Mik azok a nanoanyagok - osztályozás és tulajdonságai

Megfigyelték, hogy az anyag kvantumtulajdonságai nanoméretnél eltérhetnek. A molekuláris szinten szigetelőként viselkedő anyag kifejezheti a vezető tulajdonságait, ha nanoszkóp szintjét nézzük. A nanotechnológia mint kutatási módszertan jelent meg, amely az anyag tulajdonságainak változásával foglalkozik a nanoszkópon. Ez magában foglalja a különféle tudományok, például kvantumfizika, félvezetőfizika, anyag, kombinatív tanulmányozását gyártás stb. nanoméretű szinten. A nanotechnológia alapelveinek és módszereinek felhasználásával előállított anyagokat, amelyek tulajdonságai a makroszkopikus szilárd anyagok és az atomrendszerek között helyezkednek el, nanoanyagokként ismerjük.

Mik azok a nanoanyagok?

A nanoméret kifejezés a 10 dimenziójára utal^-9méter. Ez a méter egymilliárd része. Tehát azokat a részecskéket, amelyek bármely külső dimenziója, belső szerkezeti dimenziója vagy felületi dimenziója 1 nm és 100 nm között van, nanoanyagoknak tekintjük.

Ezek az anyagok szabad szemmel láthatatlanok. A nanotechnológia anyagtudományon alapuló megközelítését fontolóra veszik a nanoanyagok esetében. Ennél a skálán ezen anyagok molekuláris skálájú viselkedésükhöz képest egyedülálló optikai, elektronikus, mechanikai és kvantumtulajdonságokkal rendelkeznek.

A nanoanyag lehet nano tárgy vagy nanostrukturált anyag. A nao objektumok a különálló anyagdarabok, másrészt a nanoszerkezetű anyagok belső vagy felületi szerkezete nanoszkóp dimenzióban van.

A nanoanyagok lehetnek természetes eredetűek, mesterségesen előállítottak vagy véletlenül keletkezhetnek. A kutatás előrehaladtával a nanoanyagokat kereskedelmi forgalomba hozzák és áruként használják.

A nanoanyagok tulajdonságai

Drasztikus változás a a nanoanyagok tulajdonságai megfigyelhető, ha lebontják őket nanoszkóp szintre. Miközben molekuláris szintről a nanoszkóp szint felé haladunk, az anyagok elektronikus tulajdonságai a kvantumméret hatására módosulnak. Az anyagok mechanikai, termikus és katalitikus tulajdonságainak változása látható a felület és a térfogat arányának nanoméretű szinten történő növekedésével.

A szigetelőanyagok közül sokan vezetőként viselkednek nanoméretű méretüknél. Hasonlóképpen, amikor elérjük a nanoméretű dimenziókat, sok érdekes kvantum- és felületi jelenség figyelhető meg.

A részecskeméret, alak, kémiai összetétel, kristályszerkezet, fizikai-kémiai stabilitás, felület és felületi energia stb. ... a nanoanyagok fizikai-kémiai tulajdonságainak tulajdonítható. A nanoanyagok felületének és térfogatának arányának növekedésével felületük reaktívabbá válik önmagával és más rendszerekkel szemben. A nanoanyagok mérete jelentős szerepet játszik farmakológiai viselkedésükben. Amikor a nanoanyagok kölcsönhatásba lépnek a vízzel vagy más diszperziós közeggel, átrendezhetik kristályszerkezetüket. A nanoanyagok mérete, összetétele és felületi töltete befolyásolja aggregációs állapotukat. Ezen anyagok mágneses, fizikai-kémiai és pszichokinetikai tulajdonságait befolyásolja a felületi bevonat. Ezek az anyagok akkor termelnek ROS-t, ha felületük reagál oxigénnel, ózonnal és átmeneti anyagokkal.

Nanoméretű szinten a részecskék közötti kölcsönhatás vagy a van der Waal-erőknek, vagy az erős poláris vagy kovalens kötéseknek köszönhető. A nanoanyagok felületi tulajdonságai, valamint más elemekkel és környezettel való kölcsönhatásaik módosíthatók polielektrolitok alkalmazásával.

