Было замечено, что квантовые свойства материала могут различаться в наномасштабе. Материал, выступающий в качестве изолятора на молекулярном уровне, может выражать свойства проводника, если смотреть на его наноразмерном уровне. Нанотехнологии возникли как исследовательская методология, которая занимается изучением изменения свойств материала в наномасштабе. Он включает в себя комбинированное изучение различных наук, таких как квантовая физика, физика полупроводников, материаловедение. производство и т. д. на наномасштабном уровне. Материалы, сформированные с использованием принципов и методов нанотехнологии, чьи свойства лежат между свойствами макроскопических твердых тел и атомных систем, известны как наноматериалы.

Что такое наноматериалы?

Термин наномасштаб относится к размеру 10^-9метров. Это одна миллиардная часть метра. Таким образом, частицы, у которых любой из внешних размеров, размеров внутренней структуры или размеров поверхностной структуры лежит в диапазоне от 1 нм до 100 нм, считаются наноматериалами.

Эти материалы невидимы невооруженным глазом. Материаловедческий подход к нанотехнологиям рассматривается для наноматериалов. В этом масштабе эти материалы обладают уникальными оптическими, электронными, механическими и квантовыми свойствами по сравнению с их поведением на молекулярном уровне.

Наноматериал может быть нанообъектом или наноструктурированным материалом. Nao объекты представляют собой дискретные части материала, с другой стороны, наноструктурированные материалы имеют свою внутреннюю или поверхностную структуру в наноразмерном измерении.

Наноматериалы могут быть естественными, искусственно созданными или случайно образованными. С развитием исследований наноматериалы коммерциализируются и используются как товары.

Свойства наноматериалов

Резкое изменение свойства наноматериалов можно наблюдать, когда они распадаются на наноразмерный уровень. По мере приближения к наноразмерному уровню от молекулярного уровня электронные свойства материалов изменяются из-за квантового размерного эффекта. Изменение механических, термических и каталитических свойств материалов можно увидеть с увеличением отношения площади поверхности к объему на наномасштабном уровне.

Многие из изоляционных материалов начинают вести себя как проводники при своих наноразмерных размерах. Точно так же, когда мы достигаем наноразмеров, можно наблюдать множество интересных квантовых и поверхностных явлений.

Размер, форма, химический состав, кристаллическая структура, физико-химическая стабильность, площадь поверхности, поверхностная энергия и т.д. зависят от физико-химических свойств наноматериалов. По мере увеличения отношения площади поверхности к объему наноматериалов их поверхность становится более активной по отношению к себе и другим системам. Размер наноматериалов играет важную роль в их фармакологическом поведении. Когда наноматериалы взаимодействуют с водой или другими дисперсионными средами, они могут изменять свою кристаллическую структуру. Размер, состав и поверхностный заряд наноматериалов влияют на их агрегатное состояние. Покрытие поверхности влияет на магнитные, физико-химические и психокинетические свойства этих материалов. Эти материалы производят АФК, когда их поверхность реагирует с кислородом, озоном и переходными материалами.

На наномасштабном уровне взаимодействие между частицами происходит либо за счет сил Ван-дер-Вааль, либо за счет сильных полярных или ковалентных связей. Поверхностные свойства наноматериалов и их взаимодействия с другими элементами и средами могут быть изменены с использованием полиэлектролитов.

Примеры

Наноматериалы могут быть либо искусственно созданными, либо случайными, либо естественными. Разработанные наноматериалы производятся людьми с некоторыми желаемыми свойствами. Они включают наноматериалы сажи и диоксида титана. Наночастицы также образуются в результате механических или промышленных процессов, например выхлопных газов автомобилей, сварочного дыма, приготовления пищи и нагревания топлива. Произведенные случайно атмосферные наноматериалы также известны как ультрамелкие частицы. Фуллерены - это наноматериал, получаемый при сжигании биомассы, свечи.

“мегомметр используется для измерения ”

Нанотрубка

Существующие природные наноматериалы образуются в результате многих естественных процессов, таких как лесные пожары, вулканический пепел, брызги океана, выветривание металлов и т. Д. примеры наноматериалов В биологических системах присутствуют структура восковых кристаллов, покрывающих лотос, структура вирусов, шелк паутинного клеща, голубой оттенок пауков-птицеедов, чешуя крыльев бабочки. Такие частицы, как молоко, кровь, рог, зубы, кожа, бумага, кораллы, клювы, перья, костная матрица, хлопок, ноготь и т. Д., Являются полностью естественными органическими наноматериалами. Глины являются примером встречающихся в природе неорганических наноматериалов, поскольку они образуются в результате роста кристаллов в различных химических условиях земной коры.

Классификация

Классификация наноматериалов в основном зависит от морфологии и их структуры, они подразделяются на две основные группы: консолидированные материалы и нанодисперсии. Консолидированные наноматериалы делятся на несколько групп. Одномерные нанодисперсионные системы называются нанопорошками и наночастицами. Здесь наночастицы далее классифицируются как нанокристаллы, нанокластеры, нанотрубки, супермолекулы и т. Д.

