p (Phys.org) —Sandia National Laboratories descobriu uma maneira barata de sintetizar nanopartículas de dióxido de titânio e está procurando parceiros que possam demonstrar o processo em escala industrial para tudo, desde células solares a diodos emissores de luz (LEDs). p Dióxido de titânio (TiO ₂ ) nanopartículas mostram uma grande promessa como preenchimentos para ajustar o índice de refração de revestimentos anti-reflexos em sinais e encapsulantes ópticos para LEDs, células solares e outros dispositivos ópticos. Os encapsulantes ópticos são coberturas ou revestimentos, geralmente feito de silicone, que protegem um dispositivo.

p A indústria tem evitado amplamente o TiO ₂ nanopartículas porque são difíceis e caras de fazer, e os métodos atuais produzem partículas muito grandes.

p Sandia se interessou pelo TiO ₂ para encapsulantes ópticos devido ao seu trabalho em materiais LED para iluminação de estado sólido.

p Métodos de produção atuais para TiO ₂ muitas vezes requerem processamento de alta temperatura ou surfactantes caros - moléculas que se ligam a algo para torná-lo solúvel em outro material, como o saboneteira faz com a gordura.

p Esses métodos produzem nanopartículas abaixo do ideal que são muito caras, pode variar amplamente em tamanho e mostrar aglomeração significativa de partículas, chamada aglomeração.

p Técnica de Sandia, por outro lado, usa prontamente disponíveis, materiais de baixo custo e resulta em nanopartículas que são pequenas, aproximadamente uniforme em tamanho e não se aglomeram.

p "Queríamos algo que fosse de baixo custo e escalonável, e isso fez partículas que eram muito pequenas, "disse o pesquisador Todd Monson, que, junto com o investigador principal Dale Huber, patenteou o processo em meados de 2011 como "Síntese de alto rendimento de brookita TiO ₂ nanopartículas. "

p Técnica de baixo custo produz nanopartículas uniformes que não se aglomeram

p Seu método produz nanopartículas de aproximadamente 5 nanômetros de diâmetro, aproximadamente 100 vezes menor que o comprimento de onda da luz visível, então há pouca dispersão de luz, Disse Monson.

p "Essa é a vantagem das nanopartículas - não apenas das nanopartículas, mas pequenas nanopartículas, " ele disse.

p A dispersão diminui a quantidade de transmissão de luz. Menos dispersão também pode ajudar a extrair mais luz, no caso de um LED, ou capturar mais luz, no caso de uma célula solar.

p TiO ₂ pode aumentar o índice de refração de materiais, como silicone em lentes ou encapsulantes ópticos. O índice de refração é a capacidade do material de dobrar a luz. Lentes de óculos, por exemplo, têm um alto índice de refração.

p Nanopartículas práticas devem ser capazes de lidar com diferentes surfactantes para que sejam solúveis em uma ampla gama de solventes. Diferentes aplicações requerem diferentes solventes para processamento.

p A técnica pode ser usada com diferentes solventes

p “Se alguém quiser usar TiO ₂ nanopartículas em uma variedade de diferentes polímeros e aplicações, é conveniente ter suas partículas estáveis ​​em suspensão em uma ampla gama de solventes também, "Disse Monson." Algumas aplicações biológicas podem exigir estabilidade em solventes de base aquosa, portanto, pode ser muito útil ter surfactantes disponíveis que possam tornar as partículas estáveis ​​na água. "

p Os pesquisadores criaram sua técnica de síntese combinando suas experiências - a experiência de Huber em síntese de nanopartículas e química de polímeros e o conhecimento de Monson em física de materiais. O trabalho foi feito no âmbito de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório que a Huber iniciou em 2005.

p "Os objetivos do projeto original eram investigar a ciência básica das dispersões de nanopartículas, mas quando esta síntese foi desenvolvida perto do final do projeto, as aplicações comerciais eram óbvias, "Huber disse. Os pesquisadores posteriormente refinaram o processo para tornar as partículas mais fáceis de fabricar.

p Métodos de síntese existentes para TiO ₂ as partículas eram muito caras e difíceis de aumentar a produção. Além disso, fornecedores de produtos químicos enviam nanopartículas de dióxido de titânio secas e sem surfactantes, então as partículas se aglomeram e são impossíveis de se quebrar. "Então você não tem mais as propriedades que deseja, "Disse Monson.

p Os pesquisadores tentaram vários tipos de álcool como um solvente barato para ver se eles poderiam obter uma fonte comum de titânio, isopropóxido de titânio, para reagir com água e álcool.

p O maior desafio, Monson disse, estava descobrindo como controlar a reação, uma vez que adicionar água ao isopropóxido de titânio na maioria das vezes resulta em uma reação rápida que produz grandes pedaços de TiO ₂ , em vez de nanopartículas. "Então, o truque era controlar a reação, controlando a adição de água a essa reação, " ele disse.

p Os livros didáticos dizem que não é possível fazer nanopartículas, Sandia persistiu

p Alguns livros descartaram o método de isopropóxido de titânio-água-álcool como uma forma de fazer TiO ₂ nanopartículas. Huber e Monson, Contudo, persistiram até que descobriram como adicionar água muito lentamente, colocando-a em uma solução diluída de álcool. "Conforme ajustamos as condições de síntese, fomos capazes de sintetizar nanopartículas, "Disse Monson.

p A próxima etapa é demonstrar a síntese em escala industrial, o que exigirá um parceiro comercial. Monson, que apresentou o trabalho na Mostra de Ciência e Tecnologia do outono de Sandia, disse Sandia tem recebido consultas de empresas interessadas em comercializar a tecnologia.

p "Aqui na Sandia não estamos preparados para produzir as partículas em escala comercial, ", disse ele." Queremos que eles peguem e executem com ele e comecem a produzi-los em uma escala ampla o suficiente para vender ao usuário final. "

p Sandia sintetizaria um pequeno número de partículas, em seguida, trabalhe com uma empresa parceira para formar compostos e avaliá-los para ver se eles podem ser usados ​​como melhores encapsulantes para LEDs, compostos de refração flexíveis de alto índice para lentes ou concentradores solares. "Acho que pode atender a algumas necessidades, "Disse Monson.