Apa itu Nanomaterials - Klasifikasi dan Sifatnya

Telah diperhatikan bahawa sifat kuantum bahan dapat berbeza pada skala nano. Bahan yang berperanan sebagai penebat pada tahap molekul dapat menyatakan sifat konduktor ketika melihat tahap skala nanonya. Nanoteknologi telah muncul sebagai metodologi penyelidikan yang berkaitan dengan kajian mengenai perubahan sifat bahan pada skala nano. Ia melibatkan kajian gabungan pelbagai sains seperti fizik kuantum, fizik semikonduktor, bahan pembuatan , dll. pada peringkat skala nano. Bahan yang dibentuk dengan menggunakan prinsip dan kaedah nanoteknologi, yang sifatnya terletak di antara pepejal makroskopik dan sistem atom, dikenal sebagai Nanomaterials.

Apa itu Nanomaterials?

Istilah nano merujuk kepada dimensi 10^-9meter. Ia adalah satu meter dari satu meter. Jadi, zarah-zarah yang mana-mana dimensi luaran atau dimensi struktur dalaman atau dimensi struktur permukaan terletak dalam julat 1nm hingga 100nm dianggap sebagai Nanomaterials.

Bahan-bahan ini tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Pendekatan sains bahan berasaskan nanoteknologi dipertimbangkan untuk nanomaterials. Pada skala ini, bahan-bahan ini mempunyai sifat optik, elektronik, mekanikal dan kuantum yang unik berbanding dengan tingkah laku skala molekulnya.

Bahan nano boleh berupa objek nano atau bahan berstruktur nano. Objek Nao adalah kepingan bahan yang diskrit, sebaliknya, bahan berstruktur Nanostruktur mempunyai struktur dalaman atau permukaannya dalam dimensi skala nano.

Nanomaterial boleh wujud semula jadi, dibuat secara buatan atau terbentuk secara tidak sengaja. Dengan kemajuan dalam penyelidikan, nanomaterial dikomersialkan dan digunakan sebagai komoditi.

Sifat Nanomaterials

Perubahan drastik dalam sifat nanomaterials dapat diperhatikan semasa pecahan ke tahap skala nano. Ketika kita menuju ke tahap skala nano dari tahap molekul, sifat elektronik bahan diubah kerana kesan ukuran kuantum. Perubahan sifat mekanikal, termal dan pemangkin bahan dapat dilihat dengan peningkatan nisbah luas permukaan dan isipadu pada tahap skala nano.

Sebilangan besar bahan penebat mula berkelakuan sebagai konduktor pada dimensi skala nano mereka. Begitu juga, ketika kita mencapai dimensi skala nano, banyak fenomena permukaan dan kuantum yang menarik dapat diperhatikan.

Ukuran zarah, bentuk, komposisi kimia, struktur kristal, kestabilan fizikokimia, luas permukaan, dan tenaga permukaan, dan lain-lain ... atribut sifat fizikokimia nanomaterial. Apabila nisbah luas permukaan dan isipadu nanomaterial meningkat, permukaannya menjadi lebih reaktif pada dirinya sendiri dan sistem lain. Ukuran nanomaterial memainkan peranan penting dalam tingkah laku farmakologi mereka. Apabila nanomaterial berinteraksi dengan air atau media penyebaran lain, mereka dapat menyusun semula struktur kristalnya. Ukuran, komposisi dan cas permukaan nanomaterial mempengaruhi keadaan pengagregatannya. Sifat magnetik, fizikokimia dan psikokinetik bahan-bahan ini dipengaruhi oleh lapisan permukaan. Bahan-bahan ini menghasilkan ROS apabila permukaannya bertindak balas dengan oksigen, ozon, dan bahan peralihan.

Pada peringkat skala nano, interaksi antara zarah disebabkan oleh daya van der Waal atau ikatan polar atau kovalen yang kuat. Sifat permukaan nanomaterials dan interaksinya dengan elemen dan persekitaran lain dapat diubahsuai dengan penggunaan polyelectrolytes.

