Kas yra nanomedžiagos - klasifikacija ir jos savybės

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Pastebėta, kad medžiagos kvantinės savybės gali skirtis nanometrinėje skalėje. Medžiaga, molekuliniu lygiu veikianti kaip izoliatorius, gali išreikšti laidininko savybes, žiūrint į jo nanometrinį lygį. Nanotechnologija pasirodė kaip tyrimo metodologija, nagrinėjanti medžiagos savybių kitimą nanometrinėje skalėje. Tai apima kombinuotą įvairių mokslų, tokių kaip kvantinė fizika, puslaidininkių fizika, medžiaga, tyrimą gamyba ir pan .. nanoskalės lygiu. Medžiagos, sudarytos naudojant nanotechnologijų principus ir metodus, kurių savybės yra tarp makroskopinių kietųjų dalelių ir atominių sistemų, yra žinomos kaip nanomedžiagos.

Kas yra nanomedžiagos?

Nanoskalės terminas reiškia 10 matmenį-9metrų. Tai milijardinė metro dalis. Taigi dalelės, kurių bet kuris iš išorinių matmenų, vidinės struktūros matmenų arba paviršiaus struktūros matmenų yra nuo 1 nm iki 100 nm, yra laikomos nanomedžiagomis.




Šios medžiagos nematomos plika akimi. Medžiagų mokslu pagrįstas nanotechnologijų požiūris yra svarstomas nanomedžiagoms. Šioje skalėje šios medžiagos turi unikalias optines, elektronines, mechanines ir kvantines savybes, palyginti su jų molekulinio masto elgesiu.

Nanomedžiaga gali būti nano objektas arba nanostruktūrinė medžiaga. Nao objektai yra atskiros medžiagos dalys, kita vertus, nanostruktūrinės medžiagos turi savo vidinę arba paviršiaus struktūrą nanometrinėje dimensijoje.



Nanomedžiagos gali būti natūralios, dirbtinai pagamintos arba atsitiktinai suformuotos. Pažangiai atliekant mokslinius tyrimus, nanomedžiagos yra parduodamos ir naudojamos kaip prekės.

Nanomedžiagų savybės

Drastiškas pokytis nanomedžiagų savybės galima pastebėti, kai jie suskirstomi iki nano skalės lygio. Kai molekuliniu lygiu einame link nanometrinės skalės, elektroninės medžiagų savybės keičiasi dėl kvantinio dydžio efekto. Medžiagų mechaninių, šiluminių ir katalizinių savybių pokyčius galima pastebėti padidėjus paviršiaus ploto ir tūrio santykiui nanoskalės lygiu.


Daugelis izoliatorių medžiagų pradeda elgtis kaip laidininkai pagal jų nanometrinius matmenis. Panašiai, kai pasiekiame nanodalies matmenis, galima pastebėti daug įdomių kvantinių ir paviršiaus reiškinių.

Dalelių dydis, forma, cheminė sudėtis, kristalų struktūra, fizikocheminis stabilumas, paviršiaus plotas, paviršiaus energija ir kt. Priklauso nuo fizinių ir cheminių nanomedžiagų savybių. Didėjant nanomedžiagų paviršiaus ploto ir tūrio santykiui, jų paviršius tampa labiau reaguojantis į save ir kitas sistemas. Nanomedžiagų dydis vaidina svarbų vaidmenį jų farmakologiniame elgesyje. Kai nanomedžiagos sąveikauja su vandeniu ar kitomis dispersijomis, jos gali pertvarkyti savo kristalų struktūrą. Nanomedžiagų dydis, sudėtis ir paviršiaus krūvis turi įtakos jų agregacijos būsenoms. Magnetines, fizikines ir chemines šių medžiagų savybes paveikia paviršiaus danga. Šios medžiagos gamina ROS, kai jų paviršius reaguoja su deguonimi, ozonu ir pereinamosiomis medžiagomis.

Nanomokų lygmenyje dalelių sąveika atsiranda arba dėl van der Waal jėgų, arba dėl stiprių polinių ar kovalentinių ryšių. Nanomedžiagų paviršiaus savybes ir jų sąveiką su kitais elementais bei aplinka galima modifikuoti naudojant polielektrolitus.

