纳米印刷沉积：助力纳米技术发展，引发纳米能源领域革命性变革

纳米印刷沉积：助力纳米技术发展，引发纳米能源领域革命性变革

绝缘、传导、反射、保温、耐磨和防锈等材料及其特性在日常生活中发挥着重要作用，科学家们正在不断努力改善材料的特性以制造出具备更优性能的产品。更好的隔热效果可以降低供暖成本；更好的传导导致更低的损耗；更好的耐腐蚀性，可实现更长的使用寿命和更低的维护要求。

近几十年来，科学家开始通过研究越来越小的颗粒即所谓的纳米颗粒（通常只有几纳米大小）来控制材料的特性。在研究过程中，许多人认为：“如果能干净地生产这些纳米粒子并将它们组合成所需的成分，那么我们就可以制造任何可以想象的材料！” 

当 Aaike van Vugt 发现科学家们很难产生小、干净且轮廓分明的粒子时，他开始与 Andreas Schmidt-Ott 教授一起研究火花烧蚀。利用该技术，可以相对容易地生产这类颗粒。

VSParticle 在代尔夫特成立后研发出了 VSParicle-G1 纳米粒子发生器，在获得融资后推出了 VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统。它可以将纳米颗粒组合成任何所需的配置，开发用于大规模商业生产的制氢的膜电极（CCMs)和气体传感器。

VSParticle 创始人 Aaike van Vugt 与 VSPaticle-P1 纳米印刷沉积系统原型机

"在广泛推广这项技术之前, 你首先必须真正证明自己!"

<1>  VSParticle 公司的诞生

Aaike van Vugt 毕业于代尔夫特理工大学，在校担任化学技术专家，他在学习期间结识了 Andreas Schmidt-Ott 教授，后者于 1980 年开发了一种利用火花烧蚀生产非常小的颗粒的方法。

火花烧蚀技术 Spark Ablation

火花烧蚀技术基于流过所需材料的管子的惰性气体（例如氩气或氮气）进行工作。通过在现场高温下快速产生大量火花，材料蒸发成非常小的（纳米）颗粒。这些颗粒聚集成稍大的颗粒。

纳米颗粒发生器能够控制确切的尺寸；从单个原子到几十纳米。火花的高温（超过 20,000 开尔文）使得处理任何表面不含（有机）污染物的地球材料成为可能。

该过程不仅有效、高效，而且干净。特别是当设备使用绿色能源运行时。载气可以通过过滤器轻松回收。也没有废物流，这意味着该过程可以轻松集成到（现有）生产过程中。

Aaike 说：“经过半天的训练后我发现火花烧蚀技术实际上可以制造出任何我想要的纳米粒子，这一事实令我很感兴趣。” 与此同时，他注意到许多研究人员正在努力生产小型和干净的纳米颗粒。

“我认为 Andreas 教授的火花烧蚀技术是很好的研究新材料的技术。在他的建议下，2014 年我毕业后的一天，VSParticle 成立了。”Aaike van Vugt 是首席执行官。

在接下来的几年里，基于火花烧蚀技术的 VSParticle-G1 纳米粒子发生器的工作得以完成，很快获得了补贴。

VSParticle-G1 纳米粒子发生器是一台桌面式仪器,用于生成尺寸范围为 1-20 nm 的纯金属、金属氧化物或合金纳米气溶胶材料。纳米颗粒的生产完全在气相中进行，因此无需使用表面活性剂或前驱体。用于纳米粒子生产的源材料是由所需材料制成的两根靶材(电极)。使用时只需安装电极并设置参数，按下按钮即可开始生成纳米粒子。

VSParticle-G1 纳米粒子发生器

<2>  从实验室级别到商业化规模量产

在向荷兰国家公共卫生与环境研究院（RIVM） 和代尔夫特理工大学交付第一批 VSParticle-G1 纳米粒子发生器后，来自阿姆斯特丹的Invaco Management 于 2017 年作为重要投资者加入，这为这家初创企业提供了继续发展并在此基础上开发新产品的机会。

其中推出的 VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统，可以实现具有独特性能的无机纳米结构材料的打印直写。这些颗粒通常小于 10 nm，而且没有引入任何的化学添加剂和墨水组分，可以很大程度保留颗粒本身的性质。该打印系统还提供打印不同成分和厚度的纳米多孔层的选项。

VSParticle-P1 纳米沉积系统得到了新投资者 Plural Platform 的进一步开发并应用于商业化。VSParticle 不仅要将该打印沉积系统用于科学研究，而且还要用于商业化的大批量材料生产。

<3>  应用领域

Aaike 认为纳米技术市场广泛，覆盖农业、食品、医疗应用、能源转型和太空等。但专注的行业研究更重要，目前 VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统的应用领域如下：

1.气体传感器

第一个焦点涉及气体传感器。目前，气体传感器能够检测一种或多种气体，但区分不同元素的能力很弱。我们希望开发出更灵敏、更具选择性并且（极其）紧凑的传感器，使它们能够轻松集成到智能手机等移动设备中。

VSParticle 目前正在开发一种具有这些特性的传感器，能够测量 VOC（挥发性有机化合物，如推进剂、甲醛和苯）。Aaike 说道。“未来他们可以检测到微量的特定气体，可以提前发现即将发生的疾病。早期发现通常可以改善选择，从而降低医疗费用。”

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2.电解水制氢

第二个产业已经受到媒体的广泛关注，它与能源转型有关，涉及开发涂有催化剂的膜（CCM），该膜能够将水分解为氧气和氢气。简而言之：它产生氢气。膜电极现在是通过七步工艺生产的，还需要非常稀有的材料铱。

Aaike：“到 2030 年，氢能市场在 7 年内将扩大约 200 倍。” 这也适用于使用这些膜的电解槽的容量。VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统 可以直接将铱催化剂沉积在薄膜上，精度更高，而且铱的用量显著减少。

使用 VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统直接将 Ir 催化剂沉积在膜电极上

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<4>利用纳米技术引发纳米能源领域变革  

多年来，纳米粒子具有与散装材料不同的特性的发现一直促使科学界继续研究这一问题。随着VSParticle-G1 粒子发生器和 VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统的发展，研究将迎来全新的阶段。

VSParticle 的纳米技术正在为能源转型创造新材料。其独特的技术能够局部打印具有独特性能的无机纳米结构材料。

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