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做的納米技術產品自下向上方法

包括的事宜

背景

什麼處理使用為自下向上製造?

如何控制 Nanoparticles 的建築和增長

溶膠凝膠相互轉換的進程

基於濕劑的進程 (噴洒)

化學氣相沉積 (CVD)

基本或分子結露

使用生產氣相的結露金屬 Nanopowders

如何氣相結露處理工作

超臨界可變的綜合

做稀薄的聚合物纖維的空轉

使用形成的模板 Nanoparticles

Nanoparticles 自集合

分子納米技術提供展望為將來

背景

如下列圖所顯示,有可用二種通用的方式生產 nanomaterials。 第一個方式將開始從一份粒狀材料然後闖進它更小的部分使用機械,化學製品或者其他能量的形式 (自頂向下)。 一個相反的途徑將綜合從基本或分子種類的材料通過化學反應,允許前體微粒在大小上增長 (自下向上)。 兩個途徑可以完成在氣體,液體,超臨界流體,固定的狀態,或者在真空。 大多製造商是對這個能力控制感興趣: a) 顆粒大小 b) 微粒形狀 c) 大小分佈 d) 微粒構成 e) 程度微粒附聚。

圖 1。 對 nanomaterials 製造的二個基本的途徑: 從左在右邊) 和自下向上 (從權利到左邊)。

什麼進程為自下向上製造使用?

導致 nanoparticles 的即方法由原子是在解決方法溶膠凝膠相互轉換處理的轉換基礎上的化學過程,化學氣相沉積 (CVD)、等離子或者火焰噴塗的綜合,激光加熱分解,基本或者分子結露。 這些化學過程依靠適當的 「金屬有機」分子的可用性作為前體。 溶膠凝膠相互轉換處理與其他化學過程有所不同由於其相對地低處理溫度。 這做溶膠凝膠相互轉換處理有效和多才多藝。 在噴洒的進程中反應劑 (氣體、液體以形式的兩個的濕劑或混合物流) 被引入給例如等離子噴塗設備或二氧化碳激光器生產的高能火焰。 反應劑分解,并且微粒在火焰被形成由同類的生核和增長。 迅速冷卻導致 nanoscale 微粒的形成。  

這些是化學過程對在解決方法的轉換基礎上的材料例如溶膠凝膠相互轉換處理,與氫結合或 solvo 熱量綜合,金屬化有機分解 (MOD),或者在蒸氣階段化學氣相沉積 (CVD)。 多數化工途徑依靠適當的 「金屬有機」分子的可用性作為前體。 在金屬氧化物中,即金屬 b-diketonates 和金屬 carboxylates 多種前體,金屬醇鹽是最多才多藝的。 他們為接近所有要素是可用的,并且從便宜的原料的有效綜合為一些被開發了。 

如何控制 Nanoparticles 的建築和增長

二種通用方式是可用控制 nanoparticles 的形成和增長。 一個人稱被拘捕的降雨雪并且取決於精疲力盡其中一反應劑或將阻攔這種回應化學製品的簡介。 另一個方法依靠這個數量的一個實際限制可用為各自的 nanoparticles 的增長通過使用模板。   

溶膠凝膠相互轉換的進程

sol 膠凝體技術是膠質 nanoparticles 的生成的一種長期建立的工業生產方法從液體階段的,那在先進的 nanomaterials 和塗層的生產的最後歲月進一步被開發了。 Sol 膠凝體進程為氧化物 nanoparticles 和綜合 nanopowders 綜合很好適應。 溶膠凝膠相互轉換的技術的主要優點材料的準備的是低溫處理,通用性和靈活的流變學允許容易塑造和埋置。 他們提供唯一機會給對有機無機材料的存取。 氧化物最常用的前體是醇鹽,由於他們的商業可用性和對平均觀測距離政券准許的輕便在原處剪裁的高負債在處理期間。

圖 2. nanocomposites 的系統模式由溶膠凝膠相互轉換生產了。

基於濕劑的進程

基於濕劑的進程是 nanoparticles 的工業生產的一個公用方法。 濕劑可以被定義成在氣相的固定或液體微粒,微粒可能從分子在大小上範圍至 100 µm。 濕劑用於行業製造在基礎科學之前,并且濕劑的工程瞭解。 例如,用於顏料和被加強的車胎的炭黑微粒是由碳氫化合物燃燒導致的; 鈦白顏料用於油漆和塑料由鈦四氯化物的氧化作用做; 發怒的從各自 tetrachlorides 形成的硅土和鈦白由火焰加熱分解; 光纖是由相似的進程製造的。

傳統上,噴洒用於烘乾濕材料或存款塗層。 微粒的噴洒前體化學製品在激昂的表面上或到在前體加熱分解的熱氣氛結果裡和形成。 例如,室溫電鍍物品噴洒的進程在牛津大學被開發導致化合物半導體和那些金屬 nanoparticles。 特別是, CdS nanoparticles 是通過生成包含 CD 的鹽的濕劑微型小滴導致的在包含氫化硫的氣氛。

化學氣相沉積 (CVD)

