Vad är nanomaterial - Klassificering och dess egenskaper

Det observerades att kvantegenskaperna hos materialet kan skilja sig åt i nanoskalan. Material som beter sig som isolator på molekylär nivå kan uttrycka ledarens egenskaper när man tittar på dess nanoskalanivå. Nanoteknik har framstått som den forskningsmetodik som behandlar studien av förändringen i materialets egenskaper i nanoskalan. Det involverar en kombinerad studie av olika vetenskaper som kvantfysik, halvledarfysik, material tillverkning , etc .. på nanoskalanivå. Material som bildas med hjälp av principerna och metoderna för nanoteknik, vars egenskaper ligger mellan makroskopiska fasta ämnen och atomsystem, är kända som nanomaterial.

Vad är nanomaterial?

Termen nanoskala hänvisar till dimensionen 10^-9meter. Det är en miljarddel av en meter. Så, de partiklar vars någon av de yttre dimensionerna eller den inre strukturdimensionen eller ytstrukturdimensionen ligger i området 1 nm till 100 nm betraktas som nanomaterial.

Dessa material är osynliga för blotta ögat. Det materialvetenskapliga tillvägagångssättet för nanoteknik beaktas för nanomaterial. I denna skala har dessa material unika optiska, elektroniska, mekaniska och kvantegenskaper jämfört med deras beteende i molekylskala.

Ett nanomaterial kan vara ett nanoobjekt eller ett nanostrukturerat material. Nao-objekt är de diskreta bitarna av material, å andra sidan, har nanostrukturerade material sin inre eller ytstruktur i nanoskalldimensionen.

Nanomaterial kan vara av naturlig existens, artificiellt tillverkade eller i övrigt formade. Med forskningen framåt marknadsförs nanomaterial och används som råvaror.

Egenskaper hos nanomaterial

En drastisk förändring i egenskaper hos nanomaterial kan observeras när de bryts ner till nanoskala. När vi går mot nanoskala från molekylär nivå modifieras materialens elektroniska egenskaper på grund av kvantstorlekseffekten. Förändring av de mekaniska, termiska och katalytiska egenskaperna hos materialen kan ses med ökningen av ytan till volymförhållandet på nanoskalanivå.

Många av isoleringsmaterialen börjar fungera som ledare i deras nanoskalamått. På samma sätt, när vi når nanoskaledimensionerna, kan många intressanta kvant- och ytfenomen observeras.

Partikelstorlek, form, kemisk sammansättning, kristallstruktur, fysikalisk-kemisk stabilitet, ytarea och ytenergi, etc ... hänför sig till de fysikokemiska egenskaperna hos nanomaterialen. När ytan till volymförhållandet för nanomaterialet ökar blir deras yta mer reaktiv på sig själv och andra system. Storleken på nanomaterialet spelar en viktig roll i deras farmakologiska beteende. När nanomaterial interagerar med vatten eller andra dispersionsmedier kan de ordna om sin kristallstruktur. Nanomaterialens storlek, sammansättning och ytladdning påverkar deras aggregeringstillstånd. De magnetiska, fysikalisk-kemiska och psykokinetiska egenskaperna hos dessa material påverkas av ytbeläggning. Dessa material producerar ROS när deras yta reagerar med syre, ozon och övergångsmaterial.

På nanoskalanivå beror interaktionen mellan partiklar antingen på van der Waal-krafterna eller starka polära eller kovalenta bindningar. Ytegenskaperna hos nanomaterialen och deras interaktioner med andra element och miljöer kan modifieras med användning av polyelektrolyter.

Exempel

Nanomaterial kan hittas som antingen konstruerade nanomaterial, tillfälliga eller av naturlig existens. Konstruerade nanomaterial tillverkas av människor med vissa önskade egenskaper. De inkluderar kimrök och nanomaterial av titandioxid. Nanopartiklarna produceras också på grund av mekaniska eller industriella processer för övrigt som vid fordonsavgaser, svetsrök, matlagning och bränsleuppvärmning. Förresten producerade atmosfäriska nanomaterial är också kända som ultrafina partiklar. Fullerener är det nanomaterial som produceras på grund av förbränning av biomassa, ljus.

Nanorör

Naturliga befintliga nanomaterial bildas på grund av många av de naturliga processerna som skogsbränder, vulkanaska, havsspray, vittring av metaller, etc ... Några av de exempel på nanomaterial närvarande i biologiska system är strukturen av vaxkristaller som täcker lotus, virusstruktur, spindelmiddesilk, blå nyans av tarantula-spindlar, fjärilsvingar. Partiklar som mjölk, blod, horn, tänder, hud, papper, koraller, näbbar, fjädrar, benmatris, bomull, nagel, etc. är helt naturliga organiska nanomaterial. Lera är exemplet på naturligt förekommande oorganiskt nanomaterial, eftersom de bildas på grund av kristalltillväxt under olika kemiska förhållanden på jordskorpan.

Klassificering

Klassificeringen av nanomaterial beror främst på morfologin och deras struktur, de klassificeras i två huvudgrupper som konsoliderade material och nanodispersioner. Konsoliderade nanomaterial klassificeras vidare i flera grupper. De endimensionella nanodispersiva systemen kallas nanopulver och nanopartiklar. Här klassificeras nanopartiklarna ytterligare som nanokristaller, nanokluster, nanorör, supermolekyler, etc.

