There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Bottom-up Methodes om de Producten van de Nanotechnologie Te Maken

Besproken Onderwerpen

Achtergrond

Welke Processen gebruikten voor Bottom-up Productie?

Hoe te om de Bouw en de Groei van Nanoparticles Te Controleren

Sol-gel Proces

Aërosol-gebaseerde Processen (het Bespuiten)

Het Deposito van de Chemische Damp (CVD)

Atoom of Moleculaire Condensatie

Het Gebruiken van Gas-Phase Condensatie om Metaal Nanopowders Te Produceren

Hoe het Gas-Phase Proces van de Condensatie Werkt

Overkritische Vloeibare Synthese

Het Spinnen om de Dunne Vezels van het Polymeer Te Maken

Het Gebruiken van Malplaatjes om Nanoparticles Te Vormen

Zelf-assemblage van Nanoparticles

De Moleculaire Nanotechnologie Biedt Visies voor de Toekomst aan

Achtergrond

Er zijn twee algemene manieren beschikbaar aan opbrengsnanomaterials, zoals aangetoond in het volgende cijfer. De eerste manier is met een bulkmateriaal te beginnen en dan het te breken in het kleinere stukken gebruiken mechanische, chemische of andere vorm van (top-down) energie. Een tegenovergestelde benadering is het materiaal van atoom of moleculaire species via chemische reacties samen te stellen, die voor de voorloperdeeltjes toestaan in (bottom-up) te kweken grootte. Beide benaderingen kunnen in of gas, vloeibare, overkritische vloeistoffen, stevige staten, of in vacuüm worden gedaan. De Meeste fabrikanten zijn geinteresseerd in de capaciteit te controleren: a) van de het deeltjesvorm c van de deeltjesgrootte B) van de de grootte de samenstellingse) graad distributie) van het D) deeltje van deeltjesagglomeratie.

Figuur 1. Twee basisbenaderingen van nanomaterialsvervaardiging: van linkerzijde aan het recht) en bottom-up (van recht op de linkerzijde).

Welke Processen worden gebruikt voor Bottom-up Productie?

Methodes nanoparticles uit atomen de te veroorzaken zijn chemische die processen op transformaties in oplossings b.v. sol-gel verwerking, chemische dampdeposito, (CVD) plasma of vlam het bespuiten synthese, van de laserpyrolyse, atoom of moleculaire condensatie worden gebaseerd. Deze chemische processen baseren zich op de beschikbaarheid van aangewezen „metal-organic“ molecules als voorlopers. Sol-gel verwerking verschilt van andere chemische processen toe te schrijven aan zijn vrij lage verwerkingstemperatuur. Dit maakt het sol-gel proces rendabel en veelzijdig. In het bespuiten procédés dat wordt de stroom van reactanten (gas, vloeistof in vorm van aërosols of mengsels van allebei) geïntroduceerd aan high-energy vlam bijvoorbeeld door plasma bespuitende apparatuur of kooldioxidelaser wordt geproduceerd. De reactanten ontbinden en de deeltjes worden gevormd in een vlam door homogene nucleation en de groei. Het Snelle koelen resulteert in vorming van nanoscaledeeltjes.  

Dit zijn chemische die processen aan materialen op transformaties in oplossing zoals sol-gel verwerking, waterkracht of solvo thermische synthesen, de Organische Decompositie van het Metaal, (MOD) of in het de chemische dampdeposito van de dampfase worden gebaseerd (CVD). De Meeste chemische routes baseren zich op de beschikbaarheid van aangewezen „metal-organic“ molecules als voorlopers. Onder de diverse voorlopers van metaaloxides, namelijk zijn het metaal B -B-diketonates en het metaal carboxylates, metaalalkoxides het meest veelzijdig. Zij zijn beschikbaar voor bijna alle elementen en de rendabele synthese van goedkope grondstof is ontwikkeld voor wat. 

Hoe te om de Bouw en de Groei van Nanoparticles Te Controleren

Twee algemene manieren zijn beschikbaar om de vorming en de groei van nanoparticles te controleren. wordt genoemd gearresteerde precipitatie en afhangt of van uitputting van één van de reactanten of bij de introductie van het chemische product dat de reactie zou blokkeren. Een Andere methode baseert zich op een fysieke beperking van het volume beschikbaar voor de groei van individuele nanoparticles door malplaatjes te gebruiken.   

Sol-gel Proces

De techniek van het solgel is een sinds lang gevestigd industrieel proces voor de generatie van colloïdale nanoparticles van vloeibare fase, die verder in vorige jaren voor de productie van geavanceerde nanomaterials en deklagen is ontwikkeld. De sol-gel-Processen worden goed aangepast voor oxyde nanoparticles en de synthese van samenstellingennanopowders. De belangrijkste voordelen van sol-gel technieken voor de voorbereiding van materialen zijn lage temperatuur van verwerking, veelzijdigheid, en flexibele reologie die het gemakkelijke vormen en het inbedden toestaat. Zij bieden unieke kansen voor toegang tot organisch-anorganische materialen. De het meest meestal gebruikte voorlopers van oxyden zijn alkoxides, wegens hun commerciële beschikbaarheid en wegens de hoge aansprakelijkheid van de M-OR band die het vlotte maken toestaat in situ tijdens verwerking.

