พบว่าคุณสมบัติทางควอนตัมของวัสดุอาจแตกต่างกันในระดับนาโน วัสดุที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนในระดับโมเลกุลสามารถแสดงคุณสมบัติของตัวนำได้เมื่อดูที่ระดับนาโน นาโนเทคโนโลยีได้กลายเป็นวิธีการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุในระดับนาโน มันเกี่ยวข้องกับการศึกษาแบบผสมผสานของศาสตร์ต่างๆเช่นฟิสิกส์ควอนตัมฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์วัสดุ การผลิต ฯลฯ . ในระดับนาโน. วัสดุที่เกิดขึ้นโดยใช้หลักการและวิธีการของนาโนเทคโนโลยีซึ่งมีคุณสมบัติอยู่ระหว่างของแข็งขนาดมหึมาและระบบอะตอมเรียกว่าวัสดุนาโน

วัสดุนาโนคืออะไร?

คำว่านาโนสเกลหมายถึงมิติของ 10^-9เมตร. มันเป็นส่วนหนึ่งในพันล้านของเมตร ดังนั้นอนุภาคที่มีขนาดภายนอกหรือมิติโครงสร้างภายในหรือมิติโครงสร้างพื้นผิวอยู่ในช่วง 1 นาโนเมตรถึง 100 นาโนเมตรจึงถือว่าเป็นวัสดุนาโน

วัสดุเหล่านี้มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แนวทางของนาโนเทคโนโลยีที่ใช้วัสดุศาสตร์ถือเป็นวัสดุนาโน ในระดับนี้วัสดุเหล่านี้มีคุณสมบัติทางแสงอิเล็กทรอนิกส์เชิงกลและควอนตัมที่ไม่เหมือนใครเมื่อเทียบกับพฤติกรรมระดับโมเลกุล

วัสดุนาโนอาจเป็นวัตถุนาโนหรือวัสดุที่มีโครงสร้างนาโน วัตถุ Nao เป็นชิ้นส่วนของวัสดุที่ไม่ต่อเนื่องในทางกลับกันวัสดุที่มีโครงสร้างนาโนมีโครงสร้างภายในหรือพื้นผิวในมิติระดับนาโน

วัสดุนาโนสามารถดำรงอยู่ได้ตามธรรมชาติผลิตขึ้นเองหรือเกิดขึ้นโดยบังเอิญ ด้วยความก้าวหน้าในการวิจัยวัสดุนาโนจึงถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์และถูกใช้เป็นสินค้าโภคภัณฑ์

คุณสมบัติของวัสดุนาโน

การเปลี่ยนแปลงอย่างมากใน คุณสมบัติของวัสดุนาโน สามารถสังเกตได้เมื่อมีการสลายไปในระดับนาโน เมื่อเราก้าวไปสู่ระดับนาโนจากระดับโมเลกุลคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุจะถูกปรับเปลี่ยนเนื่องจากผลของขนาดควอนตัม การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลความร้อนและการเร่งปฏิกิริยาของวัสดุสามารถเห็นได้จากการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรในระดับนาโน

วัสดุฉนวนหลายชนิดเริ่มมีพฤติกรรมเป็นตัวนำในขนาดระดับนาโน ในทำนองเดียวกันเมื่อเราไปถึงมิติระดับนาโนสามารถสังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมและพื้นผิวที่น่าสนใจมากมาย

ขนาดของอนุภาครูปร่างองค์ประกอบทางเคมีโครงสร้างผลึกเสถียรภาพทางเคมีกายภาพพื้นที่ผิวและพลังงานพื้นผิว ฯลฯ ... เป็นผลมาจากคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของวัสดุนาโน เมื่ออัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรของวัสดุนาโนเพิ่มขึ้นพื้นผิวของมันจะมีปฏิกิริยากับตัวมันเองและระบบอื่น ๆ มากขึ้น ขนาดของวัสดุนาโนมีบทบาทสำคัญในพฤติกรรมทางเภสัชวิทยา เมื่อวัสดุนาโนทำปฏิกิริยากับน้ำหรือสื่อการกระจายตัวอื่น ๆ พวกมันสามารถจัดโครงสร้างผลึกของมันใหม่ได้ ขนาดองค์ประกอบและประจุพื้นผิวของวัสดุนาโนมีผลต่อสถานะการรวมตัว คุณสมบัติทางแม่เหล็กเคมีฟิสิกส์และทางจิตของวัสดุเหล่านี้ได้รับผลกระทบจากการเคลือบพื้นผิว วัสดุเหล่านี้ผลิต ROS เมื่อพื้นผิวทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโอโซนและวัสดุเปลี่ยนสี

ในระดับนาโนปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคอาจเกิดจากแรงแวนเดอร์วาลหรือพันธะขั้วหรือโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง คุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุนาโนและปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบและสภาพแวดล้อมอื่น ๆ สามารถแก้ไขได้ด้วยการใช้โพลีอิเล็กโทรไลต์

ตัวอย่าง

วัสดุนาโนสามารถพบได้ทั้งวัสดุนาโนที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมความบังเอิญหรือการดำรงอยู่ตามธรรมชาติ วัสดุนาโนที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมผลิตขึ้นโดยมนุษย์ซึ่งมีคุณสมบัติบางประการที่ต้องการ ประกอบด้วยวัสดุนาโนคาร์บอนแบล็คและไททาเนียมไดออกไซด์ นอกจากนี้อนุภาคนาโนยังผลิตขึ้นเนื่องจากกระบวนการทางกลหรือทางอุตสาหกรรมโดยบังเอิญเช่นในระหว่างการระบายอากาศของรถยนต์ควันเชื่อมการปรุงอาหารและการให้ความร้อนจากเชื้อเพลิง วัสดุนาโนในชั้นบรรยากาศที่ผลิตขึ้นโดยบังเอิญเรียกอีกอย่างว่าอนุภาค ultrafine Fullerenes เป็นวัสดุนาโนที่เกิดจากการเผาไหม้ของชีวมวลเทียน

“ข้อเสียเปรียบหลักของการใช้สคริปต์ cgi คือ: ”

ท่อนาโน

วัสดุนาโนตามธรรมชาติที่มีอยู่นั้นเกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการทางธรรมชาติหลายอย่างเช่นไฟป่าเถ้าภูเขาไฟละอองในทะเลการผุกร่อนของโลหะ ฯลฯ ... ตัวอย่างวัสดุนาโน ที่มีอยู่ในระบบชีวภาพ ได้แก่ โครงสร้างของผลึกขี้ผึ้งที่ปกคลุมดอกบัวโครงสร้างของไวรัสไหมแมงมุมไรสีฟ้าของแมงมุมทารันทูล่าเกล็ดปีกผีเสื้อ อนุภาคเช่นนมเลือดแตรฟันผิวหนังกระดาษปะการังจะงอยปากขนนกกระดูกฝ้ายเล็บ ฯลฯ เป็นวัสดุนาโนอินทรีย์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ดินเหนียวเป็นตัวอย่างของวัสดุนาโนอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเนื่องจากเกิดจากการเติบโตของผลึกในสภาวะทางเคมีที่หลากหลายบนเปลือกโลก

การจัดหมวดหมู่

การจำแนกประเภทของวัสดุนาโนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของพวกมันโดยแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ ๆ คือวัสดุรวมและการกระจายนาโน วัสดุนาโนรวมแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม ระบบกระจายนาโนมิติเดียวเรียกว่านาโนผงและอนุภาคนาโน ที่นี่อนุภาคนาโนถูกจัดประเภทเพิ่มเติมเป็น Nanocrystals, Nanoclusters, Nanotubes, supermolecules เป็นต้น

“อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป ”

