나노 과학 제품을 만들기를 위한 상향식 방법

커버되는 토픽

배경

무엇이 상향식 제조를 위해 사용해 가공합니까?

Nanoparticles의 건축 그리고 성장을 통제하는 방법

졸-겔 프로세스

연무질 기지를 둔 프로세스 (살포)

화학 수증기 공술서 (CVD)

원자 분자 응축

금속 Nanopowders를 생성하는 가스 단계 응축 사용하기

가스 단계 응축 프로세스 워크 어떻게

임계초과 유동성 종합

얇은 중합체 섬유를 만드는 회전시키기

Nanoparticles를 형성하는 템플렛 사용하기

Nanoparticles의 각자 집합

분자 나노 과학은 미래를 위한 비전을 제안합니다

배경

유효한 2개의 일반적인 쪽이 nanomaterials를, 뒤에 오는 숫자에서 보이는 것처럼 생성하기 위하여 있습니다. 첫번째 쪽은 대량 물자에서 시작하고 그 후에 (포괄) 기계, 화학제품 또는 그밖 에너지의 형태를 사용하여 더 작은 피스로 그것을 위한 것입니다 끊기. 반대 접근은 화학 반응을 통해 원자 분자 종에서 물자를 종합하기 위한 것이어, 크기로 증가하는 것을 선구자 입자를 허용하 (상향식). 두 접근 다 가스, 액체, 임계초과 액체, 단단한 국가, 또는 진공에서 끝날 수 있습니다. 제조자의 대부분은 통제하는 기능에 흥미있습니다: 아) 입자 덩어리의 입자 크기 b) 입자 모양 c) 크기 분포 d) 입자 구성 e) 정도.

숫자 1. nanomaterials 제작에 2개의 기본적인 접근: 좌측에서 오른쪽으로)와 상향식 (권리에서 좌측에).

상향식 제조를 위해 무슨 프로세스가 사용됩니까?

원자에서 nanoparticles를 일으키는 방법은 해결책 예를들면 졸-겔 가공에 있는 전이에, 화학 수증기 공술서, 플라스마 또는 프레임 (CVD) 살포 종합, 레이저 열분해의, 원자 또는 분자 응축 근거를 둔 화학 공정입니다. 이 화학 공정은 선구자로 적합한 "금속 유기" 분자의 가용성을 의지합니다. 졸-겔 가공은 그것의 상대적으로 낮은 가공 온도 때문에 그밖 화학 공정과 다릅니다. 이것은 졸-겔 가공 비용 효과 적이고 및 다재다능한 만듭니다. 살포 프로세스에서 반응물 (가스, 액체 또는 둘 다의 연무질의 양식에 있는 혼합물)의 교류는 플라스마 살포 장비 또는 이산화탄소 레이저에 의해 예를 들면 생성한 고에너지 프레임에 소개됩니다. 반응물은 궤란하고 입자는 균질 핵형성 및 성장에 의해 프레임에서 형성됩니다. 급속한 냉각은 nanoscale 입자의 대형 귀착됩니다.  

이들은 수력 전기 졸-겔 가공과 같은 해결책에 있는 전이에 근거를 둔 물자에 화학 공정입니다 또는 solvo 열 종합은, 수증기 단계 (MOD) 화학제품 수증기 공술서에서 유기 분해를, 또는 금속을 붙입니다 (CVD). 대부분의 화학 경로는 선구자로 적합한 "금속 유기" 분자의 가용성을 의지합니다. 금속 산화물, 즉 금속 b-diketonates와 금속 carboxylates의 각종 선구자 사이에서, 금속 alkoxides는 가장 다재다능합니다. 그(것)들은 거의 모든 성분을 위해 유효하 싼 공급 원료에서 비용 효과적인 종합은 몇몇을 위해 개발되었습니다. 

Nanoparticles의 건축 그리고 성장을 통제하는 방법

2개의 일반적인 쪽은 nanoparticles의 대형 그리고 성장을 통제하게 유효합니다. 누구든개는 검거한 강수에게 불리고 반응물의 한의 고갈 또는 반응을 막을 화학제품의 소개에 달려 있습니다. 다른 방법은 템플렛을 사용해서 개별적인 nanoparticles의 성장을 위해 유효한 양의 물리적인 금지를 의지합니다.   

