невероятным усадки,

Обновление

Когда дело доходит до новых способов обработки, нанотехнологиями продолжает "нижней панели"

anotechnology процессы зачастую определяются как компоненты с участием не более 100 нм. В этом контексте, что эти процессы не новы для инженеров-химиков - катализа и кристаллизации сразу же приходят на ум. Новым является способ инженеры разрабатывают процессы и материалы, активно использовать законы природы на наноуровне. И это также все большее внимание - $ 422 млн бюджета на 2001 год для Национального нанотехнологической инициативы, распространение новых консорциумов и центров в американских университетах и научно-исследовательских институтов, а также основные обязательства правительств по всему миру - от Канады до Кореи.

Большинство внимание средств массовой информации, однако, подчеркнул футуристическими пейзажами. "Эти мечты о создании нанороботов концептуально красиво, но это может занять миллионы лет, чтобы сделать их", говорит исследователь Лайош Балог в Центре биологической Нанотехнологии в Univ. Мичигана (UM; Энн-Арбор). "Я хотел бы для получения информации в интересах других и себя, в настоящее время". Исследователи терпеливо рабочих лучше понять, каким образом все это работает на атомарном уровне, используя эти знания для улучшения материалов и их приложения.

Прекрасным примером является nanoclays, тромбоциты глины материалов около 1 нм и 100 запустить в диаметре, которые могут быть распределены в матрице (например, полимер) для создания композита. Как соломы используется для укрепления кирпича, тромбоциты рассеять механических напряжений по всему материалу. Но, поскольку усиление происходит на таких крошечных масштабах, нанокомпозиты являются более эффективными. "Вы можете использовать малое количество, скажем, 5%, из nanoclays для приложений, требующих 20% от традиционных наполнителей, как стекловолокно, говорит Аль-Росси, консультант Начала партнеры (Экстон, PA). Нанокомпозитов также можете воспользоваться нагрузки выше 10% без ущерба для пластичности, которая не в случае с традиционными наполнителями, говорит консультант Филипп Уилсон (Commerce Township, MI). В экспериментальных условиях, нанокомпозиты были произведены с 6:55 раз изгиб модуля, без потери пластичности, говорит Уилсон.

Хотя это уже 10 лет после Toyota Центральной R

Однако успешное применение могут придать длинной цепи выгоды. Даже 3-кратное увеличение модуля, например, будет также означать большее растяжение и изгиб сильные и истиранию и сопротивление рынков, а также значительно ниже, коэффициент теплового расширения, говорит Уилсон. Injection-формованных деталей может быть тоньше, что приводит к снижению веса, материала и цикла, и, потому, что тромбоциты настолько малы, нанокомпозитов будет полностью перерабатывается. С помощью этих улучшений, Уилсон говорит, товарных смол может когда-нибудь заменить те, высокопроизводительных техники.

Пластинки могут также выступать в качестве наноразмерных препятствий газа, увеличивая расстояние, что молекулы газа должны путешествовать. На Honeywell инженерные приложения и решения (Morristown, NJ), исследователи объединили эту возможность с кислородно-реактивной составляющей по производству высокообогащенного непроницаемой упаковке. По пластмасс R

Honeywell использует композитный, Aegis, как барьерный слой между слоями ПЭТ-бутылки для напитков. Aegis и ПЭТ-потоки экструдированного отдельно, впадающей преформ, то stretchblow-формованных около 10-12 млн. толщины. Барьерного слоя, что составляет около 5-8% вес бутылки, ограничения проницаемость кислорода ниже 1 стр / мин в течение 4-6 месяцев. Это, говорит, Akkapeddi, соответствует нормативным требованиям для пива и сока контейнеров. Так как нет химической связи между слоями, компоненты бутылка может быть раздробленной и воздуха разделенных на переработку. Бутылки в настоящее время проходят испытания квалификации.

Nanoclays также обслуживает до теннисных мячей больше отказов. Nanoplatelet основе бутилового покрытия из InMat (Хилборо, NJ) уменьшается воздушный поток от основной шаров DoubleCore на 200%, говорит Уилсон Ракет Спорт (Чикаго), удвоение играть жизни шаров. Покрытие начинается с вермикулит, вспененного в воде, и смешивается с бутилкаучука в форме композита с нагрузками выше, чем вес 20% - в результате чего 30-35-кратное снижение проницаемости, без потери гибкости, говорит президент Харрис Голдберг.

