BRPI0612269A2 - composição de matéria, produto, e, método para preparar uma composição de matéria - Google Patents

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Abstract

COMPOSIçãO DE MATéRIA, PRODUTO, E, METODO PARA PREPARAR UMA COMPOSIçãO DE MATéRIA. Métodos para fabricar dispersões de nanomaterial e a nanoteenologia relacionada. Concentrados de nanomaterial que são mais baratos para armazenar e transportar são descritos.

Description

"COMPOSIÇÃO DE MATÉRIA, PRODUTO, E, MÉTODO PARA PREPARAR UMA COMPOSIÇÃO DE MATÉRIA"
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE
RELACIONADOS
O presente pedido reivindica benefício de Pedido provisório número 60/581.612, depositado em 21 de junho de 2004, qual pedido está por este meio incorporado por referência em sua totalidade. Este pedido é uma continuação em parte do Pedido de Patente US 09/790.036, depositado em 20 de fevereiro de 2001 e é uma continuação em parte do Pedido de Patente PCT US03/37635, depositado em 25 de novembro de 2003, ambos de quais estão incorporados aqui por referência. Este pedido também é uma continuação em parte do Pedido de Patente US 10/441.683, depositado em 20 de maio de 2003, que é um divisório de Pedido Patente Serial US co-pendente N0 09/790.036, depositado em 20 de fevereiro de 2001, que é um divisório de Patente US 6.228.904, depositada em 22 de maio de 1998, que está incorporada aqui por referência e que reivindica o benefício de Pedido provisório US 60/049.077, depositado em 5 de junho de 1997, 60/069.936, depositado em 17 de dezembro de 1997, e 60/079.225, depositado em 24 de março de 1998, Patente US 6.228.904 é uma continuação em parte do Pedido de Patente Serial US N0 08/739.257, depositado em 30 de outubro de 1996, agora Patente US N0 5.905.000, que é uma continuação em parte de US Serial N0 08/730.661, depositado em 11 de outubro de 1996, que é uma continuação em parte de US Serial N0 08/706.819, depositado em 3 de setembro de 1996, agora Patente US N0 5.851.507 e US Serial N0 08/707.341, depositado em 3 de setembro de 1996, agora Patente US N0 5.788.738.
Campo da Invenção
A presente invenção relaciona-se a métodos de fabricar dispersões de pós de sub-mícron e nanoescala.
Fundamento Pertinente Pós são usados em numerosas aplicações. Eles são os blocos construtivos de bens eletrônicos, de telecomunicação, elétricos, magnéticos, estruturais, ópticos, biomédicos, químicos, térmicos, e de consumo.
Demandas de mercado em andamento por produtos menores, mais rápidos, superiores e mais portáteis requereram miniaturização de numerosos dispositivos. Isto, por sua vez, requer miniaturização dos blocos construtivos, isto é os pós. Pós de sub-mícron e nano-criados (ou nanoescala, nanotamanho, ultrafmo), com um tamanho 10 a 100 vezes menor do que pós de tamanho de mícron convencionais, habilitam melhoria de qualidade e diferenciação de características de produto a escalas atualmente inatingíveis por pós de tamanho de mícron comercialmente disponíveis.
Nano-pós em particular e pós de sub-mícron em geral são uma moderna família de materiais cuja característica distintiva é que seu tamanho de domínio é tão pequeno que efeitos de confinamento de tamanho se tornam um determinante significante do desempenho dos materiais. Tais efeitos de confinamento podem, portanto, conduzir a uma ampla gama de propriedades comercialmente importantes. Nano-pós, portanto, são uma oportunidade extraordinária para projeto, desenvolvimento e comercialização de uma ampla gama de dispositivos e produtos para várias aplicações. Além disso, desde que eles representam uma família completamente nova de precursores de material onde mecanismos físico-químicos de grão grosso convencionais não são aplicáveis, estes materiais oferecem combinação única de propriedades que podem habilitar componentes modernos e multifuncionais de desempenho incomparável. Yadav et al., em um Pedido de Patente co-pendente e geralmente nomeado US N0 09/638.977, que junto com as referências contidas nele estão por este meio incorporadas por referência por completo, ensinam algumas aplicações de pós de sub-mícron e nanoescala.
Alguns dos desafios na produção efetiva em custo de pós envolvem controlar o tamanho dos pós como também controlar outras características tais como a forma, distribuição, a composição do pó, etc. Inovações são desejadas a este respeito.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Brevemente declarado, a presente invenção envolve métodos para fabricar pós de nanoescala incluindo um metal desejado e aplicações dele.
Em algumas concretizações, a presente invenção são dispersões de nanopartículas de óxidos de metal dopados ou não dopados.
Em algumas concretizações, a presente invenção são compostos e camadas que incluem óxidos de metal dopados ou não dopados.
Em algumas concretizações, a presente invenção são aplicações de dispersões de pós incluindo óxidos de metal dopados ou não dopados.
Em algumas concretizações, a presente invenção são métodos para produzir dispersões de modernos pós de nanoescala incluindo metais em volume alto, barato, e qualidade reprodutível com controle de várias características de pó e dispersão.
Em algumas concretizações, a presente invenção são métodos para produzir dispersões de modernos pós de nanoescala incluindo metais em volume alto, barato, e qualidade reprodutível com controle de várias características de pó e dispersão.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Figura 1 mostra uma abordagem global exemplar para produzir pós de sub-mícron e nanoescala de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS
Esta invenção é dirigida geralmente a pós inorgânicos muito finos. A extensão dos ensinos inclui pós de alta pureza. Pós discutidos aqui são de tamanho de cristalito médio menos de 1 mícron, e em certas concretizações, menos de 100 nanômetros. Métodos para produzir e utilizar tais pós em volume alto, barato, e qualidade reprodutível também são delineados.
Definições
Para propósitos de clareza, as seguintes definições são providas para ajudar a compreensão da descrição e exemplos específicos providos aqui. Sempre que uma gama de valores é provida para uma variável específica, ambos o limite superior e inferior da gama estão incluídos dentro da definição.
"Pós finos" como usado aqui, se refere a pós que satisfazem simultaneamente os critérios seguintes:
(1) partículas com tamanho médio menos de 10 mícron; e
(2) partículas com relação de aspecto entre lei .000.000.
Por exemplo, em algumas concretizações, os pós finos são pós que têm partículas com um tamanho de domínio médio menos de 5 mícron e com uma relação de aspecto variando de 1 a 1.000.000.
"Pós de sub-mícron" como usado aqui, se refere a pós finos com um tamanho médio menos de 1 mícron. Por exemplo, em algumas concretizações, os pós de sub-mícron são pós que têm partículas com um tamanho de domínio médio menos de 500 nanômetros e com uma relação de aspecto variando de 1 a 1.000.000.
Os termos "nano-pós", "pós de nanotamanho", "nanopartícuias," e "pós de nanoescala" são usados intercambiavelmente e se referem a pós finos que têm um tamanho médio menos de 250 nanômetros. Por exemplo, em algumas concretizações, os nano-pós são pós que têm partículas com um tamanho de domínio médio menos de 100 nanômetros e com uma relação de aspecto variando de 1 a 1.000.000.
Pós puros, como o termo usado aqui, são pós que têm pureza de composição de pelo menos 99,9% por base de metal. Por exemplo, em algumas concretizações a pureza é 99,99%. Nanomateriais, como o termo usado aqui, são materiais em qualquer forma dimensional (zero, uni, bi, tri) e tamanho de domínio menos de 100 nanômetros.
"Tamanho de domínio", como esse termo é usado aqui, se refere à dimensão mínima de uma morfologia de material particular. No caso de pós, o tamanho de domínio é o tamanho de grão. No caso de fios e fibras, o tamanho de domínio é o diâmetro. No caso de placas e filmes, o tamanho de domínio é a espessura.
Os termos "pó", "partícula" e "grão" são usados intercambiavelmente e abrangem óxidos, carbonetos, nitretos, boretos, calcogenídeos, halogênios, metais, intermetálicos, cerâmicas, polímeros, ligas, e combinações disso.
Estes termos incluem composições de metal único, multi-metal e complexas. Estes termos ademais incluem formas ou substâncias ocas, densas, porosas, semi-porosas, cobertas, não cobertas, em camadas, laminadas, simples, complexas, dendríticas, inorgânicas, orgânicas, elementares, não elementares, compostas, dopadas, não dopadas, esféricas, não esféricas, fiincionalizadas em superfície, não funcionalizadas em superfície, estequiométricas, e não estequiométricas. Ademais, o termo pó em seu senso genérico inclui materiais unidimensionais (fibras, tubos, etc), materiais bidimensionais (plaquetas, filmes, laminados, planar, etc), e materiais tridimensionais (esferas, cones, oval, cilindros, cubos, monoclínico, paralelepípedos, halteres, hexagonal, dodecaedro truncado, estruturas moldadas irregulares, etc.). O termo metal usado acima inclui qualquer metal de álcali, metal de terra alcalino, metal de terra rara, metal de transição, semi- metal (metalóides), metal precioso, metal pesado, metal radioativo, isótopos, elemento anfótero, elemento eletropositivo, elemento formador de cátions, e inclui qualquer elemento descoberto atual ou futuro na tabela periódica.
"Relação de aspecto", como o termo é usado aqui, se refere à relação da dimensão máxima à mínima de uma partícula.
"Precursor", como o termo é usado aqui, abrange qualquer substância bruta que pode ser transformada em um pó de mesma ou diferente composição. Em certas concretizações, o precursor é um líquido. O termo precursor inclui, mas não está limitado a, organometálicos, orgânicos, inorgânicos, soluções, dispersões, fundições, sóis, géis, emulsões ou misturas.
