Hvad er nanomaterialer, og hvorfor er de vigtige?

Billede fra **edelweisspublications.com**

Hvorfor skal du vide, hvad nanomaterialer er?

Betydningen af nanomaterialer ligger i deres potentiale til at ændre mange områder, såsom elektronik, energi og medicin, ved at give dem forbedrede ydeevneegenskaber.

Nanomaterialer kan gøre det lettere at skabe små produkter og processer på nanoskala. Nogle eksempler på anvendelsen af nanomaterialer omfatter elektronik, hvor nanomaterialer kan bruges til at producere hurtigere og mere effektive enheder; inden for medicin kan de bruges til at udvikle målrettede lægemiddelafgivelsessystemer; og inden for energi kan de forbedre energiomdannelse og -lagring.

Hvad er nanomaterialer?

Nanomaterialer er materialer med strukturer og egenskaber, der adskiller sig markant fra bulkmaterialer på grund af deres lille størrelse. Disse materialer har dimensioner i nanoskala, normalt mellem 1 og 100 nanometer, og udviser unikke fysiske, kemiske og biologiske egenskaber.

De bruges i vid udstrækning inden for forskellige områder på grund af deres store overfladeareal, bemærkelsesværdige biokompatibilitet, optiske og elektriske egenskaber. Nogle eksempler på nanomaterialer omfatter nanopartikler, nanofibre, nanorør, kulstof og kvanteprikker.

De 4 hovedtyper af nanomaterialer:

Nanopartikler: Det er partikler med mindst én dimension, der måler mindre end 100 nanometer.

Nanofibre: Det er lange, tynde fibre med diametre i nanoskala.

Nanorør: Det er rør med vægge lavet af et enkelt lag atomer med diametre i nanoskala.

Nanolaminater: Det er tynde lag af forskellige materialer, der stables oven på hinanden for at danne et kompositmateriale.

Hvordan kan nanomaterialer karakteriseres?

Nanomaterialer kan forekomme naturligt, skabes som biprodukter af forbrændingsreaktioner eller fremstilles med vilje gennem ingeniørarbejde for at udføre en specialiseret funktion. De kan karakteriseres fysisk og kemisk for at bestemme deres størrelse, form, sammensætning og struktur.

Fysisk:

Transmissionselektronmikroskopi (TEM): TEM bruger højenergi-elektroner til at producere billeder af nanomaterialer, hvilket giver information om deres størrelse, form og placering.

Scanning-elektronmikroskopi (SEM): SEM bruger en fokuseret elektronstråle til at producere billeder af nanomaterialers overflade, hvilket giver information om overflademorfologi og topografi.

Dynamisk lysspredning (DLS): DLS måler den brownske bevægelse af partikler i opløsning og giver information om partikelstørrelsesfordelingen.

Røntgendiffraktion (XRD): XRD bruger røntgenstråler til at bestemme krystalstrukturen i et materiale og identificere dets bestanddele.

Kemisk:

Energidispersiv spektroskopi (EDS): EDS bruger røntgenstråler til at analysere sammensætningen af nanomaterialer ved at måle energispektrene for de elektroner, der udsendes fra prøven.

Fourier Transform Infrarød Spektroskopi (FTIR): FTIR bruger infrarødt lys til at måle et materiales vibrationsspektre af kemiske bindinger, hvilket giver information om dets kemiske sammensætning.

Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS): XPS bruger røntgenstråler til at excitere elektroner i et materiale, hvilket giver information om dets kemiske sammensætning og elektroniske struktur.

Induktivt koblet plasma-massespektrometri (ICP-MS): ICP-MS bruger en plasmabrænder til at fordampe og ionisere en prøve og måler derefter massen af ionerne for at bestemme sammensætningen.

Hvad er anvendelsesmulighederne for nanomaterialer?

Den teknologiske anvendelse af nanomaterialer er brugbar i mange sektorer, fra sundhedspleje og mekanik til miljøbeskyttelse og luftrensning. De kan bruges til at skabe mere effektive batterier, mere effektive medicinleveringssystemer og stærkere, lettere materialer. Nedenfor er nogle eksempler:

Elektronik: Nanomaterialer kan bruges i elektroniske enheder som smartphones, bærbare computere og fjernsyn til at forbedre ydeevnen og reducere strømforbruget. Man kan skabe skærme med høj opløsning, forbedre lagringskapaciteten og effektiviteten af genopladelige batterier og meget andet.

Medicin: Det kan bruges til medicinske anvendelser som billeddannelse, diagnose og behandling. Nanoscale drug delivery-systemer kan forbedre effekten og målspecificiteten af lægemidler.

Miljømæssig sanering: At rense forurenende stoffer og forurenende stoffer ved hjælp af nanopartikelbaserede katalysatorer og nanofiltre, der kan rense forurenet vand, luft og jord ved at fjerne forurenende stoffer og patogener.

Materialevidenskab: Det kan skabe stærke letvægtsmaterialer med forbedrede mekaniske og termiske egenskaber, hvilket gør dem velegnede til brug i krævende applikationer som fly- og bilkomponenter.

Fødevarer og landbrug: At forbedre kvaliteten, sikkerheden og holdbarheden af fødevarer og landbrugsprodukter ved at forbedre effektiviteten af pesticider og samtidig reducere deres miljøpåvirkning og forbedre effektiviteten af vandingssystemer, hvilket fører til reduceret vandforbrug og forbedret afgrødevækst.

Hvad er risikoen ved nanomaterialer?

Nanomaterialer kan udgøre en risiko for menneskers sundhed og miljøet, herunder toksicitet, reaktivitet og frigivelse af partikler i luft, vand og jord. Langtidseksponering for partikler i nanoskala kan resultere i kroniske helbredseffekter, såsom åndedræts-, hjerte-kar- og reproduktionsproblemer.

Der er også bekymringer om deres potentielle indvirkning på økosystemer og dyreliv samt deres persistens i miljøet. Derudover kan nanomaterialernes unikke egenskaber give anledning til sikkerhedsproblemer under produktion, håndtering og bortskaffelse. Der er behov for yderligere forskning for fuldt ud at forstå disse risici.

Leder du efter on demand-figurer og illustrationer til at formidle videnskab?

Mind the Graph er en platform, der hjælper videnskabsfolk og forskere med visuelt at kommunikere deres videnskabelige ideer og resultater. Platformen indeholder en række skabeloner, ikoner og illustrationer, der hjælper brugerne med at skabe infografik, plakater, præsentationer og rapporter, der effektivt kommunikerer deres forskning.