Sposób wytwarzania nanocząstek tlenku cynku i nanocząstki tlenku cynku wytworzone tym sposobem

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Politechnika Warszawska

• mgr inż. Zygmunt Drużyński,
• dr inż. Małgorzata Wolska-Pietkiewicz,
• prof. dr hab. inż. Janusz Lewiński (kierownik zespołu)

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek obejmuje prostą i uniwersalną metaloorganiczną metodę wytwarzania wysokiej jakości, ultramałych (1 - 10 nm) i stabilnych m.in. w środowisku polarnym nanocząstek tlenku cynku (ZnO NPs), których synteza do tej pory była nieosiągalna. Prezentowana metoda otwiera nowe możliwości pozyskania nanostruktur ZnO o unikalnych właściwościach tj.: jednorodność kształtu i wielkości, rozpuszczalność i stabilność w środowisku rozpuszczalników organicznych i/lub w środowisku wodnym, obecność zewnętrznej warstwy stabilizującej obdarzonym dodatkowym ładunkiem jonowym i unikalne właściwości optyczne. Wymienione właściwości pozwalają na zastosowanie zgłoszonych do ochrony patentowej ZnO NPs m.in. do konstrukcji nowoczesnych komponentów stosowanych w fotowoltaice, w elektronice i w optoelektronice, jak również w biologii i w medycynie np. jako znaczniki fluorescencyjne i nośniki leków (lub same będąc czynnikiem terapeutycznym). Materiały będące przedmiotem wynalazku mogą być również stosowane jako hybrydowe nanomateriały luminescencyjne, a ze względu na wysoką stabilność koloidalną, możliwe jest zastosowanie tego nanomateriału do tworzenia powłok funkcyjnych, bądź zastosowanie w funkcji pigmentu luminescencyjnego do farb, klejów, lakierów, tworzyw itp.

ISTOTA WYNALAZKU

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nanocząstek tlenku cynku stabilizowanych przez warstwę organiczną obdarzoną dodatkowym ładunkiem dodatnim lub ujemnym oraz nanocząstki tlenku cynku wytworzone wspomnianym sposobem. Zważywszy na wspólną dla wszystkich nanomateriałów cechę znacznej przewagi powierzchni nad ich objętością, bardzo istotny jest skład i budowa organicznej warstwy powierzchniowej mającej bezpośredni kontakt z otaczającym środowiskiem zewnętrznym. Ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie ligandów organicznych o charakterze zwitterjonów (związki z grupy betain), tj. zawierających odseparowane fragmenty o ładunku dodatnim i ujemnym. Zastosowanie ligandów wspomnianego typu ma na celu wytworzenie stabilnych, luminescencyjnych nieorganiczno-organicznych układów hybrydowych, które charakteryzują się niewielkim rozmiarem rdzenia (od 1 nm do 10 nm) i tworzą stabilne roztwory koloidalne zarówno w rozpuszczalnikach niepolarnych, jak i polarnych (np. w wodzie i w roztworach alkoholowych). Dodatkowo wspomniane układy charakteryzują się niezmiennymi w czasie właściwościami fizykochemicznymi oraz wysoką stabilnością koloidalną. Ostatnio potwierdziliśmy również, że zaproponowane materiały są obiecującą alternatywą do wytwarzania cienkich warstw i filmów o właściwościach pożądanych w elektronice i do konstrukcji solarów. Tlenek cynku wykorzystuje się obok innych materiałów tlenkowych jako warstwę transportującą elektrony (artykuł w przygotowaniu) np. w perowskitowych ogniwa słonecznych mogących stać się konkurencją dla komercyjnych ogniw krzemowych. Warto również zaznaczyć, że ZnO NPs uznaje się mniej toksyczne niż powszechnie stosowane nanocząstki półprzewodnikowe oparte o halogenki kadmu, czyli pierwiastka z grupy metali ciężkich uznanego powszechnie za szkodliwy i podlegający bioakumulacji.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Nanotechnologia (w tym prezentowany ZnO NPs) rozwijana jest w małych startupach oraz międzynarodowych koncernach w branży m. in. kosmetycznej, medycznej, rolniczej, elektronicznej ( w tym fotowoltaice), czy zajmującej się utylizacją odpadów na drodze katalitycznej. Technologia ogniw fotowoltaicznych różnych typów jest prężnie rozwijającą się gałęzią nauki, w której obserwuje się ciągły wzrost wydajności przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną w europejskich i światowych ośrodkach badawczych. W przypadku zastosowań medycznych można myśleć o zastosowaniu ZnO NPs jako znaczniki fluorescencyjne, nośniki leków w celowanych terapiach np. antynowotworowych, lub element sensorów biochemicznych. Luminescencja tego nanomateriału może być wykorzystywana uniwersalnie jako dodatek w matrycach farb, klejów, lakierów, tworzyw itp., co daje możliwość szybkiego wdrożenia do masowej produkcji.