Synteza nanocząstek na dużą skalę
Zapotrzebowanie na nanocząstki o wysokiej czystości wynika z ich działania przeciwbakteryjnego w tekstyliach, działania katalitycznego w reaktorach membranowych oraz ich właściwości jako opóźniaczy palenia w polimerach kompozytowych lub poprawy wydajności komórek solarnych. Nanocząstki mogą być uzyskiwane z materiałów sypkich lub syntetyzowane z wykorzystaniem oddolnych metod, tj. ze struktury atomowej lub molekularnej z wykorzystaniem reakcji chemicznych, które pozwalają cząsteczkom zwiększać rozmiar. Do chwili obecnej produkcja nanocząstek niezawierających prekursorów odbywała się z wykorzystaniem konwencjonalnych reaktorów plazmowych. Jednakże, rozmiar i stopień skomplikowania aparatury utrudniają szerokie zastosowanie w branży. Ponadto inne metody wytwarzania nanocząstek takie jak wykorzystanie systemów wyładowania łukowego są niestabilne, nie można ich stosować przez dłuższy czas oraz podobnie jak w przypadku systemów wyładowań iskrowych, mają niski wskaźnik produkcji. Projekt BUONAPART-E finansowany przez UE BUONAPART-E (Better upscaling and optimization of nanoparticle and nanostructure production by means of electrical discharges) proponuje zastosowanie metod wyładowań łukowych i iskrowych do syntezy nanocząstek metali o wysokiej czystości jako stabilnego i ekonomicznego procesu o wysokim wskaźniku produkcji i wydajności energetycznej. Proponowane procesy pozwalają na prowadzenie syntezy różnych materiałów z wykorzystaniem tej samej platformy, w której podstawowy aparat wyparny stanowi zestaw elektrod. Minimalny wpływ na środowisko to efekt braku stosowania niebezpiecznych chemicznych prekursorów i rozpuszczalników oraz recyklingu gazów obojętnych. Główną zaletą jest możliwość wytwarzania konkretnych nanocząstek, o określonych rozmiarach i właściwościach. Używając niedrogich zasilaczy i zestawu elektrod, naukowcy dziesięciokrotnie zwiększyli tempo odparowania gazu, uzyskując przykładowo 36 g/h (Zn), 4,4 g/h (Cu) i 1 g/h (Ag). Zespół zwiększył wydajność procesu, umieszczając równolegle 16 zestawów elektrod i uzyskując tę samą jakość produktu, szybkość produkcji i jednakowe zużycie energii. Złożono trzy wnioski patentowe dotyczące metody wyładowania łukowego. Proces wyładowania iskrowego ulepszono poprzez opracowanie wysokiej częstotliwości zasilacza, pozwalającego na uzyskanie częstotliwości do 9 kHz zamiast kilkuset, a także poprzez zachowanie niewielkiego rozmiaru cząstek. Korzystając z tych prostych i ekonomicznych metod wytwarzania nanocząstek, konsorcjum projektowe wskazało kilka zastosowań włączenia nanocząstek do produktów pośrednich lub końcowych. BUONAPART-E wskazało efektywne i wysoce zrównoważone metody wytwarzania nanocząstek do zastosowań przemysłowych. Nowo opracowana elastyczna platforma umożliwia prowadzenie syntezy wysokiej jakości nanocząstek zgodnie z potrzebami klienta i w konkurencyjnej cenie.
Słowa kluczowe
Nanocząstki, BUONAPART-E, wyładowania elektryczne, tekstylia, reaktory membranowe, komórki solarne