CVD 在激活包括在基體表面和一個氣體前體之間的一個化學反應。 啟動可以達到與溫度 (熱量 CVD) 或與等離子 (PECVD : 等離子改進的化學氣相沉積)。 主要優點是此技術的 nondirective 方面。 等離子准許極大減少這個處理溫度與熱量 CVD 進程比較。 CVD 是用途廣泛導致碳 nanotubes。

基本或分子結露

此方法主要為包含 nanoparticles 的金屬使用。 一份粒狀材料在真空被加熱生產被汽化的和被霧化的問題流,處理對包含惰性或易反應的氣體氣氛的房間。 迅速冷卻金屬原子由於他們的與氣體分子的衝突導致 nanoparticles 的結露和形成。 如果那麼使用得像氧氣的易反應的氣體金屬氧化物 nanoparticles 導致。  

使用生產氣相的結露金屬 Nanopowders

氣相結露的原理金屬 nanopowders 的生產的是著名的,在 1930年首先報告。 氣相結露使用包括發熱設備、這種金屬將做的成納諾粉末,粉末收集設備和真空硬件的一個真空箱。

圖 3. 惰性氣體結露材料原則。

如何氣相結露處理工作

這個進程使用氣體,是典型地惰性的,在足够壓力大促進微粒形成,但是足够低允許球狀微粒的生產。 金屬介紹在一個激昂的要素上和迅速地被熔化。 這種金屬比沸點迅速被採取對溫度遠高於這個熔點,但是較少,因此足够的汽壓達到。 不斷地被引入到這個房間并且泵取消氣體,因此氣體流移動遠離熱要素的被蒸發的金屬。 因為氣體冷卻金屬蒸氣,毫微米尺寸微粒形成。 因為他們仍然太熱的以至於不能是固定的,這些微粒是液體的。 液體微粒在一個受控環境裡碰撞并且聯合,以便微粒成長為說明,保持球狀和與平穩的表面。 當液體微粒進一步冷卻在控制下,他們成為固體并且不再增長。 這時 nanoparticles 是非常易反應的,因此他們用防止進一步交往與其他微粒的材料塗 (附聚) 或與其他材料。

超臨界可變的綜合

使用超臨界流體的方法為 nanoparticles 綜合也是強大的。 對於這些方法,超臨界流體 (流動牽強的屬性到超臨界狀態通過調控其溫度和其壓) 由一個超臨界解決方法的迅速擴展用於形成 nanoparticles。 超臨界可變的方法在一個連續過程中當前被開發在小規模。

做稀薄的聚合物纖維的空轉

稀薄的聚合物纖維製造的一種新興技術在空轉基礎上在一個高壓電場的稀釋聚合物解決方法的原則。 電鍍物品空轉是聚合物被暫停的下落充電與千位伏特的進程。 在典型電壓小滴形成泰勒錐體,并且聚合物一架細致的噴氣機從表面發行以回應一個應用的電場的交往生成的張力,当電荷運載由噴氣機。 這生產束聚合物纖維。 噴氣機可以處理到地面表面和收集作為在大小上範圍從一些 µm 的纖維一個持續萬維網到少於 100 毫微米。

使用形成的模板 Nanoparticles

包含正常納諾尺寸毛孔或無效的所有材料可以用於作為模板形成 nanoparticles。 示例的這樣模板包括多孔氧化鋁、泡沸石、二塊共聚物、 dendrimers、蛋白質和其他分子。 這塊模板不必須是 3D 對象。 人為模板在平面表面或一個氣液的界面可以被創建通過形成自被彙編的單層。

Nanoparticles 自集合

各種各樣的材料 Nanoparticles - 包括各種各樣的有機和生物化合物,而且無機氧化物、金屬和半導體 - 使用化工自集合技術,能被處理。 這些技術剝削分子的有選擇性的附件對比表面、生物化子的識別和自命令的原則 (即優先相接與補充基本對的脫氧核糖核酸子線) 以及附有的分子高度發達化學在字符串和基體 (即噓硫烴 (-) 末端組) 上和像反向膠束的其他技術, sonochemical 和光化學綜合認識到 1-D,第 2 和三維自被彙編的 nanostructures。 分子構件作為一起加入一理想的順序,不用明顯的驅動力存在一個七巧板的部分。

分子納米技術提供展望為將來

長期和幻想 nanotechnological 構想,然而,去更在這些第一個途徑之外。 這特別是適用於 biomimetic 材料的發展與組織工會,自恢復性能和自副本的能力的通過分子納米技術。 這裡一個目的分別為綜合和生物材料,結構和系統的組合,生物學過程的模仿技術應用的。 nanobiotechnology 的此域仍然當前在基礎研究狀態,但是把視為其中一個最有為的研究域為將來。

注意: 參考一個完整的目錄可以通過是指原文找到。

主要作者: 沃爾夫岡 Luther (編輯) 博士。

來源: VDI (Verein Deutscher Ingenieure) 報表將來的技術部: Nanomaterials 的 ` 行業應用 - 機會和風險: 技術分析』。

關於此來源的更多信息请請參觀 http://www.zt-consulting.de

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

Last Update: 12. June 2013 22:49

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