Figuur 2. Het model van het Systeem voor nanocomposites door sol-gel wordt veroorzaakt die.

Aërosol-gebaseerde Processen

De op aërosol-Gebaseerde processen zijn een gemeenschappelijke methode voor de industriële productie van nanoparticles. De Aërosols kunnen als stevige of vloeibare deeltjes in een gasfase worden gedefinieerd, waar de deeltjes zich van molecules tot 100 µm in grootte kunnen uitstrekken. De Aërosols werden gebruikt in industriële productie long before de basiswetenschap en de techniek van de aërosols werden begrepen. Bijvoorbeeld, gebruikten de zwartseldeeltjes in pigment en de versterkte autobanden worden geproduceerd door koolwaterstofverbranding; het titania pigment voor gebruik in verven en plastieken wordt gemaakt door oxydatie van titaniumtetrachloride; fumed kiezelzuur en titania vormden zich van respectieve tetrachlorides door vlampyrolyse; de optische vezels worden vervaardigd door gelijkaardig proces.

Traditioneel, wordt het bespuiten gebruikt of om natte materialen te drogen of deklagen te deponeren. Het Bespuiten van de voorloperchemische producten op een verwarmde oppervlakte of in de hete atmosfeer resulteert in voorloperpyrolyse en vorming van de deeltjes. Bijvoorbeeld, werd een kamertemperatuur elektro-bespuit procédé ontwikkeld bij de Universiteit van Oxford nanoparticles van samenstellingshalfgeleiders en sommige metalen te veroorzaken. In het bijzonder, werden CdS nanoparticles door aërosol micro-druppeltjes geproduceerd te produceren die het zout van CD in de atmosfeer bevatten die waterstofsulfide bevat.

Het Deposito van de Chemische Damp (CVD)

CVD bestaat uit het activeren van een chemische reactie tussen de substraatoppervlakte en een gasachtige voorloper. De Activering kan of met temperatuur (Thermisch CVD) of met een plasma worden bereikt (PECVD: Het Plasma Verbeterde het Deposito van de Chemische Damp). Het belangrijkste voordeel is het nondirective aspect van deze technologie. Het Plasma staat toe om de procestemperatuur beduidend te verminderen in vergelijking met het thermische proces van CVD. CVD wordt wijd gebruikt om koolstof te produceren nanotubes.

Atoom of Moleculaire Condensatie

Deze methode wordt hoofdzakelijk voor metaal gebruikt dat nanoparticles bevat. Een bulkmateriaal wordt verwarmd in vacuüm om een stroom van gelaten verdampen en geatomiseerde kwestie te produceren, die aan een kamer geleid wordt die of inerte of reactieve gasatmosfeer bevat. Het Snelle koelen van de metaalatomen toe te schrijven aan hun botsing met de gasmolecules resulteert in de condensatie en de vorming van nanoparticles. Als een reactief gas zoals zuurstof dan wordt gebruikt wordt het metaaloxide nanoparticles geproduceerd.  

Het Gebruiken van Gas-Phase Condensatie om Metaal Nanopowders Te Produceren

De theorie van gas-phase condensatie voor de productie van metaalnanopowders is goed - het geweten, eerst heeft gerapporteerd in 1930. Gas-phase condensatie gebruikt een luchtledige kamer die uit een het verwarmen element bestaat, het metaal dat in nano-poeder moet worden gemaakt, de apparatuur van de poederinzameling en vacuümhardware.

Figuur 3. Principe van het materiaal van de inert gascondensatie.

Hoe het Gas-Phase Proces van de Condensatie Werkt

Het proces gebruikt een gas, dat typisch inert, bij drukhoogte genoeg is om deeltjesvorming te bevorderen, maar laag genoeg om de productie van sferische deeltjes toe te staan. Het Metaal wordt geïntroduceerd op een verwarmd element en snel gesmolten. Het metaal wordt snel genomen aan temperaturen ver boven het smeltpunt, maar minder dan het kookpunt, zodat een adequate dampdruk wordt bereikt. Het Gas wordt onophoudelijk geïntroduceerd in de kamer en door de pompen verwijderd, zodat beweegt de gasstroom het verdampte metaal vanaf het hete element. Aangezien het gas de metaaldamp koelt, nanometer-gerangschikte deeltjesvorm. Deze deeltjes zijn vloeibaar aangezien zij nog te heet om zijn stevig te zijn. De vloeibare deeltjes komen en voegen zich in een gecontroleerd milieu in botsing samen zodat de deeltjes aan specificatie groeien, sferisch blijvend en met vlotte oppervlakten. Aangezien de vloeibare deeltjes verder onder controle worden gekoeld, worden zij stevig en groeien niet meer. Op dit punt zijn nanoparticles zeer reactief, zodat zijn zij met een laag bedekt met een materiaal dat verdere interactie met andere deeltjes (agglomeratie) of met andere materialen verhindert.