Большие дела в нано пакеты

высокая поверхности наночастиц / объем отношения имеют много преимуществ - повышенная скорость реакции, например. "В какой-то размер частицы, скажем, 100 нм, для некоторых материалов, поверхностные эффекты начинают доминировать, что происходит", объясняет Dan-Кой, лидер группы передовых инженерных технологий в нанофазных (Аргон, IL). На Argonide технологий (Sanford, FL), например, 100-нм наночастиц алюминия используются для улучшения горения в ракетных топлив, а также наночастиц меди включены в автомобильной смазки добавка к снижению износа двигателя, по мнению президента Фред Теппер. Компания также поставляет содержащих наночастицы пасты для конденсаторов и микроэлектроники, что позволяет иметь более высокую плотность схемы и нижней спекания. Процесс Argonide для принятия nanometal порошков аналогично тому, что происходит, когда нить в лампочке накаливания выгорает, Теппер объясняет. Металл провод "перегруженные" с электрической энергией, пока происходит взрыв. "Металлических кластеров получить ветром со сверхзвуковой скоростью в атмосфере инертного газа, и вы получите superquenching", говорит он.

Нанофазных использует физический процесс, паро-синтеза (рис. 1). Плазмы используется для нагрева металла или других проводящих прекурсоров, которые испаряется. Затем газ охлаждается пар, который конденсируется в сферических наночастиц существенно обычно меньше, чем 100 перспективе. Охлаждения газа может быть инертным или реактивный характер.

В силу своих размеров наночастицы ведут себя не так, как многие клиенты могли ожидать. "Можно подумать, что они будут подлежать броуновское движение, как дым", говорит Кой. "Но в концентрации мы делаем их, они конденсируются под действием электростатических сил в очень тонкий, легкий, пушистый порошок с удельным весом 0,1 или около того." Порошок необходимо специально для клиентов растворителей и смол, говорит Джина Kritchevsky, вице-президент техники и технологии, путем добавления или гидрофильные гидрофобных покрытий позволяют дисперсии, например.

Нанофазных недавно истиранию, глинозема покрытий на основе древесины и пластмасс, а также в качестве материала для очень тонкой полировки в химико-механической планаризация (CMP) приложений для электронных компонентов, рынок, на котором Дюпон и Air Products недавно объявила о создании совместного предприятие под названием наноматериалов Д. LLC.

Перспектива вопросы

Размер сокращения, которое нанотехнологов вызова "сверху-вниз", это хороший способ убедиться, наноматериалов. "Мы прошли через эволюционные изменения этих процессов, вплоть до того, что мы можем сделать это полунепрерывно, приближаясь шесть сигма", указывает Джон Мендель, материалы коммерциализации менеджер Kodak (Рочестер, штат Нью-Йорк). "Наши встроенные датчики позволяют нам взглянуть на размер частиц в режиме реального времени, контролировать производительность и многие параметры процесса, говорит он," все, которые необходимы для успешного scaleup ". Для того чтобы фильтр красителей и струйных материалов, Kodak использует два размера методов сокращения: 1 с использованием модифицированного мельницы устройства, а другой с помощью сшитых полимерных бусин около 50 контактный размера с низким уровнем воздействия шлифования.

Затем, есть "снизу вверх" nanoprocessing или самостоятельной сборки. "Вы можете начать с ничего, и строить свои материалы до определенного размера," объясняет Менделя. Основной подход включает в себя два компонента в растворе, которые встречаются в зоне зарождения создать осадок. Когда ядер достигнет определенного размера в нано диапазоне, рост прекращается. Это процесс, Kodak ведет расследование, чтобы сделать устойчивым к царапинам покрытий для возможного использования в рентгеновской пленки.

