Výroba v nanorozmeroch / Nanomanufacturing

Naše diely a produkty s nanometrovou dĺžkou sa vyrábajú pomocou NANOSCALE MANUFACTURING / NANOMANUFACTURING. Táto oblasť je ešte len v plienkach, no do budúcnosti má veľké prísľuby. Molekulárne vyrobené zariadenia, lieky, pigmenty atď. sa vyvíjajú a pracujeme s našimi partnermi, aby sme si udržali náskok pred konkurenciou. Nasledujú niektoré z komerčne dostupných produktov, ktoré v súčasnosti ponúkame:

 

 

 

UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE

 

NANOčastice

 

NANOFÁZOVÁ KERAMIKA

 

SADZOVÁ ČIERNA VÝZTUHA pre gumu a polyméry

 

NANOCOMPOSITES in tenisové loptičky, bejzbalové pálky, motocykle a bicykle

 

MAGNETICKÉ NANOČASTICE na ukladanie údajov

 

NANOPARTICLE katalyzátory

 

 

 

Nanomateriály môžu byť ktorýkoľvek zo štyroch typov, konkrétne kovy, keramika, polyméry alebo kompozity. Vo všeobecnosti sú  NANOSTRUCTURES  menšie ako 100 nanometrov.

 

 

 

V nanovýrobe používame jeden z dvoch prístupov. Ako príklad v našom prístupe zhora nadol používame kremíkovú dosku, používame litografiu, mokré a suché leptacie metódy na konštrukciu malých mikroprocesorov, senzorov, sond. Na druhej strane, v našom prístupe nano-výroby zdola nahor používame atómy a molekuly na vytváranie malých zariadení. Niektoré z fyzikálnych a chemických charakteristík hmoty môžu zaznamenať extrémne zmeny, keď sa veľkosť častíc blíži k atómovým rozmerom. Nepriehľadné materiály v ich makroskopickom stave sa môžu stať priehľadnými v ich nanometroch. Materiály, ktoré sú chemicky stabilné v makrostave, sa môžu stať horľavými v ich nanometroch a elektricky izolačné materiály sa môžu stať vodičmi. V súčasnosti medzi komerčné produkty, ktoré môžeme ponúknuť, patria:

 

 

 

