Беше забелязано, че квантовите свойства на материала могат да се различават в наномащаба. Материалът, който се държи като изолатор на молекулярно ниво, може да изрази свойствата на проводника, когато се гледа на нивото му в наномащаб. Нанотехнологията се очерта като изследователска методология, която се занимава с изследване на промяната в свойствата на материала в наномащаба. Включва комбинирано изучаване на различни науки като квантова физика, полупроводникова физика, материал производство и др .. на ниво наномащаб. Материалите, образувани чрез използване на принципите и методите на нанотехнологиите, чиито свойства се крият между тези на макроскопичните твърди вещества и атомните системи, са известни като наноматериали.

Какво представляват наноматериалите?

Терминът наномащаб се отнася до измерението 10^-9метри. Това е една милиардна част от метър. Така че частиците, чиито някой от външните размери или размерите на вътрешната структура или размерите на повърхностната структура се намира в диапазона от 1nm до 100nm, се считат за наноматериали.

Тези материали са невидими с просто око. Подходът на нанотехнологиите, основан на материалознанието, се разглежда за наноматериалите. В този мащаб тези материали имат уникални оптични, електронни, механични и квантови свойства в сравнение с тяхното поведение в молекулен мащаб.

Наноматериалът може да бъде нано обект или наноструктуриран материал. Nao обектите са отделните парчета материал, от друга страна, наноструктурираните материали имат своята вътрешна или повърхностна структура в наномащабното измерение.

Наноматериалите могат да бъдат естествено съществуващи, изкуствено произведени или случайно образувани. С напредването на изследванията наноматериалите се комерсиализират и се използват като стоки.

Свойства на наноматериалите

Драстична промяна в свойства на наноматериалите могат да се наблюдават, когато се разбият до наномащабно ниво. Докато се приближаваме към наномащабното ниво от молекулярното, електронните свойства на материалите се модифицират поради ефекта на квантовия размер. Промяната в механичните, термичните и каталитичните свойства на материалите може да се види с увеличаване на съотношението на повърхността към обема на ниво наномащаб.

Много от изолационните материали започват да се държат като проводници при своите наноразмерни размери. По същия начин, когато достигнем наноразмерните размери, могат да се наблюдават много интересни квантови и повърхностни явления.

Размерът на частиците, формата, химичният състав, кристалната структура, физикохимичната стабилност, повърхностната повърхност и повърхностната енергия и т.н. ... се дължи на физикохимичните свойства на наноматериалите. С увеличаването на съотношението на повърхността към обема на наноматериалите, тяхната повърхност става по-реактивна върху себе си и други системи. Размерът на наноматериалите играе съществена роля във фармакологичното им поведение. Когато наноматериалите взаимодействат с вода или други дисперсионни среди, те могат да пренаредят кристалната си структура. Размерът, съставът и повърхностният заряд на наноматериалите влияят върху агрегационните им състояния. Магнитните, физикохимичните и психокинетичните свойства на тези материали се повлияват от повърхностното покритие. Тези материали произвеждат ROS, когато повърхността им реагира с кислород, озон и преходни материали.

На ниво наномащаб взаимодействието между частиците се дължи или на силите на ван дер Ваал, или на силни полярни или ковалентни връзки. Повърхностните свойства на наноматериалите и техните взаимодействия с други елементи и среди могат да бъдат модифицирани с използването на полиелектролити.

Примери

Наноматериалите могат да бъдат намерени като инженерни наноматериали, случайни или естествени. Проектираните наноматериали се произвеждат от хора с някои желани свойства. Те включват наноматериали от сажди и титанов диоксид. Наночастиците също се произвеждат поради механични или промишлени процеси, случайно като по време на изпускателните газове на автомобила, изпаренията при заваряване, готвенето и нагряването на горивото. Случайно произведените атмосферни наноматериали са известни още като ултрафини частици. Фулерените са наноматериалът, произведен поради изгарянето на биомаса, свещ.

“въпроси за интервю за софтуерен инженер по роботика ”

Нанотръба

Съществуващи естествени наноматериали се образуват поради много от естествените процеси като горски пожари, вулканична пепел, спрей в океана, атмосферни влияния на метали и др ... Някои от примери за наноматериали присъстващи в биологичните системи са структурата на восъчните кристали, покриващи лотоса, структурата на вирусите, коприната на паяк, син оттенък на паяците тарантули, люспите на крилата на пеперудата. Частици като мляко, кръв, рог, зъби, кожа, хартия, корали, клюнове, пера, костна матрица, памук, нокти и др. Са естествени органични наноматериали. Глините са пример за естествено срещащи се неорганични наноматериали, тъй като се образуват поради кристални израстъци в различни химични условия на земната кора.

Класификация

Класификацията на наноматериалите зависи главно от морфологията и тяхната структура, те са класифицирани в две големи групи като Консолидирани материали и Нанодисперсии. Консолидираните наноматериали се класифицират допълнително в няколко групи. Едномерните нано дисперсионни системи се наричат нанопрахове и наночастици. Тук наночастиците са допълнително класифицирани като нанокристали, нанокластери, нанотръби, супермолекули и др.