Чтобы создать поляризатора покрытий для жидкокристаллических дисплеев, Optiva Инк (South San Francisco, CA) использует снизу вверх техники, где молекулы красителя растворяют в воде самостоятельно собрать в форме кристаллических структур как стеки монет, говорит вице-президент по производству Джерри Джонс. Высокой поперечной силы применяется для материалов "гребенка" кристаллов в правильное выравнивание. После высыхания воды, покрытие составляет около 300-400 нм.

Покрытием предназначен для замены традиционных поляризаторы, которые обычно 100-200 м. толщиной. LCD использует два sepcrate, перпендикулярно ориентированных слоев поляризатора на внешней стеклянной или пластиковой дисплея. С другой стороны, покрытие Optiva может наноситься непосредственно на внутренней поверхности стекла. Покрытие также обеспечивает более широкий угол обзора и лучшего управления цветом, чем нынешние поляризаторы лист, говорит Джонс.

"Лист поляризаторы по-прежнему производится тем же способом разработаны EH Землю в 1928 году, говорит Джонс, добавляя, что данный процесс требует йод-соединения на основе окунуться в поливинилового спирта и потянулся, а затем ламинированной пленки. "Из-за сложного характера этого процесса, поляризатор LCD может стоить $ 15/m2, или как много как $ 60-70/m2 для версии высокой производительности". Поскольку только о Sg покрытия Optiva необходимы для покрытия Я м2, говорит Джонс: "Мы думаю, что мы можем предложить ценностное предложение и значительно более низкой цене".

Некоторые самосборки методы предмет научной фантастики. На Скагс института Скриппса научно-исследовательского института химической биологии (La Jolla, CA), исследователи разработали циклических пептидов, что самостоятельно собрать внутри бактерии, образуя нанотрубки, что прокола мембраны клетки и убивать организма (рис. 2). Пептидов целевой некоторых бактерий, таких как кишечная палочка, оставляя клетки хозяина невредимым. "Вы можете сделать много вещей, которые нарушают мембраны, но это должно быть избирательным так что не убивает хозяина," указывает, главный исследователь М. Реза Гадири. Пептиды из переменного левой и правой рукой аминокислот форме коротких цепочек, концы которых соединены в кольцо. Внутри целевого организма, эти кольца стека форму нанотрубок. Потому что только сомнительный вид аминокислоты содержатся в естественных белков, бактерий, никогда не видел подобных пептидов раньше, это означает, что они, возможно, трудно развития резистентности.

Машинописные копии

Видео экраны также могут воспользоваться преимуществами технологии совсем другое. В углеродных нанотехнологий "(Houston), нанотрубки углерода singlewall предложить электропроводность меди или кремния, говорит исполнительный директор Боб Гауэр. Автоэмиссионные плоскопанельных дисплеев включения нанотрубки могут заменить традиционные трубы катодном, говорит он, с помощью нанотрубок в качестве орудия в виде отдельных электронов для каждого пикселя, поскольку он утверждает, buckytubes являются наиболее известных эмитентов области. Проводящих свойств buckytubes может служить в защитных приложений для военной техники и мобильных телефонов, говорит Гауэр, или хранения энергии.

Углеродные нанотехнологии используются высокотемпературные высокого давления каталитического процесса формирования buckytubes, которые давно, трубчатых фуллеренов. "Я теории является то, что придает углерода железного катализатора, создание в кольцах, а затем концы близко от жары", объясняет Гауэр. Одна из проблем, по его словам, любопытных их друг от друга - они, как правило, придерживаются друг с другом в виде канатов ван-дер-Ваальса. Несомненно премиальный продукт, высокой чистоты buckytubes сейчас сделал в небольших количествах. Новое подразделение будет идти onstream в конце этого года, производство ориентировано на 0,5 кг / D.

Многослойных углеродных нанотрубок, с другой стороны, сделанные в многотонные количествах через каталитический процесс Hyperion катализа International (Cambridge, MA), говорит директор по маркетингу компании Патрик Коллинз. Фирма предоставляет своим Фибриллярная нанотрубки продукта (10-15 нм в диаметре), диспергированные в полимерной маточной для устранения проблем клиентов дисперсии. Настоящий рынки находятся в автомобильной и электронной промышленности, говорит Коллинз, пояснив, что проводящих композитов нейлона около 1-5% нанотрубки используются в линиях автоматического топлива и окрашены электростатическим внешних частей тела.

