ナノテクノロジーの製品を作るための上昇形方法

カバーされるトピック

背景

何が上昇形製造業のために使用されて処理しますか。

Nanoparticles の構築そして成長を制御する方法

ゾル・ゲルプロセス

エーロゾルベースのプロセス (噴霧)

化学気相堆積 (CVD)

原子か分子凝縮

金属 Nanopowders を作り出す気相塩基性の凝縮を使用して

気相塩基性の凝縮の写真製版法どのように

臨界超過流動統合

薄いポリマーファイバーを作る回転

Nanoparticles を形作るテンプレートを使用して

Nanoparticles の自己アセンブリ

分子ナノテクノロジーは未来のための視野を提供します

背景

使用できる 2 つの汎用方法が nanomaterials を、次の図に示すように作り出すためにあります。 最初の方法は第一次製品から開始し、次に機械、化学薬品または他のエネルギーを使用してより小さい部分にそれをです (トップダウン) 壊すこと。 反対のアプローチは前駆物質の粒子が育つことができるように可能にします化学反応によって原子か分子種からの材料を総合することで (上昇形)。 アプローチは両方ともガス、液体、臨界超過液体、固体状態、または真空ですることができます。 製造業者のほとんどは制御する機能に興味があります: a) 粒子のアグロメレーションの粒度 b) の粒子の形 c) のサイズ分布 d) の粒子の構成 e) の程度。

図 1。 nanomaterials の製造への 2 つの基本的なアプローチ: 左から右への) および上昇形 (権利から左への)。

上昇形製造業のためにどんなプロセスが使用されますか。

原子から nanoparticles を作り出す方法は解決の例えばゾル・ゲルの処理の変形に、化学気相堆積、血しょうまたはフレーム溶射の (CVD)統合、レーザーの熱分解の、原子または分子凝縮基づく化学作用です。 これらの化学作用は前駆物質として適切な 「金属有機性」分子のアベイラビリティに頼ります。 ゾル・ゲルの処理は比較的低い処理の温度による他の化学作用と異なります。 これはゾル・ゲルプロセス費用有効および多目的作ります。 噴霧プロセスで反応体 (ガス、液体または両方のエーロゾルの形式の混合物) の流れは血しょう噴霧装置か二酸化炭素レーザーによって例えば作り出される高エネルギー炎にもたらされます。 反応体は分解し、粒子は同質な核形成および成長によって炎で形作られます。 急速な冷却は nanoscale の粒子の形成で起因します。  

これらはハイドロゾル・ゲルの処理のような解決の変形に基づいて材料へ化学作用ですまたは solvo の熱統合は、蒸気段階の (MOD)化学気相堆積の有機性分解に、または金属をかぶせます (CVD)。 ほとんどの化学ルートは前駆物質として適切な 「金属有機性」分子のアベイラビリティに頼ります。 金属酸化物、即ち金属の b-diketonates および金属の carboxylates のさまざまな前駆物質の間で、金属のアルコキシドは最も多目的です。 それらはほぼすべての要素のために使用でき、安い原料からの費用有効統合はいくつかのために開発されました。 

Nanoparticles の構築そして成長を制御する方法

2 つの汎用方法は nanoparticles の形成そして成長を制御して使用できます。 1 つは阻止された沈殿物と呼出され、反応体の 1 の枯渇または反作用を妨げる化学薬品の導入によって決まります。 別の方法はテンプレートの使用によって個々の nanoparticles の成長のために使用できるボリュームの物理的な制限に頼ります。   

