Bylo pozorováno, že kvantové vlastnosti materiálu se mohou v nanoměřítku lišit. Materiál chující se jako izolátor na molekulární úrovni může vyjádřit vlastnosti vodiče při pohledu na jeho úroveň v nanoměřítku. Nanotechnologie se ukázala jako metodologie výzkumu, která se zabývá studiem změny vlastností materiálu v nanoměřítku. Zahrnuje kombinované studium různých věd, jako je kvantová fyzika, fyzika polovodičů, materiál výrobní atd. na úrovni nanoměřítka. Materiály vytvořené pomocí principů a metod nanotechnologie, jejichž vlastnosti leží mezi vlastnostmi makroskopických pevných látek a atomových systémů, jsou známé jako nanomateriály.

Co jsou to nanomateriály?

Termín nanoměřítko označuje dimenzi 10^-9metrů. Je to miliardtá část metru. Částice, jejichž kterýkoli z vnějších rozměrů nebo rozměrů vnitřní struktury nebo rozměrů povrchové struktury leží v rozmezí od 1 nm do 100 nm, jsou tedy považovány za nanomateriály.

Tyto materiály jsou pouhým okem neviditelné. U nanomateriálů je uvažován přístup nanotechnologií založený na materiálové vědě. V tomto měřítku mají tyto materiály jedinečné optické, elektronické, mechanické a kvantové vlastnosti ve srovnání s chováním v molekulárním měřítku.

Nanomateriál může být nano předmět nebo nanostrukturovaný materiál. Nao objekty jsou diskrétní kousky materiálu, na druhou stranu nanostrukturované materiály mají svoji vnitřní nebo povrchovou strukturu v dimenzi nanoměřítka.

Nanomateriály mohou být přirozené existence, mohou být uměle vyráběny nebo náhodně formovány. S pokrokem ve výzkumu se nanomateriály komercializují a používají jako komodity.

Vlastnosti nanomateriálů

Drastická změna v vlastnosti nanomateriálů lze pozorovat, když se rozpadají na úroveň nanoměřítka. Jak jdeme na úroveň nanoměřítka z molekulární úrovně, elektronické vlastnosti materiálů se upraví díky efektu kvantové velikosti. Změnu mechanických, tepelných a katalytických vlastností materiálů lze pozorovat s nárůstem poměru povrchové plochy k objemu na úrovni nanoměřítka.

Mnoho z izolačních materiálů se při svých nanoměřítkových rozměrech začíná chovat jako vodiče. Podobně, jak dosáhneme rozměrů nanoměřítka, lze pozorovat mnoho zajímavých kvantových a povrchových jevů.

Velikost částic, tvar, chemické složení, krystalová struktura, fyzikálně-chemická stabilita, povrch a povrchová energie atd., Připisují fyzikálně-chemické vlastnosti nanomateriálů. Jak se zvyšuje poměr povrchu k objemu nanomateriálů, stává se jejich povrch reaktivnějším na sobě i na jiných systémech. Velikost nanomateriálů hraje významnou roli v jejich farmakologickém chování. Když nanomateriály interagují s vodou nebo jinými disperzními médii, mohou změnit uspořádání své krystalové struktury. Velikost, složení a povrchový náboj nanomateriálů ovlivňují jejich agregační stavy. Magnetické, fyzikálně-chemické a psychokinetické vlastnosti těchto materiálů jsou ovlivněny povrchovým povlakem. Tyto materiály produkují ROS, když jejich povrch reaguje s kyslíkem, ozonem a přechodovými materiály.

Na úrovni nanoměřítku je interakce mezi částicemi způsobena van der Waalovými silami nebo silnými polárními nebo kovalentními vazbami. Povrchové vlastnosti nanomateriálů a jejich interakce s jinými prvky a prostředím lze upravit pomocí polyelektrolytů.

