Fertigung im Nanomaßstab / Nanofertigung

Unsere Teile und Produkte im Nanometerbereich werden mit NANOSCALE MANUFACTURING / NANOMANUFACTURING hergestellt. Dieser Bereich steckt noch in den Kinderschuhen, verspricht aber viel für die Zukunft. Molekular konstruierte Geräte, Medikamente, Pigmente … etc. werden entwickelt und wir arbeiten mit unseren Partnern daran, der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein. Im Folgenden finden Sie einige der im Handel erhältlichen Produkte, die wir derzeit anbieten:

 

 

 

KOHLENSTOFF-NANORÖHREN

 

NANOPARTIKEL

 

NANOPHASE KERAMIK

 

CARBON BLACK REINFORCEMENT für Gummi und Polymere

 

NANOCOMPOSITES in Tennisbällen, Baseballschlägern, Motorrädern und Fahrrädern

 

MAGNETISCHE NANOPARTIKEL zur Datenspeicherung

 

NANOPARTICLE katalysatoren

 

 

 

Nanomaterialien können einer der vier Arten angehören, nämlich Metalle, Keramiken, Polymere oder Verbundstoffe. Im Allgemeinen sind  NANOSTRUCTURES kleiner als 100 Nanometer.

 

 

 

Bei der Nanofertigung verfolgen wir einen von zwei Ansätzen. Als Beispiel nehmen wir in unserem Top-down-Ansatz einen Siliziumwafer, verwenden Lithographie, Nass- und Trockenätzverfahren, um winzige Mikroprozessoren, Sensoren und Sonden zu konstruieren. Andererseits verwenden wir in unserem Bottom-up-Ansatz der Nanoherstellung Atome und Moleküle, um winzige Geräte zu bauen. Einige der physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Materie aufweist, können extreme Veränderungen erfahren, wenn sich die Partikelgröße atomaren Dimensionen nähert. Undurchsichtige Materialien in ihrem makroskopischen Zustand können in ihrer Nanoskala transparent werden. Materialien, die im Makrozustand chemisch stabil sind, können in ihrer Nanoskala brennbar werden, und elektrisch isolierende Materialien können zu Leitern werden. Derzeit können wir folgende kommerzielle Produkte anbieten:

 

 

 

