S-a observat că proprietățile cuantice ale materialului pot diferi la scară nanomatică. Materialul care se comportă ca izolator la nivel molecular poate exprima proprietățile conductorului atunci când este privit la nivelul său la scară nanometrică. Nanotehnologia a apărut ca metodologie de cercetare care se ocupă cu studiul schimbării proprietăților materialului la nano-scară. Aceasta implică studiul combinațional al diferitelor științe, cum ar fi fizica cuantică, fizica semiconductorilor, materialul de fabricație , etc. la nivel de nano-scară. Materialele formate prin utilizarea principiilor și metodelor nanotehnologiei, ale căror proprietăți se află între cele ale solidelor macroscopice și ale sistemelor atomice, sunt cunoscute sub numele de Nanomateriale.

Ce sunt nanomaterialele?

Termenul nano-scară se referă la dimensiunea 10^-9metri. Este partea a miliardime a unui metru. Deci, particulele a căror dimensiune externă sau dimensiunea structurii interne sau dimensiunea structurii suprafeței se află în intervalul de la 1nm la 100nm sunt considerate ca fiind nanomateriale.

Aceste materiale sunt invizibile cu ochiul liber. Abordarea bazată pe știința materialelor a nanotehnologiei este luată în considerare pentru nanomateriale. La această scară, aceste materiale au proprietăți optice, electronice, mecanice și cuantice unice în comparație cu comportamentul lor la scară moleculară.

Un nanomaterial poate fi un nano obiect sau un material nanostructurat. Obiectele Nao sunt piesele discrete de material, pe de altă parte, materialele nanostructurate au structura lor internă sau de suprafață în dimensiunea nano-scară.

Nanomaterialele pot fi de existență naturală, fabricate artificial sau formate accidental. Odată cu avansul în cercetare, nanomaterialele sunt comercializate și sunt utilizate ca mărfuri.

Proprietățile nanomaterialelor

O schimbare drastică în proprietățile nanomaterialelor pot fi observate atunci când sunt defalcate la nivelul nano-scării. Pe măsură ce ne îndreptăm spre nivelul nano-scară de la nivelul molecular, proprietățile electronice ale materialelor se modifică datorită efectului de dimensiune cuantică. Schimbarea proprietăților mecanice, termice și catalitice ale materialelor poate fi observată odată cu creșterea raportului suprafață / volum la nivel nanomedical.

Multe dintre materialele izolatoare încep să se comporte ca conductori la dimensiunile lor la scară nanomatică. În mod similar, pe măsură ce atingem dimensiunile nanoescale, se pot observa multe fenomene cuantice și de suprafață interesante.

Dimensiunea particulelor, forma, compoziția chimică, structura cristalină, stabilitatea fizico-chimică, suprafața și energia de suprafață, etc ... se atribuie proprietăților fizico-chimice ale nanomaterialelor. Pe măsură ce raportul dintre suprafață și volum al nanomaterialelor crește, suprafața lor devine mai reactivă asupra sa și asupra altor sisteme. Mărimea nanomaterialelor joacă un rol semnificativ în comportamentul lor farmacologic. Atunci când nanomaterialele interacționează cu apa sau alte medii de dispersie, acestea își pot rearanja structura cristalină. Mărimea, compoziția și sarcina de suprafață a nanomaterialelor afectează stările lor de agregare. Proprietățile magnetice, fizico-chimice și psiho-cinetice ale acestor materiale sunt afectate de acoperirea suprafeței. Aceste materiale produc ROS atunci când suprafața lor reacționează cu oxigenul, ozonul și materialele de tranziție.

La nivel nanomic, interacțiunea dintre particule se datorează fie forțelor van der Waal, fie legăturilor polare sau covalente puternice. Proprietățile de suprafață ale nanomaterialelor și interacțiunile lor cu alte elemente și medii pot fi modificate prin utilizarea polielectrolitelor.

