Métodos Ascendentes para Hacer Productos de la Nanotecnología

Temas Revestidos

Antecedentes

¿Qué Tramita utilizado para la Fabricación Ascendente?

Cómo Controlar la Construcción y el Incremento del Nanoparticles

Proceso Sol-gel

Procesos Aerosol-Basados (el Pintar (con Vaporizador))

Deposición de Vapor Químico (CVD)

Condensación Atómica o Molecular

Usando la Condensación En Fase Gaseosa Para Producir el Metal Nanopowders

Cómo los Trabajos De Proceso de la Condensación En Fase Gaseosa

Síntesis Flúida Supercrítica

Giro Para Hacer Fibras Finas del Polímero

Usando los Modelos Para Formar Nanoparticles

Uno mismo-Ensamblaje de Nanoparticles

La Nanotecnología Molecular Ofrece las Visiones para el Futuro

Antecedentes

Hay dos maneras generales disponibles producir los nanomaterials, tal y como se muestra en de la figura siguiente. La primera manera es comenzar con un material a granel y después romperla en pedazos más pequeños usando el mecánico, la substancia química o el otro formulario de la energía (de arriba hacia abajo). Una aproximación opuesta es sintetizar el material de la especie atómica o molecular vía reacciones químicas, teniendo en cuenta para que las partículas del precursor crezcan de tamaño (ascendente). Ambas aproximaciones se pueden hacer en el gas, líquido, líquidos supercríticos, estados sólidos, o en vacío. La mayor parte de los fabricantes están interesados en la capacidad de controlar: a) grado de la composición de la partícula de la distribución dimensional de la dimensión de una variable de la partícula de la talla de partícula b) c) d) e) de aglomeración de la partícula.

Cuadro 1. Dos aproximaciones básicas a la fabricación de los nanomaterials: de izquierda a la derecha) y ascendente (de la derecha a la izquierda).

¿Qué Procesos se utilizan para la Fabricación Ascendente?

Los Métodos para producir nanoparticles de los átomos son procesos químicos basados en transformaciones en de tramitación de la solución la deposición de vapor e.g, químico sol-gel (CVD), el plasma o la condensación de la síntesis que rocía con llamas, de la pirolisis del laser, atómica o molecular. Estos procesos químicos confían en la disponibilidad de moléculas “metalorgánicas” apropiadas como precursores. El tramitación Sol-gel difiere de otros procesos químicos debido a su temperatura de tramitación relativamente inferior. Esto hace el de poco costo de proceso sol-gel y versátil. En procesos que pintan (con vaporizador) el flujo de los reactivo (gas, líquido en el formulario de aerosoles o mezclas de ambos) se introduce a la llama de alta energía producida por ejemplo por el equipo el pintar (con vaporizador) de plasma o el laser de dióxido de carbono. Los reactivo se descomponen y las partículas son formadas en una llama por la nucleación y el incremento homogéneos. El enfriamiento Rápido da lugar a la formación de partículas del nanoscale.  

Éstos son procesos químicos a los materiales basados en transformaciones en la solución tal como tramitación sol-gel, hidráulico o las síntesis térmicas del solvo, Metal la Descomposición Orgánica (MOD), o en la deposición de vapor de substancia química de la fase de vapor (CVD). La Mayoría de las rutas químicas confían en la disponibilidad de moléculas “metalorgánicas” apropiadas como precursores. Entre los diversos precursores de los óxidos metálicos, a saber b-diketonates del metal y carboxylates del metal, los alcóxidos del metal son los más versátiles. Están disponibles para casi todos los elementos y la síntesis de poco costo de la materia de base barata se ha desarrollado para alguno. 

Cómo Controlar la Construcción y el Incremento del Nanoparticles

Dos maneras generales están disponibles para controlar la formación y el incremento de los nanoparticles. Uno se llama precipitación arrestada y depende del agotamiento de uno de los reactivo o de la introducción de la substancia química que cegaría la reacción. Otro método confía en una restricción física del volumen disponible para el incremento de los nanoparticles individuales usando modelos.   

