超高純度エンジニアードナノ材料のグリーンで持続可能な製造

Green and Sustainable Manufacture of Ultrapure Engineered Nanomaterials.

• David Ortiz de Zárate
• Carlos García-Meca
• Elena Pinilla-Cienfuegos
• José A Ayúcar
• Amadeu Griol
• Laurent Bellières
• Esther Hontañón
• Frank E Kruis
• Javier Martí

抄録

非常に特殊な特徴（純度、コロイド安定性、組成、サイズ、形状、位置など）を持つナノ材料は、最先端の技術的用途で一般的に要求されており、したがって、調整可能な/工学的ナノ材料の大量生産のための持続可能なプロセスが望まれています。しかし、ナノ粒子・ナノ材料の生産をスケールアップする際に、ナノスケールの特性を調整することは、ナノテクノロジーの発展のための主要な技術的障壁と考えられてきました。これらの挑戦的なフロンティアを克服することを目的として、より短い滞留時間を提供する新しい気相反応器の設計、したがって、ナノクラスターの成長のより速いクエンチングを提供し、凝集、組成、サイズ、形状、および位置の調整可能な程度を持つ超高純度のエンジニアードナノ材料（ナノクラスターおよびナノ合金からエンジニアードナノ構造体に至るまで）の環境に優しく、持続可能で、汎用性が高く、費用対効果の高い、およびスケーラブルな製造のために提案されています。この方法により、以下のことが可能になります。(1) 10 nm以下のより均質で非凝集の超高純度Au-Agナノ合金、(2) より低いガスフローレートで3 nmの非凝集超高純度Auナノクラスター、(3) 形状制御されたAg NP、(4) 安定したAuおよびAgエンジニアードナノ構造：ナノディスク、ナノクロス、および3Dナノピラーを実現する。結論として、この新しいアプローチは、環境に優しく持続可能な超高純度人工ナノ材料の大量生産への道を開くものである。

Nanomaterials with very specific features (purity, colloidal stability, composition, size, shape, location…) are commonly requested by cutting-edge technologic applications, and hence a sustainable process for the mass-production of tunable/engineered nanomaterials would be desirable. Despite this, tuning nano-scale features when scaling-up the production of nanoparticles/nanomaterials has been considered the main technological barrier for the development of nanotechnology. Aimed at overcoming these challenging frontier, a new gas-phase reactor design providing a shorter residence time, and thus a faster quenching of nanoclusters growth, is proposed for the green, sustainable, versatile, cost-effective, and scalable manufacture of ultrapure engineered nanomaterials (ranging from nanoclusters and nanoalloys to engineered nanostructures) with a tunable degree of agglomeration, composition, size, shape, and location. This method enables: (1) more homogeneous, non-agglomerated ultrapure Au-Ag nanoalloys under 10 nm; (2) 3-nm non-agglomerated ultrapure Au nanoclusters with lower gas flow rates; (3) shape-controlled Ag NPs; and (4) stable Au and Ag engineered nanostructures: nanodisks, nanocrosses, and 3D nanopillars. In conclusion, this new approach paves the way for the green and sustainable mass-production of ultrapure engineered nanomaterials.