Zout ingezet voor nanofabricatie

Onderzoekers hebben alledaags keukenzout gebruikt om nanostructuren van silicium te produceren. Die structuren die de chemici op grote schaal denken te kunnen leveren, zouden onder meer voor betere accu's ingezet kunnen worden.

Silicium nanostructuren zouden diverse toepassingen op technologisch, maar ook op onder meer biomedisch gebied kunnen hebben. Zo zou het materiaal gebruikt kunnen worden om chips te koelen en zo elektriciteit op te wekken. Ook in sensors en optica zou het materiaal een rol kunnen spelen, en in het menselijk lichaam zou het poreuze materiaal op de juiste plek medicijnen kunnen afleveren. Voor een brede inzetbaarheid dienen de silicium nanostructuren echter op grote schaal geproduceerd te kunnen worden en vooralsnog bleek dat moeilijk. Chemici van de Amerikaanse Oregon State University hebben in keukenzout echter een oplossing voor de productie gevonden.

Het keukenzout, ook bekend als natriumchloride, wordt als opofferingsmiddel tijdens de productie gebruikt. Als bron voor silicium wordt kiezelgoer, dat rijk aan silicium is, gebruikt. Dat wordt tot een temperatuur van 801 graden Celsius verwarmd, waarbij silicium nanostructuren, ofwel zeer poreus silicium, ontstaan. Bij die hoge temperatuur zouden de poriën echter weer makkelijk verdwijnen, maar zout verhindert dat. Het zout dat, samen met magnesium, wordt toegevoegd, smelt eerder dan het silicium en absorbeert de warmte daarmee. Het gesmolten zout kan weer hergebruikt worden.

Het poreuze silicium zou in eerste instantie gebruikt kunnen worden als elektrodemateriaal voor accu's. Door het grote oppervlak van het nanomateriaal zouden accu's een tweemaal zo grote capaciteit hebben als reguliere accu's. De onderzoekers denken dat hun fabricageproces kan worden opgeschaald tot commercieel interessante productieniveaus. Daarnaast hebben ze het proces toegepast op een mengsel van silicium en germanium, wat tot composietmaterialen zou kunnen leiden die interessant zijn voor de halfgeleiderindustrie.

Reacties (35)

[Shapeshifter]

Dit mag dan wel leuk klinken, maar ik vind nanostructuren hier wel een beetje een brug te ver hoor. Laten we zeggen dat de structuur op het plaatje rechts 5 micron breed en 20 micron lang is, dat is respectievelijk 5.000 en 20.000 nm. Ter vergelijking, ASML wil in 2015 machines op de markt brengen die structuren van 10 nm kunnen maken. Als ik met collega's praat worden structuren groter dan 100 nm al "erg groot" gevonden. Ik merk wel vaker dat termen als nano en kwantum te pas en te onpas gebruikt worden.

[Verwijderd]

Inderdaad. Dit is hooguit een microstructuur, voor nanostructuren moet je binnen 1 micrometer blijven en dit is duidelijk veel groter.
Ook het procede om de strctuur te maken is geen nanotechnologie.

Off-topic:
Kom eens op met de echte nanobots en nanostructuur dan kan ik eindelijk mijn eigen Iron Man bodyarmor bouwen </run supersuit>

[CaptainPanda]

Op dit plaatje is te zien dat het zeker niet 'duidelijk veel groter' is. Dat gemarkeerde gaatje is zeker niet 1/5 van het legendabalkje van 5 µm groot, maar veel kleiner en dus wel < 1 µm.
http://www.flickr.com/photos/oregonstateuniversity/9450830387/

@ArmadaOne hieronder: de porie of de afstand tussen de porie is het kleinst produceerbare detail in het materiaal wat kan worden bereikt. Deze werkbare resolutie is wat bepaalt of iets onder nanotechnologie valt en niet de grootte het gehele object. Als dat het geval was, dan is een computerprocessor ook geen product wat onder nanotechnologie valt, omdat de complete grootte van een processor wel een aantal centimeters is. Daardoor kan de definitie dus geen betrekking op het complete object hebben, zoals je stelt. Ook daar gaat het om de lengteschaal van het kleinst produceerbare detail in het materiaal wat bepaalt dat het om een nanotech-product gaat, oftewel de transistoren.
Tuurlijk is een gaatje geen structuur, maar dat heb ik ook niet gesteld. De structuur is in dit geval het patroon van gaten van een typische diameter kleiner dan een micrometer.
Daarnaast noemt de bronwebsite van de universiteit het zelf ook nanotechnologie en ook het te publiceren wetenschappelijke artikel noemt het 'nanoporeus'. Lijkt me duidelijk.