"Pó", como o termo é usado aqui, abrange óxidos, carbonetos, nitretos, calcogenídeos, halogênios, metais, ligas, e combinações disso. O termo inclui formas ou substâncias ocas, densas, porosas, semi-porosas, cobertas, não cobertas, em camadas, laminadas, simples, complexas, dendríticas, inorgânicas, orgânicas, elementares, não elementares, dispersas, compostas, dopadas, não dopadas, esféricas, não esféricas, funcionalizadas em superfície, não funcionalizadas em superfície, estequiométricas, e não estequiométricas.
"Cobertura" (ou "filme" ou "laminado" ou "camada"), como o termo é usado aqui, abrange qualquer deposição incluindo pós de sub-mícron e nanoescala. O termo inclui em sua extensão um substrato ou superfície ou deposição ou uma combinação que seja forma ou morfologia oca, densa, porosa, semi-porosa, coberta, não coberta, simples, complexa, dendrítica, inorgânica, orgânica, composta, dopada, não dopada, uniforme, não uniforme, funcionalizada em superfície, não funcionalizada em superfície, fina, grossa, pré-tratada, pós-tratada, estequiométrica, ou não estequiométrica.
"Dispersão", como o termo é usado aqui, abrange tintas, pastas, natas, loções, suspensão, Newtoniana, não Newtoniana, uniforme, não uniforme, transparente, translúcida, opaca, branca, preta, colorida, emulsificada, orgânica, inorgânica, polimérica, com aditivos, sem aditivos, composição de matéria baseada em substância fundida, baseada em água, baseada em solvente polar, ou baseada em solvente não polar, incluindo pós finos em qualquer fluido ou como estado de substância fluido. Para propósitos aqui, uma dispersão inclui pelo menos uma fase sólida e pelo menos uma fase fluida ou como fluido, em que o fluido ou fase como fluido exibe uma viscosidade que é menos de 10.000 Pa.s a qualquer temperatura entre 0 0K a 2275 0K. Ilustrações não limitantes de fluido ou fase como fluido incluída dentro da extensão são solventes orgânicos, solventes inorgânicos, solventes poliméricos, solventes aquosos, composições incluindo oxigênio, composições incluindo calcogenídeos, composições incluindo boro, composições incluindo fósforo, composições incluindo halogênio, composições incluindo nitrogênio, composições incluindo metal, composições incluindo carbono, metais fundidos e ligas, sais fundidos, fluidos supercríticos, líquidos ou óleos ou géis que são sintéticos ou derivados da natureza tais como agricultura ou peixes ou árvores ou frutas ou sementes ou flora ou fauna; o fluido ou fase como fluido incluída dentro da extensão são água, ácidos, álcalis, fundições orgânicas, monômeros, polímeros, oligômeros, fluidos biológicos, éteres, ésteres, aromáticos, alcanos, alquenos, alquinos, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, organometálicos, terpenóis, acetato, ácidos sulfônicos, emulsões, mistura de duas ou mais composições líquidas, soluções, e similares.
Esta invenção é dirigida a pós de sub-mícron e nanoescala incluindo óxidos de metal dopados ou não dopados em certas concretizações. Dada a abundância relativa de metal na crosta da terra e limitações atuais em tecnologias de purificação, é esperado que muitos materiais produzidos comercialmente teriam impurezas de metal naturalmente ocorrentes. Estas impurezas são esperadas estarem abaixo de 100 partes por milhão e na maioria dos casos em concentração semelhante a outras impurezas elementares. Remoção de tais impurezas não afeta materialmente as propriedades de interesse para uma aplicação. Para os propósitos aqui, pós incluindo impurezas de metal em que o metal impuro está presente em uma concentração semelhante a outras impurezas elementares são excluídos da extensão desta invenção. Porém, é enfatizado que em uma ou mais composições de matéria dopada ou de não dopada, certo metal pode ser criado intencionalmente como um dopante em um pó a concentrações de 100 ppm ou menos, e estes estão incluídos na extensão desta patente.
Em senso genérico, a invenção ensina preparar e então formar dispersões de pós de nanoescala, e em senso mais genérico, pós de sub- mícron incluindo pelo menos 100 ppm por peso, em algumas concretizações maior que 1 % por peso de base de metal e em outras concretizações maior que 10 % por peso de base de metal. Embora métodos para preparar pós finos sejam ilustrados aqui, os ensinos aqui relativos a fabricar dispersões e concentrados podem ser aplicados a pós finos e nanomateriais produzidos por qualquer método.
Figura 1 mostra uma abordagem global exemplar para a produção de pós em geral de sub-mícron e nano-pós em particular. O processo mostrado na Figura 1 começa com uma matéria-prima contendo metal (por exemplo, mas não limitado a, pós de óxido grosso, pós de metal, sais, lamas, produtos de refugo, compostos orgânicos, ou compostos inorgânicos). Figura 1 mostra uma concretização de um sistema para produzir pós de nanoescala e sub-mícron de acordo com a presente invenção.
O processo mostrado na Figura 1 começa em 100, com um precursor contendo metal tal como uma emulsão, fluido, suspensão fluida contendo partículas, ou sal solúvel em água. O precursor pode ser vapor de metal evaporado, vapor de liga evaporado, um gás, um líquido monofásico, um líquido polifásico, uma fundição, um sol, uma solução, misturas fluidas, suspensão sólida, ou combinações disso. O precursor contendo metal inclui uma composição de metal estequiométrica ou não estequiométrica com pelo menos alguma parte em uma fase fluida. Precursores fluidos são utilizados em certas concretizações desta invenção. Tipicamente, fluidos são mais fáceis de carregar, evaporar, e processar termicamente, e o produto resultante é mais uniforme.
Em uma concretização desta invenção, os precursores são materiais fluidos ambientalmente benignos, seguros, prontamente disponíveis, de alto teor de metal, custo mais baixo. Exemplos de precursores contendo metal adequados para propósitos desta invenção incluem, mas não estão limitados a, acetato de metal, carboxilatos de metal, etanoatos de metal, alcóxidos de metal, octoatos de metal, quelatos de metal, compostos metal- orgânicos, halogênios de metal, azidas de metal, nitratos de metal, sulfatos de metal, hidróxidos de metal, sais de metal solúveis em substâncias orgânicas ou água, amônio que inclui composto do metal, e emulsões contendo metal.
Em outra concretização, múltiplos precursores de metal podem ser misturados se pós de nanoescala e sub-mícron complexos forem desejados. Por exemplo, um precursor de cálcio e um precursor de titânio podem ser misturados para preparar pós de óxido de titânio - cálcio para aplicações eletrocerâmicas. Como outro exemplo, um precursor de cério, um precursor de zircônio e precursor de gadolínio podem ser misturados em proporções corretas para produzir um pó de óxido misturado, de alta pureza, alta área de superfície, para aplicações iônicas de dispositivo. Em ainda outro exemplo, um precursor de bário (e/ou precursor de zinco) e um precursor de tungstênio podem ser misturados para produzir pós para aplicações de pigmento. Tais pós de nanoescala e de sub-mícron complexos podem ajudar a criar materiais com propriedades surpreendentes e incomuns não disponíveis pelos óxidos de metal únicos respectivos ou um nanocomposto simples formado misturando fisicamente pós de composições diferentes.
É desejável usar precursores de uma pureza mais alta para produzir um pó de nanoescala ou sub-mícron de uma pureza desejada. Por exemplo, se uma pureza maior que x% (por base de peso de metal) for desejada, um ou mais precursores que são misturados e usados podem ter purezas maiores que ou igual a x% (por base de peso de metal) para praticar os ensinos aqui.
Com referência continuada à Figura 1, o precursor contendo metal 100 (contendo um ou uma mistura de precursores contendo metal) é alimentado em um processo de alta temperatura 106, que pode ser implementado usando um reator de alta temperatura, por exemplo. Em algumas concretizações, um auxílio sintético tal como um fluido reativo 108 pode ser adicionado junto com o precursor 100 quando está sendo alimentado no reator 106. Exemplos de tais fluidos reativos incluem, mas não estão limitados a, hidrogênio, amônio, halogênios, óxidos de carbono, metano, gás de oxigênio e ar.
Enquanto a discussão ensina aqui métodos de preparar pós de nanoescala e sub-mícron de óxidos, os ensinos podem ser estendidos prontamente de uma maneira análoga a outras composições tais como carbonetos, nitretos, boretos, carbonitretos, e calcogenídeos. Estas composições podem ser preparadas de precursores de pó de tamanho de mícron destas composições ou utilizando fluidos reativos que provêem os elementos desejados nestas composições incluindo metal. Em algumas concretizações, processamento de alta temperatura pode ser usado. Porém, processamento de temperatura moderada um processamento de temperatura baixa/criogênica também pode ser empregado para produzir pós de nanoescala e sub-mícron usando os métodos da presente invenção.
O precursor 100 pode ser pré-processado de vários outros modos antes de qualquer tratamento térmico. Por exemplo, o pH pode ser ajustado para assegurar estabilidade de precursor. Alternativamente, química de solução seletiva, tal como precipitação com ou sem a presença de tensoativos ou outros auxílios de síntese, pode ser empregada para formar um sol ou outro estado de matéria. O precursor 100 pode ser pré-aquecido ou parcialmente oxidado antes do tratamento térmico.
