Connecter les (nano) points: La pensée globale peut faire progresser la fabrication des nanoparticules

Anonim

La fabrication de nanoparticules, la production d'unités de matériau de moins de 100 nanomètres (100 000 fois plus petites qu'un marbre), prouve l'adage selon lequel «les bonnes choses sont de petits emballages». Les nanoparticules d'ingénierie actuelles font partie intégrante de tout, des nanocristaux à points quantiques colorant les écrans brillants des téléviseurs de pointe aux minuscules morceaux d'argent aidant les bandages à se protéger contre les infections. Cependant, les entreprises commerciales cherchant à tirer profit de ces petits blocs de construction sont confrontées à des problèmes de contrôle de la qualité qui, si elles ne sont pas résolues, peuvent réduire leur efficacité, augmenter les coûts de production et limiter l’impact commercial des produits.

Pour aider à surmonter ces obstacles, l'Institut national des normes et de la technologie (NIST) et le Centre mondial d'évaluation des technologies (WTEC) préconisent que les chercheurs, fabricants et administrateurs de nanoparticules «relient les choses» en considérant leurs défis communs qu'individuellement. Cela comprend le transfert de connaissances entre les disciplines, la coordination des actions entre les organisations et le partage des ressources pour faciliter les solutions.

Les recommandations sont présentées dans un nouvel article dans la revue ACS Applied Nano Materials.

"Nous avons examiné le tableau d'ensemble de la fabrication des nanoparticules pour identifier les problèmes communs aux différents matériaux, procédés et applications", a déclaré le physicien du NIST, Samuel Stavis, auteur principal du document. "La résolution de ces problèmes pourrait faire progresser l’ensemble de l’entreprise."

Le nouveau document fournit un cadre pour mieux comprendre ces problèmes. C'est le point culminant d'une étude initiée par un atelier organisé par le NIST sur le défi fondamental de réduire ou d'atténuer l'hétérogénéité, les variations involontaires de la taille, de la forme et d'autres caractéristiques des nanoparticules.

"L'hétérogénéité peut avoir des conséquences importantes sur la fabrication des nanoparticules", a déclaré Jeffrey Fagan, ingénieur chimiste du NIST et co-auteur.

Dans leur article, les auteurs ont noté que les innovations les plus rentables dans la fabrication des nanoparticules réduisent l'hétérogénéité au cours des premières étapes de l'opération, réduisant ainsi la nécessité d'un traitement ultérieur. Cela réduit les déchets, simplifie la caractérisation et améliore l'intégration des nanoparticules dans les produits, ce qui économise de l'argent.

Les auteurs ont illustré ce point en comparant la production de nanoparticules d’or et de nanotubes de carbone. Pour l'or, ont-ils déclaré, les coûts de synthèse initiaux peuvent être élevés, mais la similarité des nanoparticules produites nécessite moins de purification et de caractérisation. Par conséquent, ils peuvent être transformés en divers produits, tels que des capteurs, à des coûts relativement faibles.

En revanche, les nanotubes de carbone les plus hétérogènes sont moins coûteux à synthétiser, mais nécessitent davantage de traitement pour donner ceux qui présentent les propriétés souhaitées. Les coûts supplémentaires lors de la fabrication rendent les nanotubes seulement pratiques pour les applications à forte valeur telles que les dispositifs logiques numériques.

"Bien que ces nanoparticules et leurs produits finaux soient très différents, les acteurs de leur fabrication peuvent apprendre beaucoup des meilleures pratiques des uns et des autres", a déclaré le scientifique et co-auteur du matériau du NIST, J. Alexander Liddle. "En partageant leurs connaissances, ils pourraient améliorer les deux opérations apparemment disparates."

Selon les auteurs, il est extrêmement important de trouver des moyens pour relier ces points aux nouvelles entreprises qui cherchent à transférer les technologies des nanoparticules du laboratoire au marché.

"La fabrication de nanoparticules peut devenir si coûteuse que le financement expire avant que le produit final puisse être commercialisé", a déclaré Michael Stopa, consultant et co-auteur en nanotechnologie au WTEC. "Dans notre article, nous avons souligné plusieurs possibilités d’améliorer les chances que de nouvelles entreprises survivent à leur parcours grâce à ce transfert de technologie" vallée de la mort "."

Enfin, les auteurs ont examiné comment les défis et les innovations de fabrication affectent le nombre toujours croissant d'applications pour les nanoparticules, y compris celles dans les domaines de l'électronique, de l'énergie, des soins de santé et des matériaux.

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