ZARIADENIA/NANOTUBICE UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE (CNT): Uhlíkové nanorúrky môžeme vizualizovať ako rúrkové formy grafitu, z ktorých možno skonštruovať zariadenia v nanometroch. CVD, laserová ablácia grafitu, uhlíkový oblúkový výboj možno použiť na výrobu zariadení s uhlíkovými nanorúrkami. Nanorúrky sú kategorizované ako jednostenné nanorúrky (SWNT) a viacstenné nanorúrky (MWNT) a môžu byť dopované inými prvkami. Uhlíkové nanorúrky (CNT) sú alotrópy uhlíka s nanoštruktúrou, ktorá môže mať pomer dĺžky k priemeru väčší ako 10 000 000 a až 40 000 000 a ešte vyšší. Tieto valcové uhlíkové molekuly majú vlastnosti, vďaka ktorým sú potenciálne užitočné v aplikáciách v nanotechnológii, elektronike, optike, architektúre a iných oblastiach materiálovej vedy. Vykazujú mimoriadnu pevnosť a jedinečné elektrické vlastnosti a sú účinnými vodičmi tepla. Nanorúrky a sférické buckyballs sú členmi fulerénovej štrukturálnej rodiny. Valcová nanorúrka má zvyčajne aspoň jeden koniec zakrytý hemisférou štruktúry buckyball. Názov nanorúrka je odvodený od jej veľkosti, keďže priemer nanorúrky je rádovo niekoľko nanometrov s dĺžkou minimálne niekoľko milimetrov. Povaha väzby nanorúrky je opísaná orbitálnou hybridizáciou. Chemická väzba nanorúriek pozostáva výlučne z väzieb sp2, podobných tým z grafitu. Táto väzbová štruktúra je silnejšia ako väzby sp3 nachádzajúce sa v diamantoch a poskytuje molekulám ich jedinečnú silu. Nanorúrky sa prirodzene spájajú do lán, ktoré držia pohromade Van der Waalsove sily. Pod vysokým tlakom sa nanorúrky môžu zlúčiť a vymeniť niektoré sp2 dlhopisy za sp3, čo dáva možnosť výroby silných drôtov neobmedzenej dĺžky prostredníctvom vysokotlakového prepojenia nanorúriek. Pevnosť a flexibilita uhlíkových nanorúriek z nich robí potenciálne využitie pri riadení iných štruktúr nanometrov. Boli vyrobené jednostenné nanorúrky s pevnosťou v ťahu medzi 50 a 200 GPa a tieto hodnoty sú približne o rád vyššie ako v prípade uhlíkových vlákien. Hodnoty modulu pružnosti sú rádovo 1 tetrapascal (1000 GPa) s lomovými deformáciami medzi približne 5 % až 20 %. Vynikajúce mechanické vlastnosti uhlíkových nanorúriek nás nútia používať ich v odolných odevoch a športových výstrojoch, bojových bundách. Uhlíkové nanorúrky majú pevnosť porovnateľnú s diamantom a sú votkané do odevov, aby sa vytvorilo prepichnutie a nepriestrelné oblečenie. Zosieťovaním molekúl CNT pred začlenením do polymérnej matrice môžeme vytvoriť kompozitný materiál so super vysokou pevnosťou. Tento kompozit CNT by mohol mať pevnosť v ťahu rádovo 20 miliónov psi (138 GPa), čo predstavuje revolúciu v konštrukčnom dizajne, kde sa vyžaduje nízka hmotnosť a vysoká pevnosť. Uhlíkové nanorúrky odhaľujú aj nezvyčajné mechanizmy vedenia prúdu. V závislosti od orientácie šesťuholníkových jednotiek v rovine grafénu (tj steny rúrky) s osou rúrky sa uhlíkové nanorúrky môžu správať buď ako kovy alebo polovodiče. Ako vodiče majú uhlíkové nanorúrky veľmi vysokú schopnosť prenášať elektrický prúd. Niektoré nanorúrky môžu byť schopné prenášať prúdovú hustotu viac ako 1000-krát vyššiu ako striebro alebo meď. Uhlíkové nanorúrky zabudované do polymérov zlepšujú ich schopnosť vybíjať statickú elektrinu. To má aplikácie v palivových vedeniach automobilov a lietadiel a výrobe nádrží na skladovanie vodíka pre vozidlá na vodíkový pohon. Ukázalo sa, že uhlíkové nanorúrky vykazujú silné elektrón-fonónové rezonancie, čo naznačuje, že za určitých predpätí jednosmerného prúdu (DC) a dopingových podmienok ich prúd a priemerná rýchlosť elektrónov, ako aj koncentrácia elektrónov na trubici osciluje pri terahertzových frekvenciách. Tieto rezonancie môžu byť použité na výrobu terahertzových zdrojov alebo senzorov. Boli demonštrované tranzistory a nanorúrkové integrované pamäťové obvody. Uhlíkové nanorúrky sa používajú ako nádoba na transport liečiv do tela. Nanorúrka umožňuje zníženie dávky liečiva lokalizáciou jeho distribúcie. To je tiež ekonomicky realizovateľné vďaka nižším množstvám používaných liekov. Liečivo môže byť buď pripevnené k boku nanorúrky, alebo za ním zatiahnuté, alebo môže byť liek skutočne umiestnený vo vnútri nanorúrky. Hromadné nanorúrky sú množstvom skôr neorganizovaných fragmentov nanorúriek. Hromadné materiály nanorúriek nemusia dosahovať pevnosť v ťahu podobnú pevnosti jednotlivých rúrok, ale takéto kompozity môžu napriek tomu medzu klzu postačovať pre mnohé aplikácie. Objemové uhlíkové nanorúrky sa používajú ako kompozitné vlákna v polyméroch na zlepšenie mechanických, tepelných a elektrických vlastností sypkého produktu. Uvažuje sa, že priehľadné, vodivé filmy uhlíkových nanorúrok nahradia oxid indium cínu (ITO). Fólie z uhlíkových nanorúrok sú mechanicky odolnejšie ako fólie ITO, vďaka čomu sú ideálne pre vysoko spoľahlivé dotykové obrazovky a flexibilné displeje. Na nahradenie ITO sú žiaduce tlačiteľné atramenty na báze vody z filmov z uhlíkových nanorúrok. Nanotrubičkové filmy sú sľubné pre použitie v displejoch pre počítače, mobilné telefóny, bankomaty... atď. Nanorúrky boli použité na zlepšenie ultrakondenzátorov. Aktívne uhlie používané v konvenčných ultrakondenzátoroch má veľa malých dutých priestorov s rozložením veľkostí, ktoré spolu vytvárajú veľkú plochu na uloženie elektrických nábojov. Keďže je však náboj kvantovaný do elementárnych nábojov, tj elektrónov, a každý z nich potrebuje minimálny priestor, veľká časť povrchu elektródy nie je k dispozícii na uloženie, pretože duté priestory sú príliš malé. Pri elektródach vyrobených z nanorúrok sa plánuje, že priestory budú prispôsobené veľkosti, pričom len niekoľko z nich bude príliš veľkých alebo príliš malých a následne bude potrebné zvýšiť kapacitu. Vyvinutý solárny článok využíva komplex uhlíkových nanorúrok, vyrobený z uhlíkových nanorúrok kombinovaných s malými uhlíkovými buckyballs (tiež nazývanými fulerény) na vytvorenie hadovitých štruktúr. Buckyballs zachytávajú elektróny, ale nedokážu prinútiť elektróny prúdiť. Keď slnečné svetlo excituje polyméry, buckyballs chytia elektróny. Nanorúrky, ktoré sa správajú ako medené drôty, budú potom schopné zabezpečiť tok elektrónov alebo prúdu.