Overkritische Vloeibare Synthese

De Methodes die overkritische vloeistoffen gebruiken zijn ook krachtig voor de synthese van nanoparticles. Voor deze methodes, worden de eigenschappen van een overkritische die vloeistof (vloeistof in overkritische staat door zijn temperatuur en zijn druk wordt gedwongen te regelen) gebruikt om zich te vormen nanoparticles door een snelle uitbreiding van een overkritische oplossing. De Overkritische vloeibare methode wordt momenteel ontwikkeld bij de proefschaal in een ononderbroken proces.

Het Spinnen om de Dunne Vezels van het Polymeer Te Maken

Een nieuwe technologie voor de vervaardiging van dunne polymeervezels is gebaseerd op het principe van het spinnen verdunde polymeeroplossingen op een hoogspannings elektrisch veld. Het Elektro spinnen is een proces waardoor een opgeschorte daling van polymeer met duizenden volts wordt belast. Bij een kenmerkend voltage vormt het druppeltje een Taylor kegel, en een fijne straal van polymeerversies van de oppervlakte in antwoord op de trekdiekrachten door interactie van een toegepast elektrisch gebied, met de elektrodielast worden geproduceerd door de straal wordt gedragen. Dit produceert een bundel van polymeervezels. De straal kan aan een aan de grond gezete oppervlakte worden geleid en als ononderbroken Web van vezels worden verzameld die zich in grootte van een paar µm aan minder dan 100 NM uitstrekken.

Het Gebruiken van Malplaatjes om Nanoparticles Te Vormen

Om Het Even Welk materiaal dat regelmatige nano-gerangschikte poriën of leegten bevat kan als te vormen malplaatje worden gebruikt zich nanoparticles. De Voorbeelden van dergelijke malplaatjes omvatten poreuze alumina, zeoliet, Di-blok copolymeren, dendrimers, proteïnen en andere molecules. Het malplaatje moet geen 3D voorwerp zijn. De Kunstmatige malplaatjes kunnen op een vliegtuigoppervlakte of een gas-liquid interface worden gecreeerd door zelf-geassembleerde monolayers te vormen.

Zelf-assemblage van Nanoparticles

Nanoparticles van een brede waaier van materialen - met inbegrip van een verscheidenheid van organische en biologische samenstellingen, maar ook anorganische oxyden, metalen, en halfgeleiders - kan worden verwerkt gebruikend chemische zelf-assemblagetechnieken. Deze technieken exploiteren selectieve gehechtheid van molecules aan specifieke oppervlakten, biomoleculaire erkenning en zelf-opdracht geeft tot principes (b.v. het preferentiële dokken van de bundels van DNA met bijkomende basisparen) evenals goed ontwikkelde chemie voor het vastmaken van molecules op clusters en substraten (de groepen b.v. van het thiol (- SH) eind) en andere technieken zoals omgekeerde micel, sonochemical, en fotochemische synthese om 1-D, tweede en 3-D zelf-geassembleerde nanostructures te realiseren. De moleculaire bouwstenen doen dienst als delen van een puzzel die samen in een perfecte orde zonder een duidelijke drijf aanwezige kracht toetreden.

De Moleculaire Nanotechnologie Biedt Visies voor de Toekomst aan

nanotechnological concepties op lange termijn en de onrealistische, echter, gaan ver verder dan deze eerste benaderingen. Dit is in het bijzonder op de ontwikkeling van biomimetic materialen met de capaciteit van zelf-organisatie, self-healing en zelf-replicatie van toepassing door middel van moleculaire nanotechnologie. Één doelstelling is hier respectievelijk de combinatie synthetische en biologische materialen, architectuur en systemen, de imitatie van biologische processen voor technologische toepassingen. Dit gebied van nanobiotechnologie is momenteel nog in de staat van basisonderzoek, maar als één van de veelbelovendste onderzoekgebieden voor de toekomst beschouwd.

Nota: Een volledige lijst van verwijzingen kan worden gevonden door naar de oorspronkelijke tekst te verwijzen.

Primaire auteur: Dr. Wolfgang Luther (redacteur).

Bron: De Toekomstige Afdeling van Technologieën van (Verein Deutscher Ingenieure) Rapport VDI: ` Industriële Toepassing van Nanomaterials - Kansen en Risico's: De Analyse van de Technologie'.

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve http://www.zt-consulting.de.

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

Last Update: 12. June 2013 22:51

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit