Opgemerkt werd dat de kwantumeigenschappen van het materiaal op nanoschaal kunnen verschillen. Materiaal dat zich op moleculair niveau als de isolator gedraagt, kan de eigenschappen van de geleider weergeven op nanoschaal. Nanotechnologie is naar voren gekomen als de onderzoeksmethodologie die zich bezighoudt met de studie van de verandering in de eigenschappen van het materiaal op nanoschaal. Het omvat de combinationele studie van verschillende wetenschappen, zoals kwantumfysica, halfgeleiderfysica, materiaal fabricage , etc .. op nanoschaal niveau. Materialen die zijn gevormd met behulp van de principes en methoden van nanotechnologie, waarvan de eigenschappen liggen tussen die van macroscopische vaste stoffen en atomaire systemen, staan bekend als nanomaterialen.

Wat zijn nanomaterialen?

De term nanoschaal verwijst naar de dimensie van 10^-9meter. Het is het miljardste deel van een meter. De deeltjes waarvan een van de externe afmetingen of interne structuurafmeting of oppervlaktestructuurafmeting in het bereik van 1 nm tot 100 nm ligt, worden dus als nanomaterialen beschouwd.

Deze materialen zijn onzichtbaar voor het blote oog. De materiaalwetenschappelijke benadering van nanotechnologie wordt overwogen voor nanomaterialen. Op deze schaal hebben deze materialen unieke optische, elektronische, mechanische en kwantumeigenschappen in vergelijking met hun gedrag op moleculaire schaal.

Een nanomateriaal kan een nano-object zijn of een materiaal met nanostructuur. Nao-objecten zijn de discrete stukjes materiaal, aan de andere kant hebben nanogestructureerde materialen hun interne of oppervlaktestructuur op nanoschaal.

Nanomaterialen kunnen van natuurlijk bestaan zijn, kunstmatig vervaardigd of incidenteel gevormd. Met het voortschrijden van het onderzoek worden nanomaterialen gecommercialiseerd en als commodities gebruikt.

Eigenschappen van nanomaterialen

Een drastische verandering in de eigenschappen van nanomaterialen kunnen worden waargenomen wanneer ze op nanoschaal worden afgebroken. Naarmate we vanaf het moleculaire niveau naar het nanoschaalniveau gaan, worden de elektronische eigenschappen van materialen gewijzigd vanwege het kwantumgrootte-effect. Veranderingen in de mechanische, thermische en katalytische eigenschappen van de materialen kunnen worden gezien met de toename van de verhouding tussen oppervlak en volume op nanoschaal.

Veel van de isolatiematerialen gaan zich gedragen als geleiders op nanoschaal. Evenzo, als we de afmetingen op nanoschaal bereiken, kunnen veel interessante kwantum- en oppervlaktefenomenen worden waargenomen.

Deeltjesgrootte, vorm, chemische samenstelling, kristalstructuur, fysisch-chemische stabiliteit, oppervlakte, oppervlakte-energie, enz… kenmerken toe aan de fysisch-chemische eigenschappen van de nanomaterialen. Naarmate de verhouding tussen oppervlak en volume van de nanomaterialen toeneemt, wordt hun oppervlak reactiever op zichzelf en andere systemen. De grootte van de nanomaterialen speelt een belangrijke rol in hun farmacologisch gedrag. Wanneer nanomaterialen een interactie aangaan met water of andere dispersiemedia, kunnen ze hun kristalstructuur herschikken. De grootte, samenstelling en oppervlaktelading van de nanomaterialen beïnvloeden hun aggregatietoestand. De magnetische, fysisch-chemische en psychokinetische eigenschappen van deze materialen worden beïnvloed door oppervlaktecoating. Deze materialen produceren ROS wanneer hun oppervlak reageert met zuurstof, ozon en overgangsmaterialen.

Op nanoschaal is de interactie tussen deeltjes ofwel te wijten aan de van der Waal-krachten ofwel aan sterke polaire of covalente bindingen. De oppervlakte-eigenschappen van de nanomaterialen en hun interacties met andere elementen en omgevingen kunnen worden gewijzigd met behulp van polyelektrolyten.

