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納米印刷沉積:助力納米技術發展,引發納米能源領域革命性變革

發布時間: 2024-05-28  點擊次數: 561次

納米印刷沉積:助力納米技術發展,引發納米能源領域革命性變革

絕緣、傳導、反射、保溫、耐磨和防銹等材料及其特性在日常生活中發揮著重要作用,科學家們正在不斷努力改善材料的特性以制造出具備更優性能的產品。更好的隔熱效果可以降低供暖成本;更好的傳導導致更低的損耗;更好的耐腐蝕性,可實現更長的使用壽命和更低的維護要求。

 

近幾十年來,科學家開始通過研究越來越小的顆粒即所謂的納米顆粒(通常只有幾納米大?。﹣砜刂撇牧系奶匦?。在研究過程中,許多人認為:“如果能干凈地生產這些納米粒子并將它們組合成所需的成分,那么我們就可以制造任何可以想象的材料!” 

當 Aaike van Vugt 發現科學家們很難產生小、干凈且輪廓分明的粒子時,他開始與 Andreas Schmidt-Ott 教授一起研究火花燒蝕。利用該技術,可以相對容易地生產這類顆粒。

 

VSParticle 在代爾夫特成立后研發出了 VSParicle-G1 納米粒子發生器,在獲得融資后推出了 新的VSParticle-P1 納米印刷沉積系統。它可以將納米顆粒組合成任何所需的配置,開發用于大規模商業生產的制氫的膜電極(CCMs)和氣體傳感器。

 

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VSParticle 創始人 Aaike van Vugt 與 VSPaticle-P1 納米印刷沉積系統原型機

 

"在廣泛推廣這項技術之前, 你首先必須真正證明自己!"

 

<1>  VSParticle 公司的誕生

 

Aaike van Vugt 畢業于代爾夫特理工大學,在校擔任化學技術專家,他在學習期間結識了 Andreas Schmidt-Ott 教授,后者于 1980 年開發了一種利用火花燒蝕生產非常小的顆粒的方法。

 

火花燒蝕技術 Spark Ablation

 

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火花燒蝕技術基于流過所需材料的管子的惰性氣體(例如氬氣或氮氣)進行工作。通過在現場高溫下快速產生大量火花,材料蒸發成非常小的(納米)顆粒。最終,這些顆粒聚集成稍大的顆粒。

 

納米顆粒發生器能夠控制確切的尺寸;從單個原子到幾十納米?;鸹ǖ母邷兀ǔ^ 20,000 開爾文)使得處理任何表面不含(有機)污染物的地球材料成為可能。

 

該過程不僅有效、高效,而且干凈。特別是當設備使用綠色能源運行時。載氣可以通過過濾器輕松回收。也沒有廢物流,這意味著該過程可以輕松集成到(現有)生產過程中。

 

Aaike 說:“經過半天的訓練后我發現火花燒蝕技術實際上可以制造出任何我想要的納米粒子,這一事實令我很感興趣。” 與此同時,他注意到許多研究人員正在努力生產小型和干凈的納米顆粒。

 

“我認為 Andreas 教授的火花燒蝕技術是很好的研究新材料的技術 。在他的建議下,2014 年我畢業后的一天,VSParticle 成立了。”Aaike van Vugt 是CEO。

 

在接下來的幾年里,基于火花燒蝕技術的 VSParticle-G1 納米粒子發生器的工作得以完成,很快獲得了第一批補貼。

 

VSParticle-G1 納米粒子發生器是一臺桌面式儀器,用于生成尺寸范圍為 1-20 nm 的純金屬、金屬氧化物或合金納米氣溶膠材料。納米顆粒的生產在氣相中進行,因此無需使用表面活性劑或前驅體。用于納米粒子生產的源材料是由所需材料制成的兩根靶材(電極)。使用時只需安裝電極并設置參數,按下按鈕即可開始生成納米粒子。

 

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VSParticle-G1 納米粒子發生器

 

<2>  從實驗室級別到商業化規模量產

 

在向荷蘭國家公共衛生與環境研究院(RIVM) 和代爾夫特理工大學交付第一批 VSParticle-G1 納米粒子發生器后,來自阿姆斯特丹的Invaco Management 于 2017 年作為重要投資者加入,這為這家初創企業提供了繼續發展并在此基礎上開發新產品的機會。

 

其中尤其重要的是新推出的 VSParticle-P1 納米印刷沉積系統,可以實現無機納米結構材料的打印直寫。這些顆粒通常小于 10 nm,而且沒有引入任何的化學添加劑和墨水組分,可以較大程度保留顆粒本身的性質。該打印系統還提供打印不同成分和厚度的納米多孔層的選項。

 

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VSParticle-P1 納米沉積系統得到了新投資者 Plural Platform 的進一步開發并應用于商業化。VSParticle 不僅要將該打印沉積系統用于科學研究,而且還要用于商業化的大批量材料生產。

 

<3>  應用領域

 

Aaike 認為納米技術市場廣泛,覆蓋農業、食品、醫療應用、能源轉型和太空等。但專注的行業研究更重要,目前 VSParticle-P1 納米印刷沉積系統的應用領域如下:

 

1.氣體傳感器

 

第一個焦點涉及氣體傳感器。目前,氣體傳感器能夠檢測一種或多種氣體,但區分不同元素的能力很弱。我們希望開發出更靈敏、更具選擇性并且(極其)緊湊的傳感器,使它們能夠輕松集成到智能手機等移動設備中。

 

VSParticle 目前正在開發一種具有這些特性的傳感器,能夠測量 VOC(揮發性有機化合物,如推進劑、甲醛和苯)。Aaike 說道。“未來他們可以檢測到微量的特定氣體,可以提前發現即將發生的疾病。早期發現通??梢愿纳浦委熯x擇,從而降低醫療費用。”

 

推薦閱讀:超細納米粒子干法打印用于金屬氧化物氣體傳感器

 

2.電解水制氫

 

第二個產業已經受到媒體的廣泛關注,它與能源轉型有關,涉及開發涂有催化劑的膜(CCM),該膜能夠將水分解為氧氣和氫氣。簡而言之:它產生氫氣。膜電極現在是通過七步工藝生產的,還需要非常稀有的材料銥。

 

Aaike:“到 2030 年,氫能市場在 7 年內將擴大約 200 倍。” 這也適用于使用這些膜的電解槽的容量。VSParticle-P1 納米印刷沉積系統 可以直接將銥催化劑沉積在薄膜上,精度更高,而且銥的用量顯著減少。

 

 

 

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<4>利用納米技術引發納米能源領域變革  

 

 

多年來,納米粒子具有與散裝材料不同的特性的發現一直促使科學界繼續研究這一問題。隨著VSParticle-G1 粒子發生器和 VSParticle-P1 納米印刷沉積系統的發展,研究將迎來全新的階段。

 

VSParticle 的納米技術正在為能源轉型創造新材料。其能夠局部打印無機納米結構材料。


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