Proceso Sol-gel

La técnica del gel del solenoide es un proceso industrial establecido desde hace tiempo para la generación de nanoparticles coloidales a partir de la fase líquida, eso se ha desarrollado más a fondo en años pasados para la producción de nanomaterials y de capas avanzados. los Solenoide-gel-Procesos se adaptan bien para la síntesis de los nanopowders de los nanoparticles y de los compuestos del óxido. Las ventajas principales de las técnicas soles-gel para la preparación de materiales son baja temperatura del tramitación, flexibilidad, y reología flexible permitiendo dar forma fácil y embutir. Ofrecen las oportunidades únicas para el acceso a los materiales orgánico-inorgánicos. Los precursores más de uso general de óxidos son alcóxidos, debido a su disponibilidad comercial y al alto defecto de la adaptación superficial que permite en enlace del MOR in situ durante el tramitación.

El Cuadro 2. modelo de Sistema para los nanocomposites produjo por sol-gel.

Procesos Aerosol-Basados

los procesos Aerosol-Basados son un método común para la producción industrial de nanoparticles. Los Aerosoles se pueden definir como partículas sólidas o líquidas en una fase de gas, donde las partículas pueden colocar de las moléculas hasta el µm 100 de tamaño. Los Aerosoles fueron utilizados en la fabricación industrial mucho antes de que la ciencia básica y la ingeniería de los aerosoles era entendida. Por ejemplo, las partículas del negro de carbón usadas en pigmentos y neumáticos de vehículo reforzados son producidas por la combustión del hidrocarburo; el pigmento del titania para el uso en pinturas y plásticos es hecho por la oxidación del tetracloruro titanium; sílice fumed y titania formados de tetrachlorides respectivos por pirolisis de la llama; las fibras ópticas son fabricadas por proceso similar.

Tradicionalmente, el pintar (con vaporizador) se utiliza para secar los materiales mojados o para depositar capas. El Pintar (con Vaporizador) de las substancias químicas del precursor sobre una superficie heated o en los resultados calientes de la atmósfera en pirolisis del precursor y formación de las partículas. Por ejemplo, un proceso electro-que pintaba (con vaporizador) de la temperatura ambiente fue desarrollado en la Universidad de Oxford para producir los nanoparticles de semiconductores compuestos y de algunos metales. Particularmente, los nanoparticles de los Cdes fueron producidos generando las micro-gotitas del aerosol que contenían la sal Cd en la atmósfera que contenía el sulfuro de hidrógeno.

Deposición de Vapor Químico (CVD)

El CVD consiste en activar una reacción química entre la superficie del substrato y un precursor gaseoso. La Activación se puede lograr con la temperatura (CVD Térmico) o con un plasma (PECVD: Deposición de Vapor Químico Aumentada Plasma). La ventaja principal es el aspecto nondirective de esta tecnología. El Plasma permite disminuir importante la temperatura de proceso comparada al proceso térmico del CVD. El CVD es ampliamente utilizado producir nanotubes del carbón.

Condensación Atómica o Molecular

Este método se utiliza principal para el metal que contiene nanoparticles. Un material a granel se calienta en vacío para producir una secuencia de la materia vaporizada y atomizada, que se dirige a un compartimiento que contiene la atmósfera inerte o reactiva del gas. El enfriamiento Rápido de los átomos del metal debido a su colisión con las moléculas del gas da lugar a la condensación y a la formación de nanoparticles. Si un gas reactivo como el oxígeno entonces se utiliza se producen los nanoparticles del óxido de metal.  

Usando la Condensación En Fase Gaseosa Para Producir el Metal Nanopowders

La teoría de la condensación en fase gaseosa para la producción de nanopowders del metal es bien sabido, primero siendo señalado en 1930. La condensación En Fase Gaseosa utiliza un compartimiento de vacío que consista en un elemento de calefacción, el metal que se harán en nano-polvo, el equipo de la colección del polvo y la dotación física del vacío.

Cuadro 3. Principio del material de la condensación del gas inerte.

Cómo los Trabajos De Proceso de la Condensación En Fase Gaseosa

El proceso utiliza un gas, que está típicamente inerte, en el alto de presiones bastante ascender la formación de la partícula, pero bajo bastante permitir la producción de partículas esféricas. El Metal se introduce sobre un elemento heated y se funde rápidamente. El metal se lleva rápidamente las temperaturas lejos encima del punto de fusión, pero menos que el punto de ebullición, para lograr una presión de vapor adecuada. El Gas se introduce en el compartimiento y es quitado contínuo por las bombas, así que el flujo del gas mueve el metal evaporado lejos del elemento caliente. Pues el gas enfría el vapor del metal, las partículas nanómetro-clasificadas forman. Estas partículas son líquidas puesto que siguen siendo demasiado calientes ser sólidas. Las partículas líquidas chocan y se unen en un ambiente controlado de modo que las partículas vengan el pliego de condiciones, siguiendo siendo esféricas y con las superficies lisas. Mientras Que las partículas líquidas se enfrían más a fondo bajo mando, se convierten en macizo y crecen no más. A este punto los nanoparticles son muy reactivos, así que están recubiertos con un material que prevenga la acción recíproca adicional con otras partículas (aglomeración) o con otros materiales.

