Исследование NIST показывает, как продвигать производство наночастиц

Изготовление наночастиц действительно доказывает, что «хорошие вещи приходят в небольших упаковках». Этот процесс относится к разработке материальных единиц, размер которых составляет менее 100 нанометров, то есть в 100 000 раз меньше, чем мрамор .

Электронная микрофотография, показывающая наночастицы арсенида галлия различной формы и размеров. Такая гетерогенность может увеличить затраты и ограничить прибыль при производстве наночастиц в продуктах. Новое исследование NIST рекомендует исследователям, изготовителям и администраторам работать вместе для решения этой проблемы и других распространенных проблем в производстве наночастиц. (Image credit: A. Demotiere, E. Shevchenko / Argonne National Laboratory)

Современные инженерные наночастицы являются ключевыми компонентами всего, прямо из нанокристаллов квантовой точки, окрашивая яркие дисплеи телевизоров следующего поколения в крошечные кусочки серебра, помогающие бинтам, защищающим от инфекции. И наоборот, коммерческие предприятия, желающие получить от этих миниатюрных строительных блоков, сталкиваются с несколькими проблемами контроля качества, которые необходимо решать, или же они могут увеличить издержки производства, снизить эффективность и ограничить коммерческий эффект продуктов, которые их объединяют.

Чтобы помочь преодолеть эти барьеры, некоммерческий Всемирный центр оценки технологий (WTEC) и Национальный институт стандартов и технологий (NIST) предлагают, чтобы производители, исследователи и администраторы наночастиц должны «соединять точки», принимая во внимание их общих сложностях в широком смысле и обмениваются с ними взаимно, а не отдельно. Чтобы достичь этого, знания должны передаваться по различным дисциплинам, необходимо координировать действия между организациями, а ресурсы должны быть разделены для обеспечения решений. Новая статья в журнале ACS Applied Nano Materials описывает рекомендации.

Мы рассмотрели общую картину производства наночастиц, чтобы выявить проблемы, общие для разных материалов, процессов и приложений. Решение этих проблем могло бы помочь всему предприятию .

Самуэль Ставис, NIST физик-ученый и ведущий автор

Новая статья дает основу для лучшего понимания этих проблем. Это кульминация исследований, проведенных организованным NIST семинаром, который сосредоточился на важной проблеме смягчения или уменьшения неоднородности, непреднамеренных различий в форме, размере и других формах наночастиц, которые происходят во время их производства.

« Неоднородность может иметь значительные последствия в производстве наночастиц », – заявил Джеффри Фаган, инженер-химик NIST и соавтор.

В своей работе авторы отметили, что наиболее выигрышные нововведения в производстве наночастиц уменьшают гетерогенность на ранних этапах операции, что снижает требования к последующей обработке. Это упрощает характеристики, уменьшает количество отходов и усиливает включение наночастиц в продукты, все из которых в конечном итоге сэкономит средства.

Чтобы проиллюстрировать это, авторы сравнили производство углеродных нанотрубок и наночастиц золота. Для золота затраты, связанные с первоначальным синтезом, могут быть высокими; однако сходство полученных наночастиц требует меньшей характеристики и очистки, заявили они. Следовательно, наночастицы золота могут быть превращены в широкий спектр продуктов, например датчиков, при гораздо меньших затратах. С другой стороны, более гетерогенные углеродные нанотрубки являются сравнительно менее дорогостоящими для синтеза, но для их получения требуются дополнительные обработки для получения требуемых свойств. Дополнительные затраты на момент изготовления в настоящее время делают нанотрубки жизнеспособными для высокоценных приложений, например, для цифровых логических устройств.

Хотя эти наночастицы и их конечные продукты сильно отличаются друг от друга, заинтересованные стороны в их производстве могут многому научиться из лучших практик друг друга. Делясь знаниями, они могли бы улучшить оба, казалось бы, разрозненных операций .

Дж. Александр Лиддл, научный сотрудник NIST и соавтор

По мнению авторов, определение способов, подобных этому для соединения точек, чрезвычайно важно для новых предприятий, которые хотят перенести инновационные технологии наночастиц из лаборатории на рынок.

Производство наночастиц может стать настолько дорогостоящим, что финансирование истекает до того, как конечный продукт может быть коммерциализирован. В нашей статье мы изложили несколько возможностей для улучшения шансов, что новые предприятия переживут свои путешествия через эту передачу технологий «долину смерти» .

Майкл Стопа, консультант WTEC по нанотехнологиям и соавтор

Наконец, авторы рассмотрели, как инновации и производственные проблемы влияют на постоянно растущее число приложений для наночастиц, в том числе в областях энергетики, материалов, электроники и здравоохранения.

Source link