Artículos sobre Nanotecnología.

Una breve discusión sobre la nanotecnología y su aplicación en la industria de la maquinaria

Resumen: Introduce principalmente la connotación, el contenido principal y la aplicación de la nanotecnología en las industrias de micromáquinas, embalaje y maquinaria alimentaria. Aplicaciones en nanotecnología , y la investigación predice las perspectivas de desarrollo de la nanotecnología en la futura industria de la maquinaria.

Palabras clave: nanotecnología; micromáquinas; industria de maquinaria; perspectivas de desarrollo

1 La connotación de nanotecnología

Nanómetro es una unidad de longitud, antes conocida como "nanómetro". ”, es decir

10-9 (una milmillonésima) metro. La nanociencia y la tecnología, a veces denominada nanotecnología, es el estudio de las propiedades y aplicaciones de materiales con tamaños estructurales en el rango de 1 a 100 nanómetros. La nanotecnología está estrechamente relacionada con muchas disciplinas. Es un campo de frontera que encarna la naturaleza interdisciplinaria de las multidisciplinas. Si se distingue por los objetos de investigación

o la naturaleza del trabajo, la nanotecnología incluye tres

campos de investigación: nanomateriales, nanodispositivos y detección y representación a nanoescala

. Entre ellos, los nanomateriales son la base de la nanotecnología

; el nivel de desarrollo y el nivel de aplicación de los nanodispositivos

son signos importantes de si la humanidad ha entrado en la era de la nanotecnología

>; la detección y caracterización a nanoescala son medios indispensables para la investigación en nanotecnología y una base importante para la teoría y la experimentación. El objetivo final de la nanotecnología es utilizar átomos y moléculas como punto de partida para diseñar y fabricar productos con funciones especiales.

2 Principales contenidos de la nanotecnología

(1) Los nanomateriales incluyen preparación y caracterización. En la escala nanométrica, la radioactividad (propiedades mecánicas cuánticas) de los electrones en la materia y la interacción de los átomos se verán afectadas por el tamaño de la escala; si se pueden obtener estructuras a nanoescala, será posible controlar las propiedades básicas de los materiales. como el punto de fusión, el magnetismo, la capacitancia e incluso el color. sin cambiar la composición química de la sustancia.

(2) La nanodinámica se refiere principalmente a micromáquinas y microelectrónica

máquinas, o denominadas colectivamente sistemas microelectromecánicos (MEMS),

utilizadas para microsensores y actuadores. para maquinaria de transmisión, sistemas de comunicación por fibra óptica, equipos electrónicos especiales, instrumentos médicos y de diagnóstico, etc. MEMS utiliza un nuevo proceso similar al diseño y fabricación de aparatos eléctricos integrados. La característica es que las piezas son muy pequeñas, la profundidad de grabado a menudo requiere de decenas a cientos de micrones y el error de ancho es muy pequeño. Este proceso también se puede utilizar para fabricar

motores trifásicos para centrífugas o giroscopios ultrarrápidos

etc. En términos de investigación, también es necesario detectar microdeformaciones y microfricciones a escalas casi atómicas. Aunque todavía no han entrado realmente en la nanoescala, tienen un gran valor científico y económico potencial.

(3) Nanobiología y nanofármacos, como el uso de oro coloidal del tamaño de nanopartículas para fijar partículas de ADN

en la superficie de la nube madre, los electrodos interdigitados en la superficie del dióxido de silicio se utilizan para probar las interacciones entre biomoléculas, fosfolípidos y biopelículas planas bicapa de ácidos grasos, y la estructura fina del ADN, etc.

Con la nanotecnología, los métodos de autoensamblaje también se pueden utilizar para colocar piezas o componentes en células

para formar nuevos materiales. Aproximadamente la mitad

de los nuevos

medicamentos, incluso en forma de polvos finos con partículas micrométricas, son insolubles en agua;

(4) La nanoelectrónica incluye

dispositivos nanoelectrónicos basados ​​en efectos cuánticos, propiedades ópticas/eléctricas de nanoestructuras y caracterización de materiales nanómetros

electrónicos, así como manipulación de átomos y ensamblaje

de átomos, etc. Las tendencias actuales en tecnología electrónica requieren que los dispositivos y sistemas sean más pequeños, más rápidos y más fríos. "Más rápido" significa que la velocidad de respuesta

es más rápida. "Más frío" significa que los dispositivos individuales consumen menos energía.

Pero "más pequeño" no es ilimitado.

3 Aplicación de la nanotecnología en la industria mecánica

3.1 Aplicación de la nanotecnología en el campo de las micromáquinas

Con el continuo desarrollo de los métodos de aplicación de la nanotecnología ampliándose,

El desarrollo de micromáquinas está en ascenso en todo el mundo. Por ejemplo, microengranajes, motores, sensores y circuitos de control necesarios para maquinaria médica y dispositivos de detección automática de tuberías que ingresan al cuerpo humano

etc.

