Nanomateriali so materiali z vsaj eno dimenzijo pod 100 nanometrov, nanometer pa so tisočinke mikrona. Znanost že nekaj časa preiskuje svet nanomaterialov, saj obetajo veliko - pri teh velikostih imajo namreč materiali zaradi velikega razmerja med površino in volumnom spremenjene fizikalno-kemijske lastnosti in višjo površinsko aktivnost. Lastnosti običajnega zlata so tako popolnoma drugačne od tistih, s katerimi se ponaša nanozlato. Med najbolj perspektivne nanomateriale sodijo zlati nanodelci, ki imajo poleg povišane površinske aktivnosti še plazemsko resonanco. To je pojav, ko ob vpadu svetlobe na nanodelce zlata začnejo prevodni elektroni na površini delca nihati. Nihanje povzroča elektromagnetno polje vpadne svetlobe, pri čemer elektroni nihajo v smeri električnega polja. Zaradi plazemske resonance imajo nanodelci zlata izboljšane optične lastnosti, absorbirajo lahko več svetlobe in okrepijo odbiti del vidne svetlobe. Pri nanodelcih, potopljenih v raztopini, se vpliv plazmonske resonance kaže kot rdeča barva. Odtenek rdeče je odvisen od velikosti nanodelcev, pri velikih delcih pa postane barva vijolična.
Senzorji, diagnostika v medicini, prevleke v elektroniki
Zaradi površinske plazmonske resonance in odličnih optičnih lastnosti se lahko nanodelci zlata uporabijo za različne namene v različnih panogah. Kot biološko kompatibilen material se lahko v medicini uporabijo za diagnostiko ali kot kontrastni agensi pri terapiji za rakasta obolenja, v nekaterih primerih tudi kot nosilci zdravil. Zaradi majhne velikosti delcev in velike površinske aktivnosti se lahko uporabijo za katalizo pri številnih kemičnih reakcijah, njihove lastnosti pa jim dajejo možnost za uporabo tudi v plinskih senzorjih, kemičnih senzorjih ali biosenzorjih. Primer popolnoma nove uporabe v prihodnosti pa je uporaba pri barvnih senzorjih, kjer se na podlagi nanodelcev zlata lahko ugotovi, ali so živila še primerna za uporabo. Na drugi strani imajo nanodelci zlata odlično električno prevodnost, kar daje možnost njihove uporabe v prevodnih prevlekah za fleksibilno elektroniko, v elektronskih črnilih ali tudi za dekorativne prevleke. Nanodelci zlata pa se razvijajo tudi za aplikacije gorivnih celic. Raziskave kažejo, da bi bile te tehnologije lahko uporabne v avtomobilski industriji ali pa v industriji zaslonov.
Rezultati bodo doprinesli k skupnemu svetovnemu razvoju nanotehnologij, ki jih je evropska gospodarska skupnost priznala kot eno izmed desetih tehnologij prihodnosti
Težave izdelave nanodelcev
Obstaja več različnih metod za izdelavo nanodelcev zlata, ki pa so trenutno tehnološko še nedovršene in se z njimi lahko izdelajo nanodelci le v majhnih količinah - do nekaj miligramov kot nanoprahovi ali delci v raztopini. Dobre možnosti za izdelavo bolj enotnih nanodelcev predstavlja ultrazvočna razpršilna piroliza, ki temelji na izdelavi nanodelcev iz vodne raztopine, kjer je želeni material raztopljen v različnih ionskih spojinah. Ultrazvok ustvarja majhne kapljice aerosola te raztopine, ki se nato prenesejo skozi cev v reakcijsko peč s pomočjo nosilnega inertnega plina, kjer se nanodelci tvorijo iz vsake kapljice s kemijskimi reakcijami pri povišani temperaturi. Nanodelci se zbirajo v zbiralnem sistemu v tekočem mediju kot suspenzija ali kot suhi prah v elektrostatičnem filtru. Ena od prednosti ultrazvočne pirolize je možnost relativno enostavnega povečanja kapacitet izdelave nanodelcev, kar predstavlja ekonomsko prednost pri izdelavi in višjo konkurenčnost v primerjavi z obstoječimi metodami izdelave nanodelcev.
