La nanotecnologia ha attirato più previsioni di qualsiasi altro tema sui materiali degli ultimi trent'anni, e il modo utile di pensarla in termini di forza lavoro è considerevolmente più modesto delle previsioni.
Il titolo di lavoro che quasi non esiste
Pochissime organizzazioni cercano un nanotecnologo. Cercano un ingegnere di processo in una fab di semiconduttori, uno scienziato di formulazione che lavora con dispersioni di nanoparticelle, uno specialista di caratterizzazione dei materiali, un ingegnere dei rivestimenti o uno scienziato del drug delivery.
Sono tutti lavori di nanotecnologia e nessuno si chiama così.
Trattare la nanotecnologia come un settore produce un piano sulla forza lavoro senza un posto dove mettere le persone. Trattarla come una competenza dentro le tue funzioni esistenti ne produce uno che funziona.
Il che significa che la domanda pratica per un'organizzazione non è se costruire una competenza in nanotecnologia. È quali dei suoi team esistenti hanno bisogno di capire la scala nanometrica per fare bene il proprio lavoro.
Cosa copre la direzione
L'ambito: materiali su scala nanometrica, fabbricazione, caratterizzazione, nanoelettronica e nanomedicina.
Quattro aree.
Fenomeni su scala nanometrica. Perché cambiano le proprietà, spiegato più avanti.
Fabbricazione. Approcci top-down come litografia e incisione, e approcci bottom-up tra cui autoassemblaggio e sintesi chimica.
Caratterizzazione. Microscopia elettronica, metodi a scansione di sonda, spettroscopia e diffusione. Gli strumenti che ti dicono cosa hai davvero prodotto.
Applicazioni. Nanoelettronica, che si collega al dominio dei semiconduttori, nanomedicina, che si collega ai biomateriali e al drug delivery, più rivestimenti, catalizzatori e compositi.
Perché il piccolo cambia il comportamento
La base fisica, detta in modo semplice, perché spiega sia le promesse sia i problemi.
Domina l'area superficiale. Quando le particelle si rimpiccioliscono, una frazione maggiore dei loro atomi si trova sulla superficie. Poiché la chimica avviene sulle superfici, la reattività sale in modo netto. È per questo che i catalizzatori a nanoparticelle funzionano bene ed è anche il motivo per cui alcuni nanomateriali sono più attivi biologicamente della stessa sostanza allo stato massivo.
Compaiono effetti quantistici. Sotto certe dimensioni, le proprietà elettroniche e ottiche diventano dipendenti dalla dimensione. Il colore di un punto quantico dipende dal suo diametro, una proprietà che nessun materiale massivo possiede.
Dominano forze diverse. A questa scala, le forze superficiali contano più della gravità, ed è per questo che le nanoparticelle si agglomerano e perché mantenerle disperse è un problema pratico centrale, non un dettaglio.
Quest'ultimo punto è dove nasce gran parte della delusione commerciale. Un nanomateriale che funziona in una dispersione di laboratorio si agglomera spesso in una formulazione reale, e a quel punto si comporta come il materiale massivo che si voleva migliorare.
Dove si colloca nel dominio
La nanotecnologia è la sesta di undici direzioni nel dominio dei materiali avanzati di Astra Trainer, ed è quella più spesso definita come aggiunta a un'altra direzione piuttosto che da sola: con i materiali elettronici e semiconduttori, con i materiali energetici per catalizzatori ed elettrodi delle batterie, con i biomateriali per il drug delivery, e con l'ingegneria delle superfici per i rivestimenti.
Tra domini, si collega al dominio dei semiconduttori, elettronica e quantistica, dove la progettazione dei chip e la manifattura dei semiconduttori usano questi strumenti ogni giorno, e alla medicina e sanità digitale. Le lezioni durano cinque minuti, così il personale di laboratorio e di fab la aggiunge accanto al proprio lavoro esistente. Puoi vedere le undici direzioni qui.
La caratterizzazione è il vero collo di bottiglia
Il vincolo pratico nella maggior parte delle organizzazioni non è produrre nanomateriali. È sapere cosa si è prodotto.
Quattro motivi.
Non lo puoi vedere direttamente con la luce. La caratterizzazione significa microscopia elettronica, metodi a scansione di sonda o tecniche indirette, ciascuna con i propri requisiti di preparazione e artefatti.
La preparazione del campione cambia il campione. Asciugare una dispersione per la microscopia causa agglomerazione, quindi l'immagine può mostrare qualcosa che non esisteva nel liquido. Interpretare tenendo conto di questo è una competenza.
Le medie nascondono le distribuzioni. Una dimensione di particella dichiarata è di solito una media, e la prestazione dipende spesso dalla distribuzione, inclusa la coda di particelle grandi che nessuno riporta.
I metodi non concordano. Tecniche di misurazione diverse misurano cose diverse e danno risposte diverse per lo stesso campione. Sapere quale numero significa cosa è una competenza specifica.
L'implicazione per la forza lavoro: un'organizzazione che compra o produce nanomateriali senza capacità di caratterizzazione sta accettando affermazioni del fornitore che non può verificare. È lo stesso problema del certificato di conformità in metallurgia, una scala più in basso.
La sicurezza, che è irrisolta e va nella formazione
Questa sezione è deliberatamente scomoda, perché la posizione onesta è che la scienza è incompleta.
Ciò che è ragionevolmente accertato: alcuni nanomateriali ingegnerizzati possono comportarsi diversamente nei sistemi biologici rispetto alla stessa sostanza allo stato massivo, che l'inalazione è la principale via di esposizione occupazionale che preoccupa, e che i nanomateriali a forma di fibra hanno attirato particolare attenzione per la preoccupazione generale sulle fibre respirabili durevoli.
