Масштабное мышление способствует продвижению в производстве наночастиц
16-01-2019 Coatings Today 116

Гейтерсберг, штат Мэриленд – Производство наночастиц - материальных объектов размером менее 100 нанометров (в 100000 раз меньше частиц мрамора) - подтверждают пословицу «хорошего понемножку». Современные искусственные наночастицы являются неотъемлемой частью всего, от нанокристаллов, окрашивающих экраны на квантовых точках в новейших телевизорах, до крошечных частиц серебра, благодаря которым повязки обеспечивают защиту от инфекций. Однако коммерческие предприятия, стремящиеся извлечь выгоду из этих крошечных строительных блоков, сталкиваются с проблемами контроля качества, игнорирование которых приводит к снижению эффективности, повышению производственных затрат и ограничению коммерческой ценности изделий, содержащих наночастицы.

Чтобы преодолеть эти препятствия, Национальный институт стандартов и технологий и некоммерческий Международный центр оценки технологий предлагают исследователям, производителям и руководителям "сложить два и два", т.е. рассматривать общие проблемы в более широком плане и решать их совместно, а не по-отдельности. Предполагается междисциплинарная передача знаний, координация действий различных организаций и разделение общих ресурсов для упрощения поиска решений.

Такие рекомендации были представлены в новой статье журнала ACS Applied Nano Materials.

"Мы посмотрели на общую картину производства наночастиц для определения проблем, затрагивающих различные материалы, процессы и области применения“, - заявил физик Национального института стандартов и технологий, Сэмуел Стэвис, ведущий автор статьи. "Решение этих проблем выведет всю отрасль на новый уровень".

В статье представлен план по углублению понимания указанных вопросов. Она является кульминацией исследований, начатых рабочей группой, организованной институтом, деятельность которой направлена на достижение основной цели - сокращение разнородности, случайных изменений размера наночастиц, их формы и других характеристик в процессе производства.

“Разнородность при производстве наночастиц может иметь серьезные последствия", - говорит химик Национального института стандартов и технологий и соавтор статьи, Джеффри Фэган.

В своей статье авторы отметили, что наиболее прибыльные инновации в производстве наночастиц минимизируют разнородность на ранних стадиях работы, снижая необходимость в последующей обработке. Благодаря этому сокращаются отходы, упрощается процесс получения характеристик и улучшается интеграция наночастиц в изделия. Все это способствует экономии денег.

Авторы подкрепляют свою точку зрения сравнением производства наночастиц золота и углеродных нанотрубок. Они утверждают, что в случае с золотом начальные затраты на синтез могут быть высокими, но из-за сходства производимых наночастиц требуется меньше очистки и дополнительного определения характеристик. Таким образом, их можно применять во множестве изделий (например, в датчиках) при относительно низких затратах.

И наоборот, более разнородные углеродные нанотрубки синтезировать дешевле, однако для получения требуемых свойств необходима обработка. На данный момент дополнительные расходы при производстве нанотрубок делают его целесообразным только в особо важных областях применения, например, в устройствах с цифровыми логическими схемами.

"Хотя наночастицы и конечные изделия, в которых они используются, весьма различны, владельцы производств могут многому научиться из опыта друг друга", - говорит специалист по материалам Национального института стандартов и технологий и соавтор статьи, Дж. Александр Лиддл. "Поделившись своими знаниями, они могут выйти из ситуации, кажущейся тупиковой".

Авторы заявляют, что поиск путей такого сотрудничества критически важен для новых предприятий, желающих перенести технологии наночастиц из лабораторий на рынок.

Наконец, авторы рассматривают влияние производственных трудностей и инноваций на постоянно растущее число применений наночастиц, включая сферу электроники, энергетики, здравоохранения и материалов.