O precursor 100 pode ser injetado axialmente, radialmente, tangencialmente, ou a qualquer outro ângulo na região de alta temperatura 106. Como declarado acima, o precursor 100 pode ser pré-misturado ou misturado por difusão com outros reagentes. O precursor 100 pode ser alimentado no reator de processamento térmico por um padrão de fluxo laminar, parabólico, turbulento, pulsante, cisalhado ou ciclônico, ou por qualquer outro padrão de fluxo. Além disso, um ou mais precursores contendo metal 100 podem ser injetados de um ou mais orifícios no reator 106. O sistema de pulverização de alimentação pode produzir um padrão de alimentação que envolve a fonte de calor ou, alternativamente, as fontes de calor podem envolver a alimentação, ou alternativamente, várias combinações disto podem ser empregadas. Em algumas concretizações, a pulverização é atomizada e borrifada de uma maneira que aumenta a eficiência de transferência de calor, eficiência de transferência de massa, eficiência de transferência de impulso, e eficiência de reação. A forma de reator pode ser cilíndrica, esférica, cônica, ou qualquer outra. Métodos e equipamento tais como aqueles ensinados nas Patentes US Nos 5.788.738, 5.851.507, e 5.984.997 (cada uma das quais está incorporada especificamente aqui por referência) podem ser empregados ao praticar os métodos desta invenção.
Em certas concretizações, as condições de alimentação de precursor e equipamento de alimentação são criados para favorecer ebulição de flash. Precursor pode ser alimentado utilizando qualquer forma ou tamanho e dispositivo. Dispositivo de pulverização ilustrativo inclui bocal de pulverização, orifício de alimentação tubular, bocais planos ou curvados, bocal de padrão oco, bocal de padrão plano ou triangular ou quadrado e tal.
Em certas concretizações, um sistema de alimentação que produz ebulição de flash de cavitação aumentada é utilizado para desempenho melhorado. Nesta consideração, uma diretriz útil é utilizar um número adimensional, chamado de índice de cavitação (C.I.), que é definido, para propósitos aqui, como:
C.I. = (P0 - Pv)/pV2 onde, P0 é a pressão de processo, Pv é a pressão de vapor do precursor no bocal de alimentação, ρ é a densidade do precursor, V é a velocidade média do precursor na saída do bocal de alimentação (taxa de alimentação volumétrica dividida por área de seção transversal do bocal de alimentação). Em certas concretizações, um valor negativo de índice de cavitação definido acima é favorável. Em outras concretizações, um valor menos que 15 para índice de cavitação é favorável. Em ainda outras concretizações, um valor menos que 125 para índice de cavitação é favorável. Em certas concretizações, a pressão de processo é mantida entre 1 Torr e 10.000 Torr. Em outras concretizações, a pressão de processo é mantida entre 5 Torr e 1.000 Torr. Em certas concretizações, a pressão de processo é mantida entre 10 Torr e 500 Torr. A pressão de processo pode ser mantida usando qualquer método tais como, mas não limitados a compressores, fluidos pressurizados, bombas de vácuo, dispositivos acionados por princípio de venturi tais como extratores e similares.
No caso que a densidade ou os dados de pressão vapor para o precursor são desconhecidos, é recomendado que eles sejam medidos por métodos conhecidos na técnica. Alternativamente, como uma diretriz útil, velocidades de alimentação mais altas são favoráveis em certas concretizações. Em certas concretizações, temperaturas mais altas de alimentação de precursor são favoráveis. Precursores de alimentação mais altos são úteis em certas concretizações em que o precursor é viscoso ou se torna viscoso devido a fluxo (viscosidade é maior que aquela da água). Em certas concretizações, formulação e composição de precursor, solventes, projeto de equipamento de pulverização de alimentação (por exemplo, comprimento, diâmetro, forma, aspereza de superfície, etc., de ponta de pulverização.), parâmetros de alimentação de precursor que conduzem a evaporação por vaporização instantânea ou cavitação de um ou mais componentes do fluxo de precursor ao borrifar no reator de processo 106 (Figura 1) são úteis.
Com referência continuada à Figura 1, depois que o precursor 100 foi alimentado em reator 106, ele pode ser processado a altas temperaturas para formar o pó de produto. Em outras concretizações, o processamento térmico pode ser executado a temperaturas mais baixas para formar o produto de pó. O tratamento térmico pode ser feito em um ambiente de gás com a meta de produzir produtos, tais como pós que têm a porosidade, densidade, morfologia, dispersão, área de superfície, e composição desejadas.
Esta etapa produz subprodutos tais como gases. Para reduzir custos, estes gases podem ser reciclados, integrados por massa/calor, ou usados para preparar o fluxo de gás puro desejado pelo processo.
Em concretizações usando processamento térmico de alta temperatura, o processamento de alta temperatura pode ser conduzido na etapa 106 (Figura 1) a temperaturas maiores que 1500 °K, em algumas concretizações maiores que 2500 0K, em algumas concretizações maiores que 3000 0K, e em algumas concretizações maiores que 4000 °K. Tais temperaturas podem ser alcançadas por vários métodos incluindo, mas não limitados a, processos de plasma, combustão em ar, combustão em oxigênio purificado ou gases ricos em oxigênio, combustão com oxidantes, pirólise, formação de arco elétrico em um reator apropriado, e combinações disso. O plasma pode prover gases de reação ou pode prover uma fonte limpa de calor.
Em certas concretizações, a alta temperatura é alcançada utilizando oxigênio enriquecido ou oxigênio puro (ou outros oxidantes). Temperaturas adiabáticas maiores que 3000 0K ou 4000 0K ou 5000 0K podem ser alcançadas utilizando oxigênio purificado. Em certas concretizações, um baixo índice de cavitação em. combinação com fluxo de oxidante purificado favorece temperaturas de pico úteis. Em certas concretizações, um fluxo de gás com mais que 25% de oxigênio é útil. Em outras concretizações, um fluxo de gás com mais que 50% de oxigênio é útil. Em outras concretizações, um fluxo de gás com mais que 75% de oxigênio é útil. Em ainda outras concretizações, um fluxo de gás com mais que 95% de oxigênio é útil. Em outras concretizações, um fluxo de gás com mais que 99,5 % de oxigênio é útil.
Em algumas concretizações, as condições de alimentação de fluxo de gás de alimentação e precursor são misturadas em uma relação que favorece a evaporação completa do precursor. Em certas concretizações, uma relação molar de precursor e fluxo de gás entre 0,001 e 0,72 é útil. Em certas concretizações, uma relação molar de precursor e fluxo de gás entre 0,01 e 0,3 é útil. Em certas concretizações, uma relação molar de precursor e fluxo de gás entre 0,05 e 0,2 é útil para processamento térmico de alta temperatura. Em certas concretizações, o oxigênio pode ser adicionado em estágios por esse meio controlando a relação termocinética de combustível e oxidante. Em outras concretizações, a relação de combustível para oxidante pode ser mantida entre os limites de chama superior e inferior para o precursor.
O precursor oxidado e fluxo de oxidante podem ser ademais aquecidos utilizando várias fontes térmicas tais como, mas não limitados a, processos de plasma (CC, RP, microondas, arco transferido, arco não transferido, etc.), radiação, energia nuclear, etc.
Em certas concretizações, um sistema de fluxo tampão pode ser usado. Um fluxo tampão elimina mistura axial e por esse meio pode produzir nano-pós de distribuição de tamanho estreito. O princípio de projeto preferido para o projeto de sistema de reator de fluxo tampão é dado por:
UL/D > β
Onde,
U: velocidade axial
L: comprimento axial do reator
D: coeficiente de dispersão axial
β: índice de fluxo tampão (preferivelmente igual a 5, mais preferivelmente igual a 50, e mais preferivelmente igual a 500).
Um processo térmico de alta temperatura em 106 resulta em um vapor incluindo elementos, espécies ionizadas e/ou agrupamentos elementares. Depois do processamento térmico, este vapor é esfriado na etapa 110 a nano-pós nucleados. As partículas de nanoescala se formam por causa das condições termocinéticas no processo. Criando as condições de processo, tais como pressão, temperatura, tempo de residência, supersaturação e taxa de nucleação, velocidade de gás, taxas de fluxo, concentrações de espécies, adição de diluente, grau de mistura, transferência de impulso, transferência de massa, e transferência de calor, a morfologia dos pós de nanoescala e de sub- mícron pode ser adaptada, é importante notar que o foco do processo deveria estar em produzir um produto de pó que supere em satisfazer os requisitos de pedido finais e necessidades de cliente.
A composição de superfície e volume dos nano-pós pode ser modificada controlando a temperatura, pressão, diluentes, composições de reagente, taxa de fluxo, adição de auxílios sintéticos de processo a montante ou a jusante da zona de nucleação, projeto de equipamento de processo e tal. Em certas concretizações, a temperatura de nucleação é ajustada a uma faixa de temperatura em que as espécies condensadas estão em forma líquida na pressão de processo. Nestes casos, o produto de nanomaterial tende a levar uma forma esférica; depois disso, o nanomaterial esférico é então esfriado ademais para solidificar. Em certas concretizações, a temperatura de nucleação é ajustada a uma faixa de temperatura em que as espécies condensadas estão em forma sólida na pressão de processo. Nestas concretizações, o produto de nanomaterial tende a tomar forma facetada, forma de plaqueta ou uma forma em que a relação de aspecto da partícula é maior que um. Através de ajustes em temperatura de nucleação com outros parâmetros de processo, a forma, tamanho e outras características do nanomaterial podem ser variadas. Em certas concretizações, o fluxo incluindo nano-pó é esfriado rapidamente depois de esfriar para temperaturas mais baixas na etapa 116 para minimizar e prevenir aglomeração ou crescimento de grão. Métodos de esfriamento rápido adequados incluem, mas não estão limitados a, métodos ensinados na Patente US N0 5.788.738. Em certas concretizações, processamento sônico a supersônico antes de esfriamento rápido e durante esfriamento rápido é útil. Em certas concretizações, velocidades de fluxo de processo e velocidades de esfriamento rápido maiores que 0,1 mach são úteis (determinada a 298 °K e 760 Torr ou qualquer outra combinação de temperatura e pressão). Em outras, velocidades maiores que 0,5 mach são úteis. Em outras, velocidades maiores que 1 mach são úteis. Esfriamento rápido baseado em expansão de Joule-Thompson é útil em certas concretizações. Em outras concretizações, gases refrigerantes, água, solventes, superfícies frias, ou fluidos criogênicos poderiam ser empregados.