[Reactie gewijzigd door CaptainPanda op 29 juli 2024 04:48]

[Verwijderd]

Je mist het punt compleet.
Een gaatje is geen structuur.
Een gaatje boren van minder dan 1 micron is geen nanotechnologie.
Als dit een nanostructuur zou zijn dan zou het complete object minder dan 1 micron moeten zijn.

[freaq]

je comment raakt kant noch wal.
een CPU is ook groter dan dan een aantal vierkante millimeters, (300 ongeveer)
het gaat om de grootte van de structuur die je kan maken.

of dat een gate van een transistor is, of een gaatje doet er niet toe.
als je consistent een structuur kan produceren met features van die grootte, dan is het gewoon een structuur.

[CaptainPanda]

En in die 5 µm breedte zijn een stuk of 4 à 5 poriën te zien, even verspreid over dat oppervlak. Elke porie is dus in de orde van 0.5 µm in diameter, oftewel 500 nm, waardoor er wel degelijk gesproken kan worden over nanostructuren. Dat ASML dat groot vindt, betekent niet dat het ineens geen nanometer-accuracy meer is.

@hieronder: oeps, dat bedoelde ik idd; het is aangepast. Blijft wel dat het dus een ordegrootte kleiner is dan een micrometer, dus het is wel degelijk in de regionen van de nanotechnologie.

[Reactie gewijzigd door CaptainPanda op 29 juli 2024 04:48]

[sun0000]

0,5 mikron is 500 nm.

[freaq]

zowieso zijn het een relatief groot oppervlak wat snel van een ruwer/poreuse structuur voorzien kan worden, wat dus veel goedkoper is dan een machine van bijv ASML kopen om dit te doen, wat natuurliijk compleet onpractisch is...

[Brandts]

Het klopt inderdaad wel dat de termen vaak wel te pas en te onpas gebruikt worden. Ik werk met structuren van 30 um die een nauwkeurigheid van +/- 0.1 um moeten hebben. Ik noem het microtechnologie maar anderen weer nanotechnologie vanwege de hoge nauwkeurigheid. Ook hier hebben we vaak genoeg de discussie gehad wat nu juist is.

[jmjap]

Het ene na het andere nieuws bericht over een nieuwe technologie waardoor de batterij duur gigantisch toe zou nemen.

Ik zie ze al jaren op tweakers, maar ondertussen is mijn smartphone nog steeds na een dag leeg....

[freaq]

en toch zit er meer dan 2x zoveel lading in dezelfde groote accupack als 5-6 jaar geleden...
dat telefoons zo snel slurpen heeft te maken met het feit dat iedereen een quadcore in zijn telefoon wil hebben... en enorme schermen met een redelijke GPU en hij mag niet dikker zijn dan 8 mm.

tsja, en dan hoor ik mensen zeggen ik wil best een dikkere telefoon voor meer accucapaciteit....
en vervolgends loopt iedereen toch rond met de telefoons die dat niet doen. kijk maar naar de verkoop cijfers van de versies met extra accu capaciteit. die verkopen amper in vergelijking.

oftewel. Accu's zjn slechts een deel van dat probleem.

[basvn]

Ik hoor niemand zeggen dat die telefoon zo dun mogelijk moet zijn? Dacht dat we daar nu wel mee klaar waren? 10mm vind ik goed hoor! En zeker als ik het dan wel langer dan 10 vol houd op 1 lading!

[Verwijderd]

En de batterij van je electrische auto na 60 km waarna je 14 uur mag opladen.