ゾル・ゲルプロセス

SOL のゲルの技術は液体段階からのコロイド nanoparticles の生成のための長い伝統がある工業プロセスです、それは高度の nanomaterials およびコーティングの生産のための最後の年に更に開発されました。 SOL ゲルプロセスは酸化物の nanoparticles および合成物の nanopowders の統合のためによく適応します。 材料の準備のためのゾル・ゲルの技術の主な利点は、多様性処理の低温および適用範囲が広いレオロジーで容易な形づき、埋め込むことを許可します。 それらは有機性無機材料へのアクセスのための一義的な機会を提供します。 酸化物の最も広く使われた前駆物質は処理の間に商業アベイラビリティとそのままで MOR のとらわれに割り当てる容易な合うことの高い責任が原因でアルコキシドです。

nanocomposites のための図 2. システム・モデルはゾル・ゲルによって作り出しました。

エーロゾルベースのプロセス

エーロゾルベースのプロセスは nanoparticles の工業生産のための共通方法です。 エーロゾルは粒子が 100 µm まで分子から及ぶことができるガス段階の固体か液体の粒子と定義することができます。 エーロゾルは基礎科学のずっと前に産業製造業で使用され、エーロゾルの工学は理解されました。 例えば、顔料および補強されたタイヤで使用されるカーボンブラックの粒子は炭化水素の燃焼によって作り出されます; ペンキおよびプラスチックの使用のためのチタニアの顔料はチタニウムの四塩化物の酸化によってなされます; 炎の熱分解によってそれぞれの tetrachlorides から形作られる腹を立てられた無水ケイ酸およびチタニア; 光ファイバは同じようなプロセスによって製造されます。

従来、噴霧がぬれた材料を乾燥するか、またはコーティングを沈殿させるのに使用されています。 熱くする表面にまたは前駆物質の熱分解の熱い大気の結果への前駆物質の化学薬品の噴霧および粒子の形成。 化合物半導体およびある金属の nanoparticles を作り出すために例えば、室温エレクトロ噴霧プロセスはオックスフォード大学で開発されました。 特に、カドミウムの nanoparticles は硫化水素を含んでいる大気で CD 塩を含んでいるエーロゾルのマイクロしぶきの生成によって作り出されました。

化学気相堆積 (CVD)

CVD は基板の表面と気体前駆物質間の化学反応の作動で成っています。 アクティブ化を温度 (熱 CVD) とまたは血しょう (PECVD と達成することができます: 血しょうによって高められる化学気相堆積)。 主な利点はこの技術の nondirective 面です。 血しょうは熱 CVD プロセスと比較されるプロセス温度をかなり減らすことを割り当てます。 CVD は広く利用されていますカーボン nanotubes を作り出すために。

原子か分子凝縮

この方法は nanoparticles を含んでいる金属のために主に使用されます。 第一次製品は真空で不活性か反応ガスの大気を含んでいる区域に指示される蒸発させ、粉砕された問題のストリームを作り出すために熱されます。 ガスの分子との衝突に nanoparticles の凝縮そして形成でよる金属原子の急速な冷却は起因します。 酸素のような反応ガスが使用されれば金属酸化物の nanoparticles は作り出されます。  

金属 Nanopowders を作り出す気相塩基性の凝縮を使用して

金属の nanopowders の生産のための気相塩基性の凝縮の理論は有名、 1930 年にで最初に報告されます。 気相塩基性の凝縮は発熱体、 nano 粉に作られるべき金属粉のコレクション装置および真空のハードウェアから成っている真空槽を使用します。

不活性ガスの凝縮材料の図 3. 主義。

気相塩基性の凝縮の写真製版法どのように

プロセスは粒子の形成を促進するには十分の圧力最高で普通不活性、であるしかし十分に低く球形の粒子の生産を許可するために利用しますガスを。 金属は熱くする要素に導入され、急速に溶けます。 金属は融点の上の温度ずっと、沸点よりより少しにすぐに十分な蒸気圧が達成されるように、持って行かれますが。 ガスは区域に絶えずもたらされ、ポンプによって取除かれます、従ってガスの流れは熱い要素から蒸発させた金属を移動します。 ガスが金属の蒸気を冷却するので、ナノメーターサイズの粒子は形作ります。 これらの粒子はまだ固体であるには余りにも熱いので液体です。 液体の粒子は制御環境で衝突し、合体しま、粒子が指定に育つように球形にそしてスムーズな表面と残ります。 液体の粒子が制御の下で更に冷却されると同時に、固体になり、もはや育ちます。 この時点で nanoparticles は非常に反応です、従って他の粒子 (アグロメレーション) とのまたは他の材料とのそれ以上の相互作用を防ぐ材料が塗られます。