Példák

A nanoanyagok megtalálhatók akár tervezett, akár mellékhatású, akár természetes létező nanoanyagként. A mesterségesen előállított nanoanyagokat emberek állítják elő, néhány kívánt tulajdonsággal. Ezek közé tartozik a korom és a titán-dioxid nanoanyagok. A nanorészecskéket olyan mechanikai vagy ipari folyamatok is előállítják, amelyek mellesleg a jármű kipufogógázai, a hegesztési füstök, a főzés és az üzemanyag melegítése során keletkeznek. Egyébként a légköri nanoanyagok ultrafinom részecskékként is ismertek. A fullerének azok a nanoanyagok, amelyeket a biomassza, a gyertya elégetése okoz.

Nanocső

A létező természetes nanoanyagok számos természetes folyamatnak köszönhetők, például erdőtüzek, vulkanikus hamu, óceánpermet, fémek időjárása stb. nanoanyagok példái A biológiai rendszerekben jelen vannak a lótuszt borító viaszkristályok szerkezete, a vírusok szerkezete, a pók-atka selyem, a tarantula pókok kék árnyalata, a pillangó szárny pikkelyei. Az olyan részecskék, mint a tej, a vér, a kürt, a fogak, a bőr, a papír, a korallok, a csőr, a toll, a csontmátrix, a pamut, a köröm stb. Teljesen természetes szerves nanoanyagok. Az agyagok példája a természetben előforduló szervetlen nanoanyagnak, mivel a földkéregben különféle kémiai körülmények között kialakuló kristálynövekedések miatt keletkeznek.

Osztályozás

A nanoanyagok osztályozása elsősorban a morfológiától és szerkezetüktől függ, két fő csoportba sorolhatók: Konszolidált anyagok és Nanodiszperziók. Az egyesített nanoanyagokat további csoportokba sorolják. Az egydimenziós Nano diszperz rendszereket nanorészeknek és nanorészecskéknek nevezik. Itt a nanorészecskéket tovább osztályozzák nanokristályok, nanoklaszterek, nanocsövek, szupermolekulák stb.

A nanoanyagok esetében a méret fontos fizikai tulajdonság. A nanoanyagokat gyakran osztályozzák, attól függően, hogy dimenzióik száma nanoméret alá esik-e. Azokat a nanoanyagokat, amelyeknek mindhárom dimenziója nanoméretű, és jelentősen nincs különbség a leghosszabb és a legrövidebb tengely között, nanorészecskéknek nevezzük. Azokat az anyagokat, amelyeknek két dimenziója van a nanoméretben, nanoszálaknak nevezzük. Az üreges nanoszálakat nanocsövekként, a szilárd anyagokat nanorodokként ismerjük. Azokat az anyagokat, amelyeknek egy dimenziója van a nanoméretben, nanoplate néven ismerjük. Két különböző, hosszabb dimenziójú nanoplate néven nanoribbons.

A nanostrukturált anyagok anyagfázisai alapján nanokompozit, nanohab, nanoporózus és nanokristályos anyagok. Azokat a szilárd anyagokat, amelyek legalább egy fizikailag vagy kémiailag megkülönböztethető régiót tartalmaznak, és legalább egy olyan régiót tartalmaznak, amelynek méretei a nanoméretben vannak, nanokompozitoknak nevezzük. A nanohabok folyékony vagy szilárd mátrixot tartalmaznak, gázfázissal töltve, és a két fázis egyikének méretei vannak a nanoszkópban.

Nanoporózus anyagnak tekintjük a nanorészecskékkel rendelkező szilárd anyagokat, a nanoméretű méretű üregeket. A nanokristályos anyagok kristályszemcséi vannak a nanoszkópban.

A nanoanyagok alkalmazása

Napjainkban a nanoanyagokat erősen forgalmazzák. A piacon kapható kereskedelmi nanoanyagok egy része kozmetikum, alakváltozásnak ellenálló textíliák, elektronika, fényvédő krémek, festékek stb. a napfénytől származó italok miatt az üvegpalackokat nanoréteggel vonják be, amely elzárja az UV-sugarakat. Nano-agyag kompozitok felhasználásával hosszabb ideig tartó teniszlabdákat gyártanak. A nanoméretű szilícium-dioxidot töltőanyagként használják a fogászati ​​tömésekben.

