Hvad er nanomaterialer - klassificering og dens egenskaber

Det blev observeret, at materialets kvanteegenskaber kan variere på nanoskala. Materiale, der opfører sig som isolator på molekylært niveau, kan udtrykke lederens egenskaber, når man ser på dets nanoskala niveau. Nanoteknologi er opstået som den forskningsmetode, der beskæftiger sig med undersøgelsen af ​​ændringen i materialets egenskaber i nanoskalaen. Det involverer en kombineret undersøgelse af forskellige videnskaber som kvantefysik, halvlederfysik, materiale fremstilling osv. på nanoskala niveau. Materialer dannet ved anvendelse af nanoteknologiens principper og metoder, hvis egenskaber ligger mellem makroskopiske faste stoffer og atomsystemer, er kendt som nanomaterialer.

Hvad er nanomaterialer?

Udtrykket nanoskala refererer til dimensionen 10^-9meter. Det er den ene milliarddel af en meter. Så partikler, hvis nogen af ​​de ydre dimensioner eller indre strukturdimension eller overfladestrukturdimension ligger i området fra 1 nm til 100 nm, betragtes som nanomaterialer.

Disse materialer er usynlige for det blotte øje. Den materialevidenskabelige tilgang til nanoteknologi overvejes for nanomaterialer. På denne skala har disse materialer unikke optiske, elektroniske, mekaniske og kvanteegenskaber sammenlignet med deres opførsel på molekylær skala.

Et nanomateriale kan være et nano-objekt eller et nanostruktureret materiale. Nao-genstande er de diskrete materialestykker, på den anden side har nanostrukturerede materialer deres indre eller overfladestruktur i nanoskala-dimensionen.

Nanomaterialer kan være af naturlig eksistens, kunstigt fremstillet eller tilfældigt dannet. Med forskuddets fremskridt kommercialiseres nanomaterialer og bruges som varer.

Egenskaber ved nanomaterialer

En drastisk ændring i egenskaber af nanomaterialer kan observeres, når de nedbrydes til nanoskala niveau. Når vi går mod nanoskala-niveauet fra molekylært niveau, bliver materialernes elektroniske egenskaber modificeret på grund af kvantestørrelseseffekten. Ændring i de mekaniske, termiske og katalytiske egenskaber af materialerne kan ses med stigningen i forholdet mellem overfladeareal og volumen på nanoskala niveau.

Mange af isoleringsmaterialerne begynder at opføre sig som ledere i deres nanoskala dimensioner. Når vi når nanoskala-dimensionerne, kan der ligeledes observeres mange interessante kvante- og overfladefænomener.

Partikelstørrelse, form, kemisk sammensætning, krystalstruktur, fysisk-kemisk stabilitet, overfladeareal og overfladenergi osv. ... tilskrives nanomaterialernes fysisk-kemiske egenskaber. Når overfladearealet til volumenforholdet for nanomaterialerne stiger, bliver deres overflade mere reaktivt på sig selv og andre systemer. Størrelsen af ​​nanomaterialerne spiller en væsentlig rolle i deres farmakologiske opførsel. Når nanomaterialer interagerer med vand eller andre dispersionsmedier, kan de omarrangere deres krystalstruktur. Størrelsen, sammensætningen og overfladeladningen af ​​nanomaterialerne påvirker deres aggregeringstilstande. Disse magnetiske, fysisk-kemiske og psykokinetiske egenskaber påvirkes af overfladebelægning. Disse materialer producerer ROS, når deres overflade reagerer med ilt, ozon og overgangsmaterialer.

På nanoskala niveau skyldes interaktionen mellem partikler enten van der Waal-kræfter eller stærke polære eller kovalente bindinger. Nanomaterialernes overfladeegenskaber og deres interaktion med andre elementer og miljøer kan ændres ved hjælp af polyelektrolytter.

