В огромното царство на науката за материалите разликата между наноматериалите и насипните материали е тема, която е едновременно завладяваща и решаваща. Като доставчик в индустрията за наука за материали, видях от първа ръка как тези два вида материали се подреждат един срещу друг и съм развълнуван да споделя своите прозрения с вас.
Да започнем с основите. Насипните материали са това, за което обикновено си мислите, когато си представяте ежедневни вещества. Те са широкомащабни материали с размери, които са много по-големи от наномащаба (който обикновено се счита за в диапазона от 1 - 100 нанометра). Например, метален блок, парче дърво или пластмасов лист са насипни материали. Тези материали имат свойства, които са добре познати и са изследвани от дълго време. Техните физични, химични и механични свойства често се определят от тяхната макроскопична структура и естеството на химичните връзки в тях.
От друга страна, наноматериалите са материали, при които поне едно от техните измерения е в диапазона на наномащаба. Този малък размер им дава някои наистина уникални свойства, които ги отличават от насипните материали.
Физически свойства
Една от най-забележимите разлики е във външния им вид. Насипните материали обикновено имат еднакъв и предвидим вид. Златното кюлче, например, има лъскав, метален вид, с който всички сме запознати. Но когато златото е под формата на наночастици, цветът му може да се промени в зависимост от размера на частиците. По-малките златни наночастици могат да изглеждат червени, докато по-големите могат да изглеждат лилави. Това се дължи на феномен, наречен повърхностен плазмонен резонанс, който силно зависи от размера и формата на наночастиците.
По отношение на точката на топене наноматериалите също се държат различно. Насипните материали имат добре дефинирана точка на топене, която е характерна за материала. Например, насипният алуминий се топи при около 660°C. Въпреки това, алуминиевите наночастици могат да имат значително по-ниска точка на топене. Това е така, защото атомите на повърхността на наночастиците имат по-малко съседни атоми в сравнение с атомите в масата. В резултат на това те се разрушават по-лесно и е необходима по-малко енергия за разрушаване на връзките, които държат материала заедно.
Химични свойства
Химическата реактивност е друга област, в която наноматериалите и насипните материали се различават значително. Наноматериалите обикновено имат много по-високо съотношение повърхност - обем в сравнение с насипните материали. За да разберете това, помислете за куб. Ако разделите този куб на все по-малки и по-малки кубчета (симулиращи прехода от насипно състояние към наномащаб), общата повърхностна площ на всички по-малки кубчета заедно ще бъде много по-голяма от повърхностната площ на оригиналния куб.
Това високо съотношение повърхност-към-обем означава, че на повърхността на наноматериалите има повече атоми или молекули, които могат да взаимодействат с други вещества. Например наномащабните катализатори са много по-ефективни от техните масови аналози. Те могат да ускорят химичните реакции с много по-бърза скорост, защото има повече активни места, с които молекулите на реагентите да се свържат.
Нека да разгледаме някои от специфичните наноматериали, които доставяме. например,CAS 1116499 - 73 - 0 | 3,3'' - Ди(9Н - карбазол - 9 - ил) - 1,1':3',1'' - терфенил. В своята наномащабна форма той има подобрени свойства за транспортиране на заряд в сравнение с насипната си форма. Това го прави много полезен в органични диоди, излъчващи светлина (OLED) и други оптоелектронни устройства. Високото съотношение повърхност - обем позволява по-ефективен трансфер на заряда между молекулите, което подобрява работата на тези устройства.
Механични свойства
Що се отнася до механичните свойства, насипните материали често имат добре разбрани характеристики на якост и твърдост. Например стоманата е известна с високата си якост и се използва широко в строителството. Наноматериалите обаче могат да предложат различен набор от механични свойства.
Въглеродните нанотръби са чудесен пример. Това са наноматериали, направени от въглеродни атоми, подредени в тръбна структура. В насипна форма въглеродът се намира в материали като графит или диамант. Но въглеродните нанотръби имат невероятно висока якост на опън. Те могат да издържат на голяма сила на теглене, без да се счупят, а съотношението им якост към тегло е много по-високо от това на много насипни материали. Това ги прави идеални за приложения, където са необходими леки и здрави материали, като например в авиационно и спортно оборудване.
Друг материал, който доставяме,CAS 518997 - 91 - 6 | TSBF 2,7 - Бис(9,9' - спиробифлуорен - 2 - ил) - 9,9' - спиробифлуорен, когато е в наномащаб, може да има подобрена механична гъвкавост. Това е важно при приложения, при които материалът трябва да се огъва или разтяга, без да губи своята функционалност, като например в гъвкавата електроника.
Топлинни свойства
Топлинната проводимост също е различна между наноматериалите и насипните материали. Металите в насипно състояние обикновено са добри проводници на топлина, тъй като свободните електрони в метала могат лесно да пренасят топлинна енергия. Но някои наноматериали, като нанокомпозитите, могат да имат персонализирана топлопроводимост.
Например, добавянето на определени наночастици към полимерна матрица може или да увеличи, или да намали нейната топлопроводимост в зависимост от вида на използваните наночастици. Това е така, защото наночастиците могат или да улеснят, или да възпрепятстват потока на топлина през материала.CAS 172285 - 72 - 2 | 2,2' - Bi(9,10 - дифенил - антрацен)в наномащаб може да се включи в материали, за да се промени тяхното топлинно поведение, което е полезно в приложения, където управлението на топлината е от решаващо значение, като например в електронни устройства.
Приложения
Уникалните свойства на наноматериалите отварят широк спектър от приложения, които не са възможни с насипни материали. В медицината наноматериалите могат да се използват за целево доставяне на лекарства. Наночастиците могат да бъдат проектирани да пренасят лекарства директно до болните клетки, намалявайки страничните ефекти върху здравите клетки.
В науката за околната среда наноматериалите могат да се използват за пречистване на водата. Наномащабните филтри могат да отстраняват замърсителите по-ефективно от традиционните филтри поради високото си съотношение повърхност към обем и уникалните структури на порите.
В енергийния сектор наноматериалите се използват за подобряване на ефективността на слънчевите клетки. Наномащабните полупроводници могат да абсорбират по-широк диапазон от дължини на светлинните вълни и да преобразуват слънчевата светлина в електричество по-ефективно.
Като доставчик на наука за материалите виждам нарастващото търсене на наноматериали в различни индустрии. Техните уникални свойства предлагат решения на много предизвикателства, с които насипните материали не могат да се справят. Независимо дали сте в индустрията на електрониката, автомобилостроенето или здравеопазването, наноматериалите могат да ви осигурят конкурентно предимство.
Ако се интересувате от изследване на света на наноматериалите и как те могат да бъдат от полза за вашия бизнес, ще се радвам да поговорим с вас. Имаме широка гама от наноматериали и насипни материали в нашия инвентар и можем да работим заедно, за да намерим правилното решение за вашите специфични нужди. Не се колебайте да се свържете, за да започнете дискусия за обществена поръчка и да видите как можем да ви помогнем да изведете проектите си на следващото ниво.
Референции
- „Наноматериали: Принципи и приложения“ от Ajayan, PM, et al.
- „Въведение в нанонауката и нанотехнологиите“ от Bhushan, B.