สำหรับวัสดุนาโนขนาดเป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญ วัสดุนาโนมักถูกจัดประเภทขึ้นอยู่กับจำนวนของขนาดที่อยู่ภายใต้ระดับนาโน วัสดุนาโนที่มีทั้งสามมิติเป็นระดับนาโนและไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างแกนที่ยาวที่สุดและสั้นที่สุดเรียกว่าอนุภาคนาโน วัสดุที่มีสองมิติในระดับนาโนเรียกว่า Nanofibres เส้นใยนาโนแบบกลวงเรียกว่า Nanotubes และของแข็งเรียกว่า Nanorods วัสดุที่มีมิติเดียวในระดับนาโนเรียกว่า Nanoplates Nanoplates ที่มีขนาดยาวต่างกันสองขนาดเรียกว่า Nanoribbons

ขึ้นอยู่กับขั้นตอนของสสารที่มีอยู่ในวัสดุที่มีโครงสร้างนาโนพวกเขาถูกจัดประเภทเป็นวัสดุนาโนคอมโพสิตนาโนโฟมวัสดุนาโนและนาโนคริสตัลไลน์ วัสดุที่เป็นของแข็งที่มีภูมิภาคที่แตกต่างกันทางกายภาพหรือทางเคมีอย่างน้อยหนึ่งแห่งโดยมีพื้นที่อย่างน้อยหนึ่งส่วนที่มีขนาดในระดับนาโนเรียกว่านาโนคอมโพสิต นาโนโฟมประกอบด้วยเมทริกซ์ของเหลวหรือของแข็งซึ่งเต็มไปด้วยเฟสของก๊าซและหนึ่งในสองเฟสมีขนาดในระดับนาโน

วัสดุที่เป็นของแข็งที่มีนาโนพอร์ฟันผุที่มีขนาดในระดับนาโนถือเป็นวัสดุนาโนพอร์ส วัสดุนาโนคริสตัลไลน์มีเม็ดคริสตัลในระดับนาโน

การประยุกต์ใช้วัสดุนาโน

ปัจจุบันวัสดุนาโนมีการขยายตัวทางการค้าอย่างมาก วัสดุนาโนเชิงพาณิชย์บางชนิดที่มีอยู่ในตลาด ได้แก่ เครื่องสำอางสิ่งทอที่ทนต่อความเครียดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ครีมกันแดดสี ฯลฯ ... วัสดุนาโนและนาโนคอมโพสิตถูกนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคต่างๆเช่นอุปกรณ์กีฬาหน้าต่างรถยนต์ ฯลฯ ที่เกิดจากเครื่องดื่มจากแสงแดดขวดแก้วจะถูกเคลือบด้วยนาโนโครตซึ่งป้องกันรังสียูวี กำลังผลิตลูกเทนนิสที่ใช้วัสดุนาโนดินเหนียวที่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น นาโนสแคลซิลิกาใช้เป็นฟิลเลอร์ในการอุดฟัน

คุณสมบัติทางแสงของวัสดุนาโนถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเครื่องตรวจจับแสงเซ็นเซอร์เลเซอร์จอแสดงผลเซลล์แสงอาทิตย์ คุณสมบัตินี้ยังใช้ในชีวการแพทย์และโฟโตอิเล็กโทรเคมี ในเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์อิเล็กโทรดประกอบด้วยท่อนาโนคาร์บอน Nanocrystalline zinc selenide ถูกใช้ในหน้าจอแสดงผลเพื่อเพิ่มความละเอียดของพิกเซลที่สร้างเครื่องรับโทรทัศน์ความละเอียดสูงและคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ในอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์จะเน้นการย่อขนาดของวงจรเช่นทรานซิสเตอร์ไดโอดตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

สายนาโนถูกนำมาใช้ในการขึ้นรูปแบบไร้รอยต่อ ทรานซิสเตอร์ . วัสดุนาโนยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเครื่องฟอกไอเสียรถยนต์และระบบผลิตไฟฟ้าเพื่อทำปฏิกิริยากับก๊าซพิษเช่นคาร์บอนมอนอกไซด์และไนโตรเจนออกไซด์ซึ่งจะช่วยป้องกันมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากสารเหล่านี้ เพื่อเพิ่มปัจจัยการป้องกันแสงแดด (SPF) ในครีมกันแดดให้ใช้ nano-TiO2 เพื่อมอบพื้นผิวที่มีการใช้งานสูงให้กับเซ็นเซอร์จึงใช้นาโนเลย์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม

Fullerenes ใช้ในมะเร็งเพื่อรักษาเซลล์มะเร็งเช่น melanoma นอกจากนี้ยังพบว่าใช้เป็นสารต้านจุลชีพที่เปิดใช้งานด้วยแสง เนื่องจากคุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าจุดควอนตัมสายนาโนและนาโนพอดจึงเลือกใช้ Optoelectronics อย่างมาก วัสดุนาโนกำลังได้รับการทดสอบสำหรับการใช้งานในวิศวกรรมเนื้อเยื่อการจัดส่งยาและไบโอเซนเซอร์ Nanozymes เป็นเอนไซม์เทียมที่ใช้ในการทำไบโอซิสเต็มการสร้างภาพทางชีวภาพการตรวจหาเนื้องอก

ข้อดีและข้อเสียของวัสดุนาโน

คุณสมบัติทางไฟฟ้าแม่เหล็กแสงและเชิงกลของวัสดุนาโนทำให้เกิดการใช้งานที่น่าสนใจมากมาย การวิจัยยังคงดำเนินการเพื่อให้ทราบถึงคุณสมบัติเหล่านี้ คุณสมบัติของวัสดุนาโนแตกต่างจากรุ่นที่มีขนาดใหญ่ ข้อดีบางประการของวัสดุนาโนมีดังนี้ -

วัสดุนาโน สารกึ่งตัวนำ อนุภาค q แสดงเอฟเฟกต์การกักขังควอนตัมจึงทำให้พวกมันมีคุณสมบัติเรืองแสง
เมื่อเทียบกับเซรามิกเนื้อหยาบเซรามิกส์นาโนเฟสมีความเหนียวมากกว่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น
คุณสมบัติการเชื่อมเย็นของผงโลหะนาโนพร้อมกับความเหนียวเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการเชื่อมโลหะกับโลหะ
อนุภาคแม่เหล็กนาโนเดี่ยวให้คุณสมบัติ super paramagnetism
กลุ่มโลหะที่มีโครงสร้างนาโนขององค์ประกอบโมโนเมทัลลิกทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน
สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ฟิล์มซิลิคอน Nanocrystalline สร้างหน้าสัมผัสที่โปร่งใสสูง
ฟิล์มที่มีรูพรุนของไททาเนียมออกไซด์ที่มีโครงสร้างระดับนาโนให้การส่งผ่านสูงและการเพิ่มพื้นที่ผิวสูง
ความท้าทายที่อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ต้องเผชิญในการย่อขนาดของวงจรเช่นการกระจายความร้อนที่ไม่ดีซึ่งเกิดจากความเร็วสูง ไมโครโปรเซสเซอร์ ความน่าเชื่อถือที่ไม่ดีสามารถเอาชนะได้ด้วยความช่วยเหลือของวัสดุนาโนคริสตัลไลน์ สิ่งเหล่านี้ให้การนำความร้อนสูงความทนทานสูงและการเชื่อมต่อระหว่างกันที่ทนทานยาวนาน

นอกจากนี้ยังมีข้อเสียทางเทคโนโลยีบางประการที่พบในการใช้วัสดุนาโน ข้อเสียบางประการมีดังนี้ -

ความไม่เสถียรของวัสดุนาโน
ความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ
ความสามารถในการละลายสูง
เมื่อวัสดุนาโนที่มีพื้นที่ผิวสูงสัมผัสโดยตรงกับการเผาไหม้แบบคายความร้อนด้วยออกซิเจนจะทำให้เกิดการระเบิด
ความไม่บริสุทธิ์
วัสดุนาโนถือเป็นอันตรายทางชีวภาพ สิ่งเหล่านี้มีความเป็นพิษสูงซึ่งอาจนำไปสู่การระคายเคือง
สารก่อมะเร็ง
ยากที่จะสังเคราะห์
ไม่มีการกำจัดอย่างปลอดภัย
รีไซเคิลยาก

วันนี้วัสดุนาโนพร้อมด้วย นาโนเทคโนโลยี กำลังปฏิวัติวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ ตั้งชื่อวัสดุนาโนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติหรือไม่?