졸-겔 프로세스

sol 젤 기술은 액체 단계에서 콜로이드 nanoparticles의 발생을 위한 자리잡히는 공업 공정입니다, 그것은 향상된 nanomaterials 및 코팅의 생산을 위한 마지막 년에서 더 개발되었습니다. Sol 젤 프로세스는 산화물 nanoparticles와 합성물 nanopowders 종합을 위해 잘 적응시킵니다. 물자의 준비를 위한 졸-겔 기술의 주요 이점은, 다양성 가공의 저온 및 유연한 유동학이어 쉬운 형성하고 끼워넣기 허용하. 그(것)들은 유기 무기 물자에 접근을 위한 유일한 기회를 제공합니다. 산화물의 통용되는 선구자는 가공 도중 그들의 상업적인 가용성과 제자리의 MOR 노예에게 허용에게 손쉬운 맞추기의 높은 책임에 때문에 alkoxides 입니다.

nanocomposites를 위한 숫자 2. 시스템 모델은 졸-겔에 의하여 생성했습니다.

연무질 기지를 둔 프로세스

연무질 기지를 둔 프로세스는 nanoparticles의 공업 생산품을 위한 일반적인 방법입니다. 연무질은 입자가 100 µm까지 분자에서 크기로 구역 수색할 수 있는 가스 단계에 있는 단단한 액체 입자로 정의될 수 있습니다. 연무질은 기초 과학 하기까지에는 산업 제조에서 이용되고 연무질의 기술설계는 이해되었습니다. 예를 들면, 안료와 강화된 자동차 타이어에서 이용된 탄소 검정 입자는 탄화수소 연소에 의해 일어납니다; 페인트와 플라스틱에 있는 사용을 위한 titania 안료는 티타늄 염화물의 산화에 의해 합니다; 프레임 열분해에 의해 각각 tetrachlorides에서 형성되는 연기가 난 실리카 및 titania; 광섬유는 유사한 프로세스에 의해 제조됩니다.

전통적으로, 살포는 젖은 물자를 말리거나 코팅을 예금하기 위하여 이용됩니다. 격렬한 표면에 또는 선구자 열분해에 있는 최신 대기권 결과로 선구자 화학제품의 살포 및 입자의 대형. 예를 들면, 실내 온도 전기판 살포 프로세스는 옥스포드 대학에 합성 반도체와 약간 금속의 nanoparticles를 일으키기 위하여 개발되었습니다. 특히, 카드뮴 nanoparticles는 수소 황하물을 포함하는 대기권에 있는 CD 소금을 포함하는 연무질 마이크로 작은 물방울을 생성하 일어났습니다.

화학 수증기 공술서 (CVD)

CVD는 기질 표면과 기체 선구자 사이 화학 반응 활성화에서 이루어져 있습니다. 활성화는 온도 (열 CVD)로 또는 플라스마 (PECVD로 달성될 수 있습니다: 플라스마에 의하여 강화되는 화학 수증기 공술서). 주요 이점은 이 기술의 nondirective 양상입니다. 플라스마는 열 CVD 프로세스와 비교된 가공 온도를 중요하게 줄이는 것을 허용합니다. CVD는 널리 이용됩니다 탄소 nanotubes를 일으키기 위하여.

원자 분자 응축

이 방법은 nanoparticles를 포함하는 금속을 위해 주로 사용됩니다. 대량 물자는 진공에서 비활성 민감하는 가스 대기권을 포함하는 약실에 지시되는 기체화하고 원자로 만들어진 사정의 스트림을 생성하기 위하여 가열됩니다. 가스 분자를 가진 그들의 충돌 nanoparticles의 응축 그리고 대형 때문에 금속 원자의 급속한 냉각은 귀착됩니다. 산소 같이 민감하는 가스가 그 때 이용되는 경우에 금속 산화물 nanoparticles는 일어납니다.  

금속 Nanopowders를 생성하는 가스 단계 응축 사용

금속 nanopowders의 생산을 위한 가스 단계 응축의 이론은 유명합니다, 1930년에 첫째로 보고되. 가스 단계 응축은 발열체, nano 분말로 만들어질 금속, 분말 수집 장비 및 진공 기계설비로 이루어져 있는 진공 약실을 이용합니다.

비활성 기체 응축 물자의 숫자 3. 원리.

가스 단계 응축 프로세스 워크 어떻게

프로세스는 입자 대형을 승진시키기 위하여 충분히 압력 최고에 전형적으로 비활성, 인, 가스를 그러나 충분히 낮게 둥근 입자의 생산을 허용하기 위하여 이용합니다. 금속은 격렬한 성분에 소개되고 급속하게 녹습니다. 금속은 융해점 훨씬 위 온도, 그러나 비등점 보다는 더 적은에 빨리 적당한 증기압이 달성되다 그래야, 취합니다. 가스는 약실로 지속적으로 소개되고 펌프에 의해 제거됩니다, 그래서 가스 교류는 최신 성분에서 증발한 금속을 멀리. 가스가 금속 수증기를 냉각하기 때문에, 나노미터 치수가 재진 입자는 형성합니다. 이 입자는 단단하기 위하여 아직도 너무 최신 이기 때문에 액체 입니다. 액체 입자는 제어 환경에서 추돌하고 합체해 입자는 논고가 되다 그래야, 둥글게 매끄러운 표면으로 남아 있. 액체 입자가 통제의 밑에 더 냉각되는 때, 고체가 되지 않으며 더 이상 증가합니다. 이 시점에서는 nanoparticles는 아주 민감합니다, 그래서 그밖 입자 (덩어리와) 의 또는 그밖 물자와의 추가 상호 작용을 방지하는 물자로 입힙니다.