 

 

 

NANOčastice: Nanočastice možno považovať za most medzi sypkými materiálmi a atómovými alebo molekulárnymi štruktúrami. Sypký materiál má vo všeobecnosti konštantné fyzikálne vlastnosti bez ohľadu na jeho veľkosť, ale v nanoúrovni to tak často nie je. Pozorujú sa vlastnosti závislé od veľkosti, ako je kvantové obmedzenie v polovodičových časticiach, povrchová plazmónová rezonancia v niektorých kovových časticiach a superparamagnetizmus v magnetických materiáloch. Vlastnosti materiálov sa menia, keď sa ich veľkosť zmenšuje na nanorozmery a keď sa percento atómov na povrchu stáva významným. Pre sypké materiály väčšie ako mikrometer je percento atómov na povrchu veľmi malé v porovnaní s celkovým počtom atómov v materiáli. Rozdielne a vynikajúce vlastnosti nanočastíc sú čiastočne spôsobené tým, že vlastnosti povrchu materiálu dominujú namiesto objemových vlastností. Napríklad k ohýbaniu objemovej medi dochádza pri pohybe atómov/zhlukov medi v mierke približne 50 nm. Nanočastice medi menšie ako 50 nm sa považujú za super tvrdé materiály, ktoré nevykazujú rovnakú kujnosť a ťažnosť ako objemová meď. Zmena vlastností nie je vždy žiaduca. Feroelektrické materiály menšie ako 10 nm môžu zmeniť svoj smer magnetizácie pomocou tepelnej energie pri izbovej teplote, vďaka čomu sú nepoužiteľné na ukladanie pamäte. Suspenzie nanočastíc sú možné, pretože interakcia povrchu častíc s rozpúšťadlom je dostatočne silná na to, aby prekonala rozdiely v hustote, čo pri väčších časticiach zvyčajne vedie k tomu, že materiál buď klesá alebo pláva v kvapaline. Nanočastice majú neočakávané viditeľné vlastnosti, pretože sú dostatočne malé na to, aby obmedzili svoje elektróny a vytvorili kvantové efekty. Napríklad zlaté nanočastice sa v roztoku javia ako tmavočervené až čierne. Veľký pomer plochy povrchu k objemu znižuje teploty topenia nanočastíc. Veľmi vysoký pomer plochy povrchu k objemu nanočastíc je hnacou silou difúzie. Spekanie môže prebiehať pri nižších teplotách, v kratšom čase ako u väčších častíc. To by nemalo ovplyvniť hustotu konečného produktu, avšak problémy s tokom a tendencia nanočastíc aglomerovať môžu spôsobiť problémy. Prítomnosť nanočastíc oxidu titaničitého má samočistiaci efekt a keďže veľkosť je nanorozsah, častice nie je možné vidieť. Nanočastice oxidu zinočnatého majú vlastnosti blokujúce UV žiarenie a pridávajú sa do opaľovacích krémov. Ílové nanočastice alebo sadze, keď sú začlenené do polymérnych matríc, zvyšujú výstuž a ponúkajú nám pevnejšie plasty s vyššími teplotami skleného prechodu. Tieto nanočastice sú tvrdé a dodávajú svoje vlastnosti polyméru. Nanočastice naviazané na textilné vlákna môžu vytvárať inteligentné a funkčné oblečenie.

 

 

 

NANOFÁZOVÁ KERAMIKA: Použitím nanočastíc pri výrobe keramických materiálov môžeme súčasne a výrazne zvýšiť pevnosť a ťažnosť. Nanofázová keramika sa tiež používa na katalýzu, pretože má vysoký pomer povrchu k ploche. Nanofázové keramické častice, ako je SiC, sa tiež používajú ako výstuž v kovoch, ako je hliníková matrica.

 

 

 

Ak vás napadne aplikácia pre nanovýrobu užitočná pre vaše podnikanie, dajte nám vedieť a získajte naše pripomienky. Môžeme vám ich navrhnúť, prototypovať, vyrobiť, otestovať a dodať. Prikladáme veľkú hodnotu ochrane duševného vlastníctva a môžeme pre vás urobiť špeciálne opatrenia, aby sme zabezpečili, že vaše návrhy a produkty nebudú kopírované. Naši dizajnéri v oblasti nanotechnológií a inžinieri v oblasti nanovýroby sú jedni z najlepších na svete a sú to tí istí ľudia, ktorí vyvinuli niektoré z najpokročilejších a najmenších zariadení na svete.