Rešitev domače znanosti
Z izbiro primernih vhodnih surovin (ionskih raztopin) in parametrov procesa se lahko izdelajo nanodelci zlata z velikostmi od manj kot 10 nanometrov do več 100 nanometrov. V primerjavi z drugimi metodami izdelave je ultrazvočna razpršilna piroliza kontinuiran proces, ki omogoča cenejšo izdelavo večjih količin finih prahov ali suspenzij. Ta metoda predstavlja nadgradnjo poznanih kemično-fizikalnih metod za izdelavo nanodelcev v primerjavi z razpršilnim sušenjem. Reprezentativna naprava, ki je postavljena v Zlatarni Celje, je zaradi svoje velikosti ciljno primerna za sintezo nanodelcev. Vse končne lastnosti zlatih nanodelcev, kot so plazmonska resonanca, površinska aktivnost in druge, so namreč zelo odvisne od oblik in velikosti izdelanih nanodelcev. V največjo pomoč sta pri tem presevni in rastrski elektronski mikroskop. Brez elektronskih mikroskopov in drugih zelo zahtevnih raziskav razvoj nanotehnologije ni mogoč.
Širok potencial za prodor na globalne trge
V strategiji pametne specializacije Slovenije (SPS RS), ki jo je sprejela vlada leta 2015, je predvideno, da bodo podjetja prihodnosti skladno s konceptom industrije 4.0 in pomočjo informacijske in komunikacijske tehnologije generirala razvoj v dobavni verigi in na proizvodnih linijah, kar prinaša v industrijo veliko višjo raven tako avtomatizacije kot digitalizacije. Za takšen koncept je potreben razvoj novih materialov s posebnimi lastnostmi in prav med takšne uvrščamo nanomateriale. Prav na področju nanomaterialov ima Slovenija lahko dolgoročen potencial za uspešen prodor na globalne trge. Najpomembnejši cilj je vzpostaviti v Sloveniji takšno okolje, kjer bodo tehnologije v okviru domene podjetij prihodnosti presečnega značaja in bodo uporabne širše. In nanotehnologija kaže takšno naravo, saj je lahko aplicirana v pametnih zgradbah in domovih, krožnem gospodarstvu, zdravju in medicini, mobilnosti in materialih.
Povpraševanje po nanodelcih zlata se povečuje zaradi njihove vključitve v številne aplikacije (elektronika, elektrotehnika, biomedicina, biologija, diagnostika, mobilne naprave in drugo). V letih 2020/2021 je bil pridobljen tudi projekt Proizvodnja nanodelcev zlata za hitre antigenske teste LFIA (epidemija covida-19) na javnem razpisu Razvojnoraziskovalni projekti za odpravo posledic covida-19 agencije Spirit. Pri tem gre za popolnoma nov in inovativen postopek učinkovite industrijske proizvodnje zlatih nanodelcev na makro skali (do štiri grame na uro) s kombinacijo ultrazvočne razpršilne pirolize in sušenjem nanodelcev zlata na osnovi procesa liofilizacije. V okviru tega eksperimentalnega razvojnega projekta potekajo obširne raziskave in zagotovitev potrebne opreme za zahtevane kapacitete. S tem bo dosežen cilj zagotavljanja izhodne surovine nanodelcev zlata za izdelavo lastnih hitrih antigenskih testov večjih količin.
Tehnologija prihodnosti
Rezultati skupnih raziskovalnih projektov Univerze v Mariboru in Zlatarne Celje bodo doprinesli k skupnemu svetovnemu razvoju nanotehnologij, ki jih je evropska gospodarska skupnost priznala kot eno izmed desetih tehnologij prihodnosti. Zlatarna Celje se letos s svojimi produkti in inovacijami predstavlja tudi na največji svetovni razstavi Expo 2020 v Dubaju, kjer pričakujejo 25 milijonov obiskovalcev. Na slovenskem paviljonu bo prisotna v tematskem tednu Tovarne prihodnosti in razvoj materialov. Predstavitev bo vključevala tudi prikaz razvoja nanodelcev zlata, nanotehnologije in drugih produktov. Posebno mesto bodo pri tem imeli nanodelci zlata, ki so bili razviti za uporabo pri hitrih antigenskih testih ter za leče in kozmetiko. Na trgu Evrope bodo podane tudi druge strokovne konference o novih slovenskih produktih.
Obiščite spletno stran brez oglasov.
