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做的纳米技术产品自下向上方法

包括的事宜

背景

什么处理使用为自下向上制造?

如何控制 Nanoparticles 的建筑和增长

溶胶凝胶相互转换的进程

基于湿剂的进程 (喷洒)

化学气相沉积 (CVD)

基本或分子结露

使用生产气相的结露金属 Nanopowders

如何气相结露处理工作

超临界可变的综合

做稀薄的聚合物纤维的空转

使用形成的模板 Nanoparticles

Nanoparticles 自集合

分子纳米技术提供展望为将来

背景

如下列图所显示,有可用二种通用的方式生产 nanomaterials。 第一个方式将开始从一份粒状材料然后闯进它更小的部分使用机械,化学制品或者其他能量的形式 (自顶向下)。 一个相反的途径将综合从基本或分子种类的材料通过化学反应,允许前体微粒在大小上增长 (自下向上)。 两个途径可以完成在气体,液体,超临界流体,固定的状态,或者在真空。 大多制造商是对这个能力控制感兴趣: a) 颗粒大小 b) 微粒形状 c) 大小分布 d) 微粒构成 e) 程度微粒附聚。

图 1。 对 nanomaterials 制造的二个基本的途径: 从左在右边) 和自下向上 (从权利到左边)。

什么进程为自下向上制造使用?

导致 nanoparticles 的即方法由原子是在解决方法溶胶凝胶相互转换处理的转换基础上的化学过程,化学气相沉积 (CVD)、等离子或者火焰喷涂的综合,激光加热分解,基本或者分子结露。 这些化学过程依靠适当的 “金属有机”分子的可用性作为前体。 溶胶凝胶相互转换处理与其他化学过程有所不同由于其相对地低处理温度。 这做溶胶凝胶相互转换处理有效和多才多艺。 在喷洒的进程中反应剂 (气体、液体以形式的两个的湿剂或混合物流) 被引入给例如等离子喷涂设备或二氧化碳激光器生产的高能火焰。 反应剂分解,并且微粒在火焰被形成由同类的生核和增长。 迅速冷却导致 nanoscale 微粒的形成。  

这些是化学过程对在解决方法的转换基础上的材料例如溶胶凝胶相互转换处理,与氢结合或 solvo 热量综合,金属化有机分解 (MOD),或者在蒸气阶段化学气相沉积 (CVD)。 多数化工途径依靠适当的 “金属有机”分子的可用性作为前体。 在金属氧化物中,即金属 b-diketonates 和金属 carboxylates 多种前体,金属醇盐是最多才多艺的。 他们为接近所有要素是可用的,并且从便宜的原料的有效综合为一些被开发了。 

如何控制 Nanoparticles 的建筑和增长

二种通用方式是可用控制 nanoparticles 的形成和增长。 一个人称被拘捕的降雨雪并且取决于精疲力尽其中一反应剂或将阻拦这种回应化学制品的简介。 另一个方法依靠这个数量的一个实际限制可用为各自的 nanoparticles 的增长通过使用模板。   

溶胶凝胶相互转换的进程

sol 胶凝体技术是胶质 nanoparticles 的生成的一种长期建立的工业生产方法从液体阶段的,那在先进的 nanomaterials 和涂层的生产的最后岁月进一步被开发了。 Sol 胶凝体进程为氧化物 nanoparticles 和综合 nanopowders 综合很好适应。 溶胶凝胶相互转换的技术的主要优点材料的准备的是低温处理,通用性和灵活的流变学允许容易塑造和埋置。 他们提供唯一机会给对有机无机材料的存取。 氧化物最常用的前体是醇盐,由于他们的商业可用性和对平均观测距离政券准许的轻便在原处剪裁的高负债在处理期间。

图 2. nanocomposites 的系统模式由溶胶凝胶相互转换生产了。

基于湿剂的进程

基于湿剂的进程是 nanoparticles 的工业生产的一个公用方法。 湿剂可以被定义成在气相的固定或液体微粒,微粒可能从分子在大小上范围至 100 µm。 湿剂用于行业制造在基础科学之前,并且湿剂的工程了解。 例如,用于颜料和被加强的车胎的炭黑微粒是由碳氢化合物燃烧导致的; 钛白颜料用于油漆和塑料由钛四氯化物的氧化作用做; 发怒的从各自 tetrachlorides 形成的硅土和钛白由火焰加热分解; 光纤是由相似的进程制造的。

传统上,喷洒用于烘干湿材料或存款涂层。 微粒的喷洒前体化学制品在激昂的表面上或到在前体加热分解的热气氛结果里和形成。 例如,室温电镀物品喷洒的进程在牛津大学被开发导致化合物半导体和那些金属 nanoparticles。 特别是, CdS nanoparticles 是通过生成包含 CD 的盐的湿剂微型小滴导致的在包含氢化硫的气氛。

化学气相沉积 (CVD)

