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Méthodes Ascendantes pour Effectuer des Produits de Nanotechnologie

Sujets Couverts

Mouvement Propre

Que Traite utilisé pour la Fabrication Ascendante ?

Comment Régler la Construction et l'Accroissement du Nanoparticles

Procédé Sol-gel

Procédés Aérosol-Basés (Pulvérisation)

Déposition En Phase Vapeur (CVD)

Condensation Atomique ou Moléculaire

Utilisant la Condensation En phase gaseux Pour Produire le Métal Nanopowders

Comment les Travaux par Processus En phase gaseux de Condensation

Synthèse Liquide Supercritique

Rotation Pour Effectuer les Fibres Minces de Polymère

Utilisant des Descripteurs Pour Former Nanoparticles

En kit de Nanoparticles

La Nanotechnologie Moléculaire Offre des Visibilités à l'avenir

Mouvement Propre

Il y a deux voies générales disponibles pour produire des nanomaterials, suivant les indications du chiffre suivant. La première voie est de commencer par du matériau en vrac et puis de le diviser en plus petites pièces utilisant mécanique, le produit chimique ou toute autre forme de l'énergie (hiérarchisée). Un élan opposé est de synthétiser le matériau de la substance atomique ou moléculaire par l'intermédiaire des réactions chimiques, tenant compte pour que les particules de précurseur se développent dans la taille (ascendant). Les Deux élans peuvent être faits en gaz, liquide, liquide supercritiques, conditions solides, ou dans l'aspirateur. La Plupart des constructeurs sont intéressées par la capacité de régler : a) degré de la composition en particules de la distribution de grandeurs de la forme de particules de la dimension particulaire b) c) d) e) d'agglomération de particules.

Le Schéma 1. Deux élans de base à la fabrication de nanomaterials : de la gauche vers la droite) et ascendant (de la droite vers la gauche).

Quels Procédés sont utilisés pour la Fabrication Ascendante ?

Les Méthodes pour produire des nanoparticles à partir des atomes sont des procédés chimiques basés sur des transformations en solution par exemple traitement sol-gel, déposition en phase vapeur (CVD), plasma ou condensation de pulvérisation des flammes de synthèse, de pyrolyse de laser, atomique ou moléculaire. Ces procédés chimiques se fondent sur la disponibilité des molécules « métallo-organiques » appropriées comme précurseurs. Le traitement Sol-gel diffère d'autres procédés chimiques dus à sa température de traitement relativement basse. Ceci effectue le rentable de processus sol-gel et versatile. Dans des procédés du brouillard le flux des réactifs (gaz, liquide sous la forme des aérosols ou mélanges de les deux) est introduit à la flamme de grande énergie produite par exemple par le matériel de projection par plasma ou le laser de dioxyde de carbone. Les réactifs se décomposent et des particules sont formées dans une flamme par nucléation et accroissement homogènes. Le refroidissement Rapide a comme conséquence la formation des particules de nanoscale.  

Ce sont des procédés chimiques aux matériaux basés sur des transformations en solution comme le traitement sol-gel, hydraulique ou les synthèses thermiques de solvo, Metal la Décomposition Organique (MOD), ou dans la déposition en phase vapeur de phase vapeur (CVD). La Plupart Des artères chimiques se fondent sur la disponibilité des molécules « métallo-organiques » appropriées comme précurseurs. Parmi les précurseurs variés d'oxydes métalliques, à savoir b-diketonates en métal et carboxylates en métal, les alcoxides en métal sont les plus versatiles. Ils sont disponibles pour presque tous les éléments et la synthèse rentable de la matière de base bon marché ont été développées pour certains. 

Comment Régler la Construction et l'Accroissement du Nanoparticles

Deux voies générales sont disponibles pour régler la formation et l'accroissement des nanoparticles. On est précipitation arrêtée appelée et dépend de l'épuisement d'un des réactifs ou de l'introduction du produit chimique qui bloquerait la réaction. Une Autre méthode se fonde sur une restriction matérielle du volume disponible pour l'accroissement des différents nanoparticles à l'aide des descripteurs.   

