.jpg)
Academia Română a fost creată în 1866 pentru a cristaliza cele mai înalte valori intelectuale din provinciile românești într-o societate erudită menită să consolideze identitatea națională pe baza a patru componente esențiale: limbă și literatură, istorie, etnografie și cultură. La...
Obţinerea suprafeţelor nanostructurate: un lanţ valoric pentru utilizarea materialelor avansate īn aplicaţii multisectoriale
Cercetarea-dezvoltarea din domeniul materialelor avansate pot fi realizate cu succes numai atunci când pornesc de la metode, modele şi tehnici de simulare care să permită proiectarea „ab-initio” a unor structuri cu proprietăţi predictibile. Fiind o scenă cu numeroşi actori, un aspect important al succesului în transferul tehnologic şi implementarea materialelor avansate îl reprezintă nu numai obţinerea propriu-zisă, dar şi utilizarea metodelor specifice cele mai adecvate pentru testarea efectivă a acestora, asigurarea manipulării sigure şi sustenabile, cu impact redus asupra mediului şi, nu în ultimul rând, protecţia drepturilor de proprietate intelectuală.
Dr. ing. Radu-Robert Piticescu
Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare pentru Metale Neferoase şi Rare
Șef Centru de Transfer Tehnologic pentru Materiale Avansate – CTT AVANMAT
La nivelul Uniunii Europene, iniţiativa NANO-futures a publicat deja primul roadmap care abordează materialele avansate din perspectiva lanţului valoric ce trebuie parcurs de la cercetarea bazată pe cunoaştere până la comercializarea cu succes. Prin introducerea conceptului lanţului valoric se urmăreşte depăşirea pragului dintre eforturile din cercetare şi nevoile industriei, depăşirea dispersării şi fragmentării eforturilor la nivel european, valorificarea potenţialului şi beneficiilor economice şi sociale ce le pot aduce noile materiale avansate şi integrarea lor în diferite procese de fabricaţie.
Una dintre metodele cele mai eficiente de a pune în valoare proprietăţile deosebite ale materialelor avansate constă în valorificarea proprietăţilor legate de creşterea suprafeţei specifice prin utilizarea nanomaterialelor sub formă de acoperiri şi filme subţiri (”nano-enabling surfaces”). Prin realizarea de noi acoperiri şi suprafeţe funcţionalizate se poate obţine un complex de proprietăţi precum: proprietăţi mecanice (coeficient redus de frecare, rezistenţă la uzură), fizico-chimice (rezistenţă ridicată la coroziune, capacitate ridicată de adsorbţie şi selectivitate pentru specii gazoase sau în soluţii, proprietăţi anti-vegetative, antibacteriene/antifungice, bio-compatibilitate etc.).
Procedeele de obţinere a acestor suprafeţe pot fi clasificate în procese chimice în medii umede (soluţii apoase sau organice) sau de depunere fizico-chimică în plasmă sau vid ridicat. Procedee sol-gel sunt cele mai investigate metode chimice de sinteză a pulberilor nanometrice. Constau în principiu în obţinerea de soluri concentrate, suprasaturate în oxizi sau hidroxizi, care mai apoi se gelifică fie prin creşterea pH-ului, fie prin deshidratare termică lentă după depunerea controlată pe substrat prin rotaţie (spin-coating) sau scufundare (dip-coating). Procesele electrochimice, reprezintă, de asemenea un procedeu ce poate fi considerat matur pentru obţinerea de acoperiri metalice, ceramice sau compozite cu aderenţă ridicată şi morfologie controlată. Depunerea din fază de vapori este de asemenea frecvent utilizată în diferite variante (depunere chimică - CVD, fizică - PVD, depunere în plasmă –PVD, depunere în vid în flux de electroni etc.). O metodă deseori utilizată pe scară industrială este sprayerea termică în plasmă care permite acoperirea pe suprafeţe mari şi cu forme complexe. Fiecare grup de metode are avantaje şi dezavantaje şi necesită un volum ridicat de know-how care trebuie considerat în preţul final.
