Proizvodnja v nanometru / Nanomanufacturing

Naši deli in izdelki v merilu nanometrske dolžine so proizvedeni z uporabo NANOSCALE MANUFACTURING / NANOMANUFACTURING. To področje je še v povojih, a obeta veliko za prihodnost. Molekularno izdelane naprave, zdravila, pigmenti itd. se razvijajo in sodelujemo z našimi partnerji, da ostanemo pred konkurenco. Sledi nekaj komercialno dostopnih izdelkov, ki jih trenutno ponujamo:

 

 

 

OGLJIKOVE NANOCEVKE

 

NANODELCI

 

NANOFAZNA KERAMIKA

 

OJAČITEV SAJE za gumo in polimere

 

NANOCOMPOSITES in teniške žogice, kiji za bejzbol, motocikli in kolesa

 

MAGNETNI NANODELCI za shranjevanje podatkov

 

NANOPARTICLE katalitiki

 

 

 

Nanomateriali so lahko katera koli od štirih vrst, in sicer kovine, keramika, polimeri ali kompoziti. Na splošno so NANOSTRUCTURES manj kot 100 nanometrov.

 

 

 

Pri nanoproizvodnji uporabljamo enega od dveh pristopov. Kot primer, v našem pristopu od zgoraj navzdol vzamemo silicijeve rezine, uporabimo metode litografije, mokrega in suhega jedkanja za izdelavo majhnih mikroprocesorjev, senzorjev, sond. Po drugi strani pa v našem pristopu k nanomizvodnji od spodaj navzgor uporabljamo atome in molekule za izdelavo majhnih naprav. Nekatere fizikalne in kemijske značilnosti snovi se lahko ekstremno spremenijo, ko se velikost delcev približuje atomskim dimenzijam. Neprozorni materiali v svojem makroskopskem stanju lahko postanejo prozorni v svojem nanometru. Materiali, ki so kemično stabilni v makrostanju, lahko postanejo gorljivi v svojem nanometru, električno izolacijski materiali pa lahko postanejo prevodniki. Trenutno so med komercialnimi izdelki, ki jih lahko ponudimo, naslednji:

 

 

 