“технология, използвана в компютърните мрежи ”

За наноматериалите размерът е важен физически атрибут. Наноматериалите често се класифицират в зависимост от броя на техните размери, попадащи в наномащаб. Наноматериалът, чиито и трите измерения са с наномащаб и няма значително разлика между най-дългата и най-късата ос, се наричат наночастици. Материалите с двете си измерения в наномащаба се наричат нанофибри. Кухите нанофибри са известни като нанотръби, а твърдите - нанотръби. Материалите с едно измерение в наномащаба са известни като Nanoplates. Нанопластинките с две различни по-дълги размери са известни като нанорибони.

Въз основа на фазите на материята, съдържащи се в наноструктурираните материали, те се класифицират като нанокомпозитни, нанопенени, нанопорести и нанокристални материали. Твърдите материали, съдържащи поне една физически или химически обособена област с поне една област с размери в наномащаба, се наричат Nano Composites. Нанопените съдържат течна или твърда матрица, изпълнена с газообразна фаза и една от двете фази има размери в наномащаба.

Твърдите материали с нанопори, кухините с размери на наномащаба се считат за нанопорести материали. Нанокристалните материали имат кристални зърна в наномащаба.

Приложения на наноматериали

Днес наноматериалите са силно комерсиализирани. Някои от търговските наноматериали, предлагани на пазара, са козметика, устойчив на натоварване текстил, електроника, слънцезащитни кремове, бои и др ... Нанопокритията и нанокомпозитите се използват в различни потребителски продукти като спортно оборудване, прозорци, автомобили и др .. За да се предпазят от щетите причинени на напитки от слънчева светлина, стъклените бутилки са покрити с нанопокритие, което блокира UV лъчите. С помощта на наноглинени композити се произвеждат по-дълготрайни тенис топки. Наномащабният силициев диоксид се използва като пълнител в пломбите за зъби.

Оптичните свойства на наноматериалите се използват за формиране на оптични детектори, сензори, лазери, дисплеи, слънчеви клетки. Това свойство се използва и в биомедицината и фотоелектрохимията. В микробните горивни клетки електродите са изградени от въглеродни нанотръби. Нанокристалният цинков селенид се използва в дисплейните екрани за увеличаване на разделителната способност на пикселите, образуващи телевизори с висока разделителна способност и персонални компютри. В микроелектронната индустрия се набляга на миниатюризиране на вериги като транзистори, диоди, резистори и кондензатори.

Наножиците се използват за оформяне без кръстовища транзистори . Наноматериалите също се използват като катализатори в автомобилните каталитични конвертори и системи за производство на енергия, за да реагират с токсични газове като въглероден оксид и азотен оксид, като по този начин предотвратяват замърсяването на околната среда, причинено от тях. За увеличаване на слънцезащитния фактор (SPF) в слънцезащитните продукти се използва нано-TiO2. За да се осигури високо активна повърхност на сензорите, се използват инженерни нанослоеве.

Фулерените се използват при рак за лечение на ракови клетки като меланом. Те също са намерили приложение като активирани със светлина антимикробни агенти. Поради своите оптични и електрически свойства, квантовите точки, нанопроводите и нанородните са силно избрали оптоелектрониката. Наноматериалите се тестват за приложения в тъканното инженерство, доставката на лекарства и биосензорите. Нанозимите са изкуствените ензими, използвани за биосензор, биоизображение, откриване на тумори.

Предимства и недостатъци на наноматериалите

Електрическите, магнитните, оптичните и механичните свойства на наноматериалите са предоставили много очарователни приложения. Все още текат изследвания, за да се знае за тези свойства. Свойствата на наноматериалите се различават от тези на модела с обемни размери. Някои от предимствата на наноматериалите са както следва:

Наноматериал полупроводник q-частиците показват квантови задържащи ефекти, като по този начин им придават свойството на луминесценция.
В сравнение с грубозърнестата керамика, нанофазната керамика е по-пластична при повишени температури.
Свойството на студено заваряване на наноразмерните метални прахове, заедно с тяхната пластичност е изключително полезно за залепване метал-метал.
Единичните наноразмерни магнитни частици осигуряват супер парамагнетизъм.
Наноструктурирани метални клъстери от монометален състав действат като предшественици за хетерогенни катализатори.
За слънчевите клетки нанокристалните силициеви филми образуват силно прозрачен контакт.
Наноструктурираните титанови оксидни порьозни филми осигуряват висока пропускливост и голяма подобрена повърхност.
Предизвикателства, пред които е изправена микроелектронната индустрия при миниатюризацията на веригите, като слабо разсейване на топлината, генерирана от високоскоростни микропроцесори , лошата надеждност може да бъде преодоляна с помощта на нанокристални материали. Те осигуряват висока топлопроводимост, висока издръжливост и трайни дълготрайни връзки.

Съществуват и някои технологични недостатъци, открити при използването на наноматериали. Някои от тези недостатъци са както следва -

Нестабилност на наноматериалите.
Лоша устойчивост на корозия.
Висока разтворимост.
Когато наноматериалите с голяма повърхност влязат в директен контакт с кислород, екзотермичното изгаряне води до експлозия.
Нечистота
Наноматериалите се считат за биологично вредни. Те имат висока токсичност, която може да доведе до раздразнения.
Канцерогенни
Трудно се синтезира
Няма налично безопасно изхвърляне
Трудно се рециклира

Днес наноматериалите заедно с нанотехнологии революционизира начините, по които се произвеждат различни продукти. Назовете органичен естествен наноматериал?