Em certas concretizações, métodos de esfriamento rápido são empregados que podem prevenir deposição dos pós nas paredes de transporte. Estes métodos podem incluir, mas não estão limitados a, meios eletrostáticos, encobrimento com gases, o uso de taxas de fluxo mais altas, meios mecânicos, meios químicos, meios eletroquímicos, ou aplicação de som/vibração das paredes.
Em algumas concretizações, o sistema de processamento de alta temperatura inclui instrumentação e software que podem ajudar no controle de qualidade do processo. Além disso, em certas concretizações, a zona de processamento de alta temperatura 106 é operada para produzir pós finos 120, em certas concretizações pós de sub-mícron, e em certas concretizações nano-pós. Os produtos gasosos do processo podem ser monitorados para composição, temperatura, e outras variáveis para assegurar qualidade na etapa 112 (Figura 1). Os produtos gasosos podem ser reciclados para serem usados no processo 106 ou usados como uma matéria-prima valiosa quando pós de nanoescala e sub-mícron 120 foram formados, ou eles podem ser tratados para remover poluentes ambientais, se quaisquer.
Seguindo a etapa de esfriamento rápido 116, os pós de nanoescala e sub-mícron podem ser esfriados ademais na etapa 118 e então colhidos na etapa 120. Os pós de nanoescala e sub-mícron produto de 120 podem ser colhidos por qualquer método. Meios de coleta adequados incluem, mas não estão limitados a, filtração de bolsa, separação eletrostática, filtração de membrana, ciclones, filtração por impacto, centrifugação, hidrociclones, termoforese, separação magnética e combinações disso.
O esfriamento rápido na etapa 116 pode ser modificado para habilitar preparação de camadas. Em tais concretizações, um substrato pode ser provido (em lote ou modo contínuo) no caminho do fluxo de gás contendo pó de esfriamento rápido. Criando a temperatura de substrato e a temperatura de pó, uma camada incluindo os pós de sub-mícron e pós de nanoescala pode ser formada.
Em algumas concretizações, uma camada, filme, ou componente também pode ser preparado dispersando o nano-pó fino e então aplicando vários métodos conhecidos, tais como, mas não limitados a, deposição eletroforética, deposição magnetoforética, cobertura por giro, cobertura por imersão, borrifação, escovação, impressão por tela, impressão por jato de tinta, impressão de toner e sinterização. Os nano-pós podem ser tratados termicamente ou reagidos para aumentar suas propriedades elétricas, ópticas, fotônicas, catalíticas, térmicas, magnéticas, estruturais, eletrônicas, de emissão, processamento, ou formação antes de uma tal etapa.
Deveria ser notado que o intermediário ou produto em qualquer fase do processo descrito aqui, ou processo semelhante baseado em modificações por aqueles qualificados na técnica, pode ser usado diretamente como um precursor de alimentação para produzir pós de nanoescala ou finos através de métodos ensinados aqui e outros métodos. Outros métodos adequados incluem, mas não estão limitados àqueles ensinados nas comumente possuídas Patentes US Nos. 5.788.738, 5.851.507 e 5.984.997, e Pedidos de Patente US co-pendentes Nos. 09/638.977 e 60/310.967, que estão todos incorporados aqui por referência na sua totalidade. Por exemplo, um sol pode ser misturado com um combustível e então utilizado como a mistura de precursor de alimentação para processamento térmico acima de 2500 0K para produzir pós simples ou complexos de nanoescala.
Em resumo, uma concretização para fabricar pós consistentes com ensinos aqui, inclui (a) preparar um precursor incluindo pelo um menos metal; (b) alimentar o precursor sob condições em que o índice de cavitação é menos que 1,0 e em que o precursor é alimentado em um reator de alta temperatura operando a temperaturas maiores que 1500 0K, em certas concretizações maiores que 2500 0K, em certas concretizações maiores que 3000 °K, e em certas concretizações maiores que 4000 0K; (c) em que, no reator de alta temperatura, o precursor converte em vapor incluindo o metal em um fluxo de processo com uma velocidade acima de 0,1 mach em uma atmosfera inerte ou reativa; (d) o vapor é esfriado a pós nucleados de sub- mícron ou de nanoescala; (e) os pós nucleados são então esfriados rapidamente a altas velocidades de gás para prevenir aglomeração e crescimento; e (t) os pós esfriados rapidamente são filtrados da suspensão de gás.
Outra concretização para fabricar pós de nanoescala inorgânicos inclui (a) preparar um precursor fluido incluindo dois ou mais metais, pelo menos um dos quais está em uma concentração maior que 100 ppm por peso; (b) alimentar dito precursor em um reator de alta temperatura com um índice de cavitação negativo; (c) prover um oxidante tal que a relação molar do precursor e oxidante esteja entre 0,005 e 0,65; (d) em que o precursor e oxidante aquecem a uma temperatura maior que 1500 0K, em algumas concretizações maior que 2500 °K, em algumas concretizações maior que 3000 °K, e em algumas concretizações maior que 4000 0K em uma atmosfera inerte ou reativa; (e) em que, no dito reator de alta temperatura, dito precursor converte em vapor incluindo os metais; (1) o vapor é esfriado a pós nucleados de sub-mícron ou nanoescala (em algumas concretizações, a uma temperatura onde as espécies condensadas são um líquido; em outras concretizações, a uma temperatura onde as espécies condensadas são um sólido); (g) em algumas concretizações, prover tempo adicional para deixar as partículas nucleadas crescerem a um tamanho, forma e outras características desejadas; (h) os pós nucleados são então esfriados rapidamente por qualquer técnica para prevenir aglomeração e crescimento; e (i) o pó esfriado rapidamente incluindo fluxo é processado para separar sólidos dos gases. Em certas concretizações, o precursor fluido pode incluir auxílios de síntese tais como tensoativos (também conhecidos como dispersantes, agentes de cobertura, agentes emulsificadores, etc., para controlar a morfologia ou otimizar a economia de processo e/ou desempenho de produto.
Uma concretização para fabricar camadas inclui (a) preparar um precursor fluido incluindo um ou mais metais; (b) alimentar o dito precursor a índice de cavitação negativo em um reator de alta temperatura operando a temperaturas maiores que 1500 °K, em algumas concretizações maiores que 2500 K, em algumas concretizações maiores que 3000 °K, e em algumas concretizações maiores que 4000 0K em uma atmosfera inerte ou reativa; (c) em que, no reator de alta temperatura, o precursor converte em vapor incluindo os metais; (d) o vapor é esfriado a pós nucleados de sub- mícron ou nanoescala; (e) os pós são então esfriados rapidamente sobre um substrato para formar uma camada sobre uma superfície a ser coberta.
Os pós produzidos por ensinos aqui podem ser modificados através de pós-processamento como ensinado por comumente possuído Pedido de Patente US N0 10/113.315, que está por este meio incorporado por referência em sua totalidade.
MÉTODOS PARA FABRICAR DISPERSÕES DE NANOMATERIAL Em certas concretizações, uma vez que nanopartículas de composição e características desejadas estão disponíveis, elas são primeiro dispersas tal que o tamanho médio do aglomerado seja igual a ou menos de vinte vezes (em certas concretizações igual a ou menos de dez vezes, em certas concretizações igual a ou menos de cinco vezes, e em certas concretizações iguale a ou menos de três vezes) o tamanho de partícula primária (cristalito) como determinado por análise de Warren-Averbach de espectros de raio X para as partículas. Os pós dispersos são então opcionalmente tratados para tanto remover espécies adsorvidas de superfície ou adicionar espécies de superfície ou ambos. Métodos para tal tratamento incluem, mas não estão limitados a, um ou mais do seguinte: (a) tratamento por calor a altas pressões, pressões ambientes e vácuo usando atmosferas inertes, oxidantes ou redutoras; (b) tratamento químico a pressões, temperaturas, tempos, e fases fluidas adequadas; (c) tratamento mecânico tais como aqueles em fresagem, microcanais, homogeneizadores, e qualquer método de aplicar efeitos dinâmicos de fluido em geral e forças de cisalhamento em particular. Tais tratamentos são úteis e facilidade de ajudam a facilitar a dispersão de nanopartículas e criam as características das dispersões incluindo aquelas baseadas em água, solventes orgânicos, solventes inorgânicos, fundições, resinas, monômeros, qualquer tipo de fluido e tal. Outros métodos de tratamento seriam óbvios e prontamente disponíveis a alguém de habilidade ordinária na técnica e podem ser empregados dependendo dos resultados desejados.
