نانومواد – طبقه بندی ، ویژگی ها و برنامه ها

نانومواد چیست ، طبقه بندی و خصوصیات آن

0

نانومواد

مشاهده شد که خصوصیات کوانتومی مواد در مقیاس نانو می توانند متفاوت باشند. رفتار ماده به عنوان عایق در سطح مولکولی می تواند ویژگیهای رسانا را هنگام نگاه به سطح نانوسیمار بیان کند. فن آوری نانو به عنوان یک روش تحقیق پدید آمده است که به بررسی تغییر در خواص مواد در مقیاس نانو می پردازد. این شامل مطالعه ترکیبی از علوم مختلف مانند فیزیک کوانتومی ، فیزیک نیمه هادی ، ساخت مواد و غیره در سطح نانو است. موادی که با استفاده از اصول و روشهای فناوری نانو شکل گرفته است ، که خواص آن بین مواد جامد ماکروسکوپی و سیستمهای اتمی قرار دارد ، به عنوان نانومواد شناخته می شوند.

نانومواد چیست؟

 

اصطلاح نانو به ابعاد ۱۰-۹ متر اشاره دارد. این یک میلیاردمین قسمت از یک متر است. بنابراین ذراتی که هر یک از ابعاد خارجی یا ساختار داخلی آن یا ابعاد ساختار سطح آن در محدوده ۱nm تا ۱۰۰nm باشد ، به عنوان نانومواد در نظر گرفته می شوند.

این مواد برای چشم غیر مسلح نامرئی هستند. رویکرد علمی مبتنی بر علم نانوتکنولوژی برای نانومواد در نظر گرفته شده است. در این مقیاس ، این مواد در مقایسه با رفتار در مقیاس مولکولی ، دارای خواص نوری ، الکترونیکی ، مکانیکی و کوانتومی منحصر به فرد هستند.

یک ماده نانو می تواند یک ماده نانو یا یک ماده نانوساختار باشد. اشیاء Nao قطعات گسسته ای از مواد هستند ، از طرف دیگر ، مواد نانوساختار شده ساختار داخلی یا سطح خود را در بعد نانو تشکیل می دهند.

مواد نانومواد می توانند از نظر طبیعی وجود داشته باشند ، مصنوعی تولید و یا به طور اتفاقی شکل بگیرند. با پیشرفت در تحقیقات ، نانومواد در حال تجاری سازی بوده و به عنوان کالا مورد استفاده قرار می گیرند.

خواص نانومواد

 

تغییر شدید در خواص نانومواد هنگام مشاهده شکست سطح نانو قابل مشاهده است. هرچه از سطح مولکولی به سمت نانو مقیاس برویم ، به دلیل اثر اندازه کوانتومی ، خواص الکترونیکی مواد تغییر می یابد. با افزایش در سطح سطح به نسبت حجم در سطح نانو می توان تغییر در خصوصیات مکانیکی ، حرارتی و کاتالیزوری مواد را مشاهده کرد.

بسیاری از مواد عایق رفتار خود را به عنوان رسانا در ابعاد نانوذرات خود شروع می کنند. به همین ترتیب ، با رسیدن به ابعاد نانو ، بسیاری از پدیده های کوانتومی و سطحی جالب مشاهده می شوند.

 

اندازه ذرات ، شکل ، ترکیب شیمیایی ، ساختار کریستال ، پایداری فیزیکوشیمیایی ، مساحت سطح و انرژی سطح و غیره … به خصوصیات فیزیکوشیمیایی نانومواد مربوط می شود. با افزایش سطح سطح به حجم نانومواد ، سطح آنها نسبت به خود و سایر سیستم ها واکنش پذیرتر می شود. اندازه نانومواد نقش مهمی در رفتار دارویی آنها دارد. هنگامی که نانومواد با آب یا سایر رسانه های پراکندگی در تعامل هستند ، می توانند ساختار بلوری آنها را از نو تنظیم کنند. اندازه ، ترکیب و بار سطحی این نانومواد بر حالت تجمع آنها تأثیر می گذارد. خواص مغناطیسی ، فیزیکوشیمیایی و روانگردان این مواد تحت تأثیر پوشش سطح قرار می گیرند. این مواد هنگامی که سطح آنها با اکسیژن ، ازن و مواد انتقالی واکنش نشان می دهد ROS تولید می کنند.

 

در سطح نانو ، تعامل بین ذرات یا ناشی از نیروهای ون در وائل یا پیوندهای قطبی یا کووالانسی قوی است. خصوصیات سطح نانومواد و تعامل آنها با سایر عناصر و محیط ها با استفاده از پلی الکترولیت ها قابل تغییر است.

