Vad är nanomaterial och varför är de viktiga?

Varför bör du veta vad nanomaterial är?

Nanomaterialens betydelse ligger i deras potential att förändra många områden, såsom elektronik, energi och medicin, genom att tillhandahålla förbättrade prestandaegenskaper.

Nanomaterial kan underlätta skapandet av småskaliga produkter och processer på nanonivå. Några exempel på tillämpningar av nanomaterial är elektronik, där nanomaterial kan användas för att tillverka snabbare och mer effektiva enheter, medicin, där de kan användas för att utveckla riktade system för läkemedelstillförsel, och energi, där de kan förbättra energiomvandling och lagring.

Vad är nanomaterial?

Nanomaterial är material med strukturer och egenskaper som skiljer sig avsevärt från bulkmaterial på grund av deras ringa storlek. Dessa material har dimensioner i nanoskalan, vanligtvis mellan 1 och 100 nanometer, och uppvisar unika fysikaliska, kemiska och biologiska egenskaper.

De används ofta inom olika områden tack vare sin höga ytarea, anmärkningsvärda biokompatibilitet, optiska och elektriska egenskaper. Några exempel på nanomaterial är nanopartiklar, nanofibrer, nanorör, kol och kvantprickar.

De 4 huvudtyperna av nanomaterial:

Nanopartiklar: Det är partiklar med minst en dimension som är mindre än 100 nanometer.

Nanofibrer: Det är långa, tunna fibrer med diametrar i nanoskalan.

Nanorör: Det är rör med väggar som består av ett enda lager av atomer med diametrar i nanoskalan.

Nanolaminater: Det är tunna lager av olika material som staplas på varandra för att bilda ett kompositmaterial.

Hur kan nanomaterial karakteriseras?

Nanomaterial kan förekomma naturligt, skapas som biprodukter av förbränningsreaktioner eller avsiktligt produceras genom ingenjörskonst för att utföra en specialiserad funktion. De kan karakteriseras fysiskt och kemiskt för att bestämma deras storlek, form, sammansättning och struktur.

Fysisk:

Transmissionselektronmikroskopi (TEM): TEM använder elektroner med hög energi för att skapa bilder av nanomaterial, vilket ger information om deras storlek, form och arrangemang.

Svepelektronmikroskopi (SEM): SEM använder en fokuserad elektronstråle för att skapa bilder av ytan på nanomaterial, vilket ger information om ytans morfologi och topografi.

Dynamisk ljusspridning (DLS): DLS mäter den brownska rörelsen hos partiklar i lösning, vilket ger information om partikelstorleksfördelningen.

Röntgendiffraktion (XRD): XRD använder röntgenstrålar för att bestämma kristallstrukturen i ett material och identifiera dess komponenter.

Kemisk:

Energidispersiv spektroskopi (EDS): EDS använder röntgenstrålar för att analysera sammansättningen av nanomaterial genom att mäta energispektrat hos de elektroner som avges från provet.

Infraröd spektroskopi med Fourier Transform (FTIR): FTIR använder infrarött ljus för att mäta ett materials vibrationsspektra av kemiska bindningar, vilket ger information om dess kemiska sammansättning.

Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS): XPS använder röntgenstrålar för att excitera elektroner i ett material, vilket ger information om dess kemiska sammansättning och elektroniska struktur.

Induktivt kopplad plasma-masspektrometri (ICP-MS): ICP-MS använder en plasmabrännare för att förånga och jonisera ett prov, och mäter sedan jonernas massa för att bestämma sammansättningen.

Vilka är nanomaterialens användningsområden?

Den tekniska tillämpningen av nanomaterial är användbar inom flera sektorer, från sjukvård och mekanik till miljöskydd och luftrening. De kan användas för att skapa effektivare batterier, mer effektiva system för läkemedelstillförsel samt starkare och lättare material. Nedan följer några exempel:

Elektronik: Nanomaterial kan användas i elektroniska enheter som smartphones, bärbara datorer och tv-apparater för att förbättra prestanda och minska energiförbrukningen. Bland annat kan man skapa högupplösta bildskärmar och förbättra lagringskapaciteten och effektiviteten hos uppladdningsbara batterier.

Medicin: De kan användas för medicinska tillämpningar som avbildning, diagnos och behandling. Nanoskaliga system för läkemedelstillförsel kan förbättra läkemedlens effektivitet och målspecificitet.

Sanering av miljön: Att rena föroreningar och smittämnen med hjälp av nanopartikelbaserade katalysatorer och nanofilter som kan rena förorenat vatten, luft och jord genom att avlägsna föroreningar och patogener.

Materialvetenskap: Det kan skapa starka, lätta material med förbättrade mekaniska och termiska egenskaper, vilket gör dem lämpliga för användning i krävande tillämpningar som flyg- och fordonskomponenter.

Livsmedel och jordbruk: Att förbättra kvaliteten, säkerheten och hållbarheten hos livsmedel och jordbruksprodukter genom att förbättra effektiviteten hos bekämpningsmedel och samtidigt minska deras miljöpåverkan samt förbättra effektiviteten hos bevattningssystem, vilket leder till minskad vattenförbrukning och förbättrad tillväxt av grödor.

Vilka är riskerna med nanomaterial?

Nanomaterial kan medföra vissa risker för människors hälsa och för miljön, t.ex. toxicitet, reaktivitet och utsläpp av partiklar i luft, vatten och mark. Långvarig exponering för partiklar i nanoskala kan leda till kroniska hälsoeffekter, t.ex. problem med andningsvägarna, hjärt-kärlsystemet och fortplantningen.

Det finns också farhågor om deras potentiella påverkan på ekosystem och vilda djur, liksom deras beständighet i miljön. Nanomaterialens unika egenskaper kan dessutom ge upphov till säkerhetsproblem under produktion, hantering och bortskaffande. Ytterligare forskning behövs för att till fullo förstå dessa risker.

Letar du efter figurer och illustrationer på begäran för att kommunicera vetenskap?

Mind the Graph är en plattform som hjälper forskare att visuellt kommunicera sina vetenskapliga idéer och resultat. Plattformen innehåller en mängd olika mallar, ikoner och illustrationer som hjälper användarna att skapa infografik, affischer, presentationer och rapporter som effektivt förmedlar deras forskning.