Em algumas concretizações, tratamento por calor de nano-pós pode ser a temperaturas menos que 75% do ponto de derretimento da substância, em outras concretizações, a temperaturas menos que 50% do ponto de derretimento da substância, e em ainda concretizações adicionais, a temperaturas menos que 25% do ponto de derretimento da substância. Se o ponto de derretimento for desconhecido ou como uma diretriz genérica, o tratamento por calor pode ser feito entre 100 a 400 °C, e em outras concretizações entre 175 a 300 °C sob fluxo de ar ou gás. Em certas concretizações, o tratamento por calor pode ser feito entre 400 a 800 °C, e em outras concretizações entre 750 a 1200 °C sob fluxo de ar ou fluxo de gás. O tratamento por calor pode ser feito em vácuo ou pressão ambiente ou sob pressão ou sob condições supercríticas, em ar, oxigênio puro, gás carbônico, nitrogênio, argônio, gás inerte contendo hidrogênio, contendo halogênio, contendo vapor orgânico, ou outro ambiente químico adequado. E para ser notado que em certas concretizações, o ponto de derretimento da nanopartícula é surpreendentemente mais baixo do que o derretimento de pó grosso da mesma composição.
Se tratamento químico for empregado, o ambiente químico dos meios de tratamento pode ser monitorado e esfriado apropriadamente para refletir as mudanças nos meios dos produtos de reação. Ilustração específica das propriedades de meios que podem ser monitoradas depende da fase fluida e podem opcionalmente incluir um ou mais do seguinte: pH, temperatura, potencial zeta, condutividade, tamanho de floco, características de absorção óptica, carregamento de nanopartícula, composição química. Em certas concretizações, o tratamento químico de nanopartículas é feito entre um pH de cerca de 0,5 e cerca de 13, em certas concretizações entre um pH de 2 a 5, e em certas concretizações é feito entre um pH de 8 e 11.
Os pós de nanoescala dispersos e tratados em superfície são então misturados e parcialmente ou completamente dispersos em um solvente adequado. Ilustração de solventes adequados incluem, mas não estão limitados a, água de pureza regular ou alta, metanol, etanol, álcool isopropílico, octano, dodecano, heptano, hexano, acetona, gasolina, solventes DOWANOL® e composições correspondendo a estes solventes, glicóis, glicerol, fenol, acetatos, poliuretanos, acrilatos, epóxis, hidrocarbonetos alifáticos, hidrocarbonetos aromáticos, álcoois, aldeídos, cetonas, éteres, ácidos, aminas, compostos quaternários, álcalis, terpenóis, líquidos com ponto de ebulição maior que 400 °K, líquidos curáveis por UV, líquidos curáveis por plasma, líquidos curáveis por calor, líquidos iônicos, polímeros fundidos, metais fundidos, monômeros, óleos, silicones, etileno glicol, dietileno glicol, etanolamina, ácido fórmico, acetonitrila, álcool 1-propílico, ácido acético, 2- etóxi etanol, isopropanol anidro, DMSO, álcool 1-butílico, álcool tetraidrofurfurílico, η,η-dimetil acetamida, álcool de diacetona, 2-metil butanol, n-pentanol, acetona, 2-(2-butóxi etóxi) etanol, Filmer EBT UCAR®, acetato de celossolve, metotato, isoforona, metil etil cetona, tetraidrofurano, anilina, piridina, metil n-propil cetona, Éster EEP UCAR®, propionato de n- propila, acetato de amila primário, metil isobutil cetona, acetato de isobutil, propionato de n-butila UCAR®, acetato de n-butila, metil isoamil cetona, diisobutil cetona, clorofórmio, 1,4 dioxano, tricloroetano, hidroclorocarbonetos, hidrofluorocarbonetos, xileno, tolueno, benzeno, ciclo- hexano, hexano, dissulfeto de carbono, tetracloreto de carbono, cloreto de metileno, cloreto de dimetileno, glicolato de n-butila, ácido glicólico, glicolato de metila, lactato de etila, glicolato de etila, etilenodiamina, butirolactona, n-octanol, iso-octanol, gasolina, diesel, querosene, combustível de jato, m-cresol, fenol, biofluidos, seiva de planta, compostos alfa-hidróxi, água do mar, óleos minerais, leite, sucos de fruta, óleos derivados de planta, óleos ou extratos derivados de semente, similares e combinações disso. A etapa de mistura pode ser realizada por qualquer técnica. Ilustrações de técnicas de mistura incluem, mas não estão limitadas a, agitação, aplicação de som, borrifo, fresagem, balanço, mistura por bomba circulante centrífuga, mistura por lâmina, mistura por impacto, mistura por jato, homogeneização, co-borrifação, fluxo fluido por canais com dimensões menos de 1000 mícron (em certas concretizações menos de 250 mícron, em certas concretizações menos de 100 mícron, e em certas concretizações menos de 100 vezes o tamanho de partícula média dos pós). Em certas concretizações, taxas de cisalhamento de alta a muito alta (velocidades de ponta maiores que 7,6 m/s em algumas concretizações, maior que 15.2 m/s em algumas concretizações, e maior que 30,4 m/s em outras concretizações; alcançando taxas de cisalhamento maiores que ou muito maiores que 25.000 s"1) aplicada durante períodos curtos de tempo pode conduzir a dispersões superiores. Em certas concretizações, taxas de cisalhamento muito altas ou muito baixas podem conduzir à aglomeração, nestes casos, taxas de cisalhamento moderadas apropriadas podem ser descobertas empiricamente e praticadas. As etapas de fabricação e processo podem ser automatizadas com computadores e software para alcançar reprodutibilidade superior e abaixar variabilidade.
Em certas concretizações, a composição de solvente incluindo um ou mais solventes, ilustrações não limitantes de quais foram providas acima, é selecionada usando parâmetros de solubilidade de Hansen. Nestas concretizações, os parâmetros de Hansen, isto é componente não polar (dispersivo), componente polar e componente de ligação de hidrogênio do parâmetro de solubilidade para os solventes e o pó fino são determinados e então essa composição de solvente é escolhida em que a contribuição relativa de parâmetros de Hansen para a composição de solvente e o pó fino desejado casam ou estão mais perto um ao outro do que a outra composição de solvente alternativa. Esta perspicácia também pode ser usada quando uma resina ou matriz de polímero está sendo selecionada para uma composição de nanomaterial, ou vice-versa.
Os parâmetros de Hansen estão relacionados a parâmetro de solubilidade de Hildebrand pela equação:
(Parâmetro de Hildebrand, ôt)2 = (componente de dispersão não polar de Hansen, δηρ) + (componente polar de Hansen, δρ) + (componente de ligação de hidrogênio de Hansen, ôh)
Os maiores fabricantes de volume de solventes tais como Dow Chemicals®, DuPont®. Eastman®, BASF®, Ashland®, Bayer® e outros determinam e listam todos os três parâmetros de Hansen para o solvente que eles oferecem. Estes valores listados podem ser usados aqui para propósitos de ensinamentos. No caso de novos solventes ou outros fluidos ou composições de matéria como fluido, os valores numéricos para os parâmetros de componente de Hansen podem ser estabelecidos empiricamente ou estimados teoricamente ou por métodos conhecidos na técnica. Por exemplo, os parâmetros de Hansen podem ser determinados do modo seguinte: Primeiro, a força de dispersão para um solvente particular é calculada usando o método homomórfico. O homomorfo de uma molécula polar é a molécula não polar mais se assemelhando em tamanho e estrutura (n-butano é o homomorfo de álcool de n-butila). O valor de Hildebrand para o homomorfo não polar (sendo devido completamente a forças de dispersão) é nomeado à molécula polar como seu valor de componente de dispersão. Este valor de dispersão (quadrado) é então subtraído do valor de Hildebrand (quadrado) do líquido, o resto designado como um valor representando a interação de ligação total polar mais hidrogênio da molécula. Por experimentação de tentativa e erro e comparação com solventes conhecidos, alguém pode separar o valor polar em parâmetros de componente polar e ligação de hidrogênio melhor refletindo evidência empírica. Para pós finos (e nanomateriais), técnicas semelhantes podem ser utilizadas ou o valor de parâmetro de Hansen pode ser estimado baseado em pesquisa empírica e casamento ajudado por uma matriz de composições de solvente polímero e/ou e instrumentos que medem características de partícula tais como tamanho de cristalito, tamanho de partícula, distribuição de tamanho, absorção de luz, reflexão de luz, espalhamento de luz, área de superfície, raios de dielétrico, e similar. As técnicas usadas para determinar parâmetros de Hansen para solventes e polímeros pode ser estendida e usada para determinar os parâmetros de Hansen para nanomateriais.
Para certas concretizações aqui, uma composição solvente com os parâmetros seguintes é selecionada:
30 (cal/cm3)1/2 < δηρ < 100(cal/cm3)1/2, 0 < δρ < 50 (cal/cm3)1/2, 0 < 5h < 50 (cal/cm3)1/2
Em outras concretizações aqui, uma composição solvente com os parâmetros seguintes é selecionada:
10 (cal/cm3)172 < δηρ < 100(cal/cm3)172, 0 < δρ < 50 (cal/cm3)1/2, 0 < ôh < 50 (cal/cm3)172
Para uma composição de pó fino específica ou composição de nanomaterial (com parâmetros de Hansen da composição dados por δ*ηρ, δ*ρ, ô*h) e uma composição de solvente (com parâmetros de Hansen dados por ôsnp, ôsp, δ\) para dispersar a composição de nanomaterial é selecionada como segue. Primeiro, a contribuição percentual de cada parâmetro de Hansen para a composição de pó é calculada. A seguir, a contribuição percentual de cada parâmetro de Hansen para as várias composições de solvente é calculada.