Exemple

Nanomaterialele pot fi găsite fie ca nanomateriale proiectate, întâmplătoare sau de existență naturală. Nanomaterialele proiectate sunt fabricate de oameni cu unele proprietăți dorite. Acestea includ nanomateriale de negru de fum și dioxid de titan. Nanoparticulele sunt produse, de asemenea, datorită proceselor mecanice sau industriale, întâmplător, ca în timpul evacuărilor vehiculului, a fumului de sudură, a gătitului și a încălzirii combustibilului. Nanomaterialele atmosferice produse accidental sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de particule ultrafine. Fulerenele sunt nanomaterialul produs datorită arderii biomasei, lumânării.

“ce este un transformator potențial ”

Nanotub

Nanomaterialele naturale existente se formează datorită multor procese naturale, cum ar fi incendii de pădure, cenușă vulcanică, pulverizare oceanică, degradarea metalelor, etc. exemple de nanomateriale prezente în sistemele biologice sunt structura cristalelor de ceară care acoperă lotusul, structura virușilor, mătasea păianjenului, nuanța albastră a păianjenilor tarantulei, solzii aripilor de fluture. Particulele precum laptele, sângele, cornul, dinții, pielea, hârtia, coralii, ciocurile, penele, matricea osoasă, bumbacul, unghia etc. sunt nanomateriale organice naturale. Argilele sunt exemplul nanomaterialului anorganic natural, deoarece se formează datorită creșterilor cristaline în diverse condiții chimice de pe scoarța terestră.

Clasificare

Clasificarea nanomaterialelor depinde în principal de morfologie și structura acestora, acestea sunt clasificate în două grupe majore ca materiale consolidate și nanodispersiuni. Nanomaterialele consolidate sunt clasificate în continuare în mai multe grupuri. Sistemele Nano dispersive unidimensionale sunt denumite Nanopulberi și Nanoparticule. Aici nanoparticulele sunt clasificate în continuare ca nanocristale, nanoclustri, nanotuburi, supermolecule etc.

“tipuri de controlere solare de încărcare ”

Pentru nanomateriale, dimensiunea este un atribut fizic important. Nanomaterialele sunt adesea clasificate în funcție de numărul dimensiunilor lor care se încadrează în nanoscală. Nanomaterialul ale cărui toate cele trei dimensiuni sunt la scară nanomatică și care nu prezintă nicio diferență semnificativă între cele mai lungi și cele mai scurte axe, se numesc nanoparticule. Materialele cu cele două dimensiuni ale lor la nano-scară se numesc Nanofibre. Nanofibrele goale sunt cunoscute sub numele de Nanotuburi, iar cele solide sunt cunoscute sub numele de Nanorods. Materialele cu o dimensiune la scară nanomatică sunt cunoscute sub numele de Nanoplate. Nanoplăcile cu două dimensiuni mai lungi diferite sunt cunoscute sub numele de Nanoriboni.

Pe baza fazelor materiei conținute de materialele nanostructurate, acestea sunt clasificate ca materiale nanocompozite, nanofoam, nanoporoase și nanocristaline. Materialele solide care conțin cel puțin o regiune distinctă din punct de vedere fizic sau chimic, cu cel puțin o regiune cu dimensiuni în nanoscală, se numesc Nano Compozite. Nanofoams conțin o matrice lichidă sau solidă, umplută cu o fază gazoasă și una dintre cele două faze are dimensiuni la nanoscală.

Materialele solide cu nanopori, cavitățile cu dimensiuni la nano-scară sunt considerate materiale nanoporoase. Materialele nanocristaline au boabe de cristal în nanoscală.

Aplicațiile nanomaterialelor

Astăzi nanomaterialele sunt extrem de comercializate. Unele dintre nanomaterialele comerciale disponibile pe piață sunt produse cosmetice, materiale textile rezistente la tulpini, produse electronice, produse de protecție solară, vopsele, etc. cauzate de băuturile de la lumina soarelui, sticlele de sticlă sunt acoperite cu nanocoating care blochează razele UV. Folosirea compozitelor nano-argiloase sunt fabricate mingi de tenis de lungă durată. Silica la scară nano este utilizată ca umplutură în umpluturile dentare.

