材料の量子特性はナノスケールで異なる可能性があることが観察されました。分子レベルで絶縁体として振る舞う材料は、そのナノスケールレベルで見たときに導体の特性を表すことができます。ナノテクノロジーは、ナノスケールでの材料の特性の変化の研究を扱う研究方法論として浮上しています。量子物理学、半導体物理学、材料などのさまざまな科学の組み合わせ研究が含まれます製造、など。ナノスケールレベルで。ナノテクノロジーの原理と方法を使用して形成された材料で、その特性は巨視的な固体と原子系の間にあり、ナノ材料として知られています。

ナノマテリアルとは何ですか？

ナノスケールという用語は、10の寸法を指します^-9メートル。メートルの10億分の1です。したがって、外部寸法または内部構造寸法または表面構造寸法のいずれかが1nmから100nmの範囲にある粒子は、ナノ材料と見なされます。

これらの材料は肉眼では見えません。ナノテクノロジーの材料科学に基づくアプローチは、ナノ材料のために考慮されます。このスケールでは、これらの材料は、分子スケールの動作と比較して、独自の光学的、電子的、機械的、および量子特性を持っています。

ナノ材料は、ナノオブジェクトまたはナノ構造材料である可能性があります。 Naoオブジェクトは個別の材料ですが、ナノ構造材料は、ナノスケールの次元で内部構造または表面構造を持っています。

ナノマテリアルは、自然に存在するものでも、人工的に製造されたものでも、偶発的に形成されたものでもかまいません。研究の進展に伴い、ナノマテリアルが商品化され、商品として利用されています。

ナノマテリアルの性質

の劇的な変化 ナノマテリアルの特性 それらがナノスケールレベルに分解されたときに観察することができます。分子レベルからナノスケールレベルに進むと、量子サイズ効果により材料の電子特性が変化します。材料の機械的、熱的および触媒的特性の変化は、ナノスケールレベルでの体積に対する表面積の比率の増加とともに見ることができます。

絶縁体材料の多くは、ナノスケールの寸法で導体として動作し始めます。同様に、ナノスケールの次元に達すると、多くの興味深い量子現象と表面現象を観察できます。

粒子サイズ、形状、化学組成、結晶構造、物理化学的安定性、表面積、表面エネルギーなど…ナノ材料の物理化学的特性に起因します。ナノ材料の体積に対する表面積の比率が増加するにつれて、それらの表面はそれ自体および他のシステムに対してより反応性になります。ナノ材料のサイズは、それらの薬理学的挙動に重要な役割を果たします。ナノマテリアルが水や他の分散媒体と相互作用すると、結晶構造を再配列することができます。ナノ材料のサイズ、組成、表面電荷は、それらの凝集状態に影響を与えます。これらの材料の磁気的、物理化学的および念力特性は、表面コーティングの影響を受けます。これらの材料は、表面が酸素、オゾン、および遷移材料と反応するとROSを生成します。

ナノスケールレベルでは、粒子間の相互作用は、ファンデルワールス力または強い極性結合または共有結合のいずれかによるものです。ナノ材料の表面特性と他の元素や環境との相互作用は、高分子電解質を使用して変更できます。

例

ナノマテリアルは、偶発的または自然に存在する人工ナノマテリアルとして見つけることができます。人工ナノ材料は、いくつかの望ましい特性を備えた人間によって製造されています。それらには、カーボンブラックと二酸化チタンのナノ材料が含まれます。ナノ粒子は、車両の排気、溶接ヒューム、調理、燃料加熱などの偶発的な機械的または工業的プロセスによっても生成されます。ちなみに製造された大気ナノ材料は、超微粒子としても知られています。フラーレンは、バイオマス、キャンドルの燃焼によって生成されるナノ材料です。

“インバーターエレクトロニクスとは ”

ナノチューブ

天然の既存のナノ材料は、山火事、火山灰、海洋噴霧、金属の風化などの多くの自然過程によって形成されます。 ナノマテリアルの例 生物系に存在するのは、蓮を覆うワックス結晶の構造、ウイルスの構造、ハダニの絹、タランチュラのクモの青い色合い、蝶の羽の鱗です。牛乳、血液、角、歯、皮膚、紙、珊瑚、くちばし、羽毛、骨基質、綿、爪などの粒子は、すべて天然に存在する有機ナノ材料です。粘土は、地球の地殻のさまざまな化学的条件での結晶成長によって形成されるため、天然に存在する無機ナノ材料の例です。

分類

ナノ材料の分類は、主に形態とその構造に依存し、統合材料とナノ分散の2つの主要なグループに分類されます。統合されたナノ材料はさらにいくつかのグループに分類されます。一次元のナノ分散システムは、ナノ粉末およびナノ粒子と呼ばれます。ここで、ナノ粒子はさらにナノ結晶、ナノクラスター、ナノチューブ、超分子などに分類されます。

“電子機器のゲートの種類 ”