CARBON NANOTUBE (CNT) DEVICES / NANOTUBES: Wir können uns Kohlenstoff-Nanoröhren als röhrenförmige Formen von Graphit vorstellen, aus denen nanoskalige Geräte konstruiert werden können. CVD, Laserablation von Graphit und Kohlenstoffbogenentladung können verwendet werden, um Kohlenstoff-Nanoröhren-Vorrichtungen herzustellen. Nanoröhren werden als einwandige Nanoröhren (SWNTs) und mehrwandige Nanoröhren (MWNTs) kategorisiert und können mit anderen Elementen dotiert werden. Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind Allotrope von Kohlenstoff mit einer Nanostruktur, die ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von mehr als 10.000.000 und bis zu 40.000.000 und sogar noch mehr aufweisen kann. Diese zylindrischen Kohlenstoffmoleküle haben Eigenschaften, die sie für Anwendungen in der Nanotechnologie, Elektronik, Optik, Architektur und anderen Bereichen der Materialwissenschaften potenziell nützlich machen. Sie weisen eine außergewöhnliche Festigkeit und einzigartige elektrische Eigenschaften auf und sind effiziente Wärmeleiter. Nanoröhren und kugelförmige Buckyballs sind Mitglieder der Strukturfamilie der Fullerene. Das zylindrische Nanoröhrchen hat gewöhnlich mindestens ein Ende, das mit einer Halbkugel der Buckyball-Struktur bedeckt ist. Der Name Nanoröhre leitet sich von ihrer Größe ab, da der Durchmesser einer Nanoröhre in der Größenordnung von wenigen Nanometern liegt, bei Längen von mindestens mehreren Millimetern. Die Art der Bindung einer Nanoröhre wird durch orbitale Hybridisierung beschrieben. Die chemische Bindung von Nanoröhren besteht vollständig aus sp2-Bindungen, ähnlich denen von Graphit. Diese Bindungsstruktur ist stärker als die in Diamanten vorkommenden sp3-Bindungen und verleiht den Molekülen ihre einzigartige Stärke. Nanoröhren ordnen sich auf natürliche Weise zu Seilen an, die von Van-der-Waals-Kräften zusammengehalten werden. Unter hohem Druck können Nanoröhren miteinander verschmelzen und einige sp2-Bindungen gegen sp3-Bindungen tauschen, was die Möglichkeit bietet, starke Drähte mit unbegrenzter Länge durch Hochdruck-Nanoröhrenverknüpfung herzustellen. Die Festigkeit und Flexibilität von Kohlenstoffnanoröhren macht sie zu einem potenziellen Nutzen bei der Steuerung anderer Strukturen im Nanomaßstab. Es wurden einwandige Nanoröhren mit Zugfestigkeiten zwischen 50 und 200 GPa hergestellt, und diese Werte sind ungefähr eine Größenordnung höher als bei Kohlenstofffasern. Die Werte des Elastizitätsmoduls liegen in der Größenordnung von 1 Tetrapascal (1000 GPa) mit Bruchdehnungen zwischen etwa 5 % und 20 %. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoffnanoröhren machen uns zu ihrer Verwendung in robuster Kleidung und Sportausrüstung, Kampfjacken. Kohlenstoffnanoröhren haben eine mit Diamanten vergleichbare Festigkeit und werden in Kleidung eingewebt, um stichfeste und kugelsichere Kleidung herzustellen. Durch das Vernetzen von CNT-Molekülen vor dem Einbau in eine Polymermatrix können wir ein Verbundmaterial mit extrem hoher Festigkeit bilden. Dieser CNT-Verbundstoff könnte eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 20 Millionen psi (138 GPa) haben und das technische Design revolutionieren, wenn geringes Gewicht und hohe Festigkeit erforderlich sind. Kohlenstoffnanoröhren zeigen auch ungewöhnliche Stromleitungsmechanismen. Abhängig von der Ausrichtung der hexagonalen Einheiten in der Graphenebene (dh Röhrenwände) mit der Röhrenachse können sich die Kohlenstoffnanoröhren entweder als Metalle oder als Halbleiter verhalten. Als Leiter haben Kohlenstoffnanoröhren eine sehr hohe elektrische Strombelastbarkeit. Einige Nanoröhren können Stromdichten tragen, die das 1000-fache von Silber oder Kupfer übersteigen. In Polymere eingearbeitete Kohlenstoffnanoröhren verbessern deren Fähigkeit zur Entladung statischer Elektrizität. Dies hat Anwendungen in Kraftstoffleitungen von Automobilen und Flugzeugen und in der Produktion von Wasserstoffspeichertanks für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge. Es hat sich gezeigt, dass Kohlenstoffnanoröhren starke Elektron-Phonon-Resonanzen aufweisen, was darauf hindeutet, dass ihr Strom und die durchschnittliche Elektronengeschwindigkeit sowie die Elektronenkonzentration auf der Röhre unter bestimmten Gleichstrom-(DC)-Vorspannungen und Dotierungsbedingungen mit Terahertz-Frequenzen oszillieren. Diese Resonanzen können verwendet werden, um Terahertz-Quellen oder -Sensoren herzustellen. Transistoren und integrierte Speicherschaltungen mit Nanoröhren wurden demonstriert. Die Kohlenstoffnanoröhrchen dienen als Gefäß für den Transport von Medikamenten in den Körper. Die Nanoröhre ermöglicht es, die Medikamentendosis zu senken, indem sie ihre Verteilung lokalisiert. Dies ist auch wirtschaftlich machbar, da geringere Mengen an verwendeten Arzneimitteln verwendet werden. Das Arzneimittel kann entweder an der Seite der Nanoröhre angebracht oder dahinter gezogen werden, oder das Arzneimittel kann tatsächlich innerhalb der Nanoröhre platziert werden. Bulk-Nanoröhren sind eine Masse von ziemlich unorganisierten Fragmenten von Nanoröhren. Massen-Nanoröhrenmaterialien erreichen möglicherweise keine ähnlichen Zugfestigkeiten wie einzelne Röhren, aber solche Verbundstoffe können dennoch Festigkeiten ergeben, die für viele Anwendungen ausreichend sind. Bulk-Kohlenstoffnanoröhren werden als Verbundfasern in Polymeren verwendet, um die mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften des Bulk-Produkts zu verbessern. Als Ersatz für Indium-Zinn-Oxid (ITO) werden transparente, leitfähige Filme aus Kohlenstoffnanoröhren in Erwägung gezogen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Folien sind mechanisch robuster als ITO-Folien, was sie ideal für hochzuverlässige Touchscreens und flexible Displays macht. Bedruckbare Tinten auf Wasserbasis aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Filmen sind erwünscht, um ITO zu ersetzen. Nanotube-Filme sind vielversprechend für die Verwendung in Displays für Computer, Mobiltelefone, Geldautomaten usw. Nanoröhren wurden verwendet, um Ultrakondensatoren zu verbessern. Die in herkömmlichen Ultrakondensatoren verwendete Aktivkohle hat viele kleine Hohlräume mit einer Größenverteilung, die zusammen eine große Oberfläche zum Speichern elektrischer Ladungen bilden. Da aber Ladung in Elementarladungen, also Elektronen, quantisiert wird und jede davon einen minimalen Platzbedarf hat, steht ein großer Teil der Elektrodenfläche nicht zur Speicherung zur Verfügung, weil die Hohlräume zu klein sind. Bei Elektroden aus Nanoröhrchen sollen die Zwischenräume passgenau dimensioniert werden, nur wenige zu groß oder zu klein und damit die Kapazität erhöht werden. Eine entwickelte Solarzelle verwendet einen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Komplex, der aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen besteht, die mit winzigen Kohlenstoff-Buckyballs (auch Fullerene genannt) kombiniert werden, um schlangenartige Strukturen zu bilden. Buckyballs fangen Elektronen ein, aber sie können keine Elektronen zum Fließen bringen. Wenn Sonnenlicht die Polymere anregt, schnappen sich die Buckyballs die Elektronen. Nanoröhren, die sich wie Kupferdrähte verhalten, können dann die Elektronen oder den Strom zum Fließen bringen.

