Hva er nanomaterialer, og hvorfor er de viktige?

Hvorfor bør du vite hva nanomaterialer er?

Betydningen av nanomaterialer ligger i deres potensial til å forandre en rekke områder, som elektronikk, energi og medisin, gjennom forbedrede ytelsesegenskaper.

Nanomaterialer kan gjøre det lettere å lage småskala produkter og prosesser på nanonivå. Nanomaterialer kan blant annet brukes innen elektronikk for å produsere raskere og mer effektive enheter, innen medisin for å utvikle målrettede systemer for levering av legemidler og innen energi for å forbedre energikonvertering og -lagring.

Hva er nanomaterialer?

Nanomaterialer er materialer med strukturer og egenskaper som skiller seg vesentlig fra bulkmaterialer på grunn av deres lille størrelse. Disse materialene har dimensjoner i nanoskala, vanligvis mellom 1 og 100 nanometer, og har unike fysiske, kjemiske og biologiske egenskaper.

De brukes i stor utstrekning på ulike områder på grunn av deres store overflateareal, bemerkelsesverdige biokompatibilitet, optiske og elektriske egenskaper. Noen eksempler på nanomaterialer er nanopartikler, nanofibre, nanorør, karbon og kvanteprikker.

De fire hovedtypene av nanomaterialer:

Nanopartikler: Dette er partikler med minst én dimensjon som måler mindre enn 100 nanometer.

Nanofibre: Dette er lange, tynne fibre med diameter i nanoskala.

Nanorør: Dette er rør med vegger som består av et enkelt lag atomer med diameter i nanoskala.

Nanolaminater: Dette er tynne lag av ulike materialer som stables oppå hverandre for å danne et komposittmateriale.

Hvordan kan nanomaterialer karakteriseres?

Nanomaterialer kan forekomme i naturen, oppstå som biprodukter av forbrenningsreaksjoner eller fremstilles ved hjelp av ingeniørarbeid for å utføre en spesiell funksjon. De kan karakteriseres fysisk og kjemisk for å bestemme størrelse, form, sammensetning og struktur.

Fysisk:

Transmisjonselektronmikroskopi (TEM): TEM bruker elektroner med høy energi til å fremstille bilder av nanomaterialer og gir informasjon om deres størrelse, form og plassering.

Sveipeelektronmikroskopi (SEM): SEM bruker en fokusert elektronstråle til å produsere bilder av overflaten på nanomaterialer og gir informasjon om overflatens morfologi og topografi.

Dynamisk lysspredning (DLS): DLS måler den brownske bevegelsen til partikler i løsning og gir informasjon om partikkelstørrelsesfordelingen.

Røntgendiffraksjon (XRD): XRD bruker røntgenstråler til å bestemme krystallstrukturen i et materiale og identifisere dets bestanddeler.

Kjemisk:

Energidispersiv spektroskopi (EDS): EDS bruker røntgenstråler til å analysere sammensetningen av nanomaterialer ved å måle energispektrene til elektronene som sendes ut fra prøven.

Fouriertransformert infrarød spektroskopi (FTIR): FTIR bruker infrarødt lys til å måle vibrasjonsspektrene til kjemiske bindinger i et materiale, noe som gir informasjon om den kjemiske sammensetningen.

Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS): XPS bruker røntgenstråler til å eksitere elektroner i et materiale, noe som gir informasjon om materialets kjemiske sammensetning og elektroniske struktur.

Induktivt koblet plasma-massespektrometri (ICP-MS): ICP-MS bruker en plasmabrenner til å fordampe og ionisere en prøve, og måler deretter massen til ionene for å bestemme sammensetningen.

Hva er bruksområdene til nanomaterialer?

Den teknologiske anvendelsen av nanomaterialer er anvendelig i mange sektorer, fra helsevesen og mekanikk til miljøvern og luftrensing. De kan brukes til å lage mer effektive batterier, mer effektive systemer for medisinering og sterkere og lettere materialer. Nedenfor er noen eksempler:

Elektronikk: Nanomaterialer kan brukes i elektroniske enheter som smarttelefoner, bærbare datamaskiner og TV-apparater for å forbedre ytelsen og redusere strømforbruket. Nanomaterialer kan blant annet brukes til å lage høyoppløselige skjermer og forbedre lagringskapasiteten og effektiviteten til oppladbare batterier.

Medisin: Det kan brukes til medisinske formål som avbildning, diagnostisering og behandling. Nanobaserte systemer for levering av legemidler kan forbedre effekten og målspesifisiteten til legemidler.

Miljøsanering: Å rense miljøgifter og forurensende stoffer ved hjelp av nanopartikkelbaserte katalysatorer og nanofiltre som kan rense forurenset vann, luft og jord ved å fjerne miljøgifter og patogener.

Materialvitenskap: Det kan skape sterke og lette materialer med forbedrede mekaniske og termiske egenskaper, noe som gjør dem egnet til krevende bruksområder som fly- og bilkomponenter.

Mat og landbruk: Forbedre kvaliteten, sikkerheten og holdbarheten til mat- og landbruksprodukter ved å gjøre plantevernmidlene mer effektive, samtidig som miljøpåvirkningen reduseres, og ved å gjøre vanningssystemene mer effektive, slik at vannforbruket reduseres og avlingene vokser bedre.

Hva er risikoen ved nanomaterialer?

Nanomaterialer kan utgjøre en viss risiko for menneskers helse og miljøet, blant annet når det gjelder giftighet, reaktivitet og utslipp av partikler til luft, vann og jord. Langtidseksponering for partikler i nanoskala kan føre til kroniske helseeffekter som luftveis-, hjerte- og karsykdommer og reproduksjonsproblemer.

Det er også bekymringer knyttet til deres potensielle innvirkning på økosystemer og dyreliv, samt deres bestandighet i miljøet. I tillegg kan nanomaterialenes unike egenskaper føre til sikkerhetsproblemer i forbindelse med produksjon, håndtering og avhending. Det er behov for mer forskning for å forstå disse risikoene fullt ut.

Er du på utkikk etter figurer og illustrasjoner for å formidle vitenskap?

Mind the Graph er en plattform som hjelper forskere med å kommunisere vitenskapelige ideer og funn visuelt. Plattformen inneholder en rekke maler, ikoner og illustrasjoner som hjelper brukerne med å lage infografikk, plakater, presentasjoner og rapporter som kommuniserer forskningen deres på en effektiv måte.