Kas ir nanomateriāli un kāpēc tie ir svarīgi?

Kāpēc jums būtu jāzina, kas ir nanomateriāli?

Nanomateriālu nozīme ir saistīta ar to potenciālu pārveidot daudzas jomas, piemēram, elektroniku, enerģētiku un medicīnu, nodrošinot uzlabotas veiktspējas īpašības.

Nanomateriāli var atvieglot neliela mēroga produktu un procesu radīšanu nanomēroga mērogā. Daži nanomateriālu pielietojuma piemēri: elektronikā nanomateriālus var izmantot, lai ražotu ātrākas un efektīvākas ierīces; medicīnā tos var izmantot, lai izstrādātu mērķtiecīgas zāļu piegādes sistēmas; enerģētikā tos var izmantot, lai uzlabotu enerģijas pārveidi un uzglabāšanu.

Kas ir nanomateriāli?

Nanomateriāli ir materiāli, kuru struktūra un īpašības būtiski atšķiras no beramajiem materiāliem to mazo izmēru dēļ. Šo materiālu izmēri ir nanomēroga diapazonā, parasti no 1 līdz 100 nanometriem, un tiem piemīt unikālas fizikālās, ķīmiskās un bioloģiskās īpašības.

Tās plaši izmanto dažādās jomās, pateicoties lielam virsmas laukumam, ievērojamai biosaderībai, optiskajām un elektriskajām īpašībām. Daži nanomateriālu piemēri ir nanodaļiņas, nanošķiedras, nanocaurulītes, ogleklis un kvantu punkti.

4 galvenie nanomateriālu veidi:

Nanodaļiņas: Tās ir daļiņas, kuru vismaz viena dimensija ir mazāka par 100 nanometriem.

Nanošķiedras: Tās ir garas, plānas šķiedras, kuru diametrs ir nanomēroga.

Nanorulītes: Tās ir caurulītes ar sieniņām, kas izgatavotas no viena atomu slāņa, kura diametrs ir nanomēroga.

Nanolamināti: Tie ir plāni dažādu materiālu slāņi, kas uzklāti viens uz otra, veidojot kompozītmateriālu.

Kā var raksturot nanomateriālus?

Nanomateriāli var rasties dabā, veidoties kā degšanas reakciju blakusprodukti vai tikt tīši ražoti ar inženierijas palīdzību, lai veiktu specializētu funkciju. Tos var fizikāli un ķīmiski raksturot, lai noteiktu to izmēru, formu, sastāvu un struktūru.

Fiziskā:

Transmisijas elektronu mikroskopija (TEM): TEM izmanto augstas enerģijas elektronus, lai iegūtu nanomateriālu attēlus, sniedzot informāciju par to izmēru, formu un izvietojumu.

Skenēšanas elektronu mikroskopija (SEM): SEM izmanto fokusētu elektronu kūli, lai iegūtu nanomateriālu virsmas attēlus, kas sniedz informāciju par virsmas morfoloģiju un topogrāfiju.

Dinamiskā gaismas izkliedēšana (DLS): DLS mēra daļiņu Browna kustību šķīdumā, sniedzot informāciju par daļiņu izmēru sadalījumu.

Rentgenstaru difrakcija (XRD): XRD izmanto rentgena starus, lai noteiktu materiāla kristālisko struktūru un identificētu tā sastāvdaļas.

Ķīmiskā viela:

Enerģijas dispersīvā spektroskopija (EDS): EDS izmanto rentgena starus, lai analizētu nanomateriālu sastāvu, mērot no parauga emitēto elektronu enerģijas spektrus.

Furjē transformācijas infrasarkanā spektroskopija (FTIR): FTIR izmanto infrasarkano gaismu, lai izmērītu materiāla ķīmisko saišu vibrācijas spektru, tādējādi sniedzot informāciju par tā ķīmisko sastāvu.

