Hur framställer man nanopartiklar?

Nanopartikelsyntes

Vi tar en titt på hur man kan ta fram nanomaterial. Det finns en hel del metoder att välja mellan och valet av process är beroende på vilket mateial man önskar map storlek och struktur grundmaterial etc. Det finns även ett behov av att skapa dessa material på ett miljövänligt och hållbart sätt och använda mindre skadliga kemikalier. Ett sätt på vilket nanomaterial kan skapas utan att använda skadliga kemikalier är att utnyttja naturliga biologiska processer.

Nanoparticle syntesis

High Energy Ball Milling

High Energy Ball MillingDet här är den enklaste metoden att framställa nanopartiklari form av ett pulver. Metoden bygger på att materialet mals i en cylinder som är utrustade med slipskivor som består av Wolfram Carbide eller stål. Skalet roterar runt en vågrät axel, delvis fylld med materialet som ska slipas plus malnings mediet. Malningsbollarna roterar med hög energi inuti containern och pressar med gravitation och kinetiskakrafter materialet. När materialet mals ner initieras kemiska reaktioner och strukturella förändringar. Metoden är lämplig för att få fram metalliska, och keramiska nanomaterial.  Fe magnetit nanopartiklar, zinc oxide (ZnO), CNT,  bor bornitrid nanorör, cerium (CeO2). Partikelstorlek från metoden sträcker sig från 12  nm till 20  nm. Den stora fördelen med denna metod är att den lätt kan genomföras kommersiellt.

Inert gas Condensation IGC

IGCInertgaskondensation är en av de vanligaste metoderna att producera metalliska nanopartiklar. Tekniken innefattar Vapor Deopsition(förångning), laserförångning, sputtering (förstoftning) plasmauppvärmning och abalation av material. Gaskondensationen sker i två steg. För det första förångas ett metalliskt eller oorganiskt material med användning av indunstningskällor (precursors) inne i en kammare med ett visst vakuumtryck. För det andra görs en kondensation genom att partiklarna samlas på en kall yta för att få önskad partikelstorleken.  Hela processen utförs under en inert atmosfär av (He, Xe eller Ar) gas. Kärnbildning av källan och tillväxten av nanopartiklarna styrs av typen av inert gas och kammarens tryck.

Produktionen av metallkärnor genom förångningsmetoden kan göras till fasta källor eller gasformiga källor. Kondensationsmetoden kan används för ett stort antal nanomaterial, förutom metall- och metalloxid (Mn, Fe, Co, Zn och Mo) nanopartiklar kan legeringar (Fe-Ni och Fe-Cu), intermetalliska föreningar, keramik, halvledare och kompositer syntetiseras med denna teknik. för framställning av olika metalliska nanopartiklar, såsom nanopartiklar.

En annan fördel är tekniken med avseende på intervallet av partikelstorlekar som kan styras av olika faktorer som inkluderar temperaturen, trycket och den inerta gasen som används.

Pyrolys

Pyrolys

Pyrolys är en metod att framställa metallnanopartiklarna ur gas som upphettas. Den mest använda metoden av Pyroys är spraypyrolys där  lösning flödar igenom aeroolgas som förstorar prekursorlösningen och värmer dropparna för att framställa fasta partiklar. Med laser Pyrolysis, deponeras gasblandningen med en kraftfull laserstråle.

Med Pyrolys metoden kan man framställa olika metalliska, (Co , Cu, Fe, Ti), metalloxid TiO, ZnO och nanokompositpartiklar (Bi2O3, Si02).

Formen och storleken kan styras genom att justera kompositen av prekursorlösningen och värmen i ugnen. Olika strukturer som man kan erhålla är kompakta, skalstrukturerad, ihåliga och skumformade nanopartiklar.

 

Electrospraying

Electrospraying methodElektrospraying av en variant av elektrospinning som är en metod att producera nanopartiklar baserad på bearbetningen av polymera lösningar / smältning under hög elektrisk spänning. Droppar som produceras genom elektrospraying är högt laddade, vilket förhindrar deras koagulering och främjar självdispergering. Droppar kan vara extremt små, i speciella fall ner till nanometer, och dropparnas laddning och storlek kan i viss utsträckning styras av spänning och flödeshastighet. Det är en relativt ny teknik framförallt för framställning av polymera nanopartiklar. På grund av sin enkelhet och flexibilitet kan elektrospraying användas för att framställa partikelformigt material med noggrann struktur, storlek och morfologi.