Voorbeelden

Nanomaterialen kunnen worden gevonden als ofwel vervaardigde nanomaterialen, incidenteel of natuurlijk. Engineered nanomaterialen worden vervaardigd door mensen met een aantal gewenste eigenschappen. Ze omvatten nanomaterialen van carbon black en titaniumdioxide. De nanodeeltjes worden ook geproduceerd door mechanische of industriële processen, zoals bij uitlaatgassen van voertuigen, lasrook, koken en brandstofverwarming. Incidenteel geproduceerde atmosferische nanomaterialen worden ook wel ultrafijnstof genoemd. Fullerenen zijn het nanomateriaal dat wordt geproduceerd door het verbranden van biomassa, kaars.

“waarheidstabel voor niet-poort ”

Nanobuis

Bestaande natuurlijke nanomaterialen worden gevormd door veel van de natuurlijke processen, zoals bosbranden, vulkanische as, oceaanspray, verwering van metalen, enz. voorbeelden van nanomaterialen aanwezig in biologische systemen zijn de structuur van waskristallen die lotus bedekken, de structuur van virussen, spintmijtzijde, blauwe tint van tarantula-spinnen, vlindervleugelschubben. Deeltjes zoals melk, bloed, hoorn, tanden, huid, papier, koralen, snavels, veren, botmatrix, katoen, spijkers, enz .. zijn volledig natuurlijk voorkomende organische nanomaterialen. Kleien zijn het voorbeeld van natuurlijk voorkomend anorganisch nanomateriaal, aangezien ze worden gevormd door kristalgroei in verschillende chemische omstandigheden op de aardkorst.

Classificatie

De classificatie van nanomaterialen hangt voornamelijk af van de morfologie en hun structuur, ze worden ingedeeld in twee hoofdgroepen: geconsolideerde materialen en nanodispersies. Geconsolideerde nanomaterialen worden verder onderverdeeld in verschillende groepen. De eendimensionale nano-dispersieve systemen worden nanopoeders en nanodeeltjes genoemd. Hier worden de nanodeeltjes verder geclassificeerd als nanokristallen, nanoclusters, nanobuisjes, supermoleculen, enz.

“op amp 741 pin diagram ”

Voor de nanomaterialen is de grootte een belangrijk fysisch kenmerk. Nanomaterialen worden vaak geclassificeerd afhankelijk van het aantal dimensies dat onder nanoschaal valt. Het nanomateriaal waarvan alle drie de dimensies op nanoschaal zijn en er significant geen verschil is tussen de langste en kortste assen, worden nanodeeltjes genoemd. Materialen met hun twee dimensies op nanoschaal worden nanovezels genoemd. Holle nanovezels staan bekend als Nanotubes en de vaste staan bekend als Nanorods. Materialen met één dimensie op nanoschaal staan bekend als nanoplaten. Nanoplaten met twee verschillende langere afmetingen staan bekend als Nanoribbons.

Op basis van de fasen van materie die de nanogestructureerde materialen bevatten, worden ze geclassificeerd als nanocomposiet, nanoschuim, nanoporeuze en nanokristallijne materialen. Vaste materialen die ten minste één fysisch of chemisch onderscheiden gebied bevatten met ten minste één gebied met afmetingen op nanoschaal, worden nanocomposieten genoemd. Nanoschuimen bevatten een vloeibare of vaste matrix, gevuld met een gasfase en een van de twee fasen heeft afmetingen op nanoschaal.

Vaste materialen met nanoporiën, holtes met afmetingen op nanoschaal worden beschouwd als nanoporeuze materialen. Nanokristallijne materialen hebben kristalkorrels op nanoschaal.

Toepassingen van nanomaterialen

Tegenwoordig worden nanomaterialen sterk gecommercialiseerd. Enkele van de commerciële nanomaterialen die op de markt verkrijgbaar zijn, zijn cosmetica, spanningsbestendig textiel, elektronica, zonnebrandmiddelen, verf, enz ... Nanocoatings en nanocomposieten worden gebruikt in verschillende consumentenproducten zoals sportartikelen, ramen, auto's, enz. Om de schade te beschermen Door zonlicht veroorzaakte dranken worden glazen flessen gecoat met nanocoating die de uv-straling tegenhoudt. Met behulp van nanoklei composieten worden tennisballen met een langere levensduur vervaardigd. Siliciumdioxide op nanoschaal wordt gebruikt als vulstof in tandvullingen.

