Zistilo sa, že kvantové vlastnosti materiálu sa môžu v nanomierke líšiť. Materiál, ktorý sa chová ako izolátor na molekulárnej úrovni, môže vyjadriť vlastnosti vodiča pri pohľade na jeho úroveň v nanomere. Nanotechnológia sa objavila ako metodika výskumu, ktorá sa zaoberá štúdiom zmien vlastností materiálu v nanorozsahu. Zahŕňa to kombinačné štúdium rôznych vied, ako sú kvantová fyzika, fyzika polovodičov, materiál výroba atď. na úrovni nanorozmerov. Materiály vytvorené pomocou princípov a metód nanotechnológie, ktorých vlastnosti ležia medzi vlastnosťami makroskopických tuhých látok a atómových systémov, sú známe ako nanomateriály.

Čo sú to nanomateriály?

Pojem nanomierka sa týka dimenzie 10^-9metrov. Je to milióntina časť metra. Takže častice, ktorých vonkajší rozmer alebo rozmer vnútornej štruktúry alebo rozmer povrchovej štruktúry leží v rozmedzí od 1 nm do 100 nm, sa považujú za nanomateriály.

Tieto materiály sú voľným okom neviditeľné. U nanomateriálov sa uvažuje o nanotechnológiách založený na materiálových vedách. V tomto meradle majú tieto materiály jedinečné optické, elektronické, mechanické a kvantové vlastnosti v porovnaní s chovaním v molekulárnom meradle.

Nanomateriál môže byť nano objekt alebo nanostrukturovaný materiál. Nao objekty sú diskrétne kúsky materiálu, na druhej strane nanostrukturované materiály majú svoju vnútornú alebo povrchovú štruktúru v dimenzii nanometrov.

Nanomateriály môžu mať prirodzenú existenciu, môžu byť umelo vyrobené alebo vyrobené mimochodom. S pokrokom vo výskume sa nanomateriály komercializujú a používajú ako komodity.

Vlastnosti nanomateriálov

Razantná zmena v vlastnosti nanomateriálov možno pozorovať, keď sa rozpadajú na úroveň nanorozmerov. Keď pôjdeme z molekulárnej úrovne na úroveň nanorozmerov, elektronické vlastnosti materiálov sa upravia vďaka efektu kvantovej veľkosti. Zmenu mechanických, tepelných a katalytických vlastností materiálov je možné pozorovať pri zvýšení pomeru povrchovej plochy k objemu na úrovni nanometrov.

Mnoho z izolačných materiálov sa začína správať ako vodič pri svojich rozmeroch v nanorozmeroch. Podobne, keď dosiahneme rozmery nanometrov, možno pozorovať veľa zaujímavých kvantových a povrchových javov.

Veľkosť, tvar, chemické zloženie častíc, kryštalická štruktúra, fyzikálno-chemická stabilita, povrch a povrchová energia atď. Pripisujú fyzikálno-chemické vlastnosti nanomateriálov. So zvyšujúcim sa pomerom povrchovej plochy a objemu nanomateriálov sa stáva ich povrch reaktívnejším na sebe aj na iných systémoch. Veľkosť nanomateriálov hrá významnú úlohu v ich farmakologickom správaní. Keď nanomateriály interagujú s vodou alebo iným disperzným médiom, môžu usporiadať svoju kryštalickú štruktúru. Veľkosť, zloženie a povrchový náboj nanomateriálov ovplyvňujú ich agregačné stavy. Magnetické, fyzikálno-chemické a psychokinetické vlastnosti týchto materiálov sú ovplyvnené povrchovou úpravou. Tieto materiály vytvárajú ROS, keď ich povrch reaguje s kyslíkom, ozónom a prechodnými materiálmi.

Na úrovni nanorozmerov je interakcia medzi časticami spôsobená van der Waalovými silami alebo silnými polárnymi alebo kovalentnými väzbami. Povrchové vlastnosti nanomateriálov a ich interakcie s inými prvkami a prostrediami je možné modifikovať použitím polyelektrolytov.

