Nanotechnologia przyciągnęła więcej prognoz niż jakikolwiek inny temat materiałowy ostatnich trzydziestu lat, a użyteczny sposób myślenia o niej w kategoriach kadrowych jest znacznie skromniejszy niż te prognozy.
Stanowisko, które właściwie nie istnieje
Bardzo niewiele organizacji ogłasza nabór na nanotechnologa. Ogłaszają nabór na inżyniera procesu w fabryce półprzewodników, naukowca od formulacji pracującego z dyspersjami nanocząstek, specjalistę charakteryzacji materiałów, inżyniera powłok albo naukowca zajmującego się dostarczaniem leków.
Wszystkie te stanowiska to praca w nanotechnologii i żadne z nich się tak nie nazywa.
Traktowanie nanotechnologii jako sektora daje plan kadrowy, w którym nie ma miejsca dla ludzi. Traktowanie jej jako kompetencji wewnątrz istniejących funkcji daje plan, który działa.
To oznacza, że praktyczne pytanie dla organizacji nie brzmi, czy budować kompetencję nanotechnologiczną. Brzmi, które z jej istniejących zespołów muszą rozumieć skalę nano, żeby dobrze wykonywać swoją pracę.
Co obejmuje ten kierunek
Zakres: materiały w skali nano, wytwarzanie, charakteryzacja, nanoelektronika i nanomedycyna.
Cztery obszary.
Zjawiska w skali nano. Dlaczego zmieniają się właściwości – opisane poniżej.
Wytwarzanie. Podejścia top-down, takie jak litografia i trawienie, oraz podejścia bottom-up, w tym samoorganizacja i synteza chemiczna.
Charakteryzacja. Mikroskopia elektronowa, metody skaningowej mikroskopii sondowej, spektroskopia i rozpraszanie. Narzędzia, dzięki którym wiesz, co naprawdę powstało.
Zastosowania. Nanoelektronika, łącząca się z domeną półprzewodników, nanomedycyna, łącząca się z biomateriałami i dostarczaniem leków, a także powłoki, katalizatory i kompozyty.
Dlaczego mały rozmiar zmienia zachowanie
Podstawa fizyczna, powiedziana wprost, bo wyjaśnia zarówno obietnicę, jak i problemy.
Dominuje powierzchnia. Gdy cząstki się zmniejszają, coraz większa część ich atomów znajduje się na powierzchni. Ponieważ chemia zachodzi na powierzchniach, reaktywność gwałtownie rośnie. Dlatego katalizatory z nanocząstek działają tak dobrze, i dlatego niektóre nanomateriały są bardziej aktywne biologicznie niż ta sama substancja w postaci makroskopowej.
Pojawiają się efekty kwantowe. Poniżej pewnych rozmiarów właściwości elektroniczne i optyczne zaczynają zależeć od wielkości. Kolor kropki kwantowej zależy od jej średnicy – właściwość, której nie ma żaden materiał makroskopowy.
Dominują inne siły. W tej skali siły powierzchniowe liczą się bardziej niż grawitacja, dlatego nanocząstki aglomerują i dlatego utrzymanie ich w dyspersji jest centralnym problemem praktycznym, a nie detalem.
Ten ostatni punkt jest źródłem sporej części komercyjnych rozczarowań. Nanomateriał, który sprawdza się w laboratoryjnej dyspersji, w realnej formulacji często aglomeruje, a potem zachowuje się jak materiał makroskopowy, który miał ulepszać.
Jak to się wpisuje w domenę
Nanotechnologia to szósty z jedenastu kierunków w domenie zaawansowanych materiałów Astra Trainer i ten, który najczęściej zestawia się jako dodatek do innego kierunku, a nie samodzielnie: z materiałami elektronicznymi i półprzewodnikowymi, z materiałami energetycznymi dla katalizatorów i elektrod baterii, z biomateriałami dla dostarczania leków oraz z inżynierią powierzchni dla powłok.
Międzydomenowo łączy się z domeną półprzewodników, elektroniki i technologii kwantowych, gdzie projektowanie chipów i wytwarzanie półprzewodników korzystają z tych narzędzi na co dzień, oraz z medycyną i technologiami zdrowia. Lekcje trwają pięć minut, więc personel laboratoriów i fabryk dodaje je obok bieżącej pracy. Zobacz tu jedenaście kierunków.