De smartphones kan ik overigens uitleggen:
De afgelopen 10 jaar zijn smartphones groter geworden, met een veel groter scherm en met processorvermogen die je 10 jaar terug niet eens in een desktop pc kon krijgen.
Een smartphone vandaag verbruikt meer dus al zijn de batterijen veel beter de telefoon is net zo snel leeg als 10 jaar terug.

[Tweekzor]

Door het grote oppervlak van het nanomateriaal zouden accu's een twee maal zo grote capaciteit hebben dan reguliere accu's.

Hier zitten we denk ik allemaal wel op te wachten. Hopen dat dit over 1,5 jaar bij aanschaf van een volgende telefoon al beschikbaar is.

[simthadim]

Ben bang dat het nog wel langer dan 1,5 jaar kan gaan duren voordat je dit terug vind in de accu van je telefoon.

[Berendhoo]

Moet je niet je telefoon in het water laten vallen. Ben je direct je batterij kwijt.

[RadiantThunder]

Het zout wordt als opofferingsmiddel gebruikt. In het uiteindelijke product zit er dus geen zout meer.

[Ramoncito]

Het zal mij niet verbazen als er nog meer toepassingen worden gevonden voor gewoon zout

Ik bedoel: Soda (natriumdi- of trichloraat dacht ik, maar simpelweg een zoutverbinding) om kleren schoon te maken (heet tegenwoordig Vanish maar dan 10x zo duur...).

Zout water: goed voor je huid en als desinfectiemiddel (tegen bijvoorbeeld eczeem maar ook bacteriën, vaak als neusspray bij verkoudheid).

Zout als smaakversterker.

Zout als vochtvanger (is meestal ook een soort soda), ook prima om vocht uit tapijt en dergelijke te trekken (rode wijn over je tapijt? zout erover!).

Deze nieuwe toepassing is natuurlijk bijzonder, en wat het nog bijzonderder maakt is het feit dat zout zo goedkoop en overvloedig is.

[Reactie gewijzigd door Ramoncito op 29 juli 2024 04:48]

[David171096]

Soda is NatriumCarbonaat

En nog een toepassing van zout: om wegen ijsvrij te maken (meestal NaCl of KCl)

[supersnathan94]

ligt er aan wat voor soda. NaOH en NaHCO₃ vallen ook onder de soda's. Strooizout is vrijwel altijd NaCl en soms CaCl₂. In Nederland vrijwel nooit Kaliumchloride, omdat de vriestemperatuur van goede pekel al laag genoeg is hier en Kaliumchloride wordt in nederland ook niet meer gewonnen. NaCL is echter makkelijk te maken en wordt nog overal in Europa geproduceerd.

[kakanox]

Als Vanish NaOH is houd je weinig kleren over.

zou de naam wel eer aan doen

[Reactie gewijzigd door kakanox op 29 juli 2024 04:48]

[Swerfer]

Leuk die gaatjes wat de silicium een groter oppervlakte geeft, maar als ik naar de linker foto kijk, dan zie ik een hoopje poreus material.

Pas als ze 'grote lappen' van dat material kunnen fabriceren op deze manier dan zie ik het pas bruikbaar worden.

[manuarmata]

Misschien kunnen ze het sinteren.

[Ruud033]

Uit het bronartikel:

Uses are envisioned in photonics, biological imaging, sensors, drug delivery, thermoelectric materials that can convert heat into electricity, and energy storage

Ik voorzie hier een leuke toepassing voor implantaten in het menselijk lichaam! Als ik nu denk aan een gehoorapparaat voor de doven die zelf elektriciteit kan opwekken, dat is toch geweldig? Nooit meer een batterij vervangen. Of andere futuristische applicaties

[Jorgen]

Er is toch ook nog steeds niet echt duidelijk wat de effecten van "nano-dingen" op het milieu en het menselijk lichaam zijn?

[Evolixe]

Nano staat gewoon voor heel klein.

[baziel]

Nano maken met zout, stikstof en zuurstof klinkt niet onlogisch.

[Verwijderd]

Nitronitratedioxide nanites?
Natrium als vervanger van silicium, stikstof voor koeling en zuurstof als energiebron?
Nitrosodiumdioxide?

[baziel]

ik bedoelde meer Natriumstikstofoxide dus NaNO..

[fluxtras]

haha, ik moet lachen