Tillverkning av nanopartiklar, produktion av materialenheter mindre än 100 nanometer i storlek (100, 000 gånger mindre än en kula), bevisar talesättet att "bra saker kommer i små förpackningar." Dagens konstruerade nanopartiklar är integrerade komponenter i allt från de kvantprickiga nanokristallerna som färgar de briljanta displayerna på toppmoderna tv-apparater till de minimala silverbitarna som hjälper bandage att skydda mot infektion. Dock, kommersiella satsningar som vill dra nytta av dessa små byggstenar står inför kvalitetskontrollproblem som, om oadresserad, kan minska effektiviteten, öka produktionskostnaderna och begränsa den kommersiella effekten av de produkter som innehåller dem.

För att hjälpa till att övervinna dessa hinder, National Institute of Standards and Technology (NIST) och det ideella World Technology Evaluation Center (WTEC) förespråkar att nanopartikelforskare, tillverkare och administratörer "kopplar ihop punkterna" genom att överväga sina gemensamma utmaningar brett och tackla dem kollektivt snarare än individuellt. Detta inkluderar kunskapsöverföring mellan discipliner, samordna åtgärder mellan organisationer och dela resurser för att underlätta lösningar.

Rekommendationerna presenteras i en ny artikel i tidskriften ACS applicerade nanomaterial .

"Vi tittade på den stora bilden av nanopartikeltillverkning för att identifiera problem som är vanliga för olika material, processer och applikationer, " sa NIST-fysikologen Samuel Stavis, huvudförfattare till tidningen. "Att lösa dessa problem kan främja hela företaget."

Det nya dokumentet ger en ram för att bättre förstå dessa frågor. Det är kulmen på en studie initierad av en workshop organiserad av NIST som fokuserade på den grundläggande utmaningen att minska eller mildra heterogenitet, de oavsiktliga variationerna i nanopartikelstorlek, form och andra egenskaper som uppstår under tillverkningen.

"Heterogenitet kan ha betydande konsekvenser vid tillverkning av nanopartiklar, " sa NIST kemiingenjör och medförfattare Jeffrey Fagan.

I deras tidning, författarna noterade att de mest lönsamma innovationerna inom nanopartikeltillverkning minimerar heterogenitet under de tidiga stadierna av operationen, minska behovet av efterföljande bearbetning. Detta minskar avfallet, förenklar karakterisering och förbättrar integrationen av nanopartiklar i produkter, som alla sparar pengar.

Författarna illustrerade poängen genom att jämföra produktionen av guldnanopartiklar och kolnanorör. För guld, de sa, de initiala synteskostnaderna kan vara höga, men likheten mellan de producerade nanopartiklarna kräver mindre rening och karakterisering. Därför, de kan göras till en mängd olika produkter, såsom sensorer, till relativt låga kostnader.

I kontrast, de mer heterogena kolnanorören är billigare att syntetisera men kräver mer bearbetning för att ge de med önskade egenskaper. De extra kostnaderna under tillverkning gör för närvarande nanorör endast praktiska för högvärdiga applikationer som digitala logiska enheter.

"Även om dessa nanopartiklar och deras slutprodukter är väldigt olika, intressenterna i deras tillverkning kan lära sig mycket av varandras bästa praxis, " sa NIST-materialforskaren och medförfattaren J. Alexander Liddle. "Genom att dela kunskap, de kanske kan förbättra båda till synes olika verksamheterna."

Hitta sätt som detta för att koppla ihop prickarna, författarna sa, är avgörande för nya satsningar som försöker överföra nanopartikelteknik från laboratorium till marknad.

"Nanopartikeltillverkning kan bli så kostsam att finansieringen löper ut innan slutprodukten kan kommersialiseras, " sa WTEC nanoteknikkonsult och medförfattare Michael Stopa. "I vår tidning, vi beskrev flera möjligheter för att förbättra oddsen för att nya satsningar kommer att överleva sina resor genom denna teknologiöverföring "dödens dal."

Till sist, författarna övervägde hur tillverkningsutmaningar och innovationer påverkar det ständigt växande antalet applikationer för nanopartiklar, inklusive de inom områdena elektronik, energi, hälsovård och material.