Γιατί πρέπει να γνωρίζετε τι είναι τα νανοϋλικά;
Η σημασία των νανοϋλικών έγκειται στη δυνατότητά τους να μετασχηματίσουν πολλούς τομείς, όπως η ηλεκτρονική, η ενέργεια και η ιατρική, μέσω της παροχής βελτιωμένων χαρακτηριστικών απόδοσης.
Τα νανοϋλικά μπορούν να διευκολύνουν τη δημιουργία προϊόντων και διαδικασιών μικρής κλίμακας στη νανοκλίμακα. Ορισμένα παραδείγματα εφαρμογής των νανοϋλικών περιλαμβάνουν την ηλεκτρονική, τα νανοϋλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ταχύτερων και αποδοτικότερων συσκευών- στην ιατρική, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη συστημάτων στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων- και στην ενέργεια, μπορούν να βελτιώσουν τη μετατροπή και την αποθήκευση ενέργειας.
Τι είναι τα νανοϋλικά;
Τα νανοϋλικά είναι υλικά με δομές και ιδιότητες που διαφέρουν σημαντικά από εκείνες των υλικών χύδην λόγω του μικρού τους μεγέθους. Τα υλικά αυτά έχουν διαστάσεις σε νανοκλίμακα, συνήθως μεταξύ 1 και 100 νανομέτρων, και παρουσιάζουν μοναδικές φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες.
Χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς λόγω της μεγάλης επιφάνειάς τους, της αξιοσημείωτης βιοσυμβατότητας, των οπτικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων τους. Ορισμένα παραδείγματα νανοϋλικών περιλαμβάνουν νανοσωματίδια, νανοΐνες, νανοσωλήνες, άνθρακα και κβαντικές τελείες.
Οι 4 κύριοι τύποι νανοϋλικών:
- Νανοσωματίδια: Πρόκειται για σωματίδια με τουλάχιστον μία διάσταση μικρότερη από 100 νανόμετρα.
- Νανοΐνες: Πρόκειται για μακριές, λεπτές ίνες με διάμετρο σε νανοκλίμακα.
- Νανοσωλήνες: Πρόκειται για σωλήνες με τοιχώματα κατασκευασμένα από ένα μόνο στρώμα ατόμων με διάμετρο στη νανοκλίμακα.
- Νανολαμινικά: Πρόκειται για λεπτά στρώματα διαφορετικών υλικών που στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο για να σχηματίσουν ένα σύνθετο υλικό.
Πώς μπορούν να χαρακτηριστούν τα νανοϋλικά;
Τα νανοϋλικά μπορούν να εμφανιστούν στη φύση, να δημιουργηθούν ως υποπροϊόντα αντιδράσεων καύσης ή να παραχθούν σκόπιμα μέσω της μηχανικής για να εκτελέσουν μια εξειδικευμένη λειτουργία. Μπορούν να χαρακτηριστούν φυσικά και χημικά για να προσδιοριστεί το μέγεθος, το σχήμα, η σύνθεση και η δομή τους.
Φυσική:
- Ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης (TEM): Η ΤΕΜ χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας για την παραγωγή εικόνων των νανοϋλικών, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος, το σχήμα και τη διάταξή τους.
- Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM): Το SEM χρησιμοποιεί μια εστιασμένη δέσμη ηλεκτρονίων για την παραγωγή εικόνων της επιφάνειας των νανοϋλικών, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία και την τοπογραφία της επιφάνειας.
- Δυναμική σκέδαση φωτός (DLS): Η DLS μετρά την κίνηση Brown των σωματιδίων στο διάλυμα, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με την κατανομή μεγέθους των σωματιδίων.
- Περίθλαση ακτίνων Χ (XRD): Η XRD χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για τον προσδιορισμό της κρυσταλλικής δομής ενός υλικού και την ταυτοποίηση των συστατικών του.
Χημικά:
- Φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (EDS): Η EDS χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για να αναλύσει τη σύνθεση των νανοϋλικών μετρώντας το ενεργειακό φάσμα των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από το δείγμα.
- Φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR): Το FTIR χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως για να μετρήσει το φάσμα δονήσεων των χημικών δεσμών ενός υλικού, παρέχοντας πληροφορίες για τη χημική του σύνθεση.
- Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS): Το XPS χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για να διεγείρει ηλεκτρόνια σε ένα υλικό, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με τη χημική του σύνθεση και την ηλεκτρονική του δομή.
- Φασματομετρία μάζας με επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα (ICP-MS): Το ICP-MS χρησιμοποιεί έναν πυρσό πλάσματος για να εξατμίσει και να ιονίσει ένα δείγμα και στη συνέχεια μετρά τη μάζα των ιόντων για να προσδιορίσει τη σύνθεση.