Então, o índice de compatibilização de interface de Hansen (HIMI) é calculado como segue:
HIMI = SQRT ((Ô*np/D* - ôsnp/Ds)2 + (Ô*p/D* - Ôs,/Ds)2 + (Ô*h/D* - ôsh/DS)2) / 0,01
SQRT: é raiz quadrada, uma função matemática D* = δ*ηρ + δ*ρ + ô*h (calculado em (cal/cm3)1/2)
Ds = ôsnp + ôsp + δ\ (calculado em (cal/cm3)172) Um solvente com cada valor de contribuição percentual mais perto da contribuição percentual respectiva de pó bom é selecionado. Em certas concretizações, o índice de compatibilização de interface de Hansen é menos que 25, em outras concretizações é menos que 10, em ainda outras concretizações é menos que 5, e em outras concretizações é menos que 1. Para ilustrar, se os valores de contribuição percentual para os parâmetros de Hansen de um nanomaterial forem dados por não polar 40%, polar 20% e componente de ligação de hidrogênio 40%, uma composição de solvente com as contribuições percentuais seguintes seria selecionada para dispersar os nanomateriais, em certas concretizações - não polar 35%-45%, polar 14%- 26%, ligação de hidrogênio 30-50%. Como outra ilustração não limitante, foi determinado que nanomateriais incluindo alumínio (por exemplo, óxido de alumínio) têm parâmetros de Hansen tal que uma composição de solvente com as contribuições percentuais seguintes seria adequada para dispersar nanomateriais incluindo alumínio, em certas concretizações - não polar 33%- 49%, polar ll%-29%, ligação de hidrogênio 28-47%. Como outra ilustração não limitante, foi determinado que nanomateriais incluindo ferro (por exemplo ferritas, óxido férreo e similares) tem parâmetros de Hansen tal que uma composição de solvente com as contribuições percentuais seguintes seria adequada para dispersar nanomateriais incluindo alumínio, em certas concretizações - não polar 40%-63%, polar 14%-33%, ligação de hidrogênio 14%-41%. Como outra ilustração não limitante, foi determinado que nanomateriais incluindo titânio (por exemplo, anatásio ou titânia de rutilo e similar) têm parâmetros de Hansen tal que uma composição de solvente com as contribuições percentuais seguintes seria adequada para dispersar nanomateriais incluindo alumínio, em certas concretizações - não polar 31% - 53%, polar 12% -33%, ligação de hidrogênio 27-43%. Como outra ilustração não limitante, foi determinado que nanomateriais incluindo zircônio (por exemplo, zircônia, zircônia estabilizada por ítria, composto de zircônio dopado com gadolínio e similar) têm parâmetros de Hansen tal que uma composição de solvente com as contribuições percentuais seguintes seria adequada para dispersar nanomateriais incluindo alumínio, em certas concretizações - não polar 68% -91%, polar 12% -31%, ligação de hidrogênio 9-28%.
Em certas concretizações, pelo menos dois ou mais solventes dão características de dispersão surpreendentemente melhoradas e são utilizados para formular a dispersão. Em certas concretizações, resinas, monômeros, solutos, aditivos e outras substâncias podem ser adicionadas para dar características de dispersão surpreendentemente melhoradas e são utilizadas para formular a dispersão. A escolha de solventes adicionais, resinas, monômeros, solutos, aditivos e outras substâncias também pode ser guiada por índice de compatibilização de interface de Hansen discutido aqui. Cada parâmetro de Hansen de uma composição de solvente que inclui dois ou mais solventes pode ser calculado multiplicando a fração de volume de cada solvente com o parâmetro de Hansen respectivo para cada solvente e adicionando estes. De um modo genérico, as equações seguintes funcionam como uma boa diretriz:
δηρ,mix = Σ (fração de volume * δnp)cada soivente δρ,mix = Σ (fração de volume * δp)cada solvente Ôh,mix = Σ (fração de volume * δh)Cada solvente
Como discutido mais solventes únicos anteriormente, em uma mistura de solventes também, uma composição de solvente é escolhida em que a contribuição relativa de todos os três parâmetros de Hansen para a composição de solvente e aqueles do pó fino desejado casam (isto é, escolhem a mistura de composição de solvente em que o índice de compatibilização de Interface de Hansen é igual a zero) ou quase casam ou a diferença é menos que a outra composição de solvente alternativa. Em certas concretizações, em que dois ou mais solventes e/ou resinas, monômeros, solutos, aditivos e outras substâncias são utilizadas, o índice de compatibilização de interface de Hansen entre o nanomaterial e a composição de mistura é menos que 50, em outras concretizações é menos que 20, em ainda outras concretizações é menos que 10, e em outras concretizações é menos que 2,5.
Em certas concretizações, os pós finos são lavados primeiro com uma composição de solvente cujo índice de compatibilização de Interface de Hansen está perto daquele dos pós finos antes de dispersar os pós finos em um solvente diferente ou resina ou monômero ou polímero ou qualquer outra matriz. Uma ilustração não limitante desta concretização é lavar nanopartículas de óxido de metal com ácido acético antes de dispersá- las em isopropanol ou acetonitrila ou DOWANOL® PM ou uma mistura de um de mais destes ou outros solventes. Em ainda outras concretizações, o nanomaterial pode ser tratado em superfície tal que as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou quimicamente ligada sejam removidas, substituídas, introduzidas e/ou modificadas. A motivação para tratamento de superfície é modificar a superfície do nanomaterial (ou pó fino) de forma que o índice de compatibilização de interface de Hansen do nanomaterial modificado em superfície e composição de solvente (ou resina ou polímero ou matriz) de casamentos de interesse (igual a zero) ou é menos que um valor de 30. O tratamento de superfície (ou funcionalização) do nanomaterial pode ser executado antes da etapa de dispersão ou in situ enquanto a dispersão está sendo preparada. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo nitrogênio. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo oxigênio. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo carbono. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo silicone. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo calcogenídeo. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo halogênio. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser espécies incluindo hidroxila. Em algumas concretizações, as espécies presentes na superfície em forma adsorvida ou ligada química podem ser uma combinação de duas ou mais espécies.
Em certas outras concretizações, os pós finos são processados primeiro com um vapor incluindo uma composição de solvente cujo índice de compatibilização de Interface de Hansen está perto daquele dos pós finos antes de dispersar os pós finos em um solvente desejado ou resina ou monômero ou polímero ou qualquer outra matriz. O processamento pode ser feito em um ou mais do seguinte - um leito fluidificado, uma fornalha, um leito, um transportador, um misturador, um moinho de jato, um calcinador, um leito rotativo, bandejas, um forno, uma unidade de deposição e similar.
Uma ilustração não limitante desta concretização é contatar nanopartícuias de óxido de metal em um calcinador com vapor de cetona antes de dispersá-las em uma mistura de solvente de isopropanol e água.
Em certas concretizações, a etapa de fabricação de dispersão inclui filtração. Os filtros podem ser construídos de polipropileno, Teflon®, celulose, polimérico, baseado em silício, cerâmico poroso, metal poroso, substrato poroso anodizado, carbono poroso, madeira porosa, membrana ou outros meios. Os filtros podem ser uniformes ou podem empregar estrutura de gradiente de poros. O termo classificação de filtro de um filtro depende do tamanho de poro, distribuição de tamanho de poro e arranjo de poro; o termo se refere ao tamanho máximo de partícula na dispersão que passa pelo filtro no filtrado. Em certas concretizações, filtros com uma classificação de filtro menos que 3 mícron são empregados. Em certas concretizações, filtros com uma classificação de filtro menos que 1 mícron são empregados. Em certas concretizações, filtros com uma classificação de filtro menos que 0 5 mícron são empregados. Em certas concretizações, filtros com uma classificação de filtro menos que 250 nanômetros são empregados. Em certas concretizações, filtros com uma classificação de filtro menos que 100 nanômetros são empregados. Em certas concretizações, a estrutura de gradiente dos filtros pode ser usada em que o gradiente se refere a reduzir o diâmetro médio dos poros de filtro na direção de fluxo. Em outras concretizações, uma estrutura em multi-camadas de filtros pode ser usada em que a estrutura em camadas tem um diâmetro médio redutor dos poros de filtro quando alguém procede por camadas na direção de fluxo. Em outras concretizações, múltiplos filtros podem ser usados em série em que filtros mais grossos precedem os filtros com classificação de filtro para tamanho de partícula menor. Os filtros podem ser regenerados, ativados, pressurizados ou usados de vários modos. Os filtros podem ser filtros em linha ou de outras configurações. Os filtros podem ser retro-descarregáveis ou descartáveis ou laváveis. Filtros podem ser usados por qualquer método conhecido à comunidade de filtração. Por exemplo, os filtros podem ser usados em combinação com bombas, em que a bomba pressuriza a dispersão e a faz fluir pelo filtro. Em aplicações onde limites superiores de partícula são desejados, filtração é particularmente útil. Em algumas concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, 99% do tamanho de partícula (d99) por volume como medido por espectroscopia de foto-correlação (ou outras técnicas) são menos de 1000 nanômetros. Em certas concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, 99% do tamanho de partícula (d99) por volume como medido por espectroscopia de foto-correlação (ou outras técnicas) são menos de 500 nanômetros. Em outras concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, 99% do tamanho de partícula por volume como medido por espectroscopia de foto-correlação são menos de 250 nanômetros. Em ainda outras concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, 99% do tamanho de partícula por volume como medido por espectroscopia de foto-correlação são menos de 100 nanômetros. Em outras concretizações, uma dispersão de nanomaterial preparada de acordo com estes ensinos, 99% da partícula tamanho por volume como medido por espectroscopia de foto-correlação são menos de 50 nanômetros. Em algumas concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, o diâmetro agregado mediano como medido por espectroscopia de foto- correlação (ou outras técnicas) é menos de 750 nanômetros. Em certas concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, o diâmetro agregado mediano como medido por espectroscopia de foto- correlação (ou outras técnicas) é menos de 400 nanômetros. Em outras concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, o diâmetro agregado mediano como medido por espectroscopia de foto- correlação (ou outras técnicas) é menos de 200 nanômetros. Em ainda outras concretizações, uma dispersão preparada de acordo com estes ensinos, o diâmetro agregado mediano como medido por espectroscopia de foto- correlação (ou outras técnicas) é menos de 100 nanômetros. Em outras concretizações, uma dispersão de nanomaterial preparada de acordo com estes ensinos, o diâmetro agregado mediano como medido por espectroscopia de foto-correlação (ou outras técnicas) é menos de 50 nanômetros.