Contoh

Nanomaterials boleh didapati sebagai nanomaterial yang direkayasa, secara kebetulan atau wujud semula jadi. Nanomaterial yang direkayasa dihasilkan oleh manusia dengan beberapa sifat yang diinginkan. Ia merangkumi karbon hitam dan nanomaterial titanium dioksida. Nanopartikel juga dihasilkan kerana proses mekanikal atau perindustrian secara kebetulan seperti semasa ekzos kenderaan, asap kimpalan, memasak, dan pemanasan bahan bakar. Nanomaterial atmosfera yang dihasilkan secara kebetulan juga dikenali sebagai zarah ultrafine. Fullerenes adalah nanomaterial yang dihasilkan kerana pembakaran biojisim, lilin.

Nanotube

Bahan nano semula jadi yang ada terbentuk kerana banyak proses semula jadi seperti kebakaran hutan, abu gunung berapi, semburan lautan, pelapukan logam, dan lain-lain ... Sebilangan contoh nanomaterials yang terdapat dalam sistem biologi adalah struktur kristal lilin yang meliputi teratai, struktur virus, sutera laba-laba, rona biru labah-labah tarantula, sisik sayap rama-rama. Zarah seperti susu, darah, tanduk, gigi, kulit, kertas, karang, paruh, bulu, matriks tulang, kapas, kuku, dan lain-lain adalah nanomaterial organik semula jadi. Tanah liat adalah contoh nanomaterial anorganik yang berlaku secara semula jadi, kerana ia terbentuk kerana pertumbuhan kristal dalam pelbagai keadaan kimia di kerak bumi.

Pengelasan

Pengelasan nanomaterial bergantung kepada morfologi dan strukturnya, ia diklasifikasikan kepada dua kumpulan utama sebagai bahan Gabungan dan Nanodispersi. Bahan nano yang disatukan kemudian dikelaskan kepada beberapa kumpulan. Sistem penyebaran Nano satu dimensi disebut sebagai Nanopowders dan Nanoparticles. Di sini nanopartikel dikelaskan lebih lanjut sebagai Nanokristal, Nanoklaster, Nanotube, supermolekul, dan lain-lain.

Untuk nanomaterials, ukuran adalah sifat fizikal yang penting. Bahan nano sering dikelaskan bergantung kepada jumlah dimensinya yang berada di bawah skala nano. Nanomaterial yang ketiga dimensinya berskala nano dan tidak ketara perbezaan antara paksi terpanjang dan terpendek, dipanggil Nanopartikel. Bahan dengan dua dimensi dalam skala nano dipanggil Nanofibres. Nanofibre berongga dikenali sebagai Nanotube dan padatnya dikenali sebagai Nanorods. Bahan dengan satu dimensi dalam skala nano dikenali sebagai Nanoplates. Nanoplate dengan dua dimensi panjang yang berbeza dikenali sebagai Nanoribbons.

Berdasarkan fasa jirim yang terkandung dalam bahan berstruktur nanosa mereka diklasifikasikan sebagai bahan nanokomposit, nanofoam, nanopori dan nanokristalin. Bahan pepejal yang mengandungi sekurang-kurangnya satu kawasan yang berbeza dari segi fizikal atau kimia dengan sekurang-kurangnya satu kawasan dengan dimensi dalam skala nano dipanggil Nano Composites. Nanofoams mengandungi matriks cecair atau pepejal, diisi dengan fasa gas dan salah satu dari dua fasa tersebut mempunyai dimensi dalam skala nano.

Bahan pepejal dengan nanopori, rongga dengan dimensi pada skala nano dianggap sebagai bahan Nanopori. Bahan nanokristalin mempunyai butiran kristal di skala nano.

Aplikasi Nanomaterials

Hari ini bahan nano dikomersialkan. Beberapa bahan nano komersial yang terdapat di pasaran adalah kosmetik, tekstil tahan regangan, elektronik, pelindung matahari, cat, dan lain-lain ... Nanocoatings dan nanocomposites digunakan dalam pelbagai produk pengguna seperti peralatan sukan, tingkap, kereta, dll. Untuk melindungi kerosakan disebabkan oleh minuman dari cahaya matahari, botol kaca disalut dengan nanocoating yang menyekat sinar UV. Menggunakan komposit nano-tanah liat bola tenis tahan lama sedang dihasilkan. Silika Nanoscale digunakan sebagai pengisi pada tampalan gigi.