Las rutas técnicas para fabricar estos nanoproductos con funciones específicas se pueden dividir en dos tipos: una es miniaturizar continuamente los productos mediante micromecanizado y tecnología de estado sólido, la otra es utilizar átomos y; Las moléculas son las unidades básicas, que se diseñan y ensamblan según los deseos de las personas para construir productos con funciones específicas.

3.1.1 Utilizar la tecnología de micromecanizado para fabricar nanomáquinas

(1) Micromecanizado.

FANUCROBO nano Ui es un torno de mecanizado de microprecisión multifuncional que puede realizar torneado, fresado, rectificado y procesamiento de descarga eléctrica desarrollado por la empresa japonesa FANUC > tipo), puede realizar 5-. control del eje y la configuración mínima del sistema CNC

La unidad es 1 nm (10-3 μm). La máquina herramienta está equipada con codificador

control de circuito semicerrado y control de movimiento lineal holográfico láser

control de circuito cerrado completo. El codificador está conectado directamente al motor y tiene una resolución de 64 millones de pulsos por semana. Cada pulso equivale a un movimiento del eje de coordenadas de 0,2 nm. La unidad de retroalimentación del codificador es de 1/

3 nm. el error de seguimiento está dentro de ±1/3 nm. La resolución lineal

es de 1 nm y el error de seguimiento está dentro de ±3 nm. El dispositivo CNC utiliza FANUC-16i para realizar el control de contorno AInano

. El servomotor FANUCSERVOMOTOR αi está equipado con un dispositivo de detección de alta resolución y un servoamplificador de la serie αi para lograr un microprocesamiento.

(2) Microrobot. En el campo de la fabricación industrial, los microrobots pueden adaptarse a la precisión y las microoperaciones, especialmente en la fabricación de componentes electrónicos.

Investigadores de la empresa estadounidense Matt diseñaron recientemente un microrobot para ensamblar sistemas de nanofabricación. La longitud de este robot es

aproximadamente 5 mm. Los investigadores dijeron que suponiendo que se pueda utilizar la tecnología de nanofabricación para reducir continuamente el tamaño de este robot, su volumen final no excederá el tamaño de las partículas de polvo. Japón

Mitsubishi Corporation también ha desarrollado un robot industrial en miniatura.

El robot utiliza un mecanismo de enlace cerrado de 5 secciones para realizar

el movimiento del brazo. Con su peso ligero y su alta rigidez, su velocidad de movimiento y precisión pueden igualar a las de los robots especializados. El tiempo necesario para la acción de recogida alternativa de 25 mm en dirección arriba y abajo y 100 mm en dirección horizontal se reduce a 0,28 s. Además, al adoptar

un mecanismo de articulación cerrado y un reductor de alta rigidez, logra

una repetibilidad de posición un 10% mayor que la de los robots anteriores

( ±5 nm), adecuado para operaciones precisas y finas.

Nuestro país también ha logrado logros gratificantes

en el desarrollo de microrobots. Según informes de los medios, el robot desarrollado por el Instituto de Tecnología de Harbin tiene una precisión operativa de nanómetros y puede usarse en operaciones genéticas de biología molecular. Puede realizar "cirugía" en células y cromosomas, y puede mostrar sus habilidades en campos con requisitos de alta precisión como la microelectrónica y el procesamiento de precisión.

(3) Micromotor. La Universidad Cassie en Clevesey, Ohio, EE.UU., ha creado un laboratorio de micromotores a nanoescala para especializarse en el estudio de nanotecnología y sistemas electromecánicos ultramicro. El micromotor desarrollado por la Universidad de California, Berkeley, es tan pequeño que sólo puede verse bajo un microscopio.

El fabricante alemán de autopartes Bosch está desarrollando sensores de nanotecnología que proporcionarán información sobre cada componente del automóvil en un espacio tridimensional

Información precisa sobre movimientos ocasionales. Cuando el pequeño sensor detecta una disminución repentina de la velocidad, el airbag se activará automáticamente.

3.1.2 Utilizar tecnología de autoensamblaje para fabricar nanomáquinas

(1) Dispositivos biológicos. Los dispositivos biomoleculares basados ​​en el autoensamblaje molecular son un tipo de dispositivos electrónicos que abandonan por completo los semiconductores de silicio. Al seleccionar una proteína como biochip, se puede utilizar la proteína para fabricar diversos dispositivos biológicos

moleculares, como dispositivos de conmutación, circuitos lógicos, memorias, etc.

Sensores y circuitos integrados de proteínas, etc. . El Grupo de Información Biomolecular de la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan en Michigan, EE. UU., utiliza bacteriorrodopsina (proteína BR para abreviar) y moléculas de colorantes luminiscentes.

