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NIST说大图思维可以改进纳米颗粒制造

时间:2020-12-30 来源:计量校准点击:次

NIST说大图思维可以改进纳米颗粒制造

　　纳米粒子可以有许多不同的形状和大小，因此这将增加制造成本。在2019年NIST小企业创新研究(SBIR)奖中，一个是将NIST开发的技术商业化，根据纳米粒子的大小和组成对其进行分类。

　　纳米粒子制造是指生产100纳米以下(尺寸相当于一个大理石砖的十万分之一)的材料单位，正好印证了“好东西在小包里”这句老话。如今，设计良好的纳米粒子无所不能，从最先进的电视中用来给明亮的颜色上色的量子点纳米晶体，到用于抗感染绷带的微小银粒子。但对于从这些微小组件中获利的商业企业来说，都面临着质量控制问题。如果这些问题得不到解决，可能会降低效率，增加生产成本，限制相关产品的商业影响力。

　　为了克服这些障碍，美国国家标准与技术研究所(NIST)和非营利组织世界技术评估中心(WTEC)共同倡导纳米粒子研究人员、制造商和管理者要“把点连成一条线”，从更广阔的视角考虑共同的挑战，摒弃单打独斗的做法，共同应对这些挑战。为了促进问题的解决，这需要跨学科的知识转移、不同组织之间的行动协调和资源共享。

　　具体的建议已行文发表于期刊《ACS应用纳米材料》（ACS Applied Nano Materials）。

　　NIST物理科学家Samuel Stavis说：“我们从纳米粒子制造的全局出发，确定了不同材料、工艺和应用中的通用问题。解决这些问题就可以促进整项事业的发展。”

　　这篇论文提供了一个框架，可有助于更好地理解这些问题。这其实是集中了大家的观点，而引发这项研究的是NIST曾组织的一场研讨会，当时重点探讨的基本难题是减少或减轻异质性，即制造过程中出现的纳米粒子尺寸、形状和其他特征的无意变化。

　　NIST化学工程师、该论文作者之一Jeffrey Fagan说：“异质性会对纳米颗粒制造产生重大影响。”

　　论文作者指出，纳米颗粒制造中最有益的创新应该是在过程的早期阶段最大程度地减少异质性，从而可减少后续加工的需求。这样就能减少浪费，简化表征，并改善纳米颗粒与产品的融合集成，所有这些都可以节省成本。

　　作者通过比较金纳米颗粒和碳纳米管的生产来说明了这一点。他们指出，对于金纳米颗粒的制造而言，最初的合成成本可能很高，但是生产的纳米颗粒具有较高的一致性，这会减少对纯化和表征的需要。因此，可以以相对较低的成本制成各种产品，例如传感器。

　　相比之下，非均相的碳纳米管的合成成本较低，但后续需要更多的处理加工才能产生具有所需特性的碳纳米管。当前，在制造过程中增加的成本使得纳米管仅适用于诸如数字逻辑器件之类的高价值应用。

　　NIST材料科学家、论文作者之一J. Alexander Liddle说：“尽管这些纳米粒子及其最终产品区别很大，但它们的制造商可以从彼此的最佳实践中相互取经。通过共享计量检测知识，他们也许能够改进看似完全不同的业务操作。”

　　论文作者指出，找到类似这样的连点成线的方法非常关键，这对于努力将纳米技术从实验室转移到市场的新企业至关重要。

　　世界技术评估中心（WTEC）纳米技术顾问、论文作者之一Michael Stopa表示：“纳米粒子制造的成本可能很高，还未等到最终产品实现商业化，资金便可能会耗尽。在这篇论文中，我们列出了一些可以帮助更多新企业迈过技术转移‘死亡谷’而存活下来的良机。”