Metoda exfoliace pro výrobu 2D-vrstevných materiálů (2DLMs)
Popis technologie
| Název technologie: | Metoda exfoliace pro výrobu 2D-vrstevných materiálů (2DLMs) |
|---|---|
| Motivace: | Vývojové týmy po celém světě se poslední dekádu snaží vytvořit technologii výroby dvourozměrných vrstvených materiálů (2DMLs), která bude průmyslově využitelná (velkoobjemová výroba, škálovatelnost, přijatelná cena a ekologičnost). Tato snaha je podporována rostoucí poptávkou po 2DMLs v různých oborech (tranzistory, senzory, baterie, solární články, optika, vodíkové hospodářství, biomateriály atd.). Dosavadní výrobní metody mají vysoké energetické nároky, využívají toxické látky a jsou omezeny na konkrétní typy 2DMLs s nízkou kapacitou produkce. Náš laboratorně ověřený postup tyto nedostatky řeší a přináší průmyslově využitelné řešení. |
| Popis: |
Náš vynález navrhuje vysoce univerzální, levnou a ekologickou strategii účinné exfoliace 2DLMs (obr.1A) až na jedno – nebo několikavrstvé nanovrstvy (obr.1C-E). Pro separaci na jednotlivé vrstvy se využívá vysoce viskózní polotuhé pasty na vodní bázi obsahující křemičitan sodný (vodní sklo) a celulózová vlákna (obr.1B). Naše exfoliační médium je univerzální, vhodné k výrobě různých typů nanovrstev, zejména: grafenu (Gs), nanovrstev hexagonálního nitridu bóru (h-BN - BNNS), nanovrstev MXenu, nanovrstev hlinitokřemičitanů, dichalkogenidů přechodných kovů (např. MoS₂), nanokřemičitanů atd. Exfoliační médium lze použít také pro skladování 2DLMs. Díky vysoké viskozitě nedochází v exfoliačním médiu k sedimentace nanovrstev. Vysoká viskozita umožňuje generovat vysoká smyková napětí při nízkých rychlostech deformace, což znamená nižší spotřebu energie a vyšší kontrolu nad režimem deformace. Tento postup separace omezuje poškození a vznik defektů v materiálu (viz obr.1D, E). Metoda umožňuje i výrobu nových generací nanokopositů založených na směsích nanovrstev a celulózových vláken (obr.1G). Hlavní výhody: - Univerzální řešení – exfoliace apolárních (Gs, BNNS), i polárních (montmorillonity, kloisity, saponity atd.) prekurzorů díky amfifilnímu charakteru celulózových vláken. - Nákladově efektivní a šetrné k životnímu prostředí – použití vodného média, levných surovin, netoxických rozpouštědel. - Vysoká nákladová a energetická efektivita – exfoliace až na jedno či několikavrstvé nanovrstvy (NS) během několika minut bez použití drahých strojů. - Metoda exfoliace s nízkou smykovou rychlostí – zajišťuje neporušené, rozložené a bezdefektní NS s velkým poměrem stran. - Řízená pomalá deformace vede k vytvoření zarovnané struktury celulózových vláken/2DLMs směrem rovnoběžným se smykovým namáháním, kterou lze dále výhodně využít jako šablonu pro výrobu nanokompozitů. - Pasta je plně recyklovatelná, což výrazně redukuje spotřebu surovin. - Směs celulózy a vodního skla zabraňuje sedimentaci a opětovnému střádání exfoliovaných nanovstev bez ohledu na typ 2DLMs. |
| Komerční využití: |
• Aplikace 1: Dovývoj technologie pro škálovatelnou průmyslovou výrobu různých druhů 2DLMs materiálů (Gs, BNNS, montmorillonity, cloisity, MXenové nanovrstvy, aluminosilikátové nanovrstvy, MoS₂) • Aplikace 2: Dovývoj konkrétních průmyslových aplikací různých 2DLMs materiálů (možné oblasti použití: dielektrické vrstvy, izolační vrstvy; tepelně vodivé materiály, elektrické izolátory; nové kompozitní materiály; antikorozní ochrana; ochrana proti UV záření; superkondenzátory; baterie; optika, biokompatibilní materiály; antibakteriální vrstvy; tranzistory, flexibilní a transparentní displeje, fotovoltaické články, různé senzory včetně plynových, bio, chemických; superkondenzátory; palivové články a tak dále). |
| Status IP ochrany: | Mezinárodní patentová přihláška: PCT/SK2023/050004 - Metoda exfoliace v tekuté fázi a exfoliační médium. |
| Fáze vývoje technologie: |
Fáze 2Odpovídá TRL 3 a TRL 4 Výzkum proveditelnosti. Dochází k reálnému návrhu technologie a k prvotním testům v laboratoři vedoucím k upřesnění požadavků na technologii a jejích schopností.
|
| Strategie pro hledání partnera: | Licencování Spolupráce |
| Další informace: |
Původci: Ing. Luca Bertolla, Ph.D., z ÚFM AV ČR a Ing. Gianmarco Taveri, Ph.D., Centrum pro využití pokročilých materiálů SAV Popis obrázku: A) Pristinní prášek h-BN, B) snímek ilustrující exfoliační médium; C) BNNS vyrobené současnou metodou; D) SEM a E) TEM snímek ukazující bez defektní morfologii BNNS; F) TEM difrakční obrazec potvrzující několikavrstvý charakter vyrobených BNNS; G) SEM snímek nanovrstev BNNS pokrytých celulózovými vlákny. |
| Ilustrační obrázky: |
|
| Kategorie: | Nanotechnologie |
| Vlastník technologie: | Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i.; Centrum pre využitie pokročilých materiálov SAV, v. v. i. (CEMEA) |
