Produzione ad alte prestazioni di nanopolveri metalliche
Lo sviluppo di materiali nanostrutturati con proprietà uniche ha aperto la via ad applicazioni virtualmente illimitate, tuttavia la mancanza di tecniche di lavorazione industriali ostacola la penetrazione dei mercati. Per affrontare questa sfida, gli scienziati hanno avviato il progetto SIMBA, finanziato dall'UE. L'attenzione è concentrata in particolare sullo sviluppo di un ambiente di produzione su scala industriale per il plasma ad accoppiamento induttivo (ICP). L'adattamento della normale lavorazione in lotti dell'ICP a un funzionamento in modalità continua permetterà di ottenere maggiore produttività e rese più elevate. I sistemi di monitoraggio online garantiranno la produzione in condizioni di sicurezza di nanoparticelle controllate rigorosamente e di alta qualità. Il sistema consentirà di fornire grandi quantità di silicone di alta qualità e nanoparticelle siliconiche per la produzione di nuovi materiali anodi destinati alle batterie agli ioni di litio. I due partner del progetto gestiscono impianti di lavorazione del plasma, uno a livello di laboratorio e uno su scala industriale. Il progetto SIMBA sta lavorando per aumentare in modo significativo le rese, ottimizzando le condizioni di processo e il design dei reattori. Una combinazione di misurazioni empiriche e di modellazione ha permesso di giungere a definire un protocollo di processo, mentre la produzione di nanoparticelle ha consentito di valutare gli effetti dei parametri di lavorazione sulle dimensioni delle particelle. I modelli supportano inoltre il progetto di nuove geometrie per il reattore, con conseguente ottimizzazione dell'efficienza di evaporazione e adesione minima delle nanopolveri alle pareti della camera di reazione. Una parte importante del lavoro del progetto SIMBA è concentrata sugli aspetti di salute, sicurezza e ambiente (HSE). Le emissioni di silicone di nano e micro dimensioni nelle aree di lavoro sono state piuttosto basse e generalmente collegate a incidenti. I ricercatori hanno migliorato la sicurezza del sistema grazie allo sviluppo di valvole di scarico ad alta pressione innovative, per l'atmosfera gassosa carica di polveri dei contenitori di polveri chiusi. Il monitoraggio e il controllo online sono quindi aspetti fondamentali. Gli scienziati stanno ora sviluppando un nuovo sensore ottico per monitorare la velocità di alimentazione della polvere precursore e il test di un sistema ottico per misurare le dimensioni delle particelle direttamente durante la loro produzione. Quest'ultimo dovrebbe essere utilizzabile anche per la generazione di nanoparticelle con dispersione a umido e tramite gas e avere quindi maggiori possibilità di commercializzazione. Attualmente, il processo è in fase di ottimizzazione per l'implementazione su larga scala, al fine di aumentare la resa della polvere siliconica e ridurre al minimo le perdite a livello di parete. Nel periodo successivo, il team prevede di riuscire a dimostrare innovazioni importanti nell'iniezione delle polveri a livello industriale, con nuovo monitoraggio online e funzionalizzazione per la produzione sicura di grandi quantità di nanoparticelle di silicone e nanoparticelle siliconiche di alta qualità.