Sifat optik nanomaterial digunakan untuk membentuk pengesan optik, sensor, laser, paparan, sel suria. Properti ini juga digunakan dalam biomedicine dan photoelectrochemistry. Dalam sel bahan bakar mikroba, elektrod terdiri daripada nanotube karbon. Nanocrystalline zinc selenide digunakan pada layar paparan untuk meningkatkan resolusi piksel yang membentuk set TV Definisi Tinggi dan komputer peribadi. Dalam industri mikroelektronik, penekanan miniatur litar seperti transistor, dioda, perintang, dan kapasitor ditekankan.

Nanowires digunakan dalam membentuk tanpa persimpangan transistor . Nanomaterials juga digunakan sebagai pemangkin dalam penukar pemangkin kenderaan dan sistem penjanaan tenaga, untuk bertindak balas dengan gas beracun seperti karbon monoksida dan nitrogen oksida, sehingga mencegah pencemaran alam sekitar yang disebabkan olehnya. Untuk meningkatkan faktor perlindungan matahari (SPF) di pelindung matahari nano-TiO2 digunakan. Untuk menyediakan permukaan yang sangat aktif ke sensor, digunakan pelapis nanolay.

Fullerenes digunakan dalam barah untuk merawat sel barah seperti melanoma. Ini juga didapati digunakan sebagai agen antimikroba yang diaktifkan cahaya. Oleh kerana sifat optik dan elektriknya, titik kuantum, kabel nanowod, dan nanorod sangat memilih Optoelektronik. Bahan nano sedang diuji untuk aplikasi dalam teknik tisu, penghantaran ubat, dan biosensor. Nanozim adalah enzim tiruan yang digunakan untuk pengesanan biosensing, bioimaging, tumor.

Kelebihan dan Kekurangan Nanomaterials

Sifat elektrik, magnetik, optik dan mekanikal nanomaterials telah memberikan banyak aplikasi menarik. Penyelidikan masih dijalankan untuk mengetahui mengenai sifat-sifat ini. Sifat-sifat nanomaterial berbeza daripada model saiz pukal. Sebilangan kelebihan nanomaterial adalah seperti berikut-

• Bahan Nanomaterial semikonduktor zarah-q menunjukkan kesan pengurungan kuantum, sehingga memberikannya sifat cahaya.
• Berbanding dengan seramik kasar, seramik nanofasa lebih mulus pada suhu tinggi.
• Sifat pengelasan sejuk serbuk logam nanosized dan kemulurannya sangat berguna untuk ikatan logam-logam.
• Zarah magnet nanosized tunggal memberikan sifat paramagnetisme super.
• Kelompok logam berstruktur nanostruktur komposisi monometallik bertindak sebagai pendahulu bagi pemangkin heterogen.
• Untuk sel suria, filem silikon Nanokristalin membentuk hubungan yang sangat telus.
• Filem berliang titanium oksida berstruktur nano memberikan transmisi tinggi dan peningkatan luas permukaan tinggi.
• Cabaran yang dihadapi oleh industri mikroelektronik dalam miniatur litar seperti pelesapan haba yang buruk yang dihasilkan oleh kelajuan tinggi pemproses mikro , kebolehpercayaan yang buruk dapat diatasi dengan bantuan bahan nanokristalin. Ini memberikan kekonduksian terma yang tinggi, ketahanan tinggi, dan sambungan yang tahan lama.

Terdapat juga beberapa kelemahan teknologi yang terdapat dalam penggunaan nanomaterials. Beberapa kelemahan tersebut adalah seperti berikut -

• Ketidakstabilan bahan-bahan nanomaterial.
• Rintangan kakisan lemah.
• Keterlarutan tinggi.
• Apabila nanomaterial dengan luas permukaan tinggi bersentuhan langsung dengan pembakaran eksotermik oksigen berlaku yang membawa kepada letupan.
• Kekotoran
• Nanomaterials dianggap berbahaya secara biologi. Ini mempunyai ketoksikan tinggi yang boleh menyebabkan kerengsaan.
• Karsinogenik
• Sukar untuk mensintesis
• Tidak ada pelupusan yang selamat
• Sukar dikitar semula

Hari ini Nanomaterials bersama nanoteknologi sedang merevolusikan cara pembuatan pelbagai produk. Namakan organik nanomaterial yang semula jadi?