Verbinden der (Nano-) Punkte: Big Picture Thinking kann die Herstellung von Nanopartikeln voranbringen

Anonim

Die Herstellung von Nanopartikeln, die Herstellung von Materialeinheiten mit einer Größe von weniger als 100 Nanometern (100.000 Mal kleiner als eine Murmel), beweist das Sprichwort, dass "gute Dinge in kleinen Paketen kommen". Die heute entwickelten Nanopartikel sind ein integraler Bestandteil von allem, von Quantennanokristallen, die die brillanten Displays moderner Fernsehgeräte einfärben, bis hin zu winzigen Stücken von Silber, die Bandagen vor Infektionen schützen. Allerdings sind kommerzielle Unternehmen, die von diesen winzigen Bausteinen profitieren wollen, mit Fragen der Qualitätskontrolle konfrontiert, die, wenn sie nicht berücksichtigt werden, die Effizienz verringern, die Produktionskosten erhöhen und die kommerziellen Auswirkungen der Produkte, die sie enthalten, einschränken.

Um diese Hindernisse zu überwinden, setzen sich das Nationale Institut für Standards und Technologie (NIST) und das gemeinnützige World Technology Evaluation Center (WTEC) dafür ein, dass Nanopartikel-Forscher, Hersteller und Administratoren "die Punkte verbinden", indem sie ihre gemeinsamen Herausforderungen aufgreifen und gemeinsam angehen als individuell. Dazu gehört der fachübergreifende Wissenstransfer, die Koordination von Aktionen zwischen Organisationen und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen zur Erleichterung von Lösungen.

Die Empfehlungen werden in einem neuen Artikel in der Zeitschrift ACS Applied Nano Materials vorgestellt .

"Wir haben uns das große Bild der Nanopartikelherstellung angesehen, um Probleme zu identifizieren, die für verschiedene Materialien, Prozesse und Anwendungen typisch sind", sagte NIST-Physiker Samuel Stavis, Hauptautor der Studie. "Die Lösung dieser Probleme könnte das gesamte Unternehmen voranbringen."

Das neue Papier bietet einen Rahmen, um diese Probleme besser zu verstehen. Es ist der Höhepunkt einer Studie, die von einem Workshop des NIST initiiert wurde und sich auf die grundlegende Herausforderung konzentrierte, die Heterogenität, die unbeabsichtigten Variationen in der Größe, Form und anderen Eigenschaften der Nanopartikel während ihrer Herstellung zu reduzieren oder zu mildern.

"Heterogenität kann erhebliche Auswirkungen auf die Nanopartikelherstellung haben", sagte NIST-Chemieingenieur und Co-Autor Jeffrey Fagan.

In ihrer Arbeit wiesen die Autoren darauf hin, dass die profitabelsten Innovationen bei der Herstellung von Nanopartikeln die Heterogenität in den frühen Phasen der Operation minimieren, was die Notwendigkeit für eine nachfolgende Verarbeitung verringert. Dies verringert die Verschwendung, vereinfacht die Charakterisierung und verbessert die Integration von Nanopartikeln in Produkte, die alle Geld sparen.

Die Autoren veranschaulichten den Punkt, indem sie die Produktion von Gold-Nanopartikeln und Kohlenstoff-Nanoröhren verglichen. Für Gold, so erklärten sie, können die anfänglichen Kosten für die Synthese hoch sein, aber die Ähnlichkeit der hergestellten Nanopartikel erfordert weniger Reinigung und Charakterisierung. Daher können sie zu relativ geringen Kosten zu einer Vielzahl von Produkten, wie etwa Sensoren, verarbeitet werden.

Im Gegensatz dazu sind die heterogeneren Kohlenstoff-Nanoröhren weniger teuer zu synthetisieren, erfordern jedoch eine weitere Verarbeitung, um diejenigen mit gewünschten Eigenschaften zu ergeben. Die zusätzlichen Kosten während der Herstellung machen Nanoröhren derzeit nur für hochwertige Anwendungen wie digitale Logikgeräte praktikabel.

"Obwohl diese Nanopartikel und ihre Endprodukte sehr unterschiedlich sind, können die Stakeholder in ihrer Herstellung viel von den Best Practices der jeweils anderen lernen", sagte NIST-Materialwissenschaftler und Co-Autor J. Alexander Liddle. "Durch das Teilen von Wissen können sie möglicherweise beide scheinbar unterschiedlichen Vorgänge verbessern."

Solche Wege zu finden, um die Punkte zu verbinden, sind laut den Autoren von entscheidender Bedeutung für neue Unternehmungen, die Nanopartikel-Technologien vom Labor auf den Markt transferieren wollen.

"Die Herstellung von Nanopartikeln kann so teuer werden, dass die Finanzierung ausläuft, bevor das Endprodukt kommerzialisiert werden kann", sagte WTEC-Berater für Nanotechnologie und Co-Autor Michael Stopa. "In unserem Artikel haben wir einige Möglichkeiten aufgezeigt, um die Chancen zu verbessern, dass neue Unternehmungen ihre Reisen durch dieses Technologietransfer-Tal des Todes überleben werden."

Abschließend erörterten die Autoren, wie Herausforderungen und Innovationen bei der Herstellung sich auf die ständig wachsende Zahl von Anwendungen für Nanopartikel auswirken, einschließlich solcher in den Bereichen Elektronik, Energie, Gesundheitspflege und Materialien.

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