Revista de Nanomedicina y Descubrimiento Bioterapéutico
Acceso abierto

abstracto

The route to nanomaterials manufacturing incorporating nanoparticle beam deposition

ricardo e palmer

Si imaginamos una fábrica del futuro en la que los haces de nanopartículas se integren en la producción de materiales o dispositivos avanzados, surge un conjunto de desafíos de investigación críticos para la deposición de haces de racimo (CBD). Estos incluyen el control de la composición, el tamaño, la cantidad (escalamiento), la interacción con el soporte, la respuesta al entorno y la validación del rendimiento de las nanopartículas. El premio es un conjunto de aplicaciones que van desde el tratamiento del agua y la teranóstica hasta la catálisis y los memristores. El enfoque del haz de racimo es verde; no involucra solventes ni efluentes; las partículas se pueden seleccionar por tamaño y se pueden producir fácilmente combinaciones desafiantes de metales (nanoaleaciones). Aquí discutimos cuatro de estos desafíos de investigación: Medio ambiente (temperatura), aumento de escala, ingeniería de formulación y Validación: (1) Medio ambiente: La microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) corregida por aberración se utiliza para investigar el comportamiento de los grupos depositados a temperaturas elevadas, incluidas las transformaciones estructurales y la fusión (núcleo y superficie). (2) Ampliación: la I+D en catálisis industrial normalmente requiere un gramo de catalizador o 10 mg de grupos con una carga del 1 % en un soporte de catalizador adecuado. Matrix Assembly Cluster Source (MACS) se basa en la pulverización catódica de un haz de iones de una matriz de gas raro en la que se cargan previamente átomos metálicos. Hasta la fecha se ha logrado un aumento de cinco órdenes de magnitud en la intensidad de los cúmulos. (3) Ingeniería de formulación: discutiremos varios medios por los cuales los grupos de tamaño controlado pueden presentarse en una forma que coincida con la aplicación funcional deseada, por ejemplo, catálisis y teranóstica. Estos ejemplos de ingeniería de formulación a nanoescala incluyen la deposición directa de haces de racimo de metal sobre polvos. (4) Validación: finalmente ilustrará el desafío de la validación para mostrar que los materiales funcionales basados ​​en grupos son superiores a los materiales avanzados más tradicionales. Nos centraremos en la hidrogenación (tanto en fase gaseosa como líquida) de moléculas orgánicas sobre o aplicaciones en el sector de la química fina y en la división del agua

Es difícil predecir el futuro de la ciencia. Por ejemplo, cuando el C ₆₀  y su estructura se identificaron a partir de los espectros de masas de los grupos de carbono en fase gaseosa, pocos podrían haber predicho la era de la nanotecnología del carbono que introdujo el descubrimiento. La solubilización y funcionalización de C ₆₀, la identificación y luego la síntesis de nanotubos de carbono, y la generación y la física del grafeno han tenido un impacto en el panorama internacional de I+D (y hasta cierto punto industrial) que no podía haberse previsto. La tecnología surgió de la búsqueda de moléculas de interés astroquímico en el gas interestelar. Este pequeño bosquejo proporciona a los autores la confianza para presentar aquí un informe de estado sobre el progreso hacia otro futuro radical: la síntesis de nanopartículas (típicamente metales) a escala industrial sin solventes y, en consecuencia, efluentes, sin sales y la toxicidad que a veces las acompaña, con un mínimo perspectivas de escape de nanopartículas no deseadas al medio ambiente, con un alto grado de precisión en el control del tamaño, forma y composición de las nanopartículas producidas y con aplicaciones desde catalizadores y sensores hasta fotónica, electrónica y teranóstica. De hecho, nuestra historia comienza exactamente en el mismo lugar que el origen de la era del nanocarbono: la generación y selección masiva de cúmulos atómicos libres en una cámara de vacío. Los pasos a lo largo del camino hasta ahora incluyen la deposición de dichos haces de cúmulos sobre superficies en el vacío, la aclaración de los elementos clave de la interacción cúmulo-superficie y demostraciones de las posibles aplicaciones de los cúmulos depositados. Los principales desafíos actuales, formidables pero solucionables, son la necesaria ampliación de la deposición de haces de racimo desde el nanogramo hasta la escala de gramo y más allá, y el procesamiento e integración de los nanoclusters en arquitecturas funcionales apropiadas, como polvos para catálisis heterogénea, es decir, el problema de ingeniería de formulación. La investigación que aborda estos desafíos se ilustra en esta Cuenta con ejemplos de producción de clústeres (en la escala tradicional de nanogramos), que enfatizan la autoselección de tamaño, la generación controlada de formas no esféricas y nanopartículas binarias no esféricas; mediante la ampliación de la producción de haces de racimo en órdenes de magnitud con la fuente de racimo de condensación de gas y pulverización catódica de magnetrón, y especialmente la fuente de racimo de ensamblaje de matriz (MACS); y mediante demostraciones prometedoras de grupos depositados en la detección de gases y en la catálisis heterogénea (esto en la escala de gramos) en entornos relevantes (tanto en fase líquida como vapor). El impacto en la ingeniería de fabricación del nuevo paradigma aquí descrito es sin duda radical; las perspectivas de éxito económico están, como siempre, llenas de incertidumbres.