“что такое аналоговая схема ”

Для наноматериалов размер является важным физическим атрибутом. Наноматериалы часто классифицируют в зависимости от того, сколько их размеров попадает в наноразмер. Наноматериал, все три измерения которого имеют наноразмерный размер, и между самой длинной и самой короткой осями нет значительной разницы, называются наночастицами. Материалы с их двумя измерениями в наномасштабе называются нановолокнами. Полые нановолокна известны как нанотрубки, а твердые - как наностержни. Материалы с одним измерением в наномасштабе известны как нанопластины. Нанопластинки с двумя разными более длинными размерами известны как наноленты.

В зависимости от фаз вещества, содержащегося в наноструктурированных материалах, они классифицируются как нанокомпозиты, нано-пена, нанопористые и нанокристаллические материалы. Твердые материалы, содержащие по крайней мере одну физически или химически отличную область с по крайней мере одной областью с размерами в наномасштабе, называются нанокомпозитами. Нано-пена содержит жидкую или твердую матрицу, заполненную газовой фазой, и одна из двух фаз имеет размеры в наномасштабе.

Твердые материалы с нанопорами, полостями с размерами в наномасштабе считаются нанопористыми материалами. Нанокристаллические материалы имеют кристаллические зерна в наномасштабе.

Применение наноматериалов

Сегодня наноматериалы широко продаются. Некоторые коммерческие наноматериалы, доступные на рынке, включают косметику, устойчивый к деформации текстиль, электронику, солнцезащитные кремы, краски и т. Д. Нанопокрытия и нанокомпозиты используются в различных потребительских товарах, таких как спортивное оборудование, окна, автомобили и т. Д. Для защиты от повреждений Стеклянные бутылки покрываются нанопокрытием, которое блокирует УФ-лучи. С использованием композитов из наноглины изготавливаются более долговечные теннисные мячи. Наноразмерный диоксид кремния используется в качестве наполнителя в зубных пломбах.

Оптические свойства наноматериалов используются для формирования оптических детекторов, сенсоров, лазеров, дисплеев, солнечных элементов. Это свойство также используется в биомедицине и фотоэлектрохимии. В микробных топливных элементах электроды состоят из углеродных нанотрубок. Нанокристаллический селенид цинка используется в экранах дисплеев для увеличения разрешения пикселей, образующих телевизоры высокой четкости и персональные компьютеры. В микроэлектронной промышленности делается упор на миниатюризацию схем, таких как транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы.

Нанопроволоки используются при формировании бесстыковых транзисторы . Наноматериалы также используются в качестве катализаторов в автомобильных каталитических нейтрализаторах и системах выработки электроэнергии для реакции с токсичными газами, такими как оксид углерода и оксид азота, тем самым предотвращая вызываемое ими загрязнение окружающей среды. Для увеличения солнцезащитного фактора (SPF) в солнцезащитных кремах используется нано-TiO2. Для обеспечения высокоактивной поверхности сенсоров используются инженерные нанослои.

Фуллерены используются при раке для лечения раковых клеток, таких как меланома. Они также нашли применение в качестве активируемых светом противомикробных агентов. Благодаря своим оптическим и электрическим свойствам квантовые точки, нанопроволоки и наностержни сделали большой выбор в пользу оптоэлектроники. Наноматериалы проходят испытания для применения в тканевой инженерии, доставке лекарств и биосенсорах. Нанозимы - это искусственные ферменты, используемые для биочувствительности, биовизуализации и обнаружения опухолей.

Преимущества и недостатки наноматериалов

Электрические, магнитные, оптические и механические свойства наноматериалов обеспечили множество интересных приложений. Исследования этих свойств все еще продолжаются. Свойства наноматериалов отличаются от свойств их объемной модели. Некоторые из преимуществ наноматериалов следующие:

Наноматериал полупроводник q-частицы демонстрируют эффекты квантового ограничения, тем самым придавая им свойство люминесценции.
По сравнению с крупнозернистой керамикой, нанофазная керамика более пластична при повышенных температурах.
Свойство холодной сварки наноразмерных металлических порошков вместе с их пластичностью очень полезно для соединения металла с металлом.
Одиночные наноразмерные магнитные частицы обеспечивают свойство суперпарамагнетизма.
Наноструктурированные металлические кластеры монометаллического состава служат прекурсорами для гетерогенных катализаторов.
В солнечных элементах пленки нанокристаллического кремния образуют очень прозрачный контакт.
Пористые пленки наноструктурированного оксида титана обеспечивают высокое пропускание и увеличение площади поверхности.
Проблемы, с которыми сталкивается микроэлектронная промышленность при миниатюризации схем, такие как плохое рассеивание тепла, выделяемого высокоскоростными двигателями. микропроцессоры , низкая надежность может быть преодолена с помощью нанокристаллических материалов. Они обеспечивают высокую теплопроводность, высокую прочность и долговечные долговечные соединения.

Использование наноматериалов также имеет некоторые технологические недостатки. Вот некоторые из этих недостатков:

Нестабильность наноматериалов.
Плохая коррозионная стойкость.
Высокая растворимость.
Когда наноматериалы с большой площадью поверхности вступают в прямой контакт с кислородом, происходит экзотермическое горение, ведущее к взрыву.
Примесь
Наноматериалы считаются биологически вредными. Они обладают высокой токсичностью, что может вызвать раздражение.
Канцерогенный
Сложно синтезировать
Безопасная утилизация недоступна
Трудно перерабатывать

Сегодня наноматериалы вместе с нанотехнологии революционизирует способы производства различных продуктов. Назовите органический наноматериал природного происхождения?