Már itthon is gyártanak titanát-nanocsöveket

A titán-dioxid kedvező tulajdonságainak köszönhetően már régóta elterjedten használatos az ipar egyes ágazataiban, például a festékipar és a kozmetikai iparban. A nanotechnológia alkalmazásával előállított titanát nanocsövek a titán-dioxid kedvező tulajdonságai mellett a nanostruktúrából adódó szerteágazó lehetőségeket is hordozzák.

Május végén Magyarország rendezte meg a legrangosabb európai nanotechnológiai kongresszust, az EuroNanoForum 2011-et. A számos nemzetközi vállalat mellett a hazai Auro-Science Kft. is előadást tartott a titanát-nanocsövekkel végzett kutatásokról.

A nanocsövek átmérője a hajszál vastagságának ezredrésze, míg hosszuk egy tipikus baktérium tizedrészére tehető. Ezek az apró csövecskék nem zártak, inkább hasonlítanak egy néhány atomi rétegből álló felcsavart szőnyegre. A titanát nanoanyagok egy továbbfejlesztett eljárással ma már ipari mennyiségben is előállíthatók.

A titanát nanoanyagok felhasználási lehetőségei

A félvezető tulajdonságoknak köszönhetően különböző szenzorok (például a gépjárművekben használt lambda-szonda) alapanyagaként, illetve katalizátorok alapanyagaként és hordozójaként is szolgálhat.

Titanát nanocsövek elektronmikroszkópos képe

A felszíni kémiának és a réteges szerkezetnek köszönhetően sajátos ioncserélő tulajdonsággal bírnak a titanát nanocsövek. Ezen tulajdonságot kiaknázva vizek lágyítása vagy akár más, nem kívánatos ionok (például nehézfém-ionok) eltávolítása is megoldható. A sajátos ioncserélő tulajdonsággal a titanát nanocsövek módosítása is megoldható, mely újabb felhasználási területeket nyit meg.

Speciális módosításokkal úgynevezett szuperhidrofób (különlegesen víztaszító) anyagok hozhatóak létre. Ezek hasonlóan működnek, mint a lótusznövények levelei (lótusz-effektus). A lótuszlevélre kerülő vízcseppek leperegnek a felszínről, miközben összeszedik az odatapadt piszokszemcséket. A speciálisan módosított titanát nanocsövekkel különböző víz- és koszlepergető anyagok, felszínek, borítások alakíthatóak ki. A titanát nanocsövek megfelelő módosításával antibakteriális anyagok és rétegek is létrehozhatók.

Az újabb fejlesztésekkel a titanát nanocsövek mellett a titanát nanoszálakat is elő lehet állítani. Ezek a nanostruktúrák 50-100 nanométer szélesek és 1-10 mikrométer hosszúságúak. A nanocsövekhez hasonló réteges szerkezettel rendelkeznek, illetve a szálas struktúra további lehetőségeket rejt.

Titanát nanoanyagok a műanyag iparban

A sajátos anyagi felépítés, kicsiny méret, az ebből adódó viszonylagosan nagy fajlagos felület és az egydimenziós struktúra miatt a titanát nanoszerkezetek műanyagok töltőanyagaként is ígéretesek. Laboratóriumi kísérletekben az egyes, a műanyagoktól elvárt jellemzők javulását eredményezték.

Titanát nanohuzalok elektronmikroszkópos képe

Számos titanát nanoszerkezet-műanyag (például nagy sűrűségű polietilén, polisztirol, termoplasztikus poliuretán) nanokompozit esetében növekedett a szakító- és a húzószilárdság, a kopásállóság, illetve a rugalmasság. A titanát nanoszerkezetek égésgátló hatásúak is.

Egyéb alkalmazási területek

A titanát nanoanyagok a kémiai szerkezetből adódó kitűnő fényvisszaverő képességük és fehér színük, illetve az egydimenziós kialakításnak köszönhető nagyobb fedőképességük miatt a festékek gyártásában is szerepet játszhatnak. Az előbb említett kiváló tulajdonságok az antimikrobiális, szuperhidrofób vagy akár a fotokatalitikus tulajdonságokkal is kombinálható, így baktérium-, gombaölő és/vagy öntisztuló festékek is előállíthatóak.

A kőolaj alapú energiatermelés gazdasági és környezeti problémáinak egyik lehetséges megoldása a nap energiájának felhasználása. A titanát szerkezetekkel megoldható a napenergia elektromos energiává történő alakítása, azaz fotoelektromos cellák készítése. A nap energiájával történő gerjesztéssel különböző káros szennyezők lebontása is megvalósítható, így azok vizek vagy légterek tisztítására is alkalmasak lehetnek, de elképzelhetőek öntisztuló felületek kialakítása is, amelyek alkalmazhatóak a víz- és levegőtisztítási technológiákban. Emellett bizonyos körülmények között a titanát nanoszerkezetekkel hidrogéngázt lehet fejleszteni a vízből vagy akár a természet által könnyen előállított alkoholból. A hidrogén pedig szintén az ígéretes alternatív energiaforrások egyike.

Ipari előállítás Magyarországon

A titanát-nanocső ipari méretű előállítását idén kezdte meg a tudományos innovációval foglalkozó Auro-Science Kft., amely az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében nyert el pályázatot az eljárás üzemesítésére. "Jelenleg 1 kilogramm/hét ütemben folyik a termelés, de mihelyst a kapacitások készen állnak, átállunk a 100 kilogramm/nap adagra" - mondja dr. Soós Miklós, a cég vezetője.

Nanoanyaggal kevert vízlepergető festék

A cég az alapanyag előállítása mellett a titanát nanocső alapú termékek fejlesztésében is részt vesz. Már folynak a kísérletek, melyek a kopásálló PVC-padlót, az öntisztító festékeket, illetve üveglapot tesztelik. A cég továbbá tárgyalásban áll sportszergyártó vállalatokkal is, amelyek nanocsövekkel megerősített szénszálas alapanyagból gyártanának kerékpárt, vitorlást és más sportszereket - ugyanis így sokkal könnyebb anyagból készülhetne a kellő szilárdságú sportszer. "A nanotechnológia egy nagyon jó irány az innováció szempontjából. Olyan terület, ahol komoly szellemi tőkével, de nem túl nagy mennyiségű alapanyag felhasználásával fontos eredményeket lehet elérni" - mondja Soós.