Příklady

Nanomateriály lze nalézt buď jako umělé nanomateriály, náhodné nebo přirozené. Umělé nanomateriály vyrábějí lidé s některými požadovanými vlastnostmi. Zahrnují saze a nanomateriály oxidu titaničitého. Nanočástice se také vyrábějí v důsledku mechanických nebo průmyslových procesů, jako jsou výfukové plyny, výpary ze svařování, vaření a ohřev paliva. Náhodně vyrobené atmosférické nanomateriály jsou také známé jako ultrajemné částice. Fullereny jsou nanomateriál produkovaný spalováním biomasy, svíčky.

“existují různé druhy ethernetových kabelů ”

Nanotrubice

Existující přírodní nanomateriály se tvoří díky mnoha přírodním procesům, jako jsou lesní požáry, sopečný popel, oceánský postřik, zvětrávání kovů atd. Některé z příklady nanomateriálů v biologických systémech je přítomna struktura krystalů vosku pokrývající lotos, struktura virů, hedvábné pavoučí roztoče, modrý odstín pavouků tarantule, šupiny motýlích křídel. Částice jako mléko, krev, roh, zuby, kůže, papír, korály, zobáky, peří, kostní matrix, bavlna, nehty atd. Jsou přirozeně se vyskytující organické nanomateriály. Jíl je příkladem přirozeně se vyskytujícího anorganického nanomateriálu, protože se tvoří díky růstu krystalů v různých chemických podmínkách na zemské kůře.

Klasifikace

Klasifikace nanomateriálů závisí hlavně na morfologii a jejich struktuře, dělí se do dvou hlavních skupin na konsolidované materiály a nanodisperze. Konsolidované nanomateriály se dále dělí do několika skupin. Jednorozměrné nano disperzní systémy se nazývají Nanoprášky a Nanočástice. Zde jsou nanočástice dále klasifikovány jako nanokrystaly, nanoklastry, nanotrubičky, supermolekuly atd.

“kolik senzorů je v autě ”

U nanomateriálů je velikost důležitým fyzickým atributem. Nanomateriály jsou často klasifikovány v závislosti na počtu jejich rozměrů spadajících pod nanoměřítko. Nanomateriál, jehož všechny tři dimenze jsou v nanoměřítku a podstatně se neliší mezi nejdelší a nejkratší osou, se nazývají nanočástice. Materiály s jejich dvěma rozměry v nanoměřítku se nazývají Nanovlákna. Dutá nanovlákna jsou známá jako nanotrubice a pevná jsou známá jako nanorody. Materiály s jednou dimenzí v nanoměřítku jsou známé jako Nanoplates. Nanoploty se dvěma různými delšími rozměry jsou známé jako nanoribony.

Na základě fází hmoty obsažených v nanostrukturovaných materiálech jsou klasifikovány jako nanokompozit, nanofoam, nanoporézní a nanokrystalické materiály. Pevné materiály obsahující alespoň jednu fyzicky nebo chemicky odlišnou oblast s alespoň jednou oblastí s rozměry v nanoměřítku se nazývají nanokompozity. Nanofoamy obsahují kapalnou nebo pevnou matrici, naplněnou plynnou fází a jedna ze dvou fází má rozměry v nanoměřítku.

Pevné materiály s nanopóry, dutiny s rozměry na nanoměřítku jsou považovány za nanoporézní materiály. Nanokrystalické materiály mají v nanoměřítku krystalová zrna.

Aplikace nanomateriálů

Dnes jsou nanomateriály velmi komerčně dostupné. Některé komerční nanomateriály dostupné na trhu jsou kosmetika, odolné textilie, elektronika, opalovací krémy, barvy atd. Nanokompozity a nanokompozity se používají v různých spotřebních výrobcích, jako jsou sportovní vybavení, okna, automobily atd. K ochraně škod kvůli nápojům ze slunečního záření jsou skleněné lahve potaženy nanopovlakem, který blokuje UV paprsky. Použitím nano-jílových kompozitů se vyrábějí trvanlivější tenisové míčky. Nanoscale silika se používá jako plnivo v zubních výplních.