Procédé Sol-gel

La technique de gel de solenoïde est un processus industriel existant depuis longtemps pour le rétablissement des nanoparticles colloïdaux de la phase liquide, cela a été encore développé pendant de dernières années pour la production des nanomaterials et des couches avancés. des Solenoïde-gel-Procédés sont bien adaptés pour la synthèse de nanopowders de nanoparticles et de composés d'oxyde. Les principaux avantages des techniques sol-gel pour la préparation des matériaux sont basse température du traitement, souplesse, et rhéologie flexible permettant la formation et encastrer faciles. Ils procurent des opportunités uniques à l'accès aux matériaux organique-minéraux. Les précurseurs les plus utilisés généralement d'oxydes sont des alcoxides, dus à leur disponibilité commerciale et de l'obligation élevée de régler facile laissant en esclavage de BESOIN MILITAIRE OPÉRATIONNEL in situ pendant le traitement.

Le Schéma 2. modèle de Système pour des nanocomposites a produit par sol-gel.

Procédés Aérosol-Basés

les procédés Aérosol-Basés sont une méthode classique pour la production industrielle des nanoparticles. Des Aérosols peuvent être définis en tant que particules solides ou liquides dans une phase gazeuse, où les particules peuvent s'échelonner des molécules jusqu'au µm 100 dans la taille. Des Aérosols ont été utilisés à la fabrication industrielle longtemps avant la science fondamentale et le bureau d'études des aérosols ont été compris. Par exemple, des particules de noir de carbone utilisées dans les pigments et des pneus de véhicule renforcés sont produites par la combustion d'hydrocarbure ; les titanes pigmentent pour l'usage en peintures et des plastiques est effectués par oxydation du tétrachlorure titanique ; silice émise de la vapeur et titanes formés des tetrachlorides respectifs par pyrolyse de flamme ; des fibres optiques sont fabriquées par procédé assimilé.

Traditionnellement, la pulvérisation est employée pour sécher les matériaux mouillés ou pour déposer des couches. Pulvérisation des produits chimiques de précurseur sur une surface passionnée ou dans les résultats chauds d'ambiance dans la pyrolyse de précurseur et formation des particules. Par exemple, un procédé de électro-pulvérisation de température ambiante a été développé à l'Université d'Oxford pour produire des nanoparticles des semi-conducteurs composés et de quelques métaux. En particulier, des nanoparticles de Cd ont été produits en produisant des micro-gouttelettes d'aérosol contenant le sel Cd dans l'ambiance contenant le sulfure d'hydrogène.

Déposition En Phase Vapeur (CVD)

La CVD consiste en lançant une réaction chimique entre la surface de substrat et un précurseur gazeux. Le Lancement peut être réalisé avec la température (CVD de Thermique) ou avec un plasma (PECVD : Déposition En Phase Vapeur Améliorée de Plasma). Le principal avantage est l'aspect nondirective de cette technologie. Le Plasma laisse diminuer de manière significative la température de processus comparée au procédé de CVD de thermique. La CVD est très utilisée pour produire des nanotubes de carbone.

Condensation Atomique ou Moléculaire

Cette méthode est utilisée principalement pour le métal contenant des nanoparticles. Un matériau en vrac est passionné dans l'aspirateur pour produire un flot de la substance vaporisée et pulvérisée, qui est dirigée vers une cavité contenant l'ambiance inerte ou réactive de gaz. Le refroidissement Rapide des atomes en métal dus à leur collision avec les molécules de gaz a comme conséquence la condensation et la formation des nanoparticles. Si un gaz réactif comme l'oxygène est utilisé alors des nanoparticles d'oxyde de métal sont produits.  

Utilisant la Condensation En phase gaseux Pour Produire le Métal Nanopowders

La théorie de condensation en phase gaseux pour la production des nanopowders en métal est réputée, après avoir été d'abord enregistré en 1930. La condensation En Phase Gaseux utilise un puits à dépression qui se compose d'un élément de chauffe, du métal à transformer en nano-poudre, du matériel de ramassage de poudre et du matériel d'aspirateur.

Le Schéma 3. Principe du matériau de condensation de gaz inerte.

Comment les Travaux par Processus En phase gaseux de Condensation

Le procédé emploie un gaz, qui est en général inerte, aux pressions assez élevées pour introduire la formation de particules, mais assez bas pour permettre la production des particules sphériques. Le Métal est introduit sur un élément passionné et est rapidement fondu. Le métal est rapidement pris aux températures loin au-dessus du point de fusion, mais moins que la remarque bouillante, de sorte qu'une pression de vapeur adéquate soit réalisée. Le Gaz est continuellement introduit dans la cavité et enlevé par les pompes, ainsi le flux de gaz déménage le métal évaporé à partir de l'élément chaud. Car le gaz refroidit la vapeur en métal, les particules de taille d'un nanomètre forment. Ces particules sont liquides puisqu'elles sont toujours trop chaudes pour être solides. Les particules liquides se heurtent et fusionnent dans un environnement contrôlé de sorte que les particules deviennent le cahier des charges, restant sphériques et avec des surfaces lisses. Pendant Que les particules liquides sont encore refroidies sous le contrôle, elles deviennent solide et ne se développent plus. En ce point les nanoparticles sont très réactifs, ainsi ils sont enduits d'un matériau qui évite davantage d'interaction avec d'autres particules (agglomération) ou avec d'autres matériaux.

