Łączenie kropek (nano): Myślenie wielkoformatowe może przyspieszyć wytwarzanie nanocząsteczek

Anonim

Produkcja nanocząsteczek, produkcja mniejszych niż 100 nanometrów materiałów (100 000 razy mniejszych niż marmur) dowodzi, że "dobre rzeczy są dostarczane w małych opakowaniach". Dzisiejsze zaprojektowane nanocząsteczki są integralnymi komponentami wszystkiego, od nanokryształów kropki kwantowej, barwiących genialne wyświetlacze najnowocześniejszych telewizorów po maleńkie kawałki srebrnych bandaży pomagających chronić przed infekcjami. Jednak komercyjne przedsięwzięcia, które chcą czerpać korzyści z tych niewielkich elementów, mają problemy z kontrolą jakości, które, jeśli nie zostaną podjęte, mogą obniżyć wydajność, zwiększyć koszty produkcji i ograniczyć komercyjny wpływ produktów, które je zawierają.

Aby pomóc w pokonaniu tych przeszkód, Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) oraz Światowe Centrum Oceny Technologii (WTEC) wspierają, aby badacze nanocząsteczek, producenci i administratorzy "łączą punkty", rozpatrując wspólnie ich wspólne wyzwania i radząc sobie z nimi zbiorowo, a nie niż indywidualnie. Obejmuje to przekazywanie wiedzy między różnymi dyscyplinami, koordynowanie działań między organizacjami i dzielenie się zasobami w celu ułatwienia rozwiązań.

Zalecenia zostały przedstawione w nowej publikacji w czasopiśmie ACS Applied Nano Materials.

"Przyjrzeliśmy się wielkiemu obrazowi wytwarzania nanocząstek, aby zidentyfikować problemy, które są wspólne dla różnych materiałów, procesów i aplikacji", powiedział fizyk NIST Samuel Stavis, główny autor artykułu. "Rozwiązanie tych problemów może przyczynić się do rozwoju całego przedsiębiorstwa."

Nowy dokument zapewnia ramy pozwalające lepiej zrozumieć te problemy. Jest to zwieńczenie badań zainicjowanych przez warsztat zorganizowany przez NIST, który skupił się na podstawowym wyzwaniu zmniejszenia lub złagodzenia niejednorodności, nieumyślnych zmian wielkości, kształtu i innych cech nanocząstek występujących podczas ich wytwarzania.

"Heterogenność może mieć znaczące konsekwencje w wytwarzaniu nanocząsteczek" - powiedział inżynier chemii NIST i współautor Jeffrey Fagan.

W swoim artykule autorzy zauważyli, że najbardziej opłacalne innowacje w wytwarzaniu nanocząsteczek minimalizują heterogeniczność na wczesnych etapach operacji, zmniejszając potrzebę późniejszego przetwarzania. Zmniejsza to ilość odpadów, upraszcza charakterystykę i poprawia integrację nanocząsteczek w produkty, co pozwala zaoszczędzić pieniądze.

Autorzy zilustrowali to, porównując produkcję nanocząstek złota i nanorurek węglowych. Dla złota, stwierdzili, początkowe koszty syntezy mogą być wysokie, ale podobieństwo wytworzonych nanocząstek wymaga mniejszego oczyszczania i charakteryzacji. W związku z tym można je wytwarzać w różnorodnych produktach, takich jak czujniki, przy stosunkowo niskich kosztach.

W przeciwieństwie do tego, bardziej heterogeniczne nanorurki węglowe są tańsze w syntezie, ale wymagają więcej przetwarzania, aby uzyskać te o pożądanych właściwościach. Dodatkowe koszty podczas wytwarzania sprawiają, że nanorurki są praktyczne tylko w przypadku zastosowań o dużej wartości, takich jak cyfrowe urządzenia logiczne.

"Chociaż te nanocząsteczki i ich produkty końcowe są bardzo różne, interesariusze w ich produkcji mogą się wiele nauczyć od najlepszych praktyk" - powiedział naukowiec NIST i współautor J. Alexander Liddle. "Dzieląc się wiedzą, mogą udoskonalić obie pozornie odmienne operacje."

Znalezienie takich sposobów łączenia kropek, jak stwierdzili autorzy, jest niezwykle istotne dla nowych przedsięwzięć, które chcą przenosić technologie nanocząstek z laboratorium na rynek.

"Produkcja nanocząsteczek może stać się tak kosztowna, że ​​finansowanie wygasa, zanim produkt końcowy zostanie skomercjalizowany" - powiedział konsultant ds. Nanotechnologii WTEC i współautor Michael Stopa. "W naszym artykule nakreśliliśmy kilka możliwości poprawy szans, że nowe przedsięwzięcia przetrwają podróż przez tę dolinę śmierci transferu technologii".

Na koniec autorzy zastanawiali się, w jaki sposób wyzwania produkcyjne i innowacje wpływają na stale rosnącą liczbę zastosowań nanocząsteczek, w tym w dziedzinie elektroniki, energii, opieki zdrowotnej i materiałów.

menu
menu