Optické vlastnosti nanomateriálů se používají k vytváření optických detektorů, senzorů, laserů, displejů, solárních článků. Tato vlastnost se také používá v biomedicíně a fotoelektrochemii. V mikrobiálních palivových článcích jsou elektrody tvořeny uhlíkovými nanotrubičkami. Nanokrystalický selenid zinečnatý se používá na obrazovkách ke zvýšení rozlišení pixelů tvořících televizory s vysokým rozlišením a osobní počítače. V mikroelektronickém průmyslu je kladen důraz na miniaturizaci obvodů, jako jsou tranzistory, diody, rezistory a kondenzátory.

Nanodráty se používají při formování bez spojení tranzistory . Nanomateriály se také používají jako katalyzátory v automobilových katalyzátorech a systémech výroby energie k reakci s toxickými plyny, jako je oxid uhelnatý a oxid dusíku, čímž zabraňují znečištění životního prostředí způsobenému jimi. Ke zvýšení slunečního ochranného faktoru (SPF) v opalovacích krémech se používá nano-TiO2. K zajištění vysoce aktivního povrchu senzorů se používají upravené nanovrstvy.

Fullereny se používají v rakovině k léčbě rakovinných buněk, jako je melanom. Tito také našli použití jako světlo aktivované antimikrobiální látky. Kvůli svým optickým a elektrickým vlastnostem se kvantové tečky, nanodráty a nanorody rozhodly pro optoelektroniku. Nanomateriály jsou testovány na aplikace v tkáňovém inženýrství, dodávkách léčiv a biosenzorech. Nanozymy jsou umělé enzymy používané pro biosensing, bioimaging, detekci nádorů.

Výhody a nevýhody nanomateriálů

Elektrické, magnetické, optické a mechanické vlastnosti nanomateriálů poskytly mnoho fascinujících aplikací. Výzkum o těchto vlastnostech stále probíhá. Vlastnosti nanomateriálů se liší od vlastností modelu hromadné velikosti. Některé z výhod nanomateriálů jsou následující -

Nanomateriál polovodič q-částice vykazují účinky kvantového omezení, čímž jim dodávají luminiscenční vlastnost.
Ve srovnání s hrubozrnnou keramikou je nanofázová keramika za zvýšených teplot tvárnější.
Vlastnost nanosovaných kovových prášků za studena spolu s jejich tažností je velmi užitečná pro lepení kov-kov.
Jednotlivé nanosized magnetické částice poskytují vlastnost super paramagnetismu.
Nanostrukturované kovové shluky monokovového složení působí jako prekurzory heterogenních katalyzátorů.
U solárních článků tvoří nanokrystalické křemíkové filmy vysoce transparentní kontakt.
Nanostrukturované porézní filmy z oxidu titaničitého poskytují vysokou propustnost a vylepšení vysoké povrchové plochy.
Výzvy, kterým čelí mikroelektronický průmysl v miniaturizaci obvodů, jako je špatný odvod tepla generovaného vysokorychlostními mikroprocesory , špatnou spolehlivost lze překonat pomocí nanokrystalických materiálů. Poskytují vysokou tepelnou vodivost, vysokou odolnost a trvanlivé dlouhodobé propojení.

Při používání nanomateriálů existují také některé technologické nevýhody. Některé z těchto nevýhod jsou následující -

Nestabilita nanomateriálů.
Špatná odolnost proti korozi.
Vysoká rozpustnost.
Když nanomateriály s vysokou povrchovou plochou přicházejí do přímého kontaktu s kyslíkem, dochází k exotermickému spalování, které vede k výbuchu.
Nečistota
Nanomateriály jsou považovány za biologicky škodlivé. Mají vysokou toxicitu, která může vést k podráždění.
Karcinogenní
Je obtížné syntetizovat
Není k dispozici žádná bezpečná likvidace
Těžko se recykluje

Dnes Nanomateriály spolu s nanotechnologie přináší revoluci ve způsobech výroby různých produktů. Pojmenujte organický přirozeně se vyskytující nanomateriál?