Desarrolla membranas integradas de moléculas de proteínas con funciones electrónicas. Tipo de elemento lógico que puede controlar el campo potencial alrededor de la molécula. La Universidad de Syracuse, en Estados Unidos, también ha utilizado proteínas BR para desarrollar redes centrales y dispositivos de almacenamiento asociativo que simulan la capacidad asociativa del cerebro humano.

(2) Motor nanomolecular. IBM Corporation

Investigadores del Laboratorio de Zurich en Suiza y de la Universidad de Basilea, Suiza,

han descubierto que el ADN se puede utilizar para doblar objetos con un diámetro de no más de un cabello

Un "voladizo" hecho de una quincuagésima parte de los átomos de silicio. Se dobla hacia arriba y hacia abajo, con una sola hebra de ADN pegada en la parte superior. El ADN forma naturalmente una estructura de doble hélice. Una vez separadas las dobles hebras, intentarán recombinarse. Cuando los investigadores colocaron el "cantilever" con el ADN monocatenario

en una solución que contenía la

cadena de ADN monocatenaria correspondiente, las dos hebras

p>

se emparejará automáticamente y el pequeño "voladizo" comenzará a doblarse bajo la acción de esta

fuerza. Los investigadores utilizaron esta técnica biomecánica para crear pequeñas cápsulas (motores nanomoleculares) con válvulas a nanoescala. Al controlar esta fuerza impulsora para controlar la apertura y el cierre de la válvula, se puede administrar una dosis precisa de medicamento a las partes requeridas del cuerpo para lograr el propósito del tratamiento.

3.2 Aplicación de la nanotecnología en el campo de la maquinaria de envasado

Adoptar tecnología de nanomateriales a partes clave de las máquinas de envasado

(como rodamientos, engranajes, resortes, etc.) .) El tratamiento de recubrimiento en polvo de nanoarroz sobre la superficie del metal puede mejorar la resistencia al desgaste, la dureza y la vida útil del equipo.

Los nanotubos de carbono también tienen una alta resistencia mecánica y

alta conductividad térmica. Debido a su gran relación longitud-diámetro, puede producir piezas de cualquier forma compleja y es una fibra de refuerzo ideal para materiales compuestos. En la actualidad, se han fabricado piezas de maquinaria de impresión y embalaje, como engranajes, cojinetes cerámicos, rodillos antimosquitos de nanocerámica y rodillos de grabado eléctrico fabricados con plásticos de bajo nanómetro.

Entra en la empresa y comienza a reemplazar los materiales metálicos. Las máquinas de impresión offset modernas

están equipadas con muchos sensores. Como controlar la elevación automática de la pila de papel del alimentador, detección del tiempo de suministro de aire de la bomba de aire, detección del tiempo de cierre de presión, detección de hojas vacías, control del volumen de tinta, etc.

Las nanocerámicas tienen buena resistencia al desgaste, alta

resistencia y gran tenacidad y pueden usarse para fabricar cuchillos, embalajes

y sellos para maquinaria alimentaria, anillos, cojinetes, etc. para mejorar su resistencia al desgaste y a la corrosión. También se puede utilizar para fabricar revestimientos de superficies para componentes clave de maquinaria de transporte y lechos de secado por ebullición.

3.3 Aplicación de la nanotecnología en el campo de la maquinaria alimentaria

Nano SiC, Si

3

N4 en forma más amplia Tiene una fuerte absorción efecto sobre los rayos infrarrojos dentro del rango de longitud de onda y se puede utilizar como material absorbente y transmisor de infrarrojos

para fabricar películas o fibras funcionales.

Nano Si

3

El bloque amorfo N4 tiene absorción selectiva de la luz amarilla a la luz infrarroja cercana

y también está disponible Pérdida de transmisión de fibra óptica con longitudes de onda superiores a 600 nm

basada en materiales especiales para ventanas y fabricada con

nano-SiO

2

Productos con un espesor de micras de menos de 10 dB/km fabricados con nano-SiO

2

y nano-TiO

2

Utiliza una capa de película de interferencia, que tiene buena transmisión de luz y gran capacidad para reflejar los rayos infrarrojos. En comparación con las lámparas halógenas tradicionales, puede ahorrar un 15% de energía eléctrica.

La investigación ha demostrado que el TiO

2

de 30 a 40 nm se dispersa

en resina para formar una fina película absorbente de rayos ultravioleta. Los materiales que tienen una gran capacidad de absorción de luz con longitudes de onda inferiores a 400 nm se pueden utilizar como las mejores materias primas para bolsas de esterilización de alimentos y bolsas de conservación de alimentos frescos.

Nano SiO

2

Degradación fotocatalítica del tratamiento de agua de materia orgánica

La tecnología tiene las ventajas de no tener contaminación secundaria y tener un alto grado de purificación Sí: ①

Tiene una gran superficie específica, que puede adsorber materia orgánica en su superficie al máximo

máximo ②Tiene ultravioleta más fuerte