임계초과 유동성 종합

임계초과 액체를 사용하여 방법은 또한 nanoparticles의 종합을 위해 강력합니다. 이 방법을 위해, 임계초과 액체 (그것의 온도 및 그것의 압력을 통제해서 임계초과 국가로 유동성 강제)의 속성은 임계초과 해결책의 급속한 확장에 의해 nanoparticles를 형성하기 위하여 이용됩니다. 임계초과 유동성 방법은 연속 처리에 있는 중간 시험 규모에 지금 개발됩니다.

얇은 중합체 섬유를 만드는 회전시키기

얇은 중합체 섬유의 제조를 위한 나오는 기술은 고전압 전기장에 있는 묽게 한 중합체 해결책을 회전시키기의 원리에 근거를 둡니다. 전기판 회전시키는 것은 중합체의 중단된 투하가 볼트의 수천으로 비용이 부과되는 프로세스입니다. 독특한 전압에 작은 물방울은 테일러 콘을 형성하고, 중합체의 정밀한 칠흑은 전기료가 적용되는 전기장의 상호 작용에 의해, 생성된 인장력에 응하여 표면에서 칠흑에 의해 전송된 상태에서 풀어 놓습니다. 중합체 섬유의 뭉치가 이것에 의하여 생성합니다. 칠흑은 지상에 놓인 표면에 100 이하 nm 지시되고 약간 µm에서에 크기로 구역 수색하는 섬유의 지속적인 웹으로 집합될 수 있습니다.

Nanoparticles를 형성하는 템플렛 사용

정규병을 포함하는 어떤 물자든지 숨구멍을 nano 치수를 쟀습니다 또는 공허는 템플렛으로 nanoparticles를 형성하기 위하여 이용될 수 있습니다. 그 같은 템플렛의 보기는 다공성 반토, 비석, 디디뮴 구획 공중 합체, dendrimers, 단백질 및 그밖 분자를 포함합니다. 템플렛은 3D 객체 일 필요없습니다. 인공적인 템플렛은 편평한 표면 또는 가스 액체 공용영역에 각자 소집한 단층을 형성해서 만들 수 있습니다.

Nanoparticles의 각자 집합

물자의 광범위의 Nanoparticles - 다양한 유기와 생물학 화합물, 또한 무기 산화물, 금속 및 반도체를 포함하여 - 화학 각자 집합 기술을 사용하여 가공될 수 있습니다. 이 기술은 특정 표면에 분자의 선택적인 부착을, 생체 고분자 승인 및 각자 명령 원리 (예를들면 무료한 기본적인 쌍을 가진 DNA 물가의 우선적인 단미) 뿐 아니라 다발과 기질 (예를들면 SH 티올 (- 1-D의 붙이기를 위한 잘 발달하는 화학, 제 2 및 3번째 각자 소집한 nanostructures를 실현하기 위하여) 끝 단)에 분자와 반전 교질 입자 같이 그밖 기술, sonochemical, 그리고 광화학적인 종합 개발합니다. 분자 빌딩 블록은 명백한 원동력 현재 없이 완벽한 순서 대로 함께 결합하는 조각그림 맞추기의 부분으로 작동합니다.

분자 나노 과학은 미래를 위한 비전을 제안합니다

장기와 공상적인 nanotechnological 개념작용은, 그러나, 이 첫번째 접근 저쪽에 멀게 갑니다. 이것은 자기 조직화, 와 각자 복제의 능력을 가진 biomimetic 물자의 발달에 분자 나노 과학에 의하여 자기 회복 특히 적용합니다. 여기에서 1개의 목적은 합성과 생물학 물자, 아키텍쳐와 시스템의 조합, 과학 기술 응용을 위한 생물학 프로세스의 각각, 모방입니다. nanobiotechnology의 이 필드는 기본 연구의 국가에 아직도 현재 있고, 그러나 미래 동안 가장 유망한 연구 필드의 한으로 주시됩니다.

주: 참고의 완전 목록은 원본을 참조해서 찾아낼 수 있습니다.

1 차적인 저자: Wolfgang Luther (편집자) 박사.

근원: VDI (Verein Deutscher Ingenieure) 보고의 미래 기술부: Nanomaterials의 ` 산업 응용 - 기회와 위험: 기술 분석'.

이 근원에 추가 정보를 위해 http://www.zt-consulting.de를 방문하십시오.

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

Last Update: 12. June 2013 23:05

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