NAPRAVE / NANOCEVKE IZ OGLJIKOVIH NANOCEVK (CNT): Ogljikove nanocevke si lahko predstavljamo kot cevaste oblike grafita, iz katerih je mogoče izdelati naprave v nanometrskem merilu. CVD, laserska ablacija grafita, razelektritev z ogljikovim oblokom se lahko uporabljajo za izdelavo naprav iz ogljikovih nanocevk. Nanocevke so kategorizirane kot enostenske nanocevke (SWNT) in večstenske nanocevke (MWNT) in jih je mogoče dopirati z drugimi elementi. Ogljikove nanocevke (CNT) so alotropi ogljika z nanostrukturo, ki ima lahko razmerje med dolžino in premerom večje od 10.000.000 do 40.000.000 in celo več. Te cilindrične molekule ogljika imajo lastnosti, zaradi katerih so potencialno uporabne v aplikacijah v nanotehnologiji, elektroniki, optiki, arhitekturi in drugih področjih znanosti o materialih. Izkazujejo izjemno moč in edinstvene električne lastnosti ter so učinkoviti prevodniki toplote. Nanocevke in sferične buckyballs so člani strukturne družine fuleren. Cilindrična nanocevka ima običajno vsaj en konec zaprt s poloblom strukture buckyball. Ime nanocevka izhaja iz njene velikosti, saj je premer nanocevke nekaj nanometrov, dolžine pa vsaj nekaj milimetrov. Naravo vezave nanocevke opisuje orbitalna hibridizacija. Kemična vez nanocevk je v celoti sestavljena iz vezi sp2, podobno kot pri grafitu. Ta vezna struktura je močnejša od vezi sp3, ki jih najdemo v diamantih, in zagotavlja molekulam njihovo edinstveno moč. Nanocevke se naravno poravnajo v vrvi, ki jih skupaj držijo Van der Waalsove sile. Pod visokim pritiskom se lahko nanocevke združijo in zamenjajo nekaj vezi sp2 za vezi sp3, kar daje možnost proizvodnje močnih žic neomejene dolžine s povezovanjem nanocevk pod visokim pritiskom. Moč in prožnost ogljikovih nanocevk omogoča njihovo potencialno uporabo pri nadzoru drugih nanometrskih struktur. Proizvedene so bile enostenske nanocevke z natezno trdnostjo med 50 in 200 GPa, te vrednosti pa so približno za red velikosti večje kot pri ogljikovih vlaknih. Vrednosti elastičnega modula so reda velikosti 1 tetrapaskala (1000 GPa) z lomnimi deformacijami med približno 5 % do 20 %. Zaradi izjemnih mehanskih lastnosti ogljikovih nanocevk jih uporabljamo v trpežnih oblačilih in športni opremi, bojnih jopičih. Ogljikove nanocevke imajo moč, ki je primerljiva z diamantom, in jih vpletajo v oblačila, da ustvarijo oblačila, odporna na vbode in neprebojna oblačila. Z navzkrižnim povezovanjem molekul CNT pred vgradnjo v polimerno matrico lahko tvorimo kompozitni material super visoke trdnosti. Ta CNT kompozit bi lahko imel natezno trdnost reda 20 milijonov psi (138 GPa), kar bi pomenilo revolucijo inženirskega dizajna, kjer sta potrebna majhna teža in visoka trdnost. Ogljikove nanocevke razkrivajo tudi nenavadne mehanizme prevodnosti toka. Glede na orientacijo heksagonalnih enot v ravnini grafena (tj. sten cevi) z osjo cevi se lahko ogljikove nanocevke obnašajo kot kovine ali polprevodniki. Kot prevodniki imajo ogljikove nanocevke zelo visoko zmogljivost električnega toka. Nekatere nanocevke lahko prenašajo gostoto toka, več kot 1000-krat večjo od srebra ali bakra. Ogljikove nanocevke, vključene v polimere, izboljšajo njihovo sposobnost praznjenja statične elektrike. To se uporablja v avtomobilskih in letalskih napeljavah za gorivo ter proizvodnji rezervoarjev za shranjevanje vodika za vozila s pogonom na vodik. Pokazalo se je, da imajo ogljikove nanocevke močne elektronsko-fononske resonance, ki kažejo, da pod določenimi enosmernimi (DC) prednapetostmi in pogoji dopinga njihov tok in povprečna hitrost elektronov ter koncentracija elektronov na cevi nihajo pri frekvencah terahercev. Te resonance je mogoče uporabiti za izdelavo teraherčnih virov ali senzorjev. Predstavljeni so bili tranzistorji in integrirana pomnilniška vezja iz nanocevk. Ogljikove nanocevke se uporabljajo kot posoda za transport zdravil v telo. Nanocevka omogoča znižanje odmerka zdravila z lokalizacijo njegove porazdelitve. To je tudi ekonomsko upravičeno zaradi manjših količin zdravil, ki se uporabljajo. Zdravilo je lahko pritrjeno na stran nanocevke ali vlečeno zadaj, lahko pa se zdravilo dejansko postavi v nanocevko. Nanocevke v razsutem stanju so množica precej neorganiziranih fragmentov nanocevk. Materiali iz nanocevk v razsutem stanju morda ne bodo dosegli natezne trdnosti, ki je podobna natezni trdnosti posameznih cevi, vendar lahko takšni kompoziti vseeno dosežejo zadostno trdnost za mnoge aplikacije. Ogljikove nanocevke v razsutem stanju se uporabljajo kot kompozitna vlakna v polimerih za izboljšanje mehanskih, toplotnih in električnih lastnosti izdelka v razsutem stanju. Prozorne, prevodne folije ogljikovih nanocevk naj bi nadomestile indij-kositrov oksid (ITO). Filmi iz ogljikovih nanocevk so mehansko robustnejši od filmov ITO, zaradi česar so idealni za visoko zanesljive zaslone na dotik in prilagodljive zaslone. Zaželeno je, da nadomestijo ITO črnila na vodni osnovi iz filmov ogljikovih nanocevk. Filmi iz nanocevk obetajo uporabo v zaslonih za računalnike, mobilne telefone, bankomate… itd. Nanocevke so bile uporabljene za izboljšanje ultrakondenzatorjev. Aktivno oglje, ki se uporablja v običajnih ultrakondenzatorjih, ima veliko majhnih votlih prostorov s porazdelitvijo velikosti, ki skupaj ustvarijo veliko površino za shranjevanje električnih nabojev. Ker pa je naboj kvantiziran v osnovne naboje, tj. elektrone, in vsak od teh potrebuje minimalen prostor, velik del površine elektrode ni na voljo za shranjevanje, ker so votli prostori premajhni. Z elektrodami iz nanocevk je predvideno, da bodo prostori prilagojeni velikosti, pri čemer bodo le nekateri preveliki ali premajhni in posledično povečali zmogljivost. Razvita sončna celica uporablja kompleks ogljikovih nanocevk, izdelan iz ogljikovih nanocevk v kombinaciji z drobnimi ogljikovimi buckyballi (imenovanimi tudi fulereni), da tvorijo kačam podobne strukture. Buckyballs ujamejo elektrone, vendar ne morejo omogočiti pretoka elektronov. Ko sončna svetloba vznemiri polimere, buckyballs zgrabijo elektrone. Nanocevke, ki se obnašajo kot bakrene žice, bodo nato lahko povzročile pretok elektronov ali toka.