Rentgena fotoelektronu spektroskopija (XPS): XPS izmanto rentgena starus, lai uzbudinātu elektronus materiālā, tādējādi iegūstot informāciju par tā ķīmisko sastāvu un elektronisko struktūru.

Induktīvi saistītās plazmas masas spektrometrija (ICP-MS): ICP-MS izmanto plazmas degli, lai iztvaicētu un jonizētu paraugu, un pēc tam mēra jonu masu, lai noteiktu sastāvu.

Kādi ir nanomateriālu lietojumi?

Nanomateriālu tehnoloģiskais pielietojums ir izmantojams daudzās nozarēs, sākot no veselības aprūpes un mehānikas līdz vides aizsardzībai un gaisa attīrīšanai. Tos var izmantot, lai radītu efektīvākas baterijas, efektīvākas zāļu piegādes sistēmas un izturīgākus, vieglākus materiālus. Zemāk ir sniegti daži piemēri:

Elektronika: Nanomateriālus var izmantot elektroniskajās ierīcēs, piemēram, viedtālruņos, klēpjdatoros un televizoros, lai uzlabotu veiktspēju un samazinātu enerģijas patēriņu. Cita starpā var radīt augstas izšķirtspējas displejus, uzlabot uzlādējamo bateriju atmiņas ietilpību un efektivitāti.

Medicīna: To var izmantot medicīnā, piemēram, attēlveidošanā, diagnostikā un ārstēšanā. Nanomēroga zāļu piegādes sistēmas var uzlabot zāļu efektivitāti un mērķa specifiskumu.

Vides sanācija: attīrīt piesārņotājus un piesārņotājus, izmantojot uz nanodaļiņām balstītus katalizatorus un nanofiltrus, kas var attīrīt piesārņotu ūdeni, gaisu un augsni, atdalot piesārņotājus un patogēnus.

Materiālzinātne: Tā var radīt izturīgus, vieglus materiālus ar uzlabotām mehāniskām un termiskām īpašībām, padarot tos piemērotus izmantošanai tādos sarežģītos lietojumos kā kosmosa un automobiļu komponenti.

Pārtika un lauksaimniecība: Uzlabot pārtikas un lauksaimniecības produktu kvalitāti, drošību un glabāšanas ilgumu, uzlabojot pesticīdu efektivitāti un iedarbīgumu, vienlaikus samazinot to ietekmi uz vidi un uzlabojot apūdeņošanas sistēmu efektivitāti un iedarbīgumu, tādējādi samazinot ūdens patēriņu un uzlabojot kultūraugu augšanu.

Kādi ir nanomateriālu radītie riski?

Nanomateriāli var radīt dažus riskus cilvēku veselībai un videi, tostarp toksiskumu, reaktivitāti un daļiņu izdalīšanos gaisā, ūdenī un augsnē. Ilgstoša nanodaļiņu iedarbība var izraisīt hronisku ietekmi uz veselību, piemēram, elpošanas, sirds un asinsvadu sistēmas un reproduktīvās sistēmas problēmas.

Pastāv arī bažas par to iespējamo ietekmi uz ekosistēmām un savvaļas dzīvniekiem, kā arī par to noturību vidē. Turklāt nanomateriālu unikālās īpašības var radīt bažas par drošību ražošanas, apstrādes un iznīcināšanas laikā. Lai pilnībā izprastu šos riskus, ir vajadzīgi turpmāki pētījumi.

Vai jūs meklējat pēc pieprasījuma pieejamus attēlus un ilustrācijas, lai iepazīstinātu ar zinātni?

Mind the Graph ir platforma, kas palīdz zinātniekiem un pētniekiem vizuāli paziņot savas zinātniskās idejas un atklājumus. Platformā ir pieejamas dažādas veidnes, ikonas un ilustrācijas, kas palīdz lietotājiem veidot infografikas, plakātus, prezentācijas un ziņojumus, kas efektīvi informē par viņu pētījumiem.