Príklady

Nanomateriály možno nájsť buď ako umelé nanomateriály, náhodné alebo prirodzené. Konštruované nanomateriály vyrábajú ľudia s niektorými požadovanými vlastnosťami. Zahŕňajú sadze a nanomateriály oxidu titaničitého. Nanočastice sa vyrábajú aj mechanickými alebo priemyselnými procesmi náhodne, napríklad počas výfukov vozidla, výparov zo zvárania, varenia a ohrievania paliva. Náhodne vyrobené atmosférické nanomateriály sú tiež známe ako ultrajemné častice. Fullerény sú nanomateriál vyrobený spaľovaním biomasy, sviečok.

“práca detektora kovov so schémou zapojenia ”

Nanorúrka

Existujúce prírodné nanomateriály sa tvoria vďaka mnohým prírodným procesom, ako sú lesné požiare, sopečný popol, postrek oceánmi, zvetrávanie kovov atď. Niektoré z príklady nanomateriálov v biologických systémoch sú prítomné štruktúry voskových kryštálov pokrývajúcich lotos, štruktúra vírusov, hodváb pavúkov, modrý odtieň pavúkov tarantule, váhy motýlích krídel. Častice ako mlieko, krv, roh, zuby, koža, papier, koraly, zobáky, perie, kostná hmota, bavlna, nechty atď. Sú prírodnými organickými nanomateriálmi. Hliny sú príkladom prirodzene sa vyskytujúceho anorganického nanomateriálu, pretože sa tvoria v dôsledku rastu kryštálov v rôznych chemických podmienkach na zemskej kôre.

Klasifikácia

Klasifikácia nanomateriálov závisí predovšetkým od morfológie a ich štruktúry. Rozdeľujú sa do dvoch hlavných skupín na konsolidované materiály a nanodisperzie. Konsolidované nanomateriály sa ďalej delia do niekoľkých skupín. Jednorozmerné nano disperzné systémy sa nazývajú Nanoprášky a Nanočastice. Nanočastice sa tu ďalej klasifikujú ako nanokryštály, nanoklastre, nanorúrky, supermolekuly atď.

“čo je analógový obvod ”

Pre nanomateriály je veľkosť dôležitým fyzikálnym atribútom. Nanomateriály sa často klasifikujú v závislosti od počtu ich rozmerov, ktoré spadajú pod nanomierku. Nanomateriál, ktorého všetky tri rozmery sú v nanorozmeroch a medzi najdlhšou a najkratšou osou nie je významne žiadny rozdiel, sa nazývajú nanočastice. Materiály s ich dvoma rozmermi v nanoúrovni sa nazývajú Nanovlákna. Duté nanovlákna sú známe ako nanorúrky a pevné častice sú známe ako nanoródy. Materiály s jednou dimenziou v nanorozmeroch sú známe ako Nanoplates. Nanoploty s dvoma rôznymi dlhšími rozmermi sú známe ako nanoribóny.

Na základe fáz hmoty obsiahnutých v nanostrukturovaných materiáloch sa klasifikujú ako nanokompozity, nanopeny, nanoporézne a nanokryštalické materiály. Pevné materiály obsahujúce najmenej jednu fyzikálne alebo chemicky odlišnú oblasť s najmenej jednou oblasťou s rozmermi v nanomere sa nazývajú nanokompozity. Nanofoamy obsahujú tekutú alebo tuhú matricu naplnenú plynnou fázou a jedna z dvoch fáz má rozmery v nanorozmeroch.

Pevné materiály s nanopórmi, dutiny s rozmermi na nanorozmeroch sa považujú za nanoporézne materiály. Nanokryštalické materiály majú v nanomierke zrná kryštálu.

Aplikácie nanomateriálov

V súčasnosti sa nanomateriály veľmi komerčne využívajú. Niektoré komerčné nanomateriály dostupné na trhu sú kozmetika, textil odolný voči namáhaniu, elektronika, krémy na opaľovanie, farby atď. Nanokompozity a nanokompozity sa používajú v rôznych spotrebných výrobkoch, ako sú športové potreby, okná, automobily atď. Na ochranu pred poškodením kvôli nápojom zo slnečného žiarenia sú sklenené fľaše potiahnuté nanopovlakovaním, ktoré blokuje UV žiarenie. Použitím nanolitických kompozitov sa vyrábajú trvanlivejšie tenisové loptičky. Nanoscale silika sa používa ako výplň do zubných výplní.

