Wysokoprzepustowa produkcja nanoproszków metalowych
Powstanie nanostrukturalnych materiałów o unikalnych właściwościach otwiera drogę ku praktycznie nieograniczonym rozwiązaniom, których komercjalizację utrudnia jednak brak odpowiednich przemysłowych technik produkcji. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt SIMBA, aby uporać się z tym problemem. Celem prac jest opracowanie systemu przemysłowej produkcji indukcyjnie sprzężonej plazmy (ICP). Zaadaptowanie konwencjonalnych metod produkcji seryjnej ICP do potrzeb produkcji ciągłej pozwoli uzyskać większą przepustowość i wydajność. Systemy monitorowania w linii produkcyjnej zagwarantują możliwość bezpiecznego wytwarzania dobrze kontrolowanych nanocząsteczek wysokiej jakości. System będzie służył do produkcji dużych ilości krzemu i nanocząsteczek krzemowych na potrzeby wytwarzania nowych materiałów anodowych do akumulatorów litowo-jonowych. Dwóch partnerów projektu obsługuje instalacje przetwarzania plazmy, jedną w warunkach laboratoryjnych, a drugą w przemysłowych. Celem projektu SIMBA jest znaczące zwiększenie wydajność dzięki optymalizacji warunków przetwarzania oraz konstrukcji reaktora. Kombinacja pomiarów empirycznych i modelowania pozwoliła na zdefiniowanie protokołu przetwarzania, natomiast wytworzenie nanocząsteczek umożliwiło ocenę wpływu parametrów przetwarzania na rozmiar cząsteczek. Modele pomagają także w projektowaniu nowych geometrii reaktorów pod kątem optymalnej wydajności odparowywania i minimalnego przylegania nanoproszków do ścian komory reakcyjnej. Ważnym elementem projektu SIMBA jest BHP oraz kwestie środowiskowe. Emisje nano- i mikrocząsteczek krzemu w miejscu pracy były niskie i najczęściej wynikały z wypadków. W ramach SIMBA zwiększono bezpieczeństwo systemu dzięki stworzeniu innowacyjnych wysokociśnieniowych zaworów upustowych pracujących w zapylonej atmosferze gazowej w zamkniętych pojemnikach na proszki. Niezwykle istotnym aspektem jest monitoring i sterowanie w linii produkcyjnej. Naukowcy pracują obecnie nad budową nowego czujnika optycznego monitorującego prędkość podawania proszków, a ponadto testują system optyczny mierzący rozmiar cząsteczek bezpośrednio podczas ich wytwarzania. Rozwiązanie to powinno nadawać się równie dobrze do wytwarzania nanocząsteczek w zawiesinie mokrej, jak i gazowej, co ułatwi znalezienie rynku zbytu. Naukowcy aktualnie pracują nad optymalizacją rozszerzonego procesu, aby zwiększyć wydajność produkcji proszku krzemowego przy jednoczesnej minimalizacji utraty ścian. Kolejny etap realizacji projektu powinien przynieść ważne, przełomowe rozwiązania w zakresie przemysłowego wtryskiwania proszków przy zastosowaniu nowego systemu monitorowania i funkcjonalizacji umożliwiającej bezpieczną produkcję dużych ilości krzemu i nanocząsteczek krzemowych o wysokiej jakości.