 

Chemical Vapor Deposition

Den kemiska ångavsättnings genom att gasformiga reaktanter avsätts på ett substrat. Denna process fungerar genom att kombinera gasmolekyler (typiskt med användning av bärargaser) inuti en reaktionskammare, vilken vanligtvis är inställd vid omgivningstemperatur. När gaserna kommer i kontakt med substratet uppträder en reaktion som skapar en materialfilm på ytan av substratet.

Substratets temperatur måste kontrolleras exakt, eftersom det bestämmer vilken typ av reaktion som kommer att uppstå. Även om detta är en känslig process, kan den ske relativt snabbt och i stor skala för att göra den livskraftig för massproduktion.

Plasmaförstärkt kemisk ångavsättning

Plasmaförstärkt kemisk ångavsättning kan användas för att producera kolnanorör. Denna typ av system använder en gasformig källa som strömmar mellan två elektroder som du har applicerat en högfrekvent radiofrekvenssignal. Denna procedur alstrar en plasma, bryter upp metan eller annan källa gas i atomer. Ett substrat är monterat på en av elektroderna, partiklar på ytan av substratet verkar som frökristaller och här växer kolnanorören.

Polyol

Polyolmetoden en mångsidig och robust vätskefasmetod som använder högkokande och multivalenta alkoholer för att producera NP. Typisk syntes innebär reduktion av metallprekursor med polyol i närvaro av lämpligt hölje vid förhöjd temperatur. Polyolmetoden används för att framställa främst metall NP  (Co, Ni och Cu-partiklar).

 

Mikroemulsionstekniker

Syntes av nanopartiklar med mikroemulsionsmetod är intressant och har fått ökande betydelse både i grundforskning och inom olika industriområden. Användningsområden och tillämpningar av mikroemulsioner är många i kemiska och biologiska områden. Mikroemulsionstekniken gör det möjligt att styra partikelegenskaper, som partikelstorleks, geometri, morfologi, homogenitet och ytarea.

Mikroemulsionermetoden blandar olika oblandbara vätskor som stabiliseras av en gränsfilm av ytaktiva molekyler. Det väsentliga distinktion mellan normal emulsion och mikroemulsion är deras partikelstorlek och stabilitet. Mikroemulsioner är termodynamiskt stabila, ultralåg gränssnitt och kapacitet att solubilisera både vattenhaltiga och oljelösliga sampolymerer.

Mikroemulsion användes oftast för syntes av oorganiska nanomaterial, metall NPs (AU, PT, PD),  halvledande metal sulfit NPs (CdS, PbS, kun, Cu2S och CdSe), av metall salt NPs (BaCO3, CaCO3 och SrCO3), NPs (ZrO2, TiO2, SiO2, GeO2 och Fe2O3), magnetiska NPs ((MN, Zn) Fe2O4, (ni, Zn) Fe2O4, ZnFe2O4 och BaFe12O19) och komposit NPs (CdS-TiO2, CdS-ZnS, CdS-SnO2).

Sol -gel

Sol-gel är en våtkemisk metod för att framställa nanopartiklar som bygger på att de olika utgångsämnena blandas i lösning och sedan binds till varandra så att ett nätverk, en gel, bildas. Sol-gel-metoden är användbar för tillverkning av funktionella material, såsom fotokatalysator, olinjära optiska material, ferroelektriska och superledare.

Biologiska processer att framställa nanopartiklar

Mikroorganismer, växtekstrakter och svampar kan producera nanopartiklar genom biologiska processer. De vanligaste nanopartiklarna syntetiseras med biologiska metoder är silver och guld , men  syntes av zinkoxid , platina ,magnetit , zirkoniumoxid, kiseldioxid, titan, och kadmiumsulfid och kadmiumselenid kvantprickar .

Metall nanopartiklar kan produceras genom bioreduktions process där bakterier, svamp, alger, virus, marina organismer, växter, levande celler placeras i flytande tillväxtmedia tills kulturen har ökat i biomassa. Molekyler som enzymer, proteiner, aminosyror, polysackarider och metaboliter som finns i det biologiska odlingen fäller ut joner som startar en biologisk syntes av nanopartiklar. En reduktionsprocessen i metallpartiklarna, jonlösningen börjar bilda nanopartiklar.

Genom att kontrollera ph, temperatur och koncentration av reagans kan storlek och form på nano partiklarna styras. En stor fördel med biologisk syntes, i motsats till den traditionella kemiska metoder, är att några av de aktiva molekylerna klibbar nanopartiklarnas yta, vilket ger dem antibakteriella, antivirala, antiallergiska eller andra unika egenskaper, beroende på vilken sammansättningen av odlingskulturen.

 

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *