Уочено је да се квантне особине материјала могу разликовати на наноразмери. Материјал који се понаша као изолатор на молекуларном нивоу може да изрази својства проводника када се посматра његов ниво наноразмера. Нанотехнологија се појавила као истраживачка методологија која се бави проучавањем промене својстава материјала на наноразмери. Укључује комбиновано проучавање различитих наука као што су квантна физика, физика полупроводника, материјал производња , итд .. на нивоу наноразмера. Материјали настали коришћењем принципа и метода нанотехнологије, чија својства леже између својстава макроскопских чврстих тела и атомских система, познати су као наноматеријали.

Шта су наноматеријали?

Термин наноразмера односи се на димензију 10^-9метара. То је милијардити део метра. Дакле, честице чија се било која од спољних димензија или димензија унутрашње структуре или димензија површинске структуре налази у опсегу од 1нм до 100нм сматрају се наноматеријалима.

Ови материјали су невидљиви голим оком. Приступ нанотехнологије заснован на науци о материјалима разматра се за наноматеријале. На овој скали, ови материјали имају јединствена оптичка, електронска, механичка и квантна својства у поређењу са понашањем на молекуларној скали.

Наноматеријал може бити нано објект или наноструктурни материјал. Нао објекти су дискретни комади материјала, с друге стране, наноструктурисани материјали имају своју унутрашњу или површинску структуру у димензији наноразмера.

Наноматеријали могу бити природног порекла, вештачки произведени или случајно формирани. Са напретком у истраживању, наноматеријали се комерцијализују и користе се као роба.

Особине наноматериала

Драстична промена у својства наноматеријала могу се уочити када се распадају на ниво наноразмера. Како се према молекуларном нивоу приближавамо нивоу наноразмера, електронска својства материјала се мењају због ефекта квантне величине. Промена механичких, топлотних и каталитичких својстава материјала може се видети са повећањем односа површине и запремине на нивоу наноскала.

Многи изолаторски материјали почињу да се понашају као проводници у својим наноразмерним димензијама. Слично томе, док достижемо димензије наноразмера, могу се уочити многи занимљиви квантни и површински феномени.

Величина честица, облик, хемијски састав, кристална структура, физичко-хемијска стабилност, површина и површинска енергија, итд ... приписују физичко-хемијским својствима наноматеријала. Како се однос површине и запремине површине наноматеријала повећава, њихова површина постаје све реактивнија на себе и друге системе. Величина наноматеријала игра значајну улогу у њиховом фармаколошком понашању. Када наноматеријали ступе у интеракцију са водом или другим дисперзионим медијима, могу преуредити своју кристалну структуру. Величина, састав и површинско пуњење наноматеријала утичу на њихова агрегациона стања. Површинске превлаке утичу на магнетна, физичко-хемијска и психокинетичка својства ових материјала. Ови материјали производе РОС када њихова површина реагује са кисеоником, озоном и прелазним материјалима.

На нивоу наноразмера, интеракција између честица је резултат ван дер Ваалових сила или јаких поларних или ковалентних веза. Површинске особине наноматеријала и њихова интеракција са другим елементима и срединама могу се изменити употребом полиелектролита.

Примери

Наноматеријали се могу наћи као конструисани наноматеријали, случајни или природни. Конструисане наноматериале производе људи са неким жељеним својствима. Укључују наноматерије чађе и титан-диоксида. Наночестице се такође производе услед механичких или индустријских процеса, случајно попут издувних гасова у возилу, испарења за заваривање, кувања и загревања горива. Случајно произведени атмосферски наноматеријали познати су и као ултрафине честице. Фулерени су наноматеријал произведен услед сагоревања биомасе, свеће.

“пример система затворене петље ”

Нанотубе

Постојећи природни наноматеријали настају услед многих природних процеса попут шумских пожара, вулканског пепела, спреја у океану, временских утицаја метала, итд. примери наноматеријала Присутни у биолошким системима су структура кристала воска који покривају лотос, структура вируса, свила паука, гримизна паука тарантула, крљушт лептира. Честице попут млека, крви, рога, зуба, коже, папира, корала, кљунова, перја, матрице костију, памука, ноктију итд. Су природни наноматеријали. Глине су пример неорганског наноматеријала који се природно јављају, јер настају услед израслина кристала у различитим хемијским условима на земљиној кори.

Класификација

Класификација наноматеријала углавном зависи од морфологије и њихове структуре, класификовани су у две велике групе као Консолидовани материјали и Нанодисперзије. Консолидовани наноматеријали се даље класификују у неколико група. Једнодимензионални Нано дисперзивни системи називају се нанопрахови и наночестице. Овде су наночестице даље класификоване као нанокристали, нанокластери, наноцеви, супермолекуле итд.

“збир производа табела истинитости ”

За наноматериале је величина важан физички атрибут. Наноматеријали се често класификују у зависности од броја њихових димензија који спадају у наноразмере. Неномеријал чије су све три димензије наноразмјерне, а између најдуже и најкраће осе нема значајне разлике, називају се наночестицама. Материјали са њихове две димензије у наноразмеру називају се нанофибри. Шупље нановлакне су познате као Наноцевке, а чврсте нановлаке. Материјали са једном димензијом у наноразмери су познати као наноплоче. Наноплоче са две различите дуже димензије познате су као Нанорибонс.