 

 

 

NANODELCI: Nanodelce lahko obravnavamo kot most med razsutimi materiali in atomskimi ali molekularnimi strukturami. Material v razsutem stanju ima na splošno konstantne fizikalne lastnosti ne glede na njegovo velikost, vendar na nanometru to pogosto ni tako. Opažene so od velikosti odvisne lastnosti, kot je kvantna omejitev v polprevodniških delcih, površinska plazmonska resonanca v nekaterih kovinskih delcih in superparamagnetizem v magnetnih materialih. Lastnosti materialov se spreminjajo, ko se njihova velikost zmanjša na nanometrsko raven in ko odstotek atomov na površini postane pomemben. Pri razsutem materialu, večjem od mikrometra, je odstotek atomov na površini zelo majhen v primerjavi s skupnim številom atomov v materialu. Različne in izjemne lastnosti nanodelcev so deloma posledica vidikov površine materiala, ki prevladujejo nad lastnostmi namesto lastnosti mase. Na primer, upogibanje bakra v razsutem stanju se pojavi s premikanjem bakrovih atomov/grud na približno 50 nm lestvici. Bakrovi nanodelci, manjši od 50 nm, veljajo za super trde materiale, ki ne kažejo enake kovnosti in duktilnosti kot baker v razsutem stanju. Sprememba lastnosti ni vedno zaželena. Feroelektrični materiali, manjši od 10 nm, lahko spremenijo svojo smer magnetizacije s toplotno energijo sobne temperature, zaradi česar so neuporabni za shranjevanje v pomnilnik. Suspenzije nanodelcev so možne, ker je interakcija površine delcev s topilom dovolj močna, da premaga razlike v gostoti, kar pri večjih delcih običajno povzroči, da material bodisi potone ali lebdi v tekočini. Nanodelci imajo nepričakovane vidne lastnosti, ker so dovolj majhni, da omejijo svoje elektrone in povzročijo kvantne učinke. Zlati nanodelci so na primer v raztopini videti temno rdeči do črni. Veliko razmerje med površino in prostornino zmanjša temperaturo taljenja nanodelcev. Zelo visoko razmerje med površino in prostornino nanodelcev je gonilna sila za difuzijo. Sintranje lahko poteka pri nižjih temperaturah, v krajšem času kot pri večjih delcih. To ne bi smelo vplivati na gostoto končnega izdelka, vendar lahko težave pri pretoku in nagnjenost nanodelcev k aglomeraciji povzročijo težave. Prisotnost nanodelcev titanovega dioksida daje samočistilni učinek, zaradi nanoranžne velikosti pa delcev ni mogoče videti. Nanodelci cinkovega oksida imajo UV-blokcijske lastnosti in se dodajajo losjonom za sončenje. Glineni nanodelci ali saje, ko so vključeni v polimerne matrice, povečajo ojačitev in nam ponudijo močnejšo plastiko z višjimi temperaturami posteklenitve. Ti nanodelci so trdi in dajejo svoje lastnosti polimeru. Nanodelci, pritrjeni na tekstilna vlakna, lahko ustvarijo pametna in funkcionalna oblačila.

 

 

 

NANOFAZNA KERAMIKA: Z uporabo delcev v nanometrskem merilu pri izdelavi keramičnih materialov lahko dosežemo sočasno in močno povečanje tako trdnosti kot duktilnosti. Nanofazna keramika se uporablja tudi za katalizo zaradi visokega razmerja med površino in površino. Nanofazni keramični delci, kot je SiC, se uporabljajo tudi kot ojačitve v kovinah, kot je aluminijeva matrica.

 

 

 

Če se vam zdi aplikacija za nanoproizvodnjo uporabna za vaše podjetje, nam to sporočite in prejmite naš prispevek. Te lahko oblikujemo, naredimo prototip, izdelamo, testiramo in vam jih dostavimo. Zelo cenimo zaščito intelektualne lastnine in lahko za vas pripravimo posebne dogovore, da zagotovimo, da se vaši modeli in izdelki ne kopirajo. Naši oblikovalci nanotehnologije in inženirji za nanoproizvodnjo so eni izmed najboljših na svetu in so isti ljudje, ki so razvili nekatere najnaprednejše in najmanjše naprave na svetu.