مثال ها

 

مواد نانومواد را می توان به عنوان نانومواد مهندسی شده ، اتفاقی یا از وجود طبیعی یافت. نانومواد مهندسی شده توسط انسان با برخی از خواص مطلوب تولید می شوند. آنها شامل نانومواد کربن سیاه و دی اکسید تیتانیوم هستند. این نانوذرات همچنین به دلیل فرآیندهای مکانیکی یا صنعتی که اتفاقاً مانند هنگام اگزوز خودرو ، جوش بخاری ، پخت و پز و گرم کردن سوخت تولید می شوند ، تولید می شوند. نانومواد اتمسفری که به طور اتفاقی تولید می شوند ، به عنوان ذره های بسیار ریز نیز شناخته می شوند. Fullerenes نانومواد است که به دلیل سوزاندن زیست توده ، شمع تولید می شود.

نانومواد
نانولوله

 

نانومواد موجود طبیعی به دلیل بسیاری از فرایند های طبیعی مانند آتش سوزی جنگل ها، خاکستر آتشفشانی، اسپری اقیانوس تشکیل، هوا فلزات، و غیره … برخی از نمونه هایی از نانومواد در حال حاضر در سیستم های بیولوژیکی هستند ساختار بلورها موم پوشش نیلوفر آبی، ساختار ویروس ها ، ابریشم کنه عنکبوتی ، رنگ آبی عنکبوت های تارنتولا ، مقیاس بال پروانه. ذرات مانند شیر ، خون ، شاخ ، دندان ، پوست ، کاغذ ، مرجان ، منقار ، پرها ، ماتریس استخوان ، پنبه ، ناخن و غیره. خاک رس نمونه ای از نانومواد معدنی طبیعی است که به دلیل رشد کریستالی در شرایط شیمیایی متنوع در پوسته زمین تشکیل می شود.

طبقه بندی

 

طبقه بندی نانومواد به طور عمده به مورفولوژی و ساختار آنها بستگی دارد ، آنها به دو دسته اصلی به عنوان مواد تلفیقی و نانواعظم ها طبقه بندی می شوند. نانومواد تلفیقی بیشتر در چندین گروه طبقه بندی می شوند. سیستمهای پراکندگی یک بعدی نانو به عنوان نانوپودرها و نانوذرات نامیده می شوند. در اینجا نانوذرات بیشتر به عنوان نانوکریستالها ، نانوکلاسترها ، نانولوله ها ، سوپر مارکت ها ها و غیره طبقه بندی می شوند.

برای نانومواد ، اندازه یک ویژگی فیزیکی مهم است. مواد نانومواد اغلب بسته به تعداد ابعاد آنها در مقیاس نانو طبقه بندی می شوند. نانومواد که هر سه بعد آن از نظر نانو و از لحاظ طول و کوتاهترین محور تفاوت دارد ، نانوذرات نامیده می شوند. موادی با دو بعد در نانوساختار نانوالیاف نامیده می شوند. نانو فیبرهای توخالی به عنوان نانولوله ها شناخته می شوند و مواد جامد به عنوان نانورود شناخته می شوند. موادی با یک بعد در مقیاس نانو با عنوان نانوپلاتها شناخته می شوند. نانوپلاتها با دو بعد طولانی تر متفاوت به عنوان نانوریبون ها شناخته می شوند.

بر اساس مراحل ماده موجود در مواد نانوساختار شده ، آنها به عنوان مواد نانوکامپوزیت ، نانو فوم ، نانوذرات و نانوبلور طبقه بندی می شوند. مواد جامد حاوی حداقل یک منطقه از نظر فیزیکی یا شیمیایی مجزا با حداقل یک منطقه با ابعاد در مقیاس نانو ، نانو کامپوزیت نامیده می شوند. نانو فوم ها حاوی یک ماتریس مایع یا جامد هستند که پر از فاز گازی است و یکی از دو فاز دارای ابعاد در نانوسیمول است.

مواد جامد با نانوپره ها ، حفره هایی با ابعاد روی نانولوله به عنوان مواد نانوذره در نظر گرفته می شوند. مواد نانو کریستالی دارای دانه‌های بلوری در مقیاس نانو هستند.

کاربردهای نانومواد

 

امروزه نانومواد بسیار تجاری می شوند. برخی از نانوموادهای تجاری موجود در بازار عبارتند از لوازم آرایشی ، منسوجات مقاوم در برابر کرنش ، الکترونیک ، ضد آفتاب ، رنگ و غیره.. بطری های شیشه ای با نور آفتاب ایجاد می شوند و پرتوهای اشعه ماوراء بنفش را مسدود می کنند. با استفاده از کامپوزیت های نانو رس ، توپ های تنیس ماندگارتر تولید می شوند. سیلیس نانو به عنوان پرکننده در پر کردن دندان ها استفاده می شود.