Ciò che non è accertato: un quadro generale per prevedere quali nanomateriali siano pericolosi dalle loro proprietà, e limiti di esposizione occupazionale concordati per la maggior parte di essi. Gli approcci normativi differiscono tra le giurisdizioni e continuano a evolversi.
Quindi la prassi responsabile nell'industria è basata sul controllo, non sui limiti: contenere, minimizzare il rilascio in aria, usare ventilazione e protezione respiratoria adeguate, e trattare le polveri come la forma a rischio più alto.
Un programma di formazione che presenta la sicurezza dei nanomateriali come un problema risolto con limiti noti insegna qualcosa di falso. Uno che insegna l'approccio del controllo, ed è esplicito sul fatto che il quadro dei pericoli è ancora in evoluzione, produce persone che si comportano in modo appropriato sotto incertezza, che è esattamente ciò che la situazione richiede.
I ruoli, uno per uno
Specialisti di caratterizzazione dei materiali. Lavoro di microscopia elettronica e a scansione di sonda. La domanda più ampia e una vera carenza di persone che sappiano interpretare invece che solo operare.
Ingegneri di processo nella fabbricazione di semiconduttori. Pattern su scala nanometrica come lavoro quotidiano.
Scienziati di formulazione che lavorano con dispersioni di nanoparticelle in rivestimenti, cosmetici, inchiostri e farmaci.
Scienziati della catalisi, collegati all'energia e alla chimica industriale.
Scienziati del drug delivery, collegati a biomateriali e sviluppo farmaceutico.
Ingegneri di film sottili e rivestimenti.
Tecnici di camera bianca e strutture di nanofabbricazione. Gestiscono attrezzature condivise, un ruolo sottovalutato e costantemente richiesto.
Igienisti occupazionali con competenza sui nanomateriali. Un gruppo piccolo, necessario a chiunque maneggi polveri su scala.
Chi si può formare per questi ruoli
Tecnici di laboratorio e microscopisti. Il percorso più breve. Già operano gli strumenti e hanno spesso bisogno dell'interpretazione e della consapevolezza degli artefatti.
Chimici. Verso sintesi, dispersione e formulazione, dove vive la difficoltà pratica.
Tecnici di processo semiconduttori. Lavorano già ogni giorno a questa scala e raramente la pensano come nanotecnologia, il che limita dove pensano di poter arrivare.
Tecnologi di rivestimenti e vernici. Verso sistemi modificati con nanoparticelle.
Personale di formulazione farmaceutica. Verso nanomedicina e sistemi di delivery.
Igienisti occupazionali e professionisti EHS. Verso la valutazione dell'esposizione ai nanomateriali, una lacuna reale nella maggior parte delle organizzazioni che maneggiano questi materiali.
Controllo dell'esposizione e stato normativo. I nanomateriali ingegnerizzati sono soggetti a normative in evoluzione e specifiche per giurisdizione, e limiti di esposizione occupazionale concordati non esistono per la maggior parte di essi. Maneggiare polveri richiede contenimento, ventilazione e protezione respiratoria determinati da una valutazione dei rischi competente, e materiali specifici possono comportare controlli aggiuntivi. La formazione costruisce comprensione del quadro dei pericoli e dei principi di controllo. Non costituisce valutazione dei rischi, indicazioni sui limiti di esposizione o conformità normativa per uno specifico materiale o impianto.
Cosa portare a casa
La nanotecnologia è una competenza applicata dentro altre funzioni, quindi la domanda sulla forza lavoro è quali dei tuoi team esistenti ne hanno bisogno, non se costruire un reparto.
L'area superficiale e gli effetti quantistici sono il motivo per cui il campo esiste, e l'agglomerazione è il motivo per cui tanta parte di esso delude sul piano commerciale.
La caratterizzazione è il vero collo di bottiglia. Senza di essa, stai accettando affermazioni che non puoi verificare.
Il passaggio dal laboratorio alla produzione è dove falliscono la maggior parte dei progetti sui nanomateriali, per lo stesso motivo del bioprocessing: le condizioni cambiano e il materiale risponde.
E il quadro della sicurezza è davvero irrisolto, quindi insegna una prassi basata sul controllo e dillo apertamente, invece di lasciar intendere che esistano limiti che non esistono.
La nanotecnologia è un settore lavorativo?
Non come titolo professionale. È una competenza dentro la lavorazione dei semiconduttori, la formulazione, la caratterizzazione, i rivestimenti, la catalisi e il drug delivery, ed è lì che i ruoli vengono pubblicati.
Perché i nanomateriali si comportano diversamente?
Perché una grande frazione dei loro atomi si trova sulla superficie, il che aumenta la reattività, e perché sotto certe scale gli effetti quantistici rendono alcune proprietà dipendenti dalla dimensione.
Cosa limita di più il successo commerciale?
L'agglomerazione e il passaggio alla produzione. Un materiale che funziona in una dispersione di laboratorio si aggrega spesso in una formulazione reale e a quel punto si comporta come il materiale massivo che doveva migliorare.
I nanomateriali sono sicuri da maneggiare?
Il quadro dei pericoli è ancora in evoluzione e limiti di esposizione occupazionale concordati non esistono per la maggior parte dei nanomateriali ingegnerizzati. La prassi responsabile è basata sul controllo: contenimento, ventilazione e protezione respiratoria, con le polveri trattate come il rischio più alto.
Dove si colloca nel dominio?
Sesta di undici direzioni nel dominio dei materiali avanzati di Astra Trainer, spesso definita insieme a materiali elettronici, materiali energetici, biomateriali o ingegneria delle superfici. Puoi vederle qui.