Kas yra nanomedžiagos ir kodėl jos svarbios?

Vaizdas iš **edelweisspublications.com**

Kodėl turėtumėte žinoti, kas yra nanomedžiagos?

Nanomedžiagos yra svarbios dėl to, kad jos gali pakeisti daugelį sričių, tokių kaip elektronika, energetika ir medicina, suteikdamos geresnes eksploatacines savybes.

Nanomedžiagos gali palengvinti nedidelių produktų ir procesų kūrimą nanoskale. Keletas nanomedžiagų taikymo pavyzdžių: elektronikos srityje nanomedžiagos gali būti naudojamos greitesniems ir efektyvesniems prietaisams gaminti; medicinoje jos gali būti naudojamos kuriant tikslines vaistų tiekimo sistemas; energetikoje jos gali pagerinti energijos konversiją ir saugojimą.

Kas yra nanomedžiagos?

Nanomedžiagos - tai medžiagos, kurių struktūra ir savybės dėl jų mažo dydžio labai skiriasi nuo birių medžiagų struktūros ir savybių. Šių medžiagų matmenys yra nanoskalių diapazone, paprastai nuo 1 iki 100 nanometrų, ir jos pasižymi unikaliomis fizikinėmis, cheminėmis ir biologinėmis savybėmis.

Jie plačiai naudojami įvairiose srityse dėl didelio paviršiaus ploto, ypatingo biologinio suderinamumo, optinių ir elektrinių savybių. Kai kurie nanomedžiagų pavyzdžiai: nanodalelės, nanopluoštai, nanovamzdeliai, nanovamzdeliai, anglis ir kvantiniai taškai.

4 pagrindiniai nanomedžiagų tipai:

Nanodalelės: Tai dalelės, kurių bent vienas matmuo yra mažesnis nei 100 nanometrų.

Nanopluoštai: Tai ilgi, ploni pluoštai, kurių skersmuo siekia nanoskalių intervalą.

Nanorūdeliai: Tai vamzdeliai, kurių sienelės sudarytos iš vieno sluoksnio atomų, kurių skersmuo yra nanoskalių dydžio.

Nanolaminatai: Tai ploni skirtingų medžiagų sluoksniai, sudėti vienas ant kito ir sudarantys kompozitinę medžiagą.

Kaip galima apibūdinti nanomedžiagas?

Nanomedžiagos gali atsirasti natūraliai, būti sukurtos kaip degimo reakcijų šalutiniai produktai arba specialiai pagamintos inžinerijos būdu, kad atliktų specialią funkciją. Jos gali būti fiziškai ir chemiškai apibūdinamos, siekiant nustatyti jų dydį, formą, sudėtį ir struktūrą.

Fizinis:

Transmisinė elektroninė mikroskopija (TEM): TEM naudoja didelės energijos elektronus nanomedžiagoms atvaizduoti ir pateikia informaciją apie jų dydį, formą ir išsidėstymą.

Skenuojanti elektroninė mikroskopija (SEM): SEM, naudodamas sutelktą elektronų pluoštą, sukuria nanomedžiagų paviršiaus vaizdus, kurie suteikia informacijos apie paviršiaus morfologiją ir topografiją.

Dinaminė šviesos sklaida (DLS): DLS matuoja dalelių Brauno judėjimą tirpale, todėl galima gauti informacijos apie dalelių dydžio pasiskirstymą.

Rentgeno spindulių difrakcija (XRD): Rentgeno spinduliais nustatant medžiagos kristalinę struktūrą ir identifikuojant jos sudedamąsias dalis.

Cheminės medžiagos:

Energijos dispersinė spektroskopija (EDS): EDS naudoja rentgeno spindulius nanomedžiagų sudėčiai analizuoti, matuojant iš mėginio išspinduliuotų elektronų energijos spektrus.

Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopija (FTIR): FTIR infraraudonaisiais spinduliais matuojami medžiagos cheminių ryšių virpesių spektrai, taip gaunama informacija apie cheminę sudėtį.