 

 

 

NANOPARTIKEL: Nanopartikel können als Brücke zwischen Schüttgütern und atomaren oder molekularen Strukturen betrachtet werden. Ein Schüttgut hat im Allgemeinen unabhängig von seiner Größe durchgehend konstante physikalische Eigenschaften, aber auf der Nanoskala ist dies oft nicht der Fall. Es werden größenabhängige Eigenschaften wie Quanteneinschluss in Halbleiterpartikeln, Oberflächenplasmonenresonanz in einigen Metallpartikeln und Superparamagnetismus in magnetischen Materialien beobachtet. Die Eigenschaften von Materialien ändern sich, wenn ihre Größe auf den Nanobereich reduziert wird und der Prozentsatz an Atomen an der Oberfläche signifikant wird. Bei Schüttgütern, die größer als ein Mikrometer sind, ist der Anteil der Atome an der Oberfläche im Vergleich zur Gesamtzahl der Atome im Material sehr gering. Die unterschiedlichen und herausragenden Eigenschaften von Nanopartikeln sind teilweise darauf zurückzuführen, dass anstelle der Bulk-Eigenschaften die Eigenschaften der Materialoberfläche die Eigenschaften dominieren. Beispielsweise tritt das Biegen von massivem Kupfer bei einer Bewegung von Kupferatomen/-clustern auf etwa der 50-nm-Skala auf. Kupfer-Nanopartikel, die kleiner als 50 nm sind, gelten als superharte Materialien, die nicht die gleiche Formbarkeit und Duktilität wie massives Kupfer aufweisen. Die Veränderung der Eigenschaften ist nicht immer erwünscht. Ferroelektrische Materialien, die kleiner als 10 nm sind, können ihre Magnetisierungsrichtung unter Verwendung von Wärmeenergie bei Raumtemperatur ändern, wodurch sie für die Speicherung unbrauchbar werden. Suspensionen von Nanopartikeln sind möglich, weil die Wechselwirkung der Partikeloberfläche mit dem Lösungsmittel stark genug ist, um Dichteunterschiede zu überwinden, was bei größeren Partikeln normalerweise dazu führt, dass ein Material in einer Flüssigkeit entweder sinkt oder schwimmt. Nanopartikel haben unerwartete sichtbare Eigenschaften, weil sie klein genug sind, um ihre Elektronen einzuschließen und Quanteneffekte zu erzeugen. Beispielsweise erscheinen Gold-Nanopartikel in Lösung tiefrot bis schwarz. Das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen reduziert die Schmelztemperaturen von Nanopartikeln. Das sehr hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen von Nanopartikeln ist eine treibende Kraft für die Diffusion. Das Sintern kann bei niedrigeren Temperaturen in kürzerer Zeit erfolgen als bei größeren Partikeln. Dies sollte die Dichte des Endprodukts nicht beeinträchtigen, jedoch können Fließschwierigkeiten und die Neigung von Nanopartikeln zur Agglomeration zu Problemen führen. Das Vorhandensein von Titandioxid-Nanopartikeln verleiht einen Selbstreinigungseffekt, und die Größe im Nanobereich lässt die Partikel nicht sehen. Zinkoxid-Nanopartikel haben UV-blockierende Eigenschaften und werden Sonnenschutzlotionen zugesetzt. Ton-Nanopartikel oder Ruß, wenn sie in Polymermatrizen eingearbeitet werden, erhöhen die Verstärkung und bieten uns stärkere Kunststoffe mit höheren Glasübergangstemperaturen. Diese Nanopartikel sind hart und verleihen dem Polymer ihre Eigenschaften. An Textilfasern gebundene Nanopartikel können intelligente und funktionelle Kleidung herstellen.

 

 

 

NANOPHASENE KERAMIK: Durch die Verwendung von nanoskaligen Partikeln bei der Herstellung von keramischen Materialien können wir gleichzeitig und stark sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität steigern. Nanophasenkeramiken werden aufgrund ihrer hohen Oberfläche-zu-Fläche-Verhältnisse auch für die Katalyse verwendet. Nanophasen-Keramikpartikel wie SiC werden auch als Verstärkung in Metallen wie Aluminiummatrix verwendet.

 

 

 

Wenn Ihnen eine für Ihr Unternehmen nützliche Anwendung zur Nanoherstellung einfällt, lassen Sie es uns wissen und erhalten Sie unseren Input. Wir können diese entwerfen, prototypisieren, herstellen, testen und an Sie liefern. Wir legen großen Wert auf den Schutz des geistigen Eigentums und können spezielle Vorkehrungen für Sie treffen, um sicherzustellen, dass Ihre Designs und Produkte nicht kopiert werden. Unsere Nanotechnologie-Designer und Nanofertigungs-Ingenieure gehören zu den besten der Welt und sie sind dieselben Leute, die einige der fortschrittlichsten und kleinsten Geräte der Welt entwickelt haben.