A nanoanyagok optikai tulajdonságait felhasználják optikai detektorok, érzékelők, lézerek, kijelzők, napelemek kialakításához. Ezt a tulajdonságot használják a biomedicinában és a fotoelektrokémiában is. A mikrobiális üzemanyagcellákban az elektródák szén nanocsövekből állnak. Nanokristályos cink-szelenidet használnak a kijelzőn a nagyfelbontású tévékészülékek és személyi számítógépek képpontjainak felbontásának növelésére. A mikroelektronikai iparban hangsúlyozni kell az áramkörök, például a tranzisztorok, diódák, ellenállások és kondenzátorok miniatürizálását.

A csatlakozás nélküli csatlakozások kialakításához nanovezetékeket használnak tranzisztorok . A nanoanyagokat katalizátorként használják az autó katalizátoraiban és az áramtermelő rendszerekben is, mérgező gázokkal, például szén-monoxiddal és nitrogén-oxiddal reagálva, megakadályozva ezzel az általuk okozott környezeti szennyezést. A fényvédők fényvédő tényezőjének (SPF) növelésére nano-TiO2-t használnak. A szenzorok rendkívül aktív felületének biztosítására nanorétegeket terveznek.

A fulleréneket rákban alkalmazzák rákos sejtek, például melanoma kezelésére. Ezeket fény-aktivált antimikrobiális szerekként is megtalálták. Optikai és elektromos tulajdonságai miatt a kvantumpontok, nanohuzalok és nanorodok magasan az Optoelektronika mellett döntöttek. A nanoanyagok tesztelését szöveti technikában, gyógyszeradagolásban és bioszenzorokban végzik. A nanozimek azok a mesterséges enzimek, amelyeket bioszenzáláshoz, bio képalkotáshoz, tumor detektálásra használnak.

A nanoanyagok előnyei és hátrányai

A nanoanyagok elektromos, mágneses, optikai és mechanikai tulajdonságai számos érdekes alkalmazást nyújtottak. Ezek a tulajdonságok megismerése még folyamatban van. A nanoanyagok tulajdonságai eltérnek az ott ömlesztett méret modelljétől. A nanoanyagok néhány előnye a következő:

• Nanoanyag félvezető A q-részecskék kvantum bezáró hatásokat mutatnak, ezáltal megadva számukra a lumineszcencia tulajdonságot.
• A durva szemcsés kerámiákhoz képest a nanofázisú kerámiák hajlékonyabbak magas hőmérsékleten.
• A nanoméretű fémporok hideghegesztési tulajdonságai, valamint alakíthatóságuk nagyon hasznos a fém-fém kötéshez.
• Az egyetlen nanoszintált mágneses részecske szuper paramágnesességet biztosít.
• A monometál összetételű nanoszerkezetű fémcsoportok a heterogén katalizátorok prekurzoraként működnek.
• A napelemek esetében a nanokristályos szilíciumfilm nagyon átlátszó érintkezést képez.
• A nanoszerkezetű porózus titán-oxid filmek nagy átbocsátást és nagy felületnövekedést biztosítanak.
• A mikroelektronikai ipar előtt álló kihívások az áramkörök miniatürizálásában, például a nagy sebességű mikroprocesszorok , a gyenge megbízhatóság leküzdhető nanokristályos anyagok segítségével. Ezek magas hővezető képességet, nagy tartósságot és tartós, tartós összekapcsolásokat biztosítanak.

Van néhány technológiai hátrány is a nanoanyagok használatában. E hátrányok egy része a következő -

• A nanoanyagok instabilitása.
• Gyenge korrózióállóság.
• Nagy oldhatóság.
• Amikor a nagy felületű nanoanyagok oxigénnel közvetlenül érintkeznek, exoterm égés megy végbe, amely robbanáshoz vezet.
• Szennyeződés
• A nanoanyagokat biológiailag károsnak tekintik. Ezek magas toxicitással rendelkeznek, ami irritációhoz vezethet.
• Rákkeltő
• Nehezen szintetizálható
• Nincs biztonságos ártalmatlanítás
• Nehéz újrahasznosítani

Ma a nanoanyagok együtt nanotechnológia forradalmasítja a különféle termékek gyártásának módjait. Nevezzen meg szervesen természetes módon előforduló nanoanyagot?