Synthèse Liquide Supercritique

Les Méthodes utilisant les liquide supercritiques sont également puissantes pour la synthèse des nanoparticles. Pour ces méthodes, les propriétés d'un liquide supercritique (obligatoire liquide dans la condition supercritique en réglant sa température et sa pression) sont employées pour former des nanoparticles par une extension rapide d'une solution supercritique. La méthode liquide Supercritique est actuel développée à l'échelle pilote dans un procédé continu.

Rotation Pour Effectuer les Fibres Minces de Polymère

Une technologie émergente pour la fabrication des fibres minces de polymère est basée selon le principe de tourner les solutions diluées de polymère dans un champ électrique à haute tension. La rotation d'Électro est un procédé par lequel une goutte suspendue de polymère est chargée des milliers de volts. À une tension caractéristique la gouttelette forme un cône de Taylor, et un avion à réaction fin de polymère relâche de la surface en réponse aux forces de tension produites par interaction d'un champ électrique appliqué, avec la charge électrique transportée par l'avion à réaction. Ceci produit un faisceau de fibres de polymère. L'avion à réaction peut être dirigé vers une surface au sol et être rassemblé comme Web continu des fibres s'échelonnant dans la taille de quelques µm à moins de 100 nanomètre.

Utilisant des Descripteurs Pour Former Nanoparticles

N'importe Quel matériau contenant les pores de taille d'une nano réguliers ou les vides peut être employé comme descripteur pour former des nanoparticles. Les Exemples de tels descripteurs comprennent l'alumine poreuse, les zéolites, les copolymères de Di-cas, les dendrimers, les protéines et d'autres molécules. Le descripteur ne doit pas être un objectif 3D. Des descripteurs Artificiels peuvent être produits sur une surface plate ou une surface adjacente gazeuse liquide en formant les couches unitaires auto-assemblées.

En kit de Nanoparticles

Nanoparticles d'un large éventail de matériaux - comprenant un grand choix les composés organiques et biologiques, mais également d'oxydes, de métaux, et de semi-conducteurs minéraux - peut être traité utilisant des techniques en kit chimiques. Ces techniques exploitent la connexion sélectrice des molécules sur les surfaces particulières, la reconnaissance biomoléculaire et les principes de auto-commandement (par exemple la connexion préférentielle des Brins d'ADN avec les paires de bases complémentaires) ainsi que la chimie pour fixer des molécules sur des batteries et des substrats (par exemple groupes d'extrémité de thiol (- SH)) et d'autres techniques comme la micelle inverse, sonochemical bien développés, et la synthèse photochimique pour réaliser les nanostructures auto-assemblés de 1-D, 2-D et à trois dimensions. Les synthons moléculaires agissent en tant que parties d'un puzzle denteux qui s'associent ensemble à une commande parfaite sans présent évident de force d'entraînement.

La Nanotechnologie Moléculaire Offre des Visibilités à l'avenir

les conceptions nanotechnological à long terme et visionnaires, cependant, vont bien au-delà de ces premiers élans. Ceci s'applique en particulier au développement des matériaux biomimetic avec la capacité du l'auto-organisme, autocuratif et de l'auto-réplication au moyen de nanotechnologie moléculaire. Un objectif ici est la combinaison des matériaux synthétiques et biologiques, architectures et systèmes, respectivement, l'imitation des procédés biologiques pour des applications technologiques. Cette zone de nanobiotechnologie est toujours actuellement dans la condition de la recherche fondamentale, mais est considérée en tant qu'une des zones les plus prometteuses de recherches à l'avenir.

Note : Une liste complète de références peut être trouvée en se rapportant au texte initial.

Auteur Primaire : M. Wolfgang Luther (éditeur).

Source : Division de Technologies d'Avenir d'État de VDI (Verein Deutscher Ingenieure) : Application Industrielle de ` des Nanomaterials - Occasions et Risques : Analyse de Technologie'.

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît http://www.zt-consulting.de.

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

Last Update: 12. June 2013 22:55

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