از خصوصیات نوری این نانومواد برای تشکیل دتکتور نوری ، حسگرها ، لیزرها ، نمایشگرها ، سلولهای خورشیدی استفاده می شود. این خاصیت همچنین در زیست پزشکی و فوتوالکترو شیمی استفاده می شود. در سلولهای سوخت میکروبی ، الکترودها از نانولوله های کربن تشکیل شده اند. سلنید روی نانو کریستالی در صفحه نمایش ها برای افزایش وضوح پیکسل های تشکیل دهنده تلویزیون های High Definition و رایانه های شخصی استفاده می شود. در صنعت میکروالکترونیک ، کوچک سازی مدارهایی مانند ترانزیستورها ، دیودها ، مقاومتها و خازنها مورد تأکید قرار گرفته است.

 

در ساخت ترانزیستورهای بدون جابجایی از نانوسیم ها استفاده می شود . از نانومواد نیز به عنوان کاتالیزور در مبدل های کاتالیزوری خودرو و سیستم های تولید برق استفاده می شود تا با گازهای سمی مانند مونوکسید کربن و اکسید نیتروژن واکنش نشان داده و از این طریق از آلودگی محیطی ناشی از آنها جلوگیری کند. برای افزایش ضریب محافظت از نور خورشید (SPF) در ضد آفتاب ها از نانو-TiO2 استفاده می شود. برای ارائه سطح بسیار فعال به سنسورها ، از نانو لایه های مهندسی شده استفاده می شود.

فولرین ها در سرطان برای درمان سلول های سرطانی مانند ملانوما استفاده می شوند. اینها همچنین به عنوان داروهای ضد میکروبی با نور فعال هستند. با توجه به خواص نوری و الکتریکی ، نقاط کوانتومی ، نانوسیم ها و نانولوله ها برای Optoelectronic بسیار انتخاب کرده اند. مواد نانومواد برای کاربردهای مهندسی بافت ، تحویل دارو و حسگرهای زیستی آزمایش می شوند. نانوزیم ها آنزیم های مصنوعی هستند که برای سنجش بیوسنسینگ ، تجمع زیستی ، تشخیص تومور مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایا و معایب نانومواد

 

خواص الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و مکانیکی نانومواد کاربردهای جالب بسیاری را ارائه داده است. تحقیقات برای آگاهی از این خصوصیات هنوز در دست است. خصوصیات نانومواد با مدل اندازه فله تفاوت دارد. برخی از مزایای این نانومواد به شرح زیر است:

  • ذرات q نیمه هادی نانومواد اثرات محدودیت کوانتومی را نشان می دهند ، در نتیجه خاصیت لومینسانس را به آنها می دهد.
  • در مقایسه با سرامیک های دانه درشت ، سرامیک های نانوفاز در دماهای بالاتر انعطاف پذیرتر هستند.
  • خاصیت جوشکاری سرد پودرهای فلزی نانو به همراه شکل پذیری آنها برای اتصال فلز به فلز بسیار مفید است.
  • ذرات مغناطیسی نانوسیم تنها خاصیت فوق پارامغناطیس را فراهم می کنند.
  • خوشه های فلزی نانوساختار شده از ترکیب مونومتری به عنوان پیش سازهای کاتالیزورهای ناهمگن عمل می کنند.
  • برای سلولهای خورشیدی ، فیلمهای سیلیکونی نانوکریستالی یک تماس بسیار شفاف را تشکیل می دهند.
  • فیلم های متخلخل اکسید تیتانیوم نانوساختار شده باعث انتقال زیاد و افزایش سطح سطح بالا می شوند.
  • چالش هایی که صنعت میکروالکترونیک در کوچک سازی مدارها از قبیل اتلاف ضعیف گرما ایجاد شده توسط ریزپردازنده های پر سرعت ، با آن روبرو می شود ، قابلیت اطمینان ضعیف را می توان با کمک مواد نانوکریستالی برطرف کرد. اینها قابلیت هدایت حرارتی بالا ، دوام بالا و اتصال دوام طولانی مدت را دارند.

همچنین برخی از معایب تکنولوژیکی در استفاده از نانومواد مشاهده شده است. برخی از این معایب به شرح زیر است –

  • ناپایداری نانومواد.
  • مقاومت در برابر خوردگی ضعیف.
  • حلالیت بالا.
  • هنگامی که نانومواد با سطح زیاد در تماس مستقیم با احتراق اکسیژن اکسیژن قرار می گیرند منجر به انفجار می شود.
  • ناخالصی
  • نانومواد از نظر بیولوژیکی مضر تلقی می شوند. اینها سمیت بالایی دارند که می تواند به تحریکات منجر شود.
  • سرطان زا
  • ترکیب کردن دشوار است
  • هیچ دفع ایمنی در دسترس نیست
  • بازیافت سخت است

امروزه نانومواد به همراه نانوفناوری در شیوه های تولید محصولات مختلف متحول هستند. یک نانومواد طبیعی را تشکیل می دهید؟

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.