Síntesis Flúida Supercrítica

Los Métodos usando los líquidos supercríticos son también potentes para la síntesis de nanoparticles. Para estos métodos, las propiedades de un líquido supercrítico (forzado flúido en estado supercrítico regulando su temperatura y su presión) son utilizadas para formar nanoparticles por una extensión rápida de una solución supercrítica. El método flúido Supercrítico se desarrolla actualmente en la escala experimental en un proceso contínuo.

Giro Para Hacer Fibras Finas del Polímero

Una tecnología emergente para la manufactura de las fibras finas del polímero se basa en el principio de hacer girar soluciones diluídas del polímero en un campo eléctrico de alto voltaje. El giro del Electro es un proceso por el cual una caída suspendida del polímero es encargada de millares de voltios. En un voltaje característico la gotita forma un cono de Taylor, y una tobera fina del polímero release/versión de la superficie en respuesta a las fuerzas de tensión generadas por la acción recíproca de un campo eléctrico aplicado, con la carga eléctrica llevada por la tobera. Esto produce un manojo de fibras del polímero. La tobera se puede dirigir a una superficie conectada a tierra y cerco como Web contínuo de las fibras que colocan de tamaño de algunos µm a menos de 100 nanómetro.

Usando los Modelos Para Formar Nanoparticles

Cualquier material que contenía al asiduo nano-clasificó poros o los claros se pueden utilizar como modelo para formar nanoparticles. Los Ejemplos de tales modelos incluyen el alúmina poroso, las zeolitas, los copolímeros del di-bloque, los dendrimers, las proteínas y otras moléculas. El modelo no tiene que ser un objeto 3D. Los modelos Artificiales se pueden crear en una superficie plano o un interfaz gaseoso líquido formando capas monomoleculares uno mismo-ensambladas.

Uno mismo-Ensamblaje de Nanoparticles

Nanoparticles de una amplia gama de materiales - incluyendo una variedad las pastas orgánicas y biológicas, pero también de óxidos, de metales, y de semiconductores inorgánicos - puede ser tramitado usando técnicas químicas del uno mismo-ensamblaje. Estas técnicas explotan el accesorio selectivo de moléculas a las superficies específicas, reconocimiento biomolecular y los principios de uno mismo-petición (e.g el muelle preferencial de hilos de la DNA con pares bajos complementarios) así como química para asociar las moléculas sobre los atados y los substratos (e.g grupos del extremo del tiol (- SH)) y otras técnicas como la micela reversa, sonochemical bien desarrollados, y síntesis fotoquímica para realizar el 2.o y tridimensional los nanostructures uno mismo-ensamblados de 1-D. Los bloques huecos moleculares actúan como partes de un rompecabezas que ensamblen juntas en una orden perfecta sin un presente obvio de la fuerza impulsora.

La Nanotecnología Molecular Ofrece las Visiones para el Futuro

el largo plazo y los conceptos nanotechnological visionarios, sin embargo, van mucho más alla de estas primeras aproximaciones. Esto se aplica particularmente al revelado de materiales biomimetic con la capacidad de la uno mismo-organización, autoregenerable y de la uno mismo-réplica mediante la nanotecnología molecular. Un objetivo aquí es la combinación de los materiales sintetizados y biológicos, configuraciones y sistemas, respectivamente, la imitación de los procesos biológicos para las aplicaciones tecnológicas. Este campo de la nanobiotecnología todavía está actualmente en el estado de la investigación básica, pero se mira como uno de los campos más prometedores de la investigación para el futuro.

Nota: Un filete completo de referencias puede ser encontrado refiriendo al texto original.

Autor Primario: El Dr. Wolfgang Luther (editor).

Fuente: División Tecnológica Futura del Parte de VDI (Verein Deutscher Ingenieure): Aplicación Industrial del ` de Nanomaterials - Ocasiones y Riesgos: Análisis de la Tecnología'.

Para más información sobre esta fuente visite por favor http://www.zt-consulting.de.

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

Last Update: 12. June 2013 23:19

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