Ce sunt nanomaterialele și de ce sunt ele importante?

Imagine din **edelweisspublications.com**

De ce ar trebui să știți ce sunt nanomaterialele?

Importanța nanomaterialelor constă în potențialul lor de a transforma numeroase domenii, cum ar fi electronica, energia și medicina, prin furnizarea de caracteristici de performanță îmbunătățite.

Nanomaterialele pot facilita crearea de produse și procese la scară nanometrică la scară mică. Printre exemplele de aplicații ale nanomaterialelor se numără electronica, unde nanomaterialele pot fi utilizate pentru a produce dispozitive mai rapide și mai eficiente; în medicină, acestea pot fi utilizate pentru a dezvolta sisteme de livrare a medicamentelor cu destinație precisă; iar în domeniul energiei, acestea pot îmbunătăți conversia și stocarea energiei.

Ce sunt nanomaterialele?

Nanomaterialele sunt materiale cu structuri și proprietăți semnificativ diferite de cele ale materialelor în vrac datorită dimensiunilor lor mici. Aceste materiale au dimensiuni la scară nanometrică, de obicei între 1 și 100 de nanometri, și prezintă proprietăți fizice, chimice și biologice unice.

Acestea sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii datorită suprafeței lor mari, biocompatibilității remarcabile, proprietăților optice și electrice. Printre exemplele de nanomateriale se numără nanoparticulele, nanofibrele, nanotuburile, carbonul și punctele cuantice.

Cele 4 tipuri principale de nanomateriale:

Nanoparticule: Acestea sunt particule cu cel puțin o dimensiune care măsoară mai puțin de 100 de nanometri.

Nanofibre: Acestea sunt fibre lungi și subțiri, cu diametre la scară nanometrică.

Nanotuburi: Acestea sunt tuburi cu pereți realizați dintr-un singur strat de atomi cu diametre la scară nanometrică.

Nanolaminate: Acestea sunt straturi subțiri de materiale diferite suprapuse pentru a forma un material compozit.

Cum pot fi caracterizate nanomaterialele?

Nanomaterialele pot apărea în mod natural, pot fi create ca produse secundare ale reacțiilor de combustie sau pot fi produse în mod intenționat prin inginerie pentru a îndeplini o funcție specializată. Ele pot fi caracterizate fizic și chimic pentru a le determina dimensiunea, forma, compoziția și structura.

Fizic:

Microscopie electronică de transmisie (TEM): TEM utilizează electroni de înaltă energie pentru a produce imagini ale nanomaterialelor, furnizând informații despre dimensiunea, forma și dispunerea acestora.

Microscopie electronică de scanare (SEM): SEM utilizează un fascicul concentrat de electroni pentru a produce imagini ale suprafeței nanomaterialelor, oferind informații despre morfologia și topografia suprafeței.

Dispersie dinamică a luminii (DLS): DLS măsoară mișcarea browniană a particulelor în soluție, oferind informații despre distribuția dimensiunilor particulelor.

Difracție de raze X (XRD): XRD utilizează razele X pentru a determina structura cristalină a unui material și pentru a identifica componentele acestuia.

Chimic:

Spectroscopia cu dispersie de energie (EDS): EDS utilizează raze X pentru a analiza compoziția nanomaterialelor prin măsurarea spectrelor energetice ale electronilor emiși de probă.

Spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR): FTIR utilizează lumina infraroșie pentru a măsura spectrele de vibrație ale legăturilor chimice ale unui material, oferind informații despre compoziția chimică a acestuia.

Spectroscopia de fotoelectroni cu raze X (XPS): XPS utilizează razele X pentru a excita electronii dintr-un material, furnizând informații despre compoziția chimică și structura electronică a acestuia.

Spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS): ICP-MS utilizează o torță cu plasmă pentru a vaporiza și ioniza o probă, iar apoi măsoară masa ionilor pentru a determina compoziția.

Care sunt aplicațiile nanomaterialelor?

Aplicarea tehnologică a nanomaterialelor poate fi utilizată în multiple sectoare, de la sănătate și mecanică la conservarea mediului și purificarea aerului. Acestea pot fi utilizate pentru a crea baterii mai eficiente, sisteme de administrare a medicamentelor mai eficiente și materiale mai rezistente și mai ușoare. Mai jos sunt prezentate câteva exemple:

Electronică: Nanomaterialele pot fi utilizate în dispozitive electronice, cum ar fi telefoanele inteligente, laptopurile și televizoarele, pentru a îmbunătăți performanța și a reduce consumul de energie. Crearea de ecrane de înaltă rezoluție, îmbunătățirea capacității de stocare și a eficienței bateriilor reîncărcabile, printre alte exemple.

Medicină: Acesta poate fi aplicat în aplicații medicale, cum ar fi imagistica, diagnosticarea și tratamentul. Sistemele de administrare a medicamentelor la scară nanometrică pot îmbunătăți eficacitatea și specificitatea țintă a medicamentelor.

Remedierea mediului: Curățarea poluanților și a contaminanților prin utilizarea de catalizatori pe bază de nanoparticule și de nanofiltre care pot purifica apa, aerul și solul contaminate prin eliminarea poluanților și a agenților patogeni.

Știința materialelor: Acesta poate crea materiale rezistente și ușoare, cu proprietăți mecanice și termice îmbunătățite, ceea ce le face potrivite pentru utilizarea în aplicații solicitante, cum ar fi componentele aerospațiale și auto.

Alimentație și agricultură: Îmbunătățirea calității, a siguranței și a duratei de valabilitate a produselor alimentare și agricole prin îmbunătățirea eficienței și eficacității pesticidelor, reducând în același timp impactul acestora asupra mediului și prin îmbunătățirea eficienței și eficacității sistemelor de irigații, ceea ce duce la reducerea consumului de apă și la îmbunătățirea creșterii culturilor.

Care sunt riscurile prezentate de nanomateriale?

Nanomaterialele pot prezenta anumite riscuri pentru sănătatea umană și pentru mediu, inclusiv toxicitate, reactivitate și eliberarea de particule în aer, apă și sol. Expunerea pe termen lung la particule la scară nanometrică poate avea ca rezultat efecte cronice asupra sănătății, cum ar fi probleme respiratorii, cardiovasculare și de reproducere.

Există, de asemenea, preocupări cu privire la potențialul lor impact asupra ecosistemelor și a vieții sălbatice, precum și cu privire la persistența lor în mediu. În plus, proprietățile unice ale nanomaterialelor pot ridica probleme de siguranță în timpul producției, manipulării și eliminării. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege pe deplin aceste riscuri.

Căutați figuri și ilustrații la cerere pentru a comunica știința?

Mind the Graph este o platformă care ajută oamenii de știință și cercetătorii să își comunice vizual ideile și descoperirile științifice. Platforma oferă o varietate de șabloane, pictograme și ilustrații pentru a-i ajuta pe utilizatori să creeze infografice, postere, prezentări și rapoarte care să comunice în mod eficient cercetările lor.