För nanomaterialen är storleken ett viktigt fysiskt attribut. Nanomaterial klassificeras ofta beroende på antalet dimensioner faller under nanoskala. Nanomaterialet vars alla tre dimensioner är av nanoskala och det är signifikant ingen skillnad mellan de längsta och kortaste axlarna, kallas nanopartiklar. Material med sina två dimensioner i nanoskalan kallas nanofibrer. Ihåliga nanofibrer är kända som nanorör och de fasta är kända som nanoroder. Material med en dimension i nanoskalan kallas nanoplates. Nanoplates med två olika längre dimensioner kallas Nanoribbons.

Baserat på faserna av material som ingår i de nanostrukturerade materialen klassificeras de som nanokomposit, nanofoam, nanoporösa och nanokristallina material. Fasta material som innehåller minst en fysiskt eller kemiskt distinkt region med minst en region med dimensioner i nanoskalan kallas Nano Composites. Nanofoams innehåller en flytande eller fast matris, fylld med en gasformig fas och en av de två faserna har dimensioner i nanoskalan.

Fasta material med nanoporer, hål med dimensioner på nanoskalan betraktas som nanoporösa material. Nanokristallina material har kristallkorn i nanoskalan.

Tillämpningar av nanomaterial

Idag marknadsförs nanomaterial i hög grad. Några av de kommersiella nanomaterial som finns på marknaden är kosmetika, spänningsbeständiga textilier, elektronik, solskyddsmedel, färger, etc. ... Nanoklädnader och nanokompositer används i olika konsumentprodukter såsom sportutrustning, fönster, bilar etc. För att skydda skadan orsakas av drycker från solljus, glasflaskor beläggs med nanobeläggning som blockerar UV-strålarna. Med användning av nano-lerkompositer tillverkas långvariga tennisbollar. Nanoskala kiseldioxid används som fyllmedel i tandfyllningar.

De optiska egenskaperna hos nanomaterial används för att bilda optiska detektorer, sensorer, lasrar, skärmar, solceller. Den här egenskapen används också i biomedicin och fotoelektrokemi. I mikrobiella bränsleceller består elektroderna av kolnanorör. Nanokristallin zinkselenid används på skärmarna för att öka upplösningen för pixlarna som bildar högupplösta TV-apparater och persondatorer. I mikroelektronikindustrin betonas miniatyrisering av kretsar som transistorer, dioder, motstånd och kondensatorer.

Nanotrådar används för att bilda korsningsfria transistorer . Nanomaterial används också som katalysatorer i bilkatalysatorer och kraftgenereringssystem för att reagera med giftiga gaser som kolmonoxid och kväveoxid, vilket förhindrar miljöföroreningar orsakade av dem. För att öka solskyddsfaktorn (SPF) i solskyddsmedel används nano-TiO2. För att ge sensorerna en mycket aktiv yta används konstruerade nanolager.

Fullerener används i cancer för att behandla cancerceller såsom melanom. Dessa har också funnits användning som ljusaktiverade antimikrobiella medel. På grund av deras optiska och elektriska egenskaper har kvantprickar, nanotrådar och nanorods starkt valt optoelektronik. Nanomaterial testas för applikationer inom vävnadsteknik, läkemedelsleverans och biosensorer. Nanozymer är de artificiella enzymer som används för biosensing, bioavbildning, tumördetektering.

Fördelar och nackdelar med nanomaterial

De elektriska, magnetiska, optiska och mekaniska egenskaperna hos nanomaterialen har gett många fascinerande applikationer. Forskning pågår fortfarande för att få veta om dessa egenskaper. Egenskaperna hos nanomaterialen skiljer sig från den där stora storleksmodellen. Några av fördelarna med nanomaterial är följande:

• Nanomaterial halvledare q-partiklar visar kvantbegränsningseffekter, vilket ger dem luminiscensegenskapen.
• Jämfört med grovkornad keramik är nanofaskeramik mer duktil vid förhöjda temperaturer.
• Kallsvetsningsegenskaper hos de nanostorade metallpulverna tillsammans med deras duktilitet är mycket användbara för metall-metallbindning.
• Enstaka nanosized magnetiska partiklar ger super paramagnetism egenskap.
• Nanostrukturerade metallkluster med monometallisk komposition fungerar som föregångare för heterogena katalysatorer.
• För solceller bildar nanokristallina kiselfilmer en mycket transparent kontakt.
• Nanostrukturerade porösa titanoxidfilmer ger förbättrad transmission och hög ytarea.
• Utmaningar som mikroelektronikindustrin står inför i miniatyriseringen av kretsarna, såsom dålig värmeavledning som genereras av höghastighetståg mikroprocessorer kan dålig tillförlitlighet övervinnas med hjälp av nanokristallina material. Dessa ger hög värmeledningsförmåga, hög hållbarhet och hållbara långvariga sammankopplingar.

Det finns också några tekniska nackdelar med användningen av nanomaterial. Några av dessa nackdelar är som följer -

• Instabiliteten hos nanomaterialen.
• Dålig korrosionsbeständighet.
• Hög löslighet.
• När nanomaterial med hög yta kommer i direkt kontakt med syre exoterm förbränning sker som leder till en explosion.
• Förorening
• Nanomaterial anses vara biologiskt skadliga. Dessa har hög toxicitet vilket kan leda till irritationer.
• Carcinogen
• Svårt att syntetisera
• Ingen säker avfallshantering tillgänglig
• Svårt att återvinna

Idag Nanomaterials tillsammans med nanoteknik revolutionerar sättet på vilket olika produkter tillverkas. Namnge ett organiskt naturligt förekommande nanomaterial?