臨界超過流動統合

臨界超過液体を使用して方法は nanoparticles の統合のためにまた強力です。 これらの方法のために nanoparticles を形作るのに、臨界超過解決の急速な拡張によって臨界超過液体 (温度および圧力の調整による臨界超過州に流動強制) の特性が使用されています。 臨界超過流動方法は連続プロセスの試験規模で現在開発されます。

薄いポリマーファイバーを作る回転

薄いポリマーファイバーの製造のための出現技術は高圧電界の希薄なポリマー解決の回転の原則に基づいています。 エレクトロ回転はポリマーの中断された低下がたくさんのボルトと満たされるプロセスです。 独特の電圧でしぶきはテイラーの円錐形を形作り、ポリマーの良いジェット機はジェット機によって運ばれて充電が応用電界の相互作用によって、生成される抗張力に応じて表面から解放します。 これはポリマーファイバーの束を作り出します。 ジェット機は基づかせていた表面により少しにより 100 nm 指示され、少数の µm からまで及ぶファイバーの連続的な網として集めることができます。

Nanoparticles を形作るテンプレートを使用して

規則的な nano サイズの気孔かボイドを含んでいるどの材料でもテンプレートとして nanoparticles を形作るのに使用することができます。 そのようなテンプレートの例は多孔性のアルミナ、ゼオライト、ディディミアムブロックの共重合体、 dendrimers、蛋白質および他の分子が含まれています。 テンプレートは 3D 目的でなくてもよろしくないです。 人工的なテンプレートは平らな表面かガス液体インターフェイスで自己組み立てられた単一層の形成によって作成することができます。

Nanoparticles の自己アセンブリ

材料の広い範囲の Nanoparticles - いろいろ有機性および生物的混合物、しかしまた無機酸化物、金属および半導体を含んで - 化学自己アセンブリ技術を使用して処理することができます。 これらの技術は比表面積に分子の選択的な接続機構を、 biomolecular 認識および自己命令の主義 (例えば補足の基礎ペアの DNA の繊維の優先ドッキング)、またクラスタおよび基板 (例えば SH チオールの (- 1-D の接続するためのよく発達した化学、第 2 および 3D 自己組み立てられた nanostructures を実現するために) 端のグループ) に分子および逆のミセルのような他の技術、 sonochemical、および光化学統合開発します。 分子ブロックは明らかな駆動力の現在なしで完全な順序で一緒に結合するジグソーパズルの部分として機能します。

分子ナノテクノロジーは未来のための視野を提供します

しかし長期および幻の nanotechnological 概念はこれらの最初アプローチを越えて遠く行きます。 これは自己構成、および自己複製の能力の biomimetic 材料の開発に分子ナノテクノロジーによって自己回復特に適用します。 ここの 1 つの目的は総合的な、生物的材料、アーキテクチャおよびシステムの組合せ、科学技術アプリケーションのための生物学的過程のそれぞれ、模造です。 nanobiotechnology のこのフィールドは基礎研究の状態にまだ現在ありますが、未来の最も有望な研究フィールドの 1 つとみなされます。

注: 参照の完全なリストは原本の参照によって見つけることができます。

一次著者: ウォルフガング Luther (エディター) 先生。

ソース: VDI (Verein Deutscher Ingenieure) のレポートの未来の技術部: Nanomaterials の ` の産業アプリケーション - チャンスおよび危険: 技術の分析」。

このソースのより多くの情報のために http://www.zt-consulting.de を訪問して下さい。

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

Last Update: 12. June 2013 23:02

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