Optické vlastnosti nanomateriálov sa používajú na výrobu optických detektorov, senzorov, laserov, displejov, solárnych článkov. Táto vlastnosť sa používa aj v biomedicíne a fotoelektrochémii. V mikrobiálnych palivových článkoch sú elektródy tvorené uhlíkovými nanorúrkami. Nanokryštalický selenid zinočnatý sa používa na obrazovkách na zvýšenie rozlíšenia pixelov, ktoré vytvárajú televízory s vysokým rozlíšením a osobné počítače. V mikroelektronickom priemysle sa zdôrazňuje miniaturizácia obvodov, ako sú tranzistory, diódy, rezistory a kondenzátory.

Nanodrôty sa používajú pri tvarovaní bez spojov tranzistory . Nanomateriály sa tiež používajú ako katalyzátory v automobilových katalyzátoroch a systémoch na výrobu energie na reakciu s toxickými plynmi, ako je oxid uhoľnatý a oxid dusnatý, čím sa zabráni ich znečisťovaniu životného prostredia. Na zvýšenie slnečného ochranného faktora (SPF) v opaľovacích krémoch sa používa nano-TiO2. Na zabezpečenie vysoko aktívneho povrchu senzorov sa používajú upravené nanovrstvy.

Fullerény sa používajú pri rakovine na liečbu rakovinových buniek, ako je melanóm. Našli tiež použitie ako svetlo aktivované antimikrobiálne látky. Kvantové bodky, nanodrôty a nanorody sa vďaka svojim optickým a elektrickým vlastnostiam vysoko rozhodli pre optoelektroniku. Nanomateriály sa testujú na aplikácie v tkanivovom inžinierstve, dodávaní liekov a biosenzoroch. Nanozýmy sú umelé enzýmy používané na biosenzovanie, bioobrazovanie a detekciu nádorov.

Výhody a nevýhody nanomateriálov

Elektrické, magnetické, optické a mechanické vlastnosti nanomateriálov poskytli mnoho fascinujúcich aplikácií. O týchto vlastnostiach stále prebiehajú výskumy. Vlastnosti nanomateriálov sa líšia od vlastností modelu hromadnej veľkosti. Niektoré z výhod nanomateriálov sú nasledujúce -

Nanomateriál polovodič Častice q vykazujú účinky kvantového obmedzenia, čím im dávajú luminiscenčnú vlastnosť.
V porovnaní s hrubozrnnou keramikou je nanofázová keramika za zvýšených teplôt tvárnejšia.
Vlastnosti zvárania za studena u nanočastíc kovových práškov spolu s ich tvárnosťou sú veľmi užitočné na spájanie kovov s kovmi.
Jednotlivé nanozmerované magnetické častice poskytujú superparamagnetickú vlastnosť.
Nanostrukturované kovové zhluky monokovového zloženia pôsobia ako prekurzory heterogénnych katalyzátorov.
V prípade solárnych článkov tvoria nanokryštalické kremíkové filmy vysoko transparentný kontakt.
Nanostrukturované porézne filmy oxidu titaničitého poskytujú vysoký prenos a zväčšenie povrchu.
Výzvy, ktorým čelí mikroelektronický priemysel pri miniaturizácii obvodov, ako je slabý odvod tepla generovaného vysokorýchlostnými mikroprocesory , zlú spoľahlivosť je možné prekonať pomocou nanokryštalických materiálov. Poskytujú vysokú tepelnú vodivosť, vysokú odolnosť a trvanlivé dlhotrvajúce prepojenia.

Pri používaní nanomateriálov sa našli aj niektoré technologické nevýhody. Niektoré z týchto nevýhod sú nasledujúce -

Nestabilita nanomateriálov.
Zlá odolnosť proti korózii.
Vysoká rozpustnosť.
Keď nanomateriály s veľkým povrchom prídu do priameho kontaktu s kyslíkom, dôjde k exotermickému horeniu, ktoré vedie k výbuchu.
Nečistota
Nanomateriály sa považujú za biologicky škodlivé. Majú vysokú toxicitu, ktorá môže viesť k podráždeniu.
Karcinogénny
Ťažko sa syntetizuje
Nie je k dispozícii bezpečná likvidácia
Ťažko recyklovateľný

Dnes Nanomateriály spolu s nanotechnológie predstavuje revolúciu v spôsoboch výroby rôznych výrobkov. Pomenujete organický prirodzene sa vyskytujúci nanomateriál?