Definovanie nanomateriálov

материал  наноструктурированый

3 dimenzie nanomateriálov

O nanomateriáloch už vieme, že obsahujú častice menšie ako 100 nanometrov. Grafén je nanomateriál, ktorý sa aplikuje v tenkých povrchových náteroch ako filmv a v nanoveľkosti  predstavuje jednorozmernú vrstvu (1D). Do tejto kategórie patria aj niektoré prvky počítačových čipov. Nanovlákna a nanotrubice sú už dvojrozmerné (2D). Koloidy a kvantové bodky (drobné časti polovodičových materiálov) zaraďujeme do kategórie, ktoré sú v nanomierke trojrozmerné (3D). Do tejto skupiny patria aj nanokryštalické materiály. Niektoré z týchto materiálov sú k dispozícii už dlhšiu dobu, iné sú skutočne nové. Cieľom tohto článku je poskytnúť prehľad o vlastnostiach a význame predpokladaných aplikácií niektorých  kľúčových nanomateriálov.

http://www.nano.gov/sites/default/files/nanocubes.jpg

nanočastice majú vyššiu relatívnu povrchovú plochu

Medzi dva hlavné faktory, ktoré spôsobujú, že vlastnosti nanomateriálov sa výrazne líšia od iných materiálov, patrí zvýšenie  relatívnej povrchovej plochy a kvantové efekty. Čím viac častice zmenšujeme, tým viac atómov na povrchu majú. Napríklad častica o veľkosti 30 nm má na svojom povrchu 5% všetkých svojich atómov. Pri 10 nanometroch je to 20% a 3 nm častica má na povrchu až 50% svojich atómov. Preto majú nanočastice oveľa väčšiu povrchovú plochu na jednotku hmotnosti v porovnaní s väčšími časticami. To vedie k zvýšenej katalytickej a chemickej reakcii povrchu, čo znamená, že materiály s nanočasticami sú oveľa reaktívnejšie ako rovnaké množstvo materiálu bez obsahu nanočastíc.

nové nanomateriály

Aby sme lepšie pochopili vplyv nanočastíc na povrchovú plochu, uvediem príklad s jednodolárovou striebornou mincou. Tá obsahuje 31 gramov striebra a má celkovú plochu približne 3000 štvorcových milimetrov. Ak by sme ju rozdelili na rovnako malé časti – povedzme 10 nanometrov v priemere – celková plocha týchto častíc by predstavovala už 7000 m2 (čo sa rovná veľkosti futbalového ihriska). Inými slovami, povrchová plocha týchto častíc je 2 milióny krát väčšia, než povrchová plocha mince.

Vlastnosti nanomateriálov

Zvýšenie povrchovej plochy spolu s kvantovými efektmi vedie k zmene vlastností hmoty. To môže mať vplyv na optické, elektrické a magnetické chovanie materiálov, najmä ak konštrukcia a veľkosť častíc je v čo najmenších nanorozmeroch. Materiály, s týmito vlastnosťami obsahujú kvantové bodky a využívajú sa aj v kvantových laseroch pre optoelektroniku.

nové vlastnosti

U iných materiáloch, ako sú kryštalické pevné látky, sa so zmenšovaním ich konštrukčných prvkov ešte viac zväčšuje rozhranie materiálu, čo môže viesť k jeho výraznej zmene mechanických a elektrických vlastností. Napríklad väčšina kovov pozostáva z malých kryštalických zŕn. Ak by sme zmenšili tieto zrná na veľkosť niekoľkých nanometrov, výrazne by sme potom zvýšili rozhranie vo vnútri materiálu, čo sa prejaví na zvýšenej pevnosti kovu. Napríklad nanokryštalický nikel je potom rovnako silný ako oceľ. Pochopenie rozhraní povrchov materiálov, je kľúčovou výzvou pre vedcov v hľadaní uplatnenia nanomateriálov v bežnom živote.

Povedz svoj názor v komentári  a lajkni, prípadne zdieľaj článok, ak sa ti páčil ;) ďakujem.


Zdroj: nanowerk.com, rsc.org, eng.thesaurus.rusnano.com, nano.gov,  jurnalpedia.com,

Leave a Comment