De optische eigenschappen van de nanomaterialen worden gebruikt om optische detectoren, sensoren, lasers, displays, zonnecellen te vormen. Deze eigenschap wordt ook gebruikt in de biogeneeskunde en foto-elektrochemie. In microbiële brandstofcellen bestaan de elektroden uit koolstofnanobuisjes. Nanokristallijn zinkselenide wordt in de beeldschermen gebruikt om de resolutie van de pixels die HD-tv's en pc's vormen, te verhogen. In de micro-elektronische industrie wordt de miniaturisering van schakelingen zoals transistors, diodes, weerstanden en condensatoren benadrukt.

Nanodraden worden gebruikt bij het vormen van junctionless transistors Nanomaterialen worden ook gebruikt als katalysatoren in autokatalysatoren en stroomopwekkingssystemen om te reageren met giftige gassen zoals koolmonoxide en stikstofoxide, waardoor de door hen veroorzaakte milieuvervuiling wordt voorkomen. Om de zonbeschermingsfactor (SPF) in de zonnefilters te verhogen wordt nano-TiO2 gebruikt. Om de sensoren een zeer actief oppervlak te geven, worden nano-lagen gebruikt.

Fullerenen worden gebruikt bij kanker om kankercellen zoals melanoom te behandelen. Deze zijn ook gebruikt als door licht geactiveerde antimicrobiële middelen. Vanwege hun optische en elektrische eigenschappen hebben quantum dots, nanodraden en nanostaafjes sterk gekozen voor opto-elektronica. Nanomaterialen worden getest voor toepassingen in tissue engineering, medicijnafgifte en biosensoren. Nanozymen zijn de kunstmatige enzymen die worden gebruikt voor biosensoren, bioimaging en tumordetectie.

Voordelen en nadelen van nanomaterialen

De elektrische, magnetische, optische en mechanische eigenschappen van de nanomaterialen hebben voor veel fascinerende toepassingen gezorgd. Er wordt nog onderzoek gedaan naar deze eigenschappen. Eigenschappen van de nanomaterialen verschillen van die van hun bulkgroottemodel. Enkele van de voordelen van de nanomaterialen zijn als volgt:

Nanomateriaal halfgeleider q-deeltjes vertonen kwantumopsluitingseffecten, waardoor ze de eigenschap luminescentie krijgen.
In vergelijking met grofkorrelige keramiek, is keramiek met een nanofase meer ductiel bij verhoogde temperaturen.
De eigenschap van koudlassen van de metaalpoeders met nanogrootte en hun vervormbaarheid is zeer nuttig voor metaal-metaalbinding.
Magnetische deeltjes met enkele nanogrootte zorgen voor super paramagnetisme.
Nanogestructureerde metaalclusters van monometaalsamenstelling fungeren als voorlopers voor heterogene katalysatoren.
Voor zonnecellen vormen nanokristallijne siliciumfilms een zeer transparant contact.
Poreuze films van titaanoxide met nanostructuur zorgen voor een hoge transmissie en verbetering van het oppervlak.
Uitdagingen waarmee de micro-elektronische industrie wordt geconfronteerd bij de miniaturisatie van de circuits, zoals een slechte afvoer van warmte die wordt gegenereerd door hoge snelheid microprocessoren kan een slechte betrouwbaarheid worden overwonnen met behulp van nanokristallijne materialen. Deze bieden een hoge thermische geleidbaarheid, een hoge duurzaamheid en duurzame, langdurige verbindingen.

Er zijn ook enkele technologische nadelen bij het gebruik van nanomaterialen. Enkele van die nadelen zijn als volgt -

Instabiliteit van de nanomaterialen.
Slechte corrosiebestendigheid.
Hoge oplosbaarheid.
Wanneer de nanomaterialen met het grote oppervlak in direct contact komen met zuurstof vindt er een exotherme verbranding plaats die leidt tot een explosie.
Onzuiverheid
Nanomaterialen worden als biologisch schadelijk beschouwd. Deze hebben een hoge toxiciteit die tot irritaties kan leiden.
Kankerverwekkend
Moeilijk te synthetiseren
Geen veilige verwijdering beschikbaar
Moeilijk te recyclen

Vandaag Nanomaterialen samen met nanotechnologie revolutioneert de manier waarop verschillende producten worden vervaardigd. Noem een organisch natuurlijk voorkomend nanomateriaal?