Какво представляват наноматериалите и защо са важни?

Защо трябва да знаете какво представляват наноматериалите?

Значението на наноматериалите се крие в техния потенциал да променят множество области, като електрониката, енергетиката и медицината, чрез осигуряване на подобрени експлоатационни характеристики.

Наноматериалите могат да улеснят създаването на малки продукти и процеси в наномащаб. Някои примери за приложение на наноматериалите включват електрониката - наноматериалите могат да се използват за производство на по-бързи и по-ефективни устройства; в медицината - за разработване на целеви системи за доставка на лекарства; в енергетиката - за подобряване на преобразуването и съхранението на енергия.

Какво представляват наноматериалите?

Наноматериалите са материали със структура и свойства, които поради малкия си размер се различават значително от тези на обемните материали. Тези материали са с размери в наномащаба, обикновено между 1 и 100 нанометра, и притежават уникални физични, химични и биологични свойства.

Те намират широко приложение в различни области благодарение на голямата си повърхност, забележителната си биосъвместимост, оптичните и електрическите си свойства. Някои примери за наноматериали включват наночастици, нановлакна, нанотръбички, въглерод и квантови точки.

4 основни типа наноматериали:

Наночастици: Това са частици, чието поне едно измерение е по-малко от 100 нанометра.

Нановлакна: Това са дълги и тънки влакна с диаметър в наномащабния диапазон.

Нанотръби: Това са тръби със стени, направени от един слой атоми с диаметър в наномащабния диапазон.

Наноламинати: Това са тънки слоеве от различни материали, подредени един върху друг, за да образуват композитен материал.

Как могат да се характеризират наноматериалите?

Наноматериалите могат да се срещат в природата, да се създават като странични продукти от реакции на горене или да се произвеждат умишлено чрез инженеринг, за да изпълняват специализирана функция. Те могат да бъдат физически и химически характеризирани, за да се определят техният размер, форма, състав и структура.

Физически:

Трансмисионна електронна микроскопия (ТЕМ): ТЕМ използва високоенергийни електрони за създаване на изображения на наноматериали, които предоставят информация за техния размер, форма и разположение.

Сканираща електронна микроскопия (SEM): SEM използва фокусиран сноп електрони за създаване на изображения на повърхността на наноматериалите, които предоставят информация за морфологията и топографията на повърхността.

Динамично разсейване на светлината (DLS): DLS измерва Брауновото движение на частиците в разтвора, като предоставя информация за разпределението на частиците по размер.

Рентгенова дифракция (XRD): XRD използва рентгенови лъчи, за да определи кристалната структура на даден материал и да идентифицира неговите компоненти.

Химикали:

Енергийно-дисперсионна спектроскопия (EDS): EDS използва рентгенови лъчи за анализ на състава на наноматериалите чрез измерване на енергийните спектри на електроните, излъчени от пробата.

Инфрачервена спектроскопия с преобразуване на Фурие (FTIR): FTIR използва инфрачервена светлина за измерване на вибрационните спектри на химичните връзки на даден материал, което дава информация за химичния му състав.

Рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS): XPS използва рентгенови лъчи за възбуждане на електрони в даден материал, което дава информация за неговия химичен състав и електронна структура.

Индуктивно свързана плазма-масспектрометрия (ICP-MS): ICP-MS използва плазмена горелка за изпаряване и йонизиране на пробата, след което измерва масата на йоните, за да определи състава.

Какви са приложенията на наноматериалите?

Технологичното приложение на наноматериалите може да се използва в множество сектори - от здравеопазването и механиката до опазването на околната среда и пречистването на въздуха. Те могат да се използват за създаване на по-ефективни батерии, по-ефикасни системи за доставка на лекарства и по-здрави и по-леки материали. По-долу са дадени някои примери:

Електроника: Наноматериалите могат да се използват в електронни устройства като смартфони, лаптопи и телевизори, за да се подобри производителността и да се намали консумацията на енергия. Създават дисплеи с висока резолюция, подобряват капацитета за съхранение и ефективността на акумулаторните батерии, наред с други примери.

Медицина: Той може да се прилага в медицински приложения, като например за визуализация, диагностика и лечение. Наноразмерните системи за доставяне на лекарства могат да подобрят ефикасността и целевата специфичност на лекарствата.

Възстановяване на околната среда: Почистване на замърсявания и замърсители чрез използване на катализатори на базата на наночастици и нанофилтри, които могат да пречистват замърсена вода, въздух и почва чрез отстраняване на замърсители и патогени.

Материалознание: С него могат да се създават здрави и леки материали с подобрени механични и термични свойства, което ги прави подходящи за използване в приложения с високи изисквания, като например космически и автомобилни компоненти.

Храни и земеделие: Подобряване на качеството, безопасността и срока на годност на хранителните и селскостопанските продукти чрез подобряване на ефикасността и ефективността на пестицидите, като същевременно се намали въздействието им върху околната среда, и подобряване на ефикасността и ефективността на напоителните системи, което води до намаляване на потреблението на вода и подобряване на растежа на културите.

Какви са рисковете, свързани с наноматериалите?

Наноматериалите могат да създадат някои рискове за човешкото здраве и околната среда, включително токсичност, реактивност и освобождаване на частици във въздуха, водата и почвата. Дългосрочното излагане на наноразмерни частици може да доведе до хронични ефекти върху здравето, като например респираторни, сърдечносъдови и репродуктивни проблеми.

Съществува и загриженост относно потенциалното им въздействие върху екосистемите и дивата природа, както и за устойчивостта им в околната среда. Освен това уникалните свойства на наноматериалите могат да предизвикат опасения за безопасността при производството, обработката и изхвърлянето им. Необходими са допълнителни изследвания, за да се разберат напълно тези рискове.

Търсите ли фигури и илюстрации по заявка, за да комуникирате науката?

Mind the Graph е платформа, която помага на учените и изследователите да представят визуално своите научни идеи и открития. Платформата предоставя разнообразни шаблони, икони и илюстрации, които помагат на потребителите да създават инфографики, плакати, презентации и доклади, които ефективно информират за техните изследвания.