Pavyzdžiai

Nanomedžiagos gali būti surastos kaip atsitiktinės ar natūralios nanomedžiagos. Inžinerijos būdu pagamintas nanomedžiagas gamina žmonės, pasižymintys tam tikromis norimomis savybėmis. Tarp jų yra suodžių ir titano dioksido nanomedžiagos. Nanodalelės taip pat gaminamos dėl mechaninių ar pramoninių procesų, pavyzdžiui, transporto priemonės išmetamųjų dujų, suvirinimo garų, virimo ir degalų kaitinimo metu. Beje, atmosferos nanomedžiagos taip pat žinomos kaip ypač smulkios dalelės. Fulerenai yra nanomedžiaga, susidaranti deginant biomasę, žvakę.

Nanovamzdelis

Nanovamzdelis

Natūralios esamos nanomedžiagos susidaro dėl daugelio natūralių procesų, tokių kaip miškų gaisrai, vulkaniniai pelenai, vandenyno purškimas, metalų atmosferos poveikis ir kt. nanomedžiagų pavyzdžiai biologinėse sistemose yra lotosą dengiančių vaško kristalų struktūra, virusų struktūra, šilko voratinklė, mėlynas tarantulinių vorų atspalvis, drugelių sparnų žvynai. Tokios dalelės kaip pienas, kraujas, ragas, dantys, oda, popierius, koralai, snapai, plunksnos, kaulų matrica, medvilnė, nagai ir kt. Yra visiškai natūralios organinės nanomedžiagos. Molis yra natūraliai atsirandančios neorganinės nanomedžiagos pavyzdys, nes jie susidaro dėl kristalų augimo įvairiomis cheminėmis sąlygomis žemės plutoje.

klasifikacija

Nanomedžiagų klasifikavimas daugiausia priklauso nuo morfologijos ir jų struktūros, jos skirstomos į dvi pagrindines grupes: Konsoliduotos medžiagos ir Nanodispersinės. Konsoliduotos nanomedžiagos dar skirstomos į kelias grupes. Vieno matmens „Nano“ dispersijos sistemos vadinamos nanopulverčiais ir nanodalelėmis. Čia nanodalelės dar klasifikuojamos kaip nanokristalai, nanoklusteriai, nanovamzdeliai, supermolekulės ir kt.

Nanomedžiagoms dydis yra svarbus fizinis požymis. Nanomedžiagos dažnai klasifikuojamos atsižvelgiant į jų matmenų skaičių, patenkantį į nanometrinę skalę. Nanomedžiagos, kurių visi trys matmenys yra nanometrinės, o tarp ilgiausios ir trumpiausios ašies reikšmingai nesiskiria, vadinamos nanodalelėmis. Medžiagos, kurių nanodalelėje yra du matmenys, vadinamos nanopluoštais. Tuščiaviduriai nanopluoštai yra žinomi kaip nanovamzdeliai, o kietieji - kaip nanorodai. Medžiagos, kurių nanodalelėje yra vienas matmuo, yra žinomos kaip nanoplokštelės. Dviejų skirtingų ilgesnių matmenų nanoplokštelės yra žinomos kaip nanoribonai.

Remiantis nanostruktūrinių medžiagų turinčiomis materijos fazėmis, jie klasifikuojami kaip nanokompozitinės, nanoputinės, nanoporinės ir nanokristalinės medžiagos. Kietosios medžiagos, kuriose yra bent vienas fiziškai ar chemiškai atskiras regionas, turintis bent vieną regioną, kurio matmenys yra nanometrinėje skiltyje, vadinamos nanokompozitais. Nanoputose yra skysta arba kieta matrica, užpildyta dujine faze, o vienos iš dviejų fazių matmenys yra nanometrinėje skalėje.

Kietosios medžiagos su nanoporomis, ertmės, kurių matmenys yra nanometrinėje skalėje, laikomos nanoporinėmis medžiagomis. Nanokristalinėse medžiagose nanodalelėje yra kristalų grūdelių.

Nanomedžiagų taikymas

Šiandien nanomedžiagos yra labai parduodamos. Kai kurios rinkoje esančios komercinės nanomedžiagos yra kosmetika, atsparūs deformacijoms tekstilė, elektronika, kremai nuo saulės, dažai ir kt.. stiklo buteliai, kuriuos sukelia saulės spindulių gėrimai, yra padengiami nanodanga, kuri blokuoja UV spindulius. Naudojant nano-molio kompozitus gaminami ilgalaikiai teniso kamuoliukai. Nanoskalės silicio dioksidas naudojamas kaip dantų plombų užpildas.