На основу фаза материје садржаних у наноструктурним материјалима, они су класификовани као нанокомпозитни, нанопенасти, нанопорозни и нанокристални материјали. Чврсти материјали који садрже најмање један физички или хемијски различит регион са најмање једним регионом димензија у наноразмеру називају се Нано композити. Нанопени садрже течну или чврсту матрицу, испуњену гасовитом фазом, а једна од две фазе има димензије у наноразмери.

Чврсти материјали са нанопорама, шупљине димензија на наноразмери сматрају се нанопорозним материјалима. Нанокристални материјали имају кристална зрна у наноразмери.

Примене наноматериала

Данас се наноматеријали високо комерцијализују. Неки од комерцијалних наноматеријала доступних на тржишту су козметика, текстил отпоран на напрезање, електроника, средства за заштиту од сунца, боје итд ... Нано премази и нанокомпозити се користе у разним потрошачким производима као што су спортска опрема, прозори, аутомобили итд. Да би заштитили штету узроковане пићима од сунчеве светлости, стаклене боце су пресвучене нано премазом који блокира УВ зраке. Користећи композите од нано-глине производе се дуготрајније тениске лоптице. Наноскални силицијум диоксид се користи као пунило у зубним пломбама.

Оптичка својства наноматеријала користе се за формирање оптичких детектора, сензора, ласера, екрана, соларних ћелија. Ово својство се такође користи у биомедицини и фотоелектрохемији. У микробним горивним ћелијама електроде се састоје од угљеничних наноцеви. Нанокристални цинк селенид се користи на екранима за повећање резолуције пиксела формирајући телевизоре високе резолуције и личне рачунаре. У микроелектронској индустрији наглашава се минијатуризација кола као што су транзистори, диоде, отпорници и кондензатори.

Наножице се користе за формирање без споја транзистори . Наноматеријали се такође користе као катализатори у аутомобилским каталитичким претварачима и системима за производњу електричне енергије, да би реаговали са токсичним гасовима као што су угљен-моноксид и азот-оксид, спречавајући тако загађење животне средине коју они проузрокују. За повећање фактора заштите од сунца (СПФ) у заштитним кремама користи се нано-ТиО2. Да би се сензорима обезбедила високо активна површина, користе се конструисани нано-слојеви.

Фулерени се користе у раку за лечење ћелија карцинома као што је меланом. Они су такође пронашли употребу као антимикробна средства која се активирају светлошћу. Због својих оптичких и електричних својстава, квантне тачке, наножице и наноплође су се одлучили за оптоелектронику. Наноматеријали се испитују за примену у инжењерству ткива, испоруци лекова и биосензорима. Нанозими су вештачки ензими који се користе за биосензирање, биоимагинг, откривање тумора.

Предности и недостаци наноматериала

Електрична, магнетна, оптичка и механичка својства наноматеријала пружила су многе фасцинантне примене. Истраживање је још увек у току како би се знало о овим својствима. Својства наноматеријала разликују се од својстава модела велике величине. Неке од предности наноматеријала су следеће -

Наноматериал полупроводник к-честице показују квантне ефекте затварања, чиме им дају својство луминисценције.
У поређењу са грубозрнатом керамиком, нанофазна керамика је дуктилнија на повишеним температурама.
Својство хладног заваривања наноразмерних металних прахова, заједно са њиховом дуктилношћу, веома је корисно за лепљење метал-метал.
Појединачне наноразмерне магнетне честице пружају супер парамагнетизам.
Наноструктурирани метални кластери монометалног састава делују као прекурсори за хетерогене катализаторе.
За соларне ћелије, нанокристални силицијумски филмови чине изузетно прозиран контакт.
Наноструктурирани порозни филмови од титан-оксида пружају високу пропусност и велику површину.
Изазови са којима се суочава микроелектронска индустрија у минијатуризацији кола, попут лошег одвођења топлоте генерисане великом брзином микропроцесори , слаба поузданост се може превазићи уз помоћ нанокристалних материјала. Они пружају високу топлотну проводљивост, високу издржљивост и дуготрајне дуготрајне међусобне везе.

Постоје и неки технолошки недостаци који се могу наћи у употреби наноматеријала. Неки од тих недостатака су следећи -

Нестабилност наноматеријала.
Лоша отпорност на корозију.
Висока растворљивост.
Када наноматеријали са великом површином дођу у директан контакт са кисеоником, долази до егзотермног сагоревања што доводи до експлозије.
Нечистоћа
Наноматеријали се сматрају биолошки штетним. Имају високу токсичност која може довести до иритација.
Канцерогена
Тешко за синтезу
Није доступно сигурно одлагање
Тешко рециклирати

Данас Наноматеријали заједно са нанотехнологија револуционише начине на које се производе различити производи. Назовите органски наноматеријал који се природно јавља?