Em certas concretizações, em que a dispersão (por exemplo, tinta) precisa secar rápido, solventes de ebulição mais baixa e pressão de vapor alta geralmente são recomendados. Adicionalmente, aditivos que ajudam secagem por oxidação podem ser adicionados à dispersão. Exemplos ilustrativos de tais aditivos incluem, mas não estão limitados a, sabões de metais tais como manganês e cobalto e outros metais com ácidos orgânicos.
Se fosse importante prevenir ou retardar a secagem de uma dispersão com tempo, solventes de pressão de vapor baixa ou líquidos iônicos podem ser usados. Oxidação prematura de tintas pode ser retardada adicionando antioxidantes tais como ionol, eugenol e outros compostos.
Aditivos adicionais podem ser acrescentados para modificar as características de uma tinta de nanoparticulado. Por exemplo, ceras podem ser adicionadas para melhorar resistência a escorregamento, resistência a esfregamento, ou modificar a reologia. Lubrificantes, anti-espumantes, tensoativos, espessantes, conservantes, biocidas, tinturas, veículos de tinta comercialmente disponíveis, catalisadores e gelantes podem ser adicionados para alcançar uma combinação de propriedades precisadas pela aplicação final. Para estabilidade de dispersão, sais e modificadores de pH podem ser usados. Alguém de habilidade ordinária na técnica pode escolher prontamente aditivos adicionais dependendo das características desejadas da tinta nanoparticulada.
A capacidade de dispersão das nanopartículas é aumentada em certas concretizações tratando a superfície dos pós de óxido de metal ou outras nanopartículas incluindo metal. Este tratamento, em algumas concretizações, é misturar os pós com tensoativos de vários tipos e índices diferentes de equilíbrio de hidrofílico liofílico (HLB); HLB pode estar entre 1 a 30 ou mais alto. O tratamento, em algumas concretizações, envolve cobrir as partículas com outra substância tais como óxido, carboneto, polímero, nitreto, metal, boreto, halogênio, sal, sulfato, nitrato, calcogenídeo e similar.
Por exemplo, ácidos graxos (por exemplo, ácido propiônico, ácido esteárico e óleos) podem ser aplicados a ou com as nanopartículas para aumentar a compatibilidade de superfície. Se o pó tiver uma superfície ácida, amônio, sais quaternários, ou sais de amônio podem ser aplicados à superfície para alcançar pH de superfície desejado. Em outros casos, lavagem com ácido acético pode ser usada para alcançar o estado de superfície desejado. Fosfatos de trialquila e ácido fosfórico podem ser aplicados para reduzir formação de poeira e atividade química.
Em algumas concretizações, uma composição de solvente é esquentada ou esfriada antes e/ou durante seu uso para lavar ou dispersar nanomateriais (ou pós finos). Em certas concretizações, para ilustrar, a temperatura da composição de solvente ou resina ou monômero ou polímero é mantida a uma temperatura entre 100 0K para 1500 0K a baixas ou altas pressões (com ou sem a presença de uma radiação) enquanto processando o nanomaterial e/ou formulando uma dispersão com o nanomaterial. Para desenvolvimento sistemático e fabricação da dispersão, a distribuição de tamanho de partícula, o potencial zeta da dispersão, pH e condutividade podem ser monitorados e modificados usando instrumentos manuais ou controlados por computador. Deveria ser notado que as várias concretizações discutidas aqui podem ser aplicadas separadas ou em combinação; quando aplicadas em combinação, elas podem ser aplicados em seqüência e ordem diferente para obter ser dispersão e produtos melhorados. Para ilustrar, nanomateriais podem ser primeiro tratados por calor, a seguir lavados com solvente de primeira composição e então dispersos em solvente de segunda composição em uma concretização; enquanto em outra concretização, eles podem ser lavados primeiro com solvente de primeira composição, então tratados por calor e então dispersos em solvente de segunda composição. Eles podem ser dispersos primeiro e então espalhados em uma concretização, enquanto em outra concretização, eles são primeiro espalhados e então dispersos. Numerosas combinações adicionais de tais concretizações possíveis de ensinos aqui seriam aparentes àqueles qualificados na técnica.
USOS DE DISPERSÕES DE NANOMATERIAL
Em certas concretizações, uma pasta ou concentrado é formado misturando o pó fino em uma composição de solvente, em que o carregamento de pó fino é maior que 25% por peso, em certas concretizações maior que 40% por peso, em certas concretizações maior que 55% por peso, em certas concretizações maior que 75% por peso; em outras concretizações, o índice de compatibilização de Interface de entre o pó fino e a composição de solvente usada para preparar o concentrado é menos que 50, em outras concretizações é menos que 20, em ainda outras concretizações é menos que 10, e em outras concretizações é menos que 2,5. Amplamente, a composição de solvente usada para preparar concentrados de nanomaterial pode ser qualquer; algumas ilustrações não limitantes incluem uma ou mais das substâncias seguintes - solventes orgânicos, solventes inorgânicos, solventes aquosos, monômeros, polímeros, soluções, composições incluindo oxigênio, composições incluindo calcogenídeos, composições incluindo boro, composições incluindo fósforo, composições incluindo halogênio, composições incluindo nitrogênio, composições incluindo metal, composições incluindo carbono, metais fundidos e ligas, sais fundidos, fluidos supercríticos, líquidos ou óleos ou géis que são sintéticos ou derivados da natureza tal como agricultura ou peixes ou árvores ou frutas ou sementes ou flora ou fauna; o fluido ou fase como fluido incluída dentro da extensão são água, ácidos, álcalis, fundições orgânicas, monômeros, polímeros, oligômeros, fluidos biológicos, éteres, ésteres, aromáticos, alcanos, alquenos, alquinos, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, organometálicos, terpenóis, acetatos, ácidos sulfônicos, emulsões, mistura de duas ou mais composições líquidas, soluções, e similares.
Os concentrados e pastas de nanomaterial ensinados são úteis em preparar pinturas, camadas, adesivos, filmes, fitas, partes densificadas, compostos, dispositivos e outros produtos. A utilidade particular de tais concentrados é por razões tais como as seguintes - (a) nanomateriais têm baixa densidade de volume aparente (densidade à batida) e freqüentemente requerem grandes volumes para armazenamento e transporte que aumenta os custos; concentrados de nanomaterial têm densidade de volume significativamente mais alta e concentrados de nanomaterial portanto precisam de volumes muitos mais baixos para armazenamento e transporte. Concentrados de nanomaterial oferecem densidades de volume que são 3 vezes a densidade de volume de nanomateriais secos em algumas concretizações (que pode reduzir o armazenamento e volume de transporte requerido pelo concentrado a menos que metade requerido para armazenar nanomaterial seco), enquanto em outras concretizações, o aumento de densidade de volume é mais de 10 vezes a densidade de volume de nanomateriais secos. Isto reduz significativamente custos logísticos e reduz o custo de transportar bens; (b) certos nanomateriais têm uma tendência de se tornar transportáveis por ar ou água em uma forma seca. Em certos ambientes de sala limpa, ambientes limpos e em certas rotas de embarque, há uma necessidade para achar modos para eliminar o risco de certo nanomateriais de se tornarem levados pelo ar ou liberados ao ambiente. Concentrados de nanomaterial eliminam este risco porque os nanomateriais estão contidos agora por causa de forças coesivas inerentes dentro do concentrado; (c) nanomateriais podem ser difíceis de adicionar a uma etapa de processamento ou consolidado; concentrados de nanomaterial são mais fáceis e mais baratos para processar e consolidar em dispositivos e produtos úteis. O concentrado de nanomaterial ensinado aqui oferece estas e outras vantagens. Para ilustrar, mas não limitar, um concentrado de nanomaterial útil que é mais econômico para transportar é formado dispersando o nanomaterial em uma composição de solvente, em que o conteúdo de nanomaterial é 60% por peso em certas concretizações. Para ilustrar novamente, mas não limitar, um concentrado de nanomaterial útil que é mais econômico para transportar é formado dispersando o nanomaterial em uma composição de solvente, em que o conteúdo de nanomaterial é formado dispersando o nanomaterial em uma composição de solvente, em que o conteúdo de nanomaterial é pelo menos 60% por peso e em que a composição de solvente selecionada para preparar o concentrado de nanomaterial tem um valor de índice de compatibilização de Interface de Hansen menos que 7,5 com o nanomaterial. Para ilustrar limite ademais, mas não limitar, um concentrado de nano-pó de óxido de metal útil é formado dispersando o nanomaterial em uma composição líquida incluindo cetona, em que o conteúdo de nanomaterial é 30% por peso e em que a composição incluindo cetona selecionada para preparar o concentrado de nanomaterial tem um valor de índice de compatibilização de Interface de Hansen menos que 25 com o nanomaterial. Para ilustrar ademais, mas não limitar, uma composição de matéria de concentrado de nano-pó de não óxido útil é formada (que é inerentemente menos propensa à liberação acidental a ar) dispersando o nanomaterial em composição líquida incluindo amônia, em que o conteúdo de nanomaterial é 40% por peso e em que a composição incluindo amônia selecionada para preparar o concentrado de nanomaterial tem um valor de índice de compatibilização de Interface de Hansen menos que 35 com o nanomaterial. Para ilustrar ademais, mas não limitar, uma composição de matéria de concentrado de nano-pó de óxido de multi-metal dielétrico útil é formada (que é mais fácil para processar em camadas de dispositivo) dispersando o nanomaterial em uma composição de solvente incluindo oxigênio, em que o conteúdo de nanomaterial é 50% por peso, e em que a composição incluindo oxigênio selecionada para preparar o concentrado de nanomaterial tem um valor de índice de compatibilização de Interface de Hansen menos que 10 com o nanomaterial. Para ilustrar ademais, mas não limitar, uma composição de matéria de concentrado de nano-pó de calcogenídeo de índice refrativo alto útil é formada (que é mais fácil de processar em camadas) dispersando o nanomaterial em uma composição incluindo polímero, em que o conteúdo de nanomaterial é 25% por peso, e em que a composição incluindo polímero selecionada para preparar o concentrado de nanomaterial tem um valor de índice de compatibilização de Interface de Hansen menos que 35 com o nanomaterial. Para ilustrar ademais, mas não limitar, uma composição de matéria de concentrado de nano-pó de metal condutor útil é formada (que é mais fácil de processar em eletrodos) dispersando o nanomaterial em uma composição incluindo matéria inorgânica ou curável por UV, em que o conteúdo de nanomaterial é 35% por peso, e em que a composição incluindo matéria inorgânica ou curável por UV selecionada para preparar o concentrado de nanomaterial tem um valor de índice de compatibilização de Interface de Hansen menos que 15 com o nanomaterial. Aplicações para dispersões e concentrados providos por esta invenção incluem componentes estruturais, partes cerâmicas, compostos de matriz de cerâmica, compostos de matriz de carbono, compostos de matriz de polímero, camadas, lamas polidoras, gaxetas, polímero, ou selos compostos.
