2011. május 1.

Szerző:
Sápi András

A titanát nanoszerkezetek hasznosíthatósága

A modern anyagtudományi területeken végzett kutatások nagy része a nanotechnológia felé fordult. A nanométeres tartomány – mely a milliméter egymilliomod része – a tömbi fázisra nem jellemző jelenségeket, tulajdonságokat (mágneses, elektromos, termikus stb.) hordoz. Cégünk, a Nanobakt Kft. nanotechnológiai kutatás-fejlesztéssel, gyártással foglalkozik. Egyik legújabb fejlesztésünk – a titanát nanocsövek – a nanométeres tartományba eső anyagok egyik oszlopos tagjának tekinthető. Sajátos szerkezetükből adódóan egyedi elektromos, termikus és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, s így számos ipari alkalmazásban használhatók.


 A titanát nanocsövek a nano­tech­noló­giá­ban jól ismert hidrotermális átkristályosítással állíthatók elő. A nanocsövek átmérője a hajszál vastagságának ezredrésze, míg hosszuk egy tipikus baktérium tizedrészére tehető. Ezek az apró csövecskék nem zártak, egy néhány atomi rétegből álló felcsavart szőnyegre hasonlítanak (1.a és 1.b képek).

1.a kép. A titanát nanocsövekről készített transzmissziós elektronmikroszkópos felvételek jól mutatják, hogy a csövek ~100 nanométer hosszúságúak és ~5–8 nanométer átmérőjűek

A sajátos anyagi felépítés, kicsiny méret, az ebből adódó viszonylagosan nagy fajlagos felület és az egydimenziós struktúra miatt töltőanyagként történő adagolással speciális műanyag kompozitok készíthetők. Számos titanát nanoszerkezet – műanyag (pl. nagysűrűségű polietilén, polisztirol, termoplasztikus poliuretán, epoxigyanták) nanokompozit esetében szakító- és húzószilárdság, kopásállóság, illetve Young modulusz növekedést eredményeztek a titanát nanoszerkezetek. A mechanikai tulajdonságok mellett a titanát nanoszerkezetek égésgátló és antisztatikus hatásúak.
Speciális módosításokkal úgynevezett szuperhidrofób anyagok hozhatók létre. Ezek hasonlóan működnek, mint a lótuszvirágok levelei (lótuszeffektus).

1. b kép. A nanocsövek réteges, feltekeredett struktúrájúak

Ezt a tulajdonságot kihasználva tisztítják magukat a lótuszvirágok. A levélre kerülő vízcseppek leperegnek a felszínről, miközben összeszedik az odatapadt piszokszemcséket. A speciálisan módosított titanát nanocsövekkel különböző víz- és koszlepergető anyagok, felszínek, borítások alakíthatók ki (2. kép). A hidrofób hatású nanocsövek az egyes műanyagokban történő könnyebb eloszlatást is segítik.

A kémiai szerkezetből adódó kitűnő fényvisszaverő képesség és fehér szín, illetve az egydimenziós kialakításnak köszönhető magasabb fedőképesség minőségi festékeket eredményez. A magas fedőképesség antimikrobiális, szuperhidrofób vagy akár a fotokatalitikus tulajdonságokkal is kombinálható, így baktérium-, gombaölő és öntisztuló festékek készíthetők.

2. kép. Titanát nanoszerkezet alapú öntisztuló, vízlepergető festék

A legelterjedtebben használatos, kőolaj alapú energiatermelés gazdasági és környezeti problémáinak egyik lehetséges meg­oldása a Nap energiájának felhasználása.
A titanát nanocsövekkel megoldható a napenergia elektromos energiává alakítása, azaz fotoelektromos cellák készítése. Emellett a félvezető tulajdonságok különböző szenzorok (pl. a gépjárművekben használatos lambda-szonda), katalizátorok kialakítását teszik lehetővé. A napsugárzással történő gerjesztéssel különböző káros szennyezők lebontása is megoldható, ezért azok vizek vagy légterek tisztítására is alkalmasak lehetnek, de elképzelhető öntisztuló felületek kialakítása is. Emellett bizonyos körülmények között képes a vízből történő H2-gáz fejlesztésére is, mely szintén az ígéretes alternatív energiaforrások egyike.

A felszíni kémiának és a réteges szerkezetnek köszönhetően sajátos ioncserélő tulajdonságúak a titanát nanocsövek. E tulajdonságot kiaknázva vizek lágyítása vagy akár más, nemkívánatos ionok (pl. nehézfémionok) eltávolítása is lehetséges.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022  2023  2024
Címkék

Innotéka