ナノ材料の場合、サイズは重要な物理的属性です。ナノ材料は、その寸法の数がナノスケールに該当するかどうかに応じて分類されることがよくあります。 3次元すべてがナノスケールであり、最長軸と最短軸の間に有意差がないナノ材料は、ナノ粒子と呼ばれます。ナノスケールで2次元の材料は、ナノファイバーと呼ばれます。中空のナノファイバーはナノチューブと呼ばれ、中実のナノファイバーはナノロッドと呼ばれます。ナノスケールで一次元の材料は、ナノプレートとして知られています。 2つの異なる長い寸法のナノプレートはナノリボンとして知られています。

ナノ構造材料に含まれる物質の相に基づいて、それらはナノコンポジット、ナノフォーム、ナノポーラスおよびナノ結晶材料に分類されます。ナノスケールの寸法を持つ少なくとも1つの領域を持つ少なくとも1つの物理的または化学的に異なる領域を含む固体材料はナノコンポジットと呼ばれます。ナノフォームは、気相で満たされた液体または固体のマトリックスを含み、2つの相の1つはナノスケールの寸法を持っています。

ナノポアを備えた固体材料、ナノスケールの寸法を備えたキャビティは、ナノポーラス材料と見なされます。ナノ結晶材料は、ナノスケールの結晶粒を持っています。

ナノマテリアルの応用

今日、ナノマテリアルは高度に商業化されています。市場で入手可能な市販のナノ材料には、化粧品、耐ひずみ性繊維、電子機器、日焼け止め、塗料などがあります。ナノコーティングとナノコンポジットは、スポーツ用品、窓、自動車などのさまざまな消費者製品に使用されています。損傷を保護するため日光による飲料に起因するガラス瓶は、紫外線を遮断するナノコーティングでコーティングされています。ナノクレイ複合材料を使用して、より長持ちするテニスボールが製造されています。ナノスケールシリカは、歯科用充填材のフィラーとして使用されます。

ナノ材料の光学特性は、光学検出器、センサー、レーザー、ディスプレイ、太陽電池を形成するために使用されます。この特性は、生物医学および光電気化学でも使用されます。微生物燃料電池では、電極はカーボンナノチューブで構成されています。ナノ結晶セレン化亜鉛は、高精細テレビやパソコンを形成するピクセルの解像度を上げるためにディスプレイ画面に使用されています。マイクロエレクトロニクス産業では、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、コンデンサなどの回路の小型化が強調されています。

ナノワイヤーはジャンクションレスの形成に使用されていますトランジスタ。ナノマテリアルは、自動車の触媒コンバーターや発電システムの触媒としても使用され、一酸化炭素や窒素酸化物などの有毒ガスと反応して、それらによって引き起こされる環境汚染を防ぎます。日焼け止めの日焼け防止係数（SPF）を高めるために、ナノTiO2が使用されます。センサーに非常にアクティブな表面を提供するために、設計されたナノレイヤーが使用されます。

フラーレンは、黒色腫などの癌細胞を治療するために癌で使用されます。これらはまた、光活性化抗菌剤としての使用を見出した。それらの光学的および電気的特性のために、量子ドット、ナノワイヤー、およびナノロッドは、オプトエレクトロニクスを非常に選択しています。ナノマテリアルは、組織工学、ドラッグデリバリー、およびバイオセンサーでのアプリケーションについてテストされています。ナノザイムは、バイオセンシング、バイオイメージング、腫瘍検出に使用される人工酵素です。

ナノマテリアルの長所と短所

ナノ材料の電気的、磁気的、光学的および機械的特性は、多くの魅力的なアプリケーションを提供してきました。これらの特性について知るための研究はまだ進行中です。ナノ材料の特性は、バルクサイズモデルの特性とは異なります。ナノ材料の利点のいくつかは次のとおりです-

ナノマテリアル半導体 q粒子は量子閉じ込め効果を示し、それによって発光特性を与えます。
粗粒セラミックと比較して、ナノフェーズセラミックは高温でより延性があります。
ナノサイズの金属粉末の冷間圧接特性とその延性は、金属-金属結合に非常に役立ちます。
単一のナノサイズの磁性粒子は、超常磁性特性を提供します。
単金属組成のナノ構造金属クラスターは、不均一系触媒の前駆体として機能します。
太陽電池の場合、ナノ結晶シリコン膜は透明度の高い接点を形成します。
ナノ構造の酸化チタン多孔質フィルムは、高い透過率と高い表面積の向上を提供します。
高速で発生する熱の放散不良など、回路の小型化においてマイクロエレクトロニクス業界が直面する課題マイクロプロセッサ、信頼性の低さは、ナノ結晶材料の助けを借りて克服することができます。これらは、高い熱伝導率、高い耐久性、および耐久性のある長持ちする相互接続を提供します。

ナノ材料の使用には、いくつかの技術的な欠点もあります。それらの欠点のいくつかは次のとおりです–