Uma aplicação adicional dos ensinos aqui são partes ou componentes funcionalmente classificadas que são densos ou porosos. Ilustração inclui um filtro com um gradiente de porosidade pela espessura. A invenção provida aqui tem aplicação no campo biomédico, entre outros campos. Por exemplo, a presente invenção pode ser aplicada para produzir materiais de implante, monitores, sensores, concentrados de droga, polímeros solúveis em água, dispositivos de entrega de droga, e biocatalizadores de pó de nanoescala usando o processo de laminação em multi-camada para produzir formas tridimensionais.
Esta invenção também pode ser aplicada à área de célula de combustível de óxido sólido (SOFC). Zircônio é um dos materiais que foi investigado como o eletrólito sólido para SOFCs. Componentes de eletrólito sólidos podem ser feitos por de dispositivos de multi-camada de fusão de fita de dispersões de nanomaterial (isto é, eletrólitos baseados em nanomaterial).
Adicionalmente, dispersões de nano-pó feitas de acordo com a presente invenção são úteis para produzir dispositivos elétricos tais como varistores, indutores, capacitores, baterias, filtros de EMI, interconexões, resistores, termistores, e arranjos destes dispositivos de pós de nanoescala. Além disso, componentes magnéticos tais como dispositivos de GMR magnetoresistivos gigantes podem ser fabricados de dispersão de pós de nanoescala produzidos de acordo com a presente invenção como também na fabricação termoelétrica, ótica de índice de gradiente, e componentes optoeletrônicos de dispersões ou concentrados de pós de nanoescala.
Os ensinos nesta invenção são contemplados para serem úteis em preparar qualquer produto comercial de pós de nanoescala onde desempenho é importante ou que é caro produzir ou é desejado em grandes volumes. Além disso, dispersões de pó fino têm numerosas aplicações em indústrias tais como, mas não limitando a produtos biomédicos, farmacêuticos, sensor, eletrônicos, telecomunicação, óticos, elétricos, fotônicos, térmicos, piezos, magnéticos, catalíticos e eletroquímicos. Tabela 1 apresenta algumas aplicações não limitantes exemplares de dispersões de nanomaterial.
Tabela 1
<table>table see original document page 39</column></row><table> <table>table see original document page 40</column></row><table>
Outras concretizações da invenção serão aparentes àqueles qualificados na técnica de uma consideração da especificação ou prática da invenção exposta aqui. E pretendido que a especificação e exemplos sejam considerados só como exemplares, com a verdadeira extensão e espírito da invenção sendo indicados pelas reivindicações.

Claims (16)

1. Composição de matéria, caracterizada pelo fato de que compreende: uma dispersão concentrada de um nanomaterial e uma composição de solvente, em que a massa específica da dispersão concentrada é pelo menos três vezes mais alta que a massa específica do nanomaterial em forma seca, em que o concentrado requer menos volume para armazenar e transportar em relação ao requerido para nanomaterial seco, e em que a carga de nanomaterial na dispersão concentrada é pelo menos 40% em peso.
2. Composição de matéria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o nanomaterial é um óxido.
3. Composição de matéria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o nanomaterial é um metal.
4. Composição de matéria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o nanomaterial é um não óxido.
5. Composição de matéria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição de solvente inclui um solvente orgânico.
6. Composição de matéria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição de solvente inclui um solvente inorgânico.
7. Composição de matéria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a carga de nanomaterial na dispersão concentrada é pelo menos 60% em peso.
8. Produto, caracterizado pelo fato de que é preparado usando a composição de matéria como definida na reivindicação 1.
9. Método para preparar uma composição de matéria, caracterizado pelo fato de que compreende prover um nanomaterial, prover uma composição de solvente compreendendo um ou mais de uma substância selecionada do grupo que consiste em solventes orgânicos, solventes inorgânicos, solventes aquosos, monômeros, polímeros, soluções, composições compreendendo oxigênio, composições compreendendo calcogenídeos, composições compreendendo boro, composições compreendendo fósforo, composições compreendendo halogênio, composições compreendendo nitrogênio, composições compreendendo metal, composições compreendendo carbono, metais e ligas fundidos e sais fundidos, dispersar o nanomaterial na composição de solvente formando assim uma dispersão, e em que a composição de solvente é selecionada de tal modo que o índice de compatibilização de interface Hansen entre o nanomaterial e a composição de solvente é menor que 20.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a composição de solvente compreende duas ou mais substâncias selecionadas do grupo que consiste em solventes orgânicos, solventes inorgânicos, solventes aquosos, monômeros, polímeros, soluções, composições compreendendo oxigênio, composições compreendendo calcogenídeos, composições compreendendo boro, composições compreendendo fósforo, composições compreendendo halogênio, composições compreendendo nitrogênio, composições compreendendo metal, composições compreendendo carbono metais e ligas fundidos e sais fundidos.
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o d99 da dispersão como medido por espectroscopia de foto- correlação é menor que 500 nanômetros.
12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o d99 da dispersão como medido por espectroscopia de foto- correlação é menor que 250 nanômetros.
13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o d99 da dispersão como medido por espectroscopia de foto- correlação é menor que 100 nanômetros.
14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o d99 da dispersão como medido por espectroscopia de foto- correlação é menor que 50 nanômetros.
15. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial é lavado com um solvente antes de formar a dispersão.
16. Método para preparar uma composição de matéria, caracterizado pelo fato de que compreende prover um nanomaterial, prover uma composição de solvente compreendendo uma ou mais de uma substância selecionada do grupo que consiste em água, metanol, etanol, álcool isopropílico, octano, dodecano, heptano, hexano, acetona, gasolina, solventes DOWANOL®, glicóis, glicerol, fenol, acetato, poliuretanos, acrilatos, epóxis, hidrocarbonetos alifáticos, hidrocarbonetos aromáticos, álcoois, aldeídos, cetonas, éteres, ácidos, aminas, compostos quaternários, álcalis, terpenóis, líquidos com ponto de ebulição maior que 400 K, líquidos curáveis por UV, líquidos curáveis por plasma, líquidos curáveis por calor, líquidos iônicos, polímeros fundidos, metais fundidos, monômeros, óleos, silicones, etileno glicol, dietileno glicol, etanolamina, ácido fórmico, acetonitrila, álcool 1-propílico, ácido acético, 2-etóxi etanol, isopropanol anidro, DMSO, álcool 1-butílico, álcool tetraidrofurfurílico, n,n-dimetil acetamida, álcool de diacetona, 2-metil butanol, n-pentanol, acetona, 2-(2- butóxi etóxi) etanol, Filmer IBT UCAR®, acetato de celossolve, metotato, isoforona, metil etil cetona, tetraidrofurano, anilina, piridina, metil n-propil cetona, Ester EEP UCAR®, propionato de n-propila UCAR®, acetato de amila primário, metil isobutil cetona, acetato de isobutila, propionato de n-butila UCAR®, acetato de n-butila, metil isoamil cetona, diisobutil cetona, clorofórmio, 1,4-dioxano, tricloroetano, hidroclorocarbonetos, hidrofluorocarbonetos, xileno, tolueno, benzeno, ciclo-hexano, hexano, dissulfeto de carbono, tetracloreto de carbono, cloreto de metileno, cloreto de dimetileno, glicolato de n-butila ácido glicólico, glicolato de metila, lactato de etila, glicolato de etila, etilenodiamina, butirolactona, n-octanol, iso-octanol, gasolina, diesel, querosene, combustível de jato, m-cresol, fenol, biofluidos, seiva de planta, compostos alfa-hidróxi, água do mar, óleos minerais, leite, sucos de fruta, óleos derivados de planta, e óleos ou extratos derivados de semente, dispersar o nanomaterial na composição de solvente formando assim uma dispersão, e em que a composição de solvente é selecionada de tal modo que o índice de compatibilização de interface Hansen entre o nanomaterial e a composição de solvente é menor que 50.
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