Eksempler

Nanomaterialer kan findes som enten konstruerede nanomaterialer, tilfældige eller af naturlig eksistens. Konstruerede nanomaterialer er fremstillet af mennesker med nogle ønskede egenskaber. De inkluderer carbon black og titandioxid nanomaterialer. Nanopartiklerne produceres også på grund af mekaniske eller industrielle processer i øvrigt som under køretøjsudstødning, svejserøg, madlavning og opvarmning af brændstof. I øvrigt er produceret atmosfæriske nanomaterialer også kendt som ultrafine partikler. Fullerener er det nanomateriale, der produceres på grund af afbrænding af biomasse, stearinlys.

Nanorør

Naturlige eksisterende nanomaterialer dannes på grund af mange af de naturlige processer såsom skovbrande, vulkansk aske, havspray, forvitring af metaller osv. Nogle af de eksempler på nanomaterialer til stede i biologiske systemer er strukturen af ​​vokskrystaller, der dækker lotus, virustruktur, edderkoppemiddesilke, blå nuance af tarantula edderkopper, sommerfuglens vingeskalaer. Partikler som mælk, blod, horn, tænder, hud, papir, koraller, næb, fjer, knoglematrix, bomuld, søm osv. Er helt naturlige organiske nanomaterialer. Ler er eksemplet på naturligt forekommende uorganisk nanomateriale, da de dannes på grund af krystalvækst under forskellige kemiske forhold på jordskorpen.

Klassifikation

Klassificeringen af ​​nanomaterialer afhænger hovedsageligt af morfologien og deres struktur, de klassificeres i to hovedgrupper som konsoliderede materialer og nanodispersioner. Konsoliderede nanomaterialer klassificeres yderligere i flere grupper. De endimensionelle nanodispersive systemer betegnes som nanopulvere og nanopartikler. Her klassificeres nanopartiklerne yderligere som nanokrystaller, nanoklynger, nanorør, supermolekyler osv.

For nanomaterialerne er størrelsen en vigtig fysisk egenskab. Nanomaterialer klassificeres ofte afhængigt af antallet af deres dimensioner falder under nanoskala. Nanomaterialet, hvis alle de tre dimensioner er af nanoskala, og der ikke er nogen forskel mellem de længste og korteste akser, kaldes nanopartikler. Materialer med deres to dimensioner i nanoskalaen kaldes nanofibre. Hule nanofibre er kendt som nanorør, og de faste er kendt som nanoroder. Materialer med en dimension i nanoskalaen er kendt som nanoplader. Nanoplader med to forskellige længere dimensioner er kendt som Nanoribbons.

Baseret på de faser af stof, der er indeholdt i de nanostrukturerede materialer, klassificeres de som nanokomposit-, nanofoam-, nanoporøse og nanokrystallinske materialer. Faste materialer, der indeholder mindst en fysisk eller kemisk særskilt region med mindst en region med dimensioner i nanoskalaen kaldes Nano Composites. Nanofoams indeholder en flydende eller fast matrix fyldt med en gasformig fase, og en af ​​de to faser har dimensioner i nanoskalaen.

Faste materialer med nanoporer, hulrum med dimensioner på nanoskala betragtes som nanoporøse materialer. Nanokrystallinske materialer har krystalkorn i nanoskalaen.

Anvendelser af nanomaterialer

I dag bliver nanomaterialer meget kommercialiseret. Nogle af de kommercielle nanomaterialer, der er tilgængelige på markedet, er kosmetik, belastningsbestandige tekstiler, elektronik, solcreme, maling osv ... Nanocoatings og nanokompositter bruges i forskellige forbrugerprodukter såsom sportsudstyr, vinduer, biler osv. For at beskytte skaden forårsaget af drikkevarer fra sollys, glasflasker belægges med nanobelægning, som blokerer UV-strålerne. Ved hjælp af nano-ler kompositter fremstilles der langvarige tennisbolde. Nanoskala silica anvendes som fyldstof i tandfyldninger.