Rentgeno spindulių fotoelektroninė spektroskopija (XPS): XPS rentgeno spinduliais sužadinami elektronai medžiagoje ir taip gaunama informacija apie jos cheminę sudėtį ir elektroninę struktūrą.

Induktyviai surištos plazmos masių spektrometrija (ICP-MS): ICP-MS plazminiu degikliu bandinys išgarinamas ir jonizuojamas, tada matuojama jonų masė ir nustatoma sudėtis.

Kokios yra nanomedžiagų taikymo sritys?

Nanomedžiagos technologiškai pritaikomos įvairiuose sektoriuose - nuo sveikatos priežiūros ir mechanikos iki aplinkos apsaugos ir oro valymo. Jos gali būti naudojamos kuriant efektyvesnes baterijas, veiksmingesnes vaistų tiekimo sistemas ir tvirtesnes bei lengvesnes medžiagas. Toliau pateikiami keli pavyzdžiai:

Elektronika: Nanomedžiagos gali būti naudojamos elektroniniuose prietaisuose, pavyzdžiui, išmaniuosiuose telefonuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir televizoriuose, siekiant pagerinti jų veikimą ir sumažinti energijos suvartojimą. Sukurti didelės raiškos ekranus, pagerinti įkraunamų baterijų talpą ir efektyvumą, be kitų pavyzdžių.

Medicina: Jis gali būti taikomas medicinos reikmėms, pavyzdžiui, vaizdavimui, diagnostikai ir gydymui. Nano mastelio vaistų pristatymo sistemos gali pagerinti vaistų veiksmingumą ir tikslinį specifiškumą.

Aplinkos atkūrimas: Išvalyti teršalus ir teršalus naudojant nanodalelių pagrindu sukurtus katalizatorius ir nanofiltrus, kurie gali išvalyti užterštą vandenį, orą ir dirvožemį, pašalindami teršalus ir patogenus.

Medžiagų mokslas: Jis gali sukurti tvirtas, lengvas medžiagas, pasižyminčias geresnėmis mechaninėmis ir šiluminėmis savybėmis, todėl jas galima naudoti tokiose reikliose srityse kaip aviacijos ir automobilių komponentai.

Maistas ir žemės ūkis: Pagerinti maisto ir žemės ūkio produktų kokybę, saugą ir tinkamumo vartoti terminą, didinant pesticidų efektyvumą ir veiksmingumą, kartu mažinant jų poveikį aplinkai ir gerinant drėkinimo sistemų efektyvumą ir veiksmingumą, kad būtų sunaudojama mažiau vandens ir pagerėtų pasėlių augimas.

Kokią riziką kelia nanomedžiagos?

Nanomedžiagos gali kelti tam tikrą riziką žmonių sveikatai ir aplinkai, įskaitant toksiškumą, reaktyvumą ir dalelių patekimą į orą, vandenį ir dirvožemį. Ilgalaikis nanodalelių poveikis gali sukelti lėtinį poveikį sveikatai, pavyzdžiui, kvėpavimo takų, širdies ir kraujagyslių bei reprodukcines problemas.

Be to, susirūpinimą kelia galimas jų poveikis ekosistemoms ir laukinei gamtai, taip pat jų patvarumas aplinkoje. Be to, dėl unikalių nanomedžiagų savybių gali kilti saugos problemų jas gaminant, tvarkant ir šalinant. Norint visapusiškai suprasti šiuos pavojus, reikia tolesnių mokslinių tyrimų.

Ar ieškote užsakomųjų paveikslėlių ir iliustracijų mokslui perteikti?

Mind the Graph tai platforma, padedanti mokslininkams ir tyrėjams vizualiai pristatyti savo mokslines idėjas ir rezultatus. Platformoje pateikiami įvairūs šablonai, piktogramos ir iliustracijos, padedantys naudotojams kurti infografikas, plakatus, pristatymus ir ataskaitas, kuriomis veiksmingai pranešama apie jų tyrimus.