Optinės nanomedžiagų savybės naudojamos formuojant optinius detektorius, jutiklius, lazerius, ekranus, saulės elementus. Ši savybė taip pat naudojama biomedicinoje ir fotoelektrochemijoje. Mikrobų kuro elementuose elektrodai susideda iš anglies nanovamzdelių. Nanokristalinis cinko selenidas naudojamas ekranuose, siekiant padidinti raiškos taškus, sudarančius didelės raiškos televizorius ir asmeninius kompiuterius. Mikroelektronikos pramonėje akcentuojamas tokių grandinių kaip tranzistoriai, diodai, rezistoriai ir kondensatoriai miniatiūrizavimas.

Formuojant jungtį, naudojami laidai tranzistoriai . Nanomedžiagos taip pat naudojamos kaip katalizatoriai automobilių katalizatoriuose ir energijos gamybos sistemose, reaguojant su toksiškomis dujomis, tokiomis kaip anglies monoksidas ir azoto oksidas, taip užkertant kelią jų sukeliamai aplinkos taršai. Norint padidinti apsaugos nuo saulės faktorių (SPF) apsaugą nuo saulės, naudojamas nano-TiO2. Norint suteikti labai aktyvų jutiklių paviršių, naudojami inžineriniai nanosluoksniai.

Fulerenai naudojami vėžiui gydyti vėžines ląsteles, tokias kaip melanoma. Jie taip pat buvo naudojami kaip šviesos aktyvuojami antimikrobiniai vaistai. Dėl savo optinių ir elektrinių savybių kvantiniai taškai, nanovielės ir nanodiodai labai pasirinko Optoelektroniką. Nanomedžiagos bandomos audinių inžinerijos, vaistų tiekimo ir biosensorių srityse. Nanozimai yra dirbtiniai fermentai, naudojami biologiniam jutimui, biologiniam vaizdavimui, naviko aptikimui.

Nanomedžiagų privalumai ir trūkumai

Elektrinės, magnetinės, optinės ir mechaninės nanomedžiagų savybės suteikė daug patrauklių pritaikymų. Tyrimai tebevyksta, norint sužinoti apie šias savybes. Nanomedžiagų savybės skiriasi nuo tūrio dydžio modelio. Kai kurie nanomedžiagų pranašumai yra šie:

  • Nanomedžiaga puslaidininkis q dalelėms būdingi kvantiniai uždarymo efektai, suteikiant jiems liuminescencijos savybę.
  • Palyginti su šiurkščiavilne keramika, nanofazinė keramika yra plastiškesnė esant aukštai temperatūrai.
  • Metalo miltelių metalų miltelių šaltojo suvirinimo savybė kartu su jų plastiškumu yra labai naudinga jungiant metalą ir metalą.
  • Vienos nanometrinės magnetinės dalelės suteikia super paramagnetizmo savybę.
  • Nanomedžiaginiai monometalinės sudėties metalų klasteriai veikia kaip heterogeninių katalizatorių pirmtakai.
  • Saulės elementams nanokristalinės silicio plėvelės sudaro labai skaidrų kontaktą.
  • Nanostruktūruotos porėtos titano oksido plėvelės užtikrina didelį pralaidumą ir padidina paviršiaus plotą.
  • Mikroelektronikos pramonės iššūkiai miniatiūrizuojant grandines, pvz., Blogas didelio greičio šilumos išsklaidymas mikroprocesoriai , prastą patikimumą galima įveikti naudojant nanokristalines medžiagas. Tai užtikrina aukštą šilumos laidumą, didelį ilgaamžiškumą ir patvarias ilgalaikes jungtis.

Taip pat yra keletas technologinių trūkumų, susijusių su nanomedžiagų naudojimu. Kai kurie iš šių trūkumų yra šie:

  • Nanomedžiagų nestabilumas.
  • Blogas atsparumas korozijai.
  • Didelis tirpumas.
  • Kai nanomedžiagos su dideliu paviršiaus plotu tiesiogiai liečiasi su deguonimi, vyksta egzoterminis degimas, sukeliantis sprogimą.
  • Priemaiša
  • Nanomedžiagos laikomos biologiškai kenksmingomis. Jie turi didelį toksiškumą, kuris gali sukelti dirginimą.
  • Kancerogeninis
  • Sunku sintetinti
  • Saugaus šalinimo nėra
  • Sunku perdirbti

Šiandien kartu su nanomedžiagomis nanotechnologijos daro perversmą įvairių produktų gamybos būduose. Pavadinkite organiškai natūraliai randamą nanomedžiagą?