Metallinanohiukkasten tuotantoon tehokas menetelmä VTT:ltä

16.3.2015

VTT on kehittänyt uuden kustannustehokkaan menetelmän erityyppisten metallisten nanohiukkasten tuottamiseen. Nanohiukkasia voidaan käyttää esimerkiksi johtavissa ja magneettisissa musteissa, lääketieteen diagnostiikassa ja lääkeaineiden annostelussa, polymeerien sähköisten ja magneettisten ominaisuuksien räätälöimisessä sekä energiatekniikan sovelluksissa. VTT hakee kehittämälleen tekniikalle kaupallistajaa.

VTT:n nanohiukkasten valmistamiseen tarkoitettu aerosolitekniikkaan perustuva reaktori voi tuottaa monipuolisesti puhtaita metallihiukkasia, hiukkasia erilaisista metalliseoksista, sekä hiilipäällysteisiä hiukkasia. Se tuottaa tehokkaasti satoja grammoja ja jopa kilogrammoja nanohiukkasia päivässä.

"Nanomateriaalimarkkinoilla on ollut enemmän kysyntää kuin tarjontaa, mikä on ollut esteenä tuotesovellusten kehittämiselle: nanometalliyhdistelmiä on saatavilla niukasti ja usein vain pieniä määriä. Halusimme osoittaa, että nanomateriaaleja voidaan tuottaa edullisesti merkittäviä määriä", kertoo tutkimustiimin päällikkö Ari Auvinen VTT:ltä.

Reaktorin kehitystyön tavoitteena oli päästä 200–3000 gramman päivätuotantoon, mikä on jo selkeästi ylitetty. Laitteiston erityisen pienten häviöiden ansiosta etäohjattavaa tuotantoa on mahdollista pitää yllä keskeytyksettä useita päiviä. Tyypillisesti metallisia nanohiukkasia on teollisesti valmistettu nesteliuoksissa kemiallisen pelkistyksen avulla, mikä edellyttää tuotekohtaisten liuosten suunnittelua. Toinen yleisesti käytetty menetelmä on plasmasynteesi, joka kuluttaa suuria määriä energiaa ja aiheuttaa merkittävän materiaalihävikin.

VTT:n kehittämän reaktorin suunnittelussa synteesin skaalattavuus ja edullisuus ovat olleet tärkeimmät työtä ohjaavat tekijät. Tästä syystä synteesi tapahtuu ilmanpaineessa melko alhaisessa lämpötilassa, jolloin laitteisto voidaan valmistaa teollisuudessa yleisesti käytettävistä materiaaleista ja sen energian kulutus on matala. Prosessi tuottaa erittäin korkean hiukkaskonsentraation, mikä mahdollistaa suuren tuotantonopeuden ja pitää kaasujen kulutuksen silti alhaisena. Lisäksi lähtöaineina voidaan käyttää jopa epäpuhtaita metallisuoloja, joiden hinta on verrattain alhainen.

VTT on osoittanut käytännössä reaktorinsa toimivuuden kokeilemalla erilaisten nanometallien, metalliyhdisteiden ja hiilipinnoitettujen materiaalien valmistusta. Sillä on tuotettu muun muassa hiilipinnoitettuja magneetteja, joita voidaan käyttää katalyytteinä biojalostamossa; esimerkiksi biopolttoaineiden valmistuksessa. Synteesin jälkeen katalyytteinä toimineet magneetit voidaan kerätä tehokkaasti talteen ja kierrättää takaisin prosessiin.

Nanohiukkasia on kokeiltu myös painetun elektroniikan sähköä johtavien ja magneettisten musteiden valmistamiseksi. VTT onnistui esimerkiksi painamaan permalloy-musteella magneettisesti anisotrooppista materiaalia, jota voidaan käyttää magneettikenttäsensoreiden valmistamiseen.

VTT:n kolmas sovelluskoe liittyy mikroaaltojen heijastuksen estämiseen. Testit osoittivat, että sekoittamalla polymeereihin tutka-aallon häviöitä lisääviä hiukkasia, vaimenee niiden heijastus jopa 10 000-kertaisesti.

VTT:n tutkijat uskovat, että reaktorille on edellä mainittujen esimerkkien lisäksi runsaasti enemmänkin käyttöä. Sen tuottamien piinanohiukkasten avulla voitaisiin nostaa litiumakkujen kapasiteettiä jopa 10 -kertaiseksi. Muita mahdollisia, mutta vielä jatkotutkimuksia edellyttäviä sovelluskohteita ovat korkean permeabiliteetin polymeerit, nanomagneetit lääketieteen diagnostiikan sovelluksissa, metallikappaleiden 3D-tulostuksen materiaalit ja piipohjaiset materiaalit esimerkiksi termo- ja aurinkosähkökomponentteihin.  

VTT hakee kehittämälleen tekniikalle parhaillaan kaupallistajaa.

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00