Proprietățile optice ale nanomaterialelor sunt utilizate pentru a forma detectoare optice, senzori, lasere, afișaje, celule solare. Această proprietate este folosită și în biomedicină și fotoelectrochimie. În celulele de combustie microbiene, electrozii sunt compuși din nanotuburi de carbon. Selenura de zinc nanocristalină este utilizată pe ecranele de afișare pentru a crește rezoluția pixelilor care formează televizoare de înaltă definiție și calculatoare personale. În industria microelectronică, se subliniază miniaturizarea circuitelor precum tranzistoare, diode, rezistențe și condensatori.

Nanofilele sunt utilizate în formarea fără joncțiuni tranzistoare . Nanomaterialele sunt, de asemenea, utilizate ca catalizatori în convertoarele catalitice și sistemele de generare a energiei pentru automobile, pentru a reacționa cu gaze toxice precum monoxidul de carbon și oxidul de azot, prevenind astfel poluarea mediului cauzată de acestea. Pentru a crește factorul de protecție solară (SPF) în produsele de protecție solară se utilizează nano-TiO2. Pentru a oferi o suprafață extrem de activă senzorilor, se utilizează nanostraturi proiectate.

Fulerenele sunt utilizate în cancer pentru a trata celulele canceroase, cum ar fi melanomul. Aceștia au găsit, de asemenea, utilizarea ca agenți antimicrobieni cu lumină activată. Datorită proprietăților lor optice și electrice, punctele cuantice, nanofirurile și nanorodurile au optat foarte mult pentru optoelectronică. Nanomaterialele sunt testate pentru aplicații în ingineria țesuturilor, livrarea medicamentelor și biosenzorii. Nanozimele sunt enzimele artificiale utilizate pentru biosensibilizare, bioimagistică, detectarea tumorii.

Avantajele și dezavantajele nanomaterialelor

Proprietățile electrice, magnetice, optice și mecanice ale nanomaterialelor au oferit multe aplicații fascinante. Cercetările sunt încă în desfășurare pentru a cunoaște aceste proprietăți. Proprietățile nanomaterialelor diferă de cele ale modelului de mărime în vrac. Unele dintre avantajele nanomaterialelor sunt următoarele:

Nanomaterial semiconductor Particulele q prezintă efecte cuantice de confinare, oferindu-le astfel proprietatea de luminescență.
Comparativ cu ceramica cu granulație, ceramica nanofazică este mai ductilă la temperaturi ridicate.
Proprietatea de sudare la rece a pulberilor metalice nanozizate împreună cu ductilitatea lor este extrem de utilă pentru lipirea metal-metal.
Particulele magnetice nano-dimensionate oferă proprietăți de super paramagnetism.
Clustere de metale nanostructurate cu compoziție monometalică acționează ca precursori ai catalizatorilor eterogeni.
Pentru celulele solare, filmele de siliciu nanocristalin formează un contact foarte transparent.
Filmele poroase oxidate de titan nanostructurate asigură o transmisie ridicată și îmbunătățesc suprafața ridicată.
Provocări cu care se confruntă industria microelectronică în miniaturizarea circuitelor, cum ar fi disiparea slabă a căldurii generate de viteza mare microprocesoare , fiabilitatea slabă poate fi depășită cu ajutorul materialelor nanocristaline. Acestea asigură conductivitate termică ridicată, durabilitate ridicată și interconectări durabile de lungă durată.

Există, de asemenea, unele dezavantaje tehnologice găsite în utilizarea nanomaterialelor. Unele dintre aceste dezavantaje sunt următoarele -

Instabilitatea nanomaterialelor.
Rezistență slabă la coroziune.
Solubilitate ridicată.
Când nanomaterialele cu suprafață ridicată intră în contact direct cu oxigenul are loc o ardere exotermă care duce la o explozie.
Impuritate
Nanomaterialele sunt considerate a fi dăunătoare biologic. Acestea au o toxicitate ridicată care poate duce la iritații.
Cancerogen
Greu de sintetizat
Nu este disponibilă o eliminare sigură
Greu de reciclat

Astăzi Nanomaterialele împreună cu nanotehnologie revoluționează modurile în care sunt fabricate diferite produse. Numiți un nanomaterial organic care apare în mod natural?