzahl von organischen und biologischen Mitteln, aber auch anorganische Oxide, Metalle und Halbleiter - kann unter Verwendung der chemischen Selbstbautechniken aufbereitet werden. Diese Techniken nutzen selektiven Anhang von Molekülen zu den spezifischen Oberflächen, biomolekulare Anerkennung und selbst-Einrichtungsprinzipien (z.B. das bevorzugte Kopplungsmanöver von den DNA-Strängen mit ergänzenden falschen Paaren) sowie gut entwickelte Chemie für die Befestigung von Molekülen auf Cluster und Substratflächen aus (z.B. Endengruppen des Thiolalkohols (- SH)) und von anderen Techniken wie die Rückmicelle, sonochemical und photochemische Synthese, um 1-D, 2-D und 3-D selbst-zusammengebaute nanostructures zu verwirklichen. Die molekularen Bausteine treten als Teile eines Puzzlen auf, die sich zusammen eine makellose Ordnung ohne ein offensichtliches Geschenk der treibenden Kraft anschließen.

Molekulare Nanotechnologie Bietet Visionen während der Zukunft an

langfristige und visionäre nanotechnological Empfängnisse gehen jedoch weit darüber hinaus diese ersten Anflüge. Dieses trifft insbesondere auf die Entwicklung von biomimetic Materialien mit der Fähigkeit der Selbsteinteilung, der Selbstheilung und der Selbstwiederholung mittels der molekularen Nanotechnologie zu. Ein Lernziel hier ist die Kombination von synthetischen und biologischen Materialien, Architektur und Anlagen beziehungsweise die Nachahmung von biologischen Prozessen für technologische Anwendungen. Dieser Bereich der Nanobiotechnologie ist zur Zeit noch im Zustand der Grundlagenforschung, aber wird als einer der viel versprechendsten Forschungsbereiche während der Zukunft betrachtet.

Anmerkung: Eine komplette Quellenangabe kann gefunden werden, indem man den Originaltext anspricht.

Hauptautor: Dr. Wolfgang Luther (Herausgeber).

Quelle: Zukünftige Technologie-Abteilung von Bericht VDI (Verein Deutscher Ingenieure): ` Industrielle Anwendung von Nanomaterials - Möglichkeiten und Gefahren: Technologie Analyse'.

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte http://www.zt-consulting.de.

Date Added: Dec 14, 2004 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 12. June 2013 22:57

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