Ποιες είναι οι εφαρμογές των νανοϋλικών;
Η τεχνολογική εφαρμογή των νανοϋλικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλούς τομείς, από την υγειονομική περίθαλψη και τη μηχανική μέχρι τη διατήρηση του περιβάλλοντος και τον καθαρισμό του αέρα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία αποδοτικότερων μπαταριών, αποτελεσματικότερων συστημάτων χορήγησης φαρμάκων και ισχυρότερων και ελαφρύτερων υλικών. Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα:
- Ηλεκτρονικά: Τα νανοϋλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως smartphones, φορητούς υπολογιστές και τηλεοράσεις για να βελτιώσουν τις επιδόσεις και να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας. Δημιουργούν οθόνες υψηλής ανάλυσης, βελτιώνουν την αποθηκευτική ικανότητα και την αποδοτικότητα των επαναφορτιζόμενων μπαταριών μεταξύ άλλων παραδειγμάτων.
- Ιατρική: Μπορεί να εφαρμοστεί σε ιατρικές εφαρμογές όπως η απεικόνιση, η διάγνωση και η θεραπεία. Τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων σε νανοκλίμακα μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα και την εξειδίκευση στόχων των φαρμάκων.
- Περιβαλλοντική αποκατάσταση: Καθαρισμός των ρύπων και των μολυσματικών ουσιών με τη χρήση καταλυτών και νανοφίλτρων με βάση τα νανοσωματίδια που μπορούν να καθαρίσουν το μολυσμένο νερό, τον αέρα και το έδαφος αφαιρώντας τους ρύπους και τους παθογόνους μικροοργανισμούς.
- Επιστήμη των υλικών: Μπορεί να δημιουργήσει ισχυρά, ελαφριά υλικά με βελτιωμένες μηχανικές και θερμικές ιδιότητες, καθιστώντας τα κατάλληλα για χρήση σε απαιτητικές εφαρμογές, όπως εξαρτήματα αεροδιαστημικής και αυτοκινητοβιομηχανίας.
- Τρόφιμα και γεωργία: Βελτίωση της ποιότητας, της ασφάλειας και της διάρκειας ζωής των τροφίμων και των γεωργικών προϊόντων μέσω της βελτίωσης της αποδοτικότητας και της αποτελεσματικότητας των φυτοφαρμάκων με ταυτόχρονη μείωση των περιβαλλοντικών τους επιπτώσεων και της βελτίωσης της αποδοτικότητας και της αποτελεσματικότητας των συστημάτων άρδευσης, που οδηγεί σε μειωμένη χρήση νερού και βελτιωμένη ανάπτυξη των καλλιεργειών.
Ποιοι είναι οι κίνδυνοι των νανοϋλικών;
Τα νανοϋλικά μπορούν να προκαλέσουν ορισμένους κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένης της τοξικότητας, της αντιδραστικότητας και της απελευθέρωσης σωματιδίων στον αέρα, το νερό και το έδαφος. Η μακροχρόνια έκθεση σε σωματίδια νανοκλίμακας μπορεί να οδηγήσει σε χρόνιες επιπτώσεις στην υγεία, όπως αναπνευστικά, καρδιαγγειακά και αναπαραγωγικά προβλήματα.
Υπάρχουν επίσης ανησυχίες σχετικά με τις πιθανές επιπτώσεις τους στα οικοσυστήματα και την άγρια ζωή, καθώς και για την παραμονή τους στο περιβάλλον. Επιπλέον, οι μοναδικές ιδιότητες των νανοϋλικών μπορεί να εγείρουν ανησυχίες για την ασφάλεια κατά την παραγωγή, το χειρισμό και τη διάθεση. Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την πλήρη κατανόηση αυτών των κινδύνων.
Ψάχνετε για σχήματα και εικονογραφήσεις κατά παραγγελία για την επικοινωνία της επιστήμης;
Mind the Graph είναι μια πλατφόρμα που βοηθά τους επιστήμονες και τους ερευνητές να επικοινωνούν οπτικά τις επιστημονικές τους ιδέες και τα ευρήματά τους. Η πλατφόρμα παρέχει μια ποικιλία προτύπων, εικονιδίων και εικονογραφήσεων που βοηθούν τους χρήστες να δημιουργήσουν infographics, αφίσες, παρουσιάσεις και εκθέσεις που επικοινωνούν αποτελεσματικά την έρευνά τους.
Εγγραφείτε στο ενημερωτικό μας δελτίο
Αποκλειστικό περιεχόμενο υψηλής ποιότητας σχετικά με την αποτελεσματική οπτική
επικοινωνία στην επιστήμη.
Greek 
English 
Chinese 
Czech 
Dutch 
French 
German 
Italian 
Indonesian 
Japanese 
Korean 
Polish 
Portuguese 
Russian 
Spanish 
Turkish 
Ukrainian 
Swedish 
Romanian 
Bulgarian 
Finnish 
Hungarian 
Norwegian 
Danish 
Estonian 
Slovenian 
Lithuanian 
Latvian 
Slovak