использует клиентов для многослойных углеродных волокон довольно богатая фантазия, говорит Макс озера, президент прикладных наук (Сидарвилл, OH). Большую площадь поверхности волокон своей фирмы, которые варьируются от 100 нм до 100 м. в диаметре, делает их хорошими амортизаторы урана, например, что сделал один клиент предлагают использовать их для лечения загрязненных подземных вод на ядерных объектах.

Тонкие тени масштаба

Наноматериалы даже открывают новые перспективы для повышения реакции химии, а реакции более вероятно, будет однородной и, следовательно, более быстрым и точным. Они даже могут быть приспособлены к обладают специфическими свойствами.

Многогранные олигомерных silsesquioxanes и силикатов (POSS) представляют собой семейство гибридных молекул, имеющих неорганических основных и 8 групп органических стороны, каждая из которых может быть нереактивных или реактивная, в зависимости от требуемой функциональности. Обычно 1,5 нм, радиус молекулы часто диспергированных в полимерной матрицы форме композитов, или использовать для поверхностного изменить наноглины частиц, способствующих адгезии с матрицей материалов, говорит Джо Lichtenhan, генеральный директор Гибридная Пластмассы (Fountain Valley, CA).

По словам Мириам Рафаилович, главный исследователь Материалы исследований

Как POSS, полимерных нанокомпозитов органических и неорганических гибридов. Тем не менее, дендримера нанокомпозитов разветвленной полимерной структуры, держа иммобилизованных атомов или малых групп неорганических материалов, а также сочетания свойств всех составляющих. Для медицинского применения изображений, Балог UM была разработана таких нанокомпозитов, состоящих из поли (amidoamine) (PAMAM) матрицы, содержащих атомы золота, которые также могут выступать в качестве маркеров. Они могут быть введены в месте запечатленной трансмиссионной электронной микроскопии. Балога отмечает, что эти нанокомпозиты могут также оказаться полезными в качестве средств доставки лекарственных средств (например, радиоактивные изотопы, такие как бета-излучателя Au-198). Поскольку опухоль микроциркуляторного русла более пористой, чем у здоровых тканей, объясняет он, дендримера композитов может проникнуть опухолевых тканей доставить точную дозу лекарства.

В аналогичной заявки, Балог развивается серебра несущих дендримеров по борьбе с бактериальными инфекциями. Серебро, который убивает микробы, также токсичен для человека. Если он воплощен в нетоксичные дендримеров, однако, это уже другая история. Потому что они меньше, чем бактерии, дендримеров могут добраться до бактерий, где они проглатываются, выпустив серебра.

Балога также изучает возможность использования дендримеров для удаления токсичных ионов металлов из промышленных сточных вод, в сотрудничестве с Мамаду Диалло, директор молекулярной экологических технологий на материалы и процессы моделирования центр Бекман института Калифорнийского технологического института (Пасадена, Калифорния). Дендримеров с 4-и 5-го поколения структур PAMAM обладают высокой плотностью функциональных азота и амидных групп. Это делает их особенно привлекательными в качестве мощных хелатных агентов для токсичных ионов металлов, таких как медь. Диалло и Балог разработали процесс, который использует эту функцию. Дендримеров смешиваются с загрязненной воды, связывая ионы металлов цель, и послал к ультрафильтрации мембраны. Из-за их больших размеров, 98% металла насыщенный дендримеров остаются в мембране, говорит Диалло. Дендримеров направляются в один этап, где рН качели-релизы металла из дендримеров, которые затем повторно. "В принципе, дендримера используется в качестве наноразмерных разделения и реакции среды."

Как нанотехнологии все чаще становится привычным, исследователи работают в преодолении технических и рыночных барьеров, не говоря уже управлять ожиданиями. "Там в очень много шумихи - большая часть его Бак Роджерс вещи - и промышленность находится в младенческой стадии, говорит Теппер. В действительности, Lichtenhan указывает на то, нанотехнологии являются еще одним средством для инженерных материалов и процессов. - Ирина Ким