CVD 在激活包括在基体表面和一个气体前体之间的一个化学反应。 启动可以达到与温度 (热量 CVD) 或与等离子 (PECVD : 等离子改进的化学气相沉积)。 主要优点是此技术的 nondirective 方面。 等离子准许极大减少这个处理温度与热量 CVD 进程比较。 CVD 是用途广泛导致碳 nanotubes。

基本或分子结露

此方法主要为包含 nanoparticles 的金属使用。 一份粒状材料在真空被加热生产被汽化的和被雾化的问题流,处理对包含惰性或易反应的气体气氛的房间。 迅速冷却金属原子由于他们的与气体分子的冲突导致 nanoparticles 的结露和形成。 如果那么使用得象氧气的易反应的气体金属氧化物 nanoparticles 导致。  

使用生产气相的结露金属 Nanopowders

气相结露的原理金属 nanopowders 的生产的是著名的,在 1930年首先报告。 气相结露使用包括发热设备、这种金属将做的成纳诺粉末,粉末收集设备和真空硬件的一个真空箱。

图 3. 惰性气体结露材料原则。

如何气相结露处理工作

这个进程使用气体,是典型地惰性的,在足够压力大促进微粒形成,但是足够低允许球状微粒的生产。 金属介绍在一个激昂的要素上和迅速地被熔化。 这种金属比沸点迅速被采取对温度远高于这个熔点,但是较少,因此足够的汽压达到。 不断地被引入到这个房间并且泵取消气体,因此气体流移动远离热要素的被蒸发的金属。 因为气体冷却金属蒸气,毫微米尺寸微粒形成。 因为他们仍然太热的以至于不能是固定的,这些微粒是液体的。 液体微粒在一个受控环境里碰撞并且联合,以便微粒成长为说明,保持球状和与平稳的表面。 当液体微粒进一步冷却在控制下,他们成为固体并且不再增长。 这时 nanoparticles 是非常易反应的,因此他们用防止进一步交往与其他微粒的材料涂 (附聚) 或与其他材料。

超临界可变的综合

使用超临界流体的方法为 nanoparticles 综合也是强大的。 对于这些方法,超临界流体 (流动牵强的属性到超临界状态通过调控其温度和其压) 由一个超临界解决方法的迅速扩展用于形成 nanoparticles。 超临界可变的方法在一个连续过程中当前被开发在小规模。

做稀薄的聚合物纤维的空转

稀薄的聚合物纤维制造的一种新兴技术在空转基础上在一个高压电场的稀释聚合物解决方法的原则。 电镀物品空转是聚合物被暂停的下落充电与千位伏特的进程。 在典型电压小滴形成泰勒锥体,并且聚合物一架细致的喷气机从表面发行以回应一个应用的电场的交往生成的张力,当电荷运载由喷气机。 这生产束聚合物纤维。 喷气机可以处理到地面表面和收集作为在大小上范围从一些 µm 的纤维一个持续万维网到少于 100 毫微米。

使用形成的模板 Nanoparticles

包含正常纳诺尺寸毛孔或无效的所有材料可以用于作为模板形成 nanoparticles。 示例的这样模板包括多孔氧化铝、泡沸石、二块共聚物、 dendrimers、蛋白质和其他分子。 这块模板不必须是 3D 对象。 人为模板在平面表面或一个气液的界面可以被创建通过形成自被汇编的单层。

Nanoparticles 自集合

各种各样的材料 Nanoparticles - 包括各种各样的有机和生物化合物,而且无机氧化物、金属和半导体 - 使用化工自集合技术,能被处理。 这些技术剥削分子的有选择性的附件对比表面、生物化子的识别和自命令的原则 (即优先相接与补充基本对的脱氧核糖核酸子线) 以及附有的分子高度发达化学在字符串和基体 (即嘘硫烃 (-) 末端组) 上和象反向胶束的其他技术, sonochemical 和光化学综合认识到 1-D,第 2 和三维自被汇编的 nanostructures。 分子构件作为一起加入一理想的顺序,不用明显的驱动力存在一个七巧板的部分。

分子纳米技术提供展望为将来

长期和幻想 nanotechnological 构想,然而,去更在这些第一个途径之外。 这特别是适用于 biomimetic 材料的发展与组织工会,自恢复性能和自副本的能力的通过分子纳米技术。 这里一个目的分别为综合和生物材料,结构和系统的组合,生物学过程的模仿技术应用的。 nanobiotechnology 的此域仍然当前在基础研究状态,但是把视为其中一个最有为的研究域为将来。

注意: 参考一个完整的目录可以通过是指原文找到。

主要作者: 沃尔夫冈 Luther (编辑) 博士。

来源: VDI (Verein Deutscher Ingenieure) 报表将来的技术部: Nanomaterials 的 ` 行业应用 - 机会和风险: 技术分析’。

关于此来源的更多信息请参观 http://www.zt-consulting.de

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

Last Update: 12. June 2013 22:46

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