Charakteryzacja to prawdziwe wąskie gardło
Praktycznym ograniczeniem w większości organizacji nie jest wytworzenie nanomateriału. Jest nim wiedza, co się właściwie wytworzyło.
Cztery powody.
Nie widać tego bezpośrednio w świetle widzialnym. Charakteryzacja oznacza mikroskopię elektronową, metody skaningowej mikroskopii sondowej albo techniki pośrednie, każda z własnymi wymaganiami przygotowania próbki i artefaktami.
Przygotowanie próbki zmienia próbkę. Suszenie dyspersji do mikroskopii powoduje aglomerację, więc obraz może pokazywać coś, czego w cieczy w ogóle nie było. Interpretacja tego to osobna umiejętność.
Średnie ukrywają rozkłady. Podany rozmiar cząstki to zwykle wartość średnia, a wydajność często zależy od rozkładu, w tym od ogona dużych cząstek, którego nikt nie raportuje.
Metody się nie zgadzają. Różne techniki pomiaru wielkości mierzą różne rzeczy i dają różne wyniki dla tej samej próbki. Wiedza, co dana liczba właściwie oznacza, to konkretna kompetencja.
Wniosek kadrowy: organizacja, która kupuje lub wytwarza nanomateriały bez zdolności charakteryzacji, przyjmuje deklaracje dostawcy, których nie potrafi zweryfikować. To ten sam problem co certyfikat zgodności w metalurgii, tylko o rząd wielkości mniejszy.
Bezpieczeństwo, które wciąż nie jest rozstrzygnięte i musi znaleźć się w szkoleniu
Ta sekcja jest celowo niewygodna, bo uczciwe stanowisko jest takie, że wiedza naukowa jest niekompletna.
Co jest dość dobrze ustalone: niektóre projektowane nanomateriały mogą zachowywać się w układach biologicznych inaczej niż ta sama substancja w postaci makroskopowej, że wdychanie jest główną drogą narażenia zawodowego budzącą obawy, oraz że nanomateriały o kształcie włóknistym przyciągnęły szczególną uwagę ze względu na ogólne obawy dotyczące trwałych włókien wdychalnych.
Co nie jest ustalone: ogólne ramy pozwalające przewidzieć na podstawie właściwości, które nanomateriały są niebezpieczne, oraz uzgodnione dopuszczalne poziomy narażenia zawodowego dla większości z nich. Podejścia regulacyjne różnią się między jurysdykcjami i wciąż się rozwijają.
Odpowiedzialna praktyka w przemyśle opiera się więc na kontroli, nie na limitach: ograniczaj emisję, minimalizuj uwalnianie do powietrza, stosuj odpowiednią wentylację i ochronę dróg oddechowych, a proszki traktuj jako formę o najwyższym ryzyku.
Program szkoleniowy, który przedstawia bezpieczeństwo nanomateriałów jako rozwiązany problem ze znanymi limitami, uczy czegoś fałszywego. Program, który uczy podejścia opartego na kontroli i jasno mówi, że obraz zagrożeń wciąż się kształtuje, kształtuje ludzi, którzy zachowują się właściwie w warunkach niepewności – a tego właśnie wymaga sytuacja.
Role po imieniu
Specjaliści charakteryzacji materiałów. Praca z mikroskopią elektronową i skaningową mikroskopią sondową. Najszerszy popyt i realny niedobór ludzi, którzy potrafią interpretować, a nie tylko obsługiwać sprzęt.
Inżynierowie procesu w wytwarzaniu półprzewodników. Wzorowanie w skali nano jako codzienna praca.
Naukowcy od formulacji pracujący z dyspersjami nanocząstek w powłokach, kosmetykach, tuszach i farmaceutykach.
Naukowcy zajmujący się katalizą, łączący się z energetyką i chemią przemysłową.
Naukowcy od dostarczania leków, łączący się z biomateriałami i rozwojem farmaceutycznym.
Inżynierowie cienkich warstw i powłok.
Technicy pomieszczeń czystych i obiektów nanowytwarzania. Obsługa współdzielonego sprzętu – niedoceniana rola, na którą popyt jest stały.
Higieniści przemysłowi z kompetencją w zakresie nanomateriałów. Nieliczna grupa, potrzebna każdemu, kto obsługuje proszki na dużą skalę.
Kogo można w to przekwalifikować
Technicy laboratoryjni i mikroskopiści. Najkrótsza droga. Już obsługują sprzęt i najczęściej potrzebują interpretacji oraz świadomości artefaktów.
Chemicy. W stronę syntezy, dyspersji i formulacji, czyli tam, gdzie leży praktyczna trudność.
Technicy procesów półprzewodnikowych. Już pracują na co dzień w tej skali i rzadko myślą o tym jako o nanotechnologii, co ogranicza to, gdzie widzą swoje możliwości rozwoju.
Technolodzy powłok i farb. W stronę systemów modyfikowanych nanocząstkami.
Personel formulacji farmaceutycznej. W stronę nanomedycyny i systemów dostarczania.
Higieniści przemysłowi i specjaliści BHP. W stronę oceny narażenia na nanomateriały, co jest realną luką w większości organizacji pracujących z tymi materiałami.
Kontrola narażenia i status regulacyjny. Projektowane nanomateriały podlegają wciąż rozwijającym się, zależnym od jurysdykcji przepisom, a uzgodnione dopuszczalne poziomy narażenia zawodowego nie istnieją dla większości z nich. Praca z proszkami wymaga ograniczenia emisji, wentylacji i ochrony dróg oddechowych ustalonych na podstawie kompetentnej oceny ryzyka, a konkretne materiały mogą wymagać dodatkowych środków kontroli. Szkolenie buduje zrozumienie obrazu zagrożeń i zasad kontroli. Nie stanowi oceny ryzyka, wytycznych co do limitów narażenia ani zgodności regulacyjnej dla żadnego konkretnego materiału czy obiektu.
Co warto z tego zapamiętać
Nanotechnologia to kompetencja stosowana wewnątrz innych funkcji, więc pytanie kadrowe brzmi, który z twoich istniejących zespołów jej potrzebuje, a nie czy budować osobny dział.
Powierzchnia i efekty kwantowe to powód, dla którego ta dziedzina istnieje, a aglomeracja to powód, dla którego tak wiele w niej rozczarowuje komercyjnie.
Charakteryzacja to prawdziwe wąskie gardło. Bez niej przyjmujesz deklaracje, których nie potrafisz zweryfikować.
Skalowanie z laboratorium do produkcji to etap, na którym pada większość przedsięwzięć nanomateriałowych, z tego samego powodu co w bioprocessingu: warunki się zmieniają, a materiał na to reaguje.
A obraz bezpieczeństwa jest naprawdę nierozstrzygnięty, więc ucz podejścia opartego na kontroli i mów to wprost, zamiast sugerować istnienie limitów, których nie ma.
Czy nanotechnologia to ścieżka kariery?
Nie jako nazwa stanowiska. To kompetencja wewnątrz procesów półprzewodnikowych, formulacji, charakteryzacji, powłok, katalizy i dostarczania leków, i właśnie tam ogłasza się te role.
Dlaczego nanomateriały zachowują się inaczej?
Bo duża część ich atomów znajduje się na powierzchni, co zwiększa reaktywność, oraz bo efekty kwantowe sprawiają, że niektóre właściwości zależą od rozmiaru poniżej określonych skal.
Co najbardziej ogranicza sukces komercyjny?
Aglomeracja i skalowanie. Materiał, który sprawdza się w laboratoryjnej dyspersji, w realnej formulacji często się zbryla, a potem zachowuje się jak materiał makroskopowy, który miał ulepszać.
Czy praca z nanomateriałami jest bezpieczna?
Obraz zagrożeń wciąż się kształtuje, a uzgodnione dopuszczalne poziomy narażenia zawodowego nie istnieją dla większości projektowanych nanomateriałów. Odpowiedzialna praktyka opiera się na kontroli: ograniczaniu emisji, wentylacji i ochronie dróg oddechowych, z proszkami traktowanymi jako forma najwyższego ryzyka.
Gdzie to się mieści w domenie?
Szósty z jedenastu kierunków w domenie zaawansowanych materiałów Astra Trainer, najczęściej zestawiany z materiałami elektronicznymi, materiałami energetycznymi, biomateriałami lub inżynierią powierzchni. Zobacz je tutaj.