De optiske egenskaber af nanomaterialerne bruges til at danne optiske detektorer, sensorer, lasere, skærme, solceller. Denne egenskab bruges også i biomedicin og fotoelektrokemi. I mikrobielle brændselsceller består elektroderne af carbon-nanorør. Nanokrystallinsk zinkselenid bruges i skærmene til at øge opløsningen af ​​de pixels, der danner High Definition TV-apparater og pc'er. I den mikroelektroniske industri understreges miniaturisering af kredsløb som transistorer, dioder, modstande og kondensatorer.

Nanotråde bruges til at danne krydsfri transistorer . Nanomaterialer bruges også som katalysatorer i bilkatalysatorer og kraftgenereringssystemer til at reagere med giftige gasser såsom kulilte og nitrogenoxid og derved forhindre miljøforurening forårsaget af dem. For at øge solbeskyttelsesfaktoren (SPF) i solcreme anvendes nano-TiO2. For at give sensorerne en meget aktiv overflade anvendes der konstruerede nanolag.

Fullerener anvendes i kræft til behandling af kræftceller såsom melanom. Disse har også fundet anvendelse som lysaktiverede antimikrobielle midler. På grund af deres optiske og elektriske egenskaber har kvanteprikker, nanotråde og nanorods stærkt valgt optoelektronik. Nanomaterialer testes til applikationer inden for vævsteknik, lægemiddelafgivelse og biosensorer. Nanozymer er de kunstige enzymer, der anvendes til biosensing, bioimaging, tumorpåvisning.

Fordele og ulemper ved nanomaterialer

De elektriske, magnetiske, optiske og mekaniske egenskaber ved nanomaterialerne har givet mange fascinerende anvendelser. Forskning er stadig i gang for at vide om disse egenskaber. Egenskaberne for nanomaterialer adskiller sig fra egenskaberne ved bulkmodel. Nogle af fordelene ved nanomaterialerne er som følger -

• Nanomateriale halvleder q-partikler viser kvanteindeslutningseffekter og derved giver dem luminescensegenskaben.
• Sammenlignet med grovkornet keramik er nanofase-keramik mere duktil ved forhøjede temperaturer.
• Koldsvejseegenskaber ved de nanosiserede metalliske pulvere sammen med deres duktilitet er meget nyttige til metal-metalbinding.
• Enkelt nanosiserede magnetiske partikler giver super paramagnetisme egenskab.
• Nanostrukturerede metalklynger med monometallisk sammensætning fungerer som forløbere for heterogene katalysatorer.
• For solceller danner nanokrystallinske siliciumfilm en meget gennemsigtig kontakt.
• Nanostrukturerede titaniumoxid porøse film giver høj transmission og forbedring af højt overfladeareal.
• Udfordringer, som den mikroelektroniske industri står over for i miniaturiseringen af ​​kredsløbene, såsom dårlig spredning af varme genereret af høj hastighed mikroprocessorer , kan dårlig pålidelighed overvindes ved hjælp af nanokrystallinske materialer. Disse giver høj varmeledningsevne, høj holdbarhed og holdbare langvarige sammenkoblinger.

Der er også nogle teknologiske ulemper ved brugen af ​​nanomaterialer. Nogle af disse ulemper er som følger -

• Nanomaterialernes ustabilitet.
• Dårlig korrosionsbestandighed.
• Høj opløselighed.
• Når nanomaterialerne med det høje overfladeareal kommer i direkte kontakt med ilt, finder der eksoterm forbrænding sted, der fører til en eksplosion.
• Urenhed
• Nanomaterialer anses for at være biologisk skadelige. Disse har høj toksicitet, som kan føre til irritationer.
• Kræftfremkaldende
• Vanskeligt at syntetisere
• Ingen sikker bortskaffelse tilgængelig
• Svært at genbruge

I dag Nanomaterialer sammen med nanoteknologi revolutionerer måden, hvorpå forskellige produkter fremstilles. Navngiv et organisk, naturligt forekommende nanomateriale?