Principalele aspecte ce trebuie considerate la obţinerea suprafeţelor nanostructurate pe bază de materiale avansate sunt: (I) stabilirea unor relaţii matematice care să permită corelarea reproductibilă între parametrii de obţinere-microstructura/morfologia suprafeţei-proprietăţile finale şi (II) modelarea proceselor la interfaţă care să permită controlul adeziunii dintre substrat şi depunere funcţionalizată. Pe lângă acestea mai trebuie luate în considerare probelemele de metrologie care să asigure un control în timp real al proceselor (metodele combinatorii de analiză sunt încă în curs de dezvoltare). Toate acestea trebuie în final să permită implementarea noilor materiale şi tehnologii de obţinere a suprafeţelor nanostructurate pe diferite tipuri de substraturi (de interes recent fiind depunerea pe substraturi flexibile) şi integrarea noilor suprafeţe obţinute în liniile de producţie şi asamblare existente.
O problemă deosebită ce trebuie luată în considerare este aceea de a asigura procese sigure pentru sănătate şi mediul înconjurător. Evaluarea şi controlul expunerii oamenilor în timpul producerii nanopulberilor utilizate la acoperirea sau funcţionalizarea suprafeţelor, asamblarea şi finisarea produselor şi pe timpul duratei de viaţă sunt acţiuni specifice ce tebuie luate în considerare din ce în ce mai serios atunci când produsele pe baza noilor suprafeţe sunt implementate.
Participarea românească: începuturi și potențial
Şi în România s-au făcut paşi importanţi, prin punerea bazelor unor noi infrastructuri de cercetare, dar şi la fază pilot, care va permite trecerea de la nivelele de cercetare colaborativă la fazele de implementare a cunoştinţelor şi transfer tehnologic. Suntem însă în continuare la faza de „împingere” a direcţiilor de către cercetare şi foarte puţin la „tragerea” lor de către industrie şi mediul economic. Problemele care trebuie soluţionate pentru trecerea la aplicaţii industriale sunt legate de lipsa unor strategii coerente de convergenţă şi interdisciplinaritate, preluarea riscurilor tehnologice, constrângeri economice, axarea pe venituri rapide fără investiţii majore, chiar dacă există unele posibilităţi de susţinere a finanţării prin proiecte europene, de exemplu fonduri structurale.
România poate contribui la soluţionarea unor provocări în raport cu stadiul actual al domeniului, dintre care pot fi amintite:
1. Dezvoltarea suprafeţelor nanostructurate prin procese chimice pe cale umedă.
Acestea necesită o investigare ştiinţifică mai profundă a fenomenelor de nucleaţie şi creştere în corelare cu instrumentele avansate de control on-line al proceselor.
2. Strategii de proiectare şi modelare pentru aderarea îmbunătăţită la interfaţa cu substratul şi în straturile nano-activate. Utilizarea straturilor nano-activate în diverse dispozitive este limitată din cauza adeziunii slabe la substrat. Diferite metode au fost elaborate şi trebuie îmbunătăţite pentru a conduce la o aderare mai bună la interfaţă.
3. Depuneri în plasmă şi vid a filmelor subţiri nano-activate pe substraturi rigide şi semi-flexibile organice şi metalice. Procesele de modificare a suprafeţelor în plasmă şi vid sunt aplicate pe scară largă în industrie şi în consecinţă numeroase astfel de procese au fost dezvoltate şi sunt astăzi tehnologii mature. Dezvoltarea materialelor nanostructurate prin procese în plasmă sau vid necesită, în primul rând, o investigare ştiinţifică mai profundă a fenomenelor de nucleaţie şi creştere în corelare cu instrumentele avansate de control on-line al proceselor.
Fig. 1. Instalaţie de obţinere a suprafeţelor nanostructurate în flux de electroni
Fig. 2. Acoperire nanostructurată (hidroxiapatită-poliuretan) pentruaplicaţii biomedicale (regenerare ţesut osos)
Fig. 3. Acoperire nanostructurată (oxid de zinc) pe grafit poros pentru aplicaţii în stocarea energiei
Toate aceste procese se realizează la nivel atomic şi molecular, permiţând controlul nano-structurării suprafeţelor până la scară atomică.
Parerea ta conteaza: 
