Telah diamati bahwa sifat kuantum material dapat berbeda pada skala nano. Material yang berperilaku sebagai isolator pada tingkat molekuler dapat mengekspresikan sifat-sifat konduktor bila dilihat pada tingkat skala nano. Nanoteknologi telah muncul sebagai metodologi penelitian yang berhubungan dengan studi tentang perubahan sifat material pada skala nano. Ini melibatkan studi kombinasional dari berbagai ilmu seperti fisika kuantum, fisika semikonduktor, material manufaktur , dll .. pada tingkat skala nano. Material yang dibentuk dengan menggunakan prinsip dan metode nanoteknologi, yang sifatnya terletak di antara padatan makroskopik dan sistem atom, yang dikenal sebagai Nanomaterials.

Apa Nanomaterials?

Istilah skala nano mengacu pada dimensi 10^-9meter. Ini adalah satu miliar bagian meteran. Jadi, partikel yang salah satu dimensi eksternal atau dimensi struktur internal atau dimensi struktur permukaan terletak pada kisaran 1nm hingga 100nm dianggap sebagai Nanomaterials.

Bahan-bahan ini tidak terlihat dengan mata telanjang. Pendekatan berbasis ilmu material nanoteknologi dipertimbangkan untuk nanomaterial. Pada skala ini, material ini memiliki sifat optik, elektronik, mekanik, dan kuantum yang unik dibandingkan dengan perilaku skala molekulernya.

Nanomaterial dapat berupa objek nano atau material berstruktur nano. Objek Nao adalah potongan material yang terpisah, di sisi lain, material berstruktur nano memiliki struktur internal atau permukaan dalam dimensi skala nano.

Nanomaterial dapat berupa keberadaan alami, diproduksi secara artifisial atau dibentuk secara kebetulan. Dengan kemajuan dalam penelitian, material nano sedang dikomersialkan dan digunakan sebagai komoditas.

Properti Nanomaterials

Perubahan drastis di properti dari nanomaterial dapat diamati ketika mereka dirinci ke tingkat skala nano. Saat kita menuju level skala nano dari level molekuler, properti elektronik material dimodifikasi karena efek ukuran kuantum. Perubahan sifat mekanik, termal dan katalitik bahan dapat dilihat dengan peningkatan rasio luas permukaan terhadap volume pada tingkat skala nano.

Banyak bahan isolator mulai berperilaku sebagai konduktor pada dimensi skala nano. Demikian pula, saat kita mencapai dimensi skala nano, banyak fenomena kuantum dan permukaan yang menarik dapat diamati.

Ukuran partikel, bentuk, komposisi kimia, struktur kristal, stabilitas fisikokimia, luas permukaan, dan energi permukaan, dll… dikaitkan dengan sifat fisikokimia dari bahan nano. Ketika rasio luas permukaan terhadap volume material nano meningkat, permukaannya menjadi lebih reaktif pada dirinya sendiri dan sistem lain. Ukuran nanomaterial memainkan peran penting dalam perilaku farmakologis mereka. Ketika nanomaterial berinteraksi dengan air atau media dispersi lainnya mereka dapat mengatur ulang struktur kristalnya. Ukuran, komposisi dan muatan permukaan material nano mempengaruhi status agregasi mereka. Sifat magnet, fisikokimia dan psikokinetik dari bahan-bahan ini dipengaruhi oleh lapisan permukaan. Bahan-bahan ini menghasilkan ROS ketika permukaannya bereaksi dengan oksigen, ozon, dan bahan transisi.

Pada tingkat skala nano, interaksi antar partikel disebabkan oleh gaya van der Waal atau ikatan kutub atau kovalen yang kuat. Sifat permukaan nanomaterial dan interaksinya dengan elemen dan lingkungan lain dapat dimodifikasi dengan menggunakan polielektrolit.

Contoh

Nanomaterial dapat ditemukan baik sebagai nanomaterial yang direkayasa, insidental atau eksistensi alamiah. Nanomaterial yang direkayasa diproduksi oleh manusia dengan beberapa properti yang diinginkan. Mereka termasuk nanomaterial karbon hitam dan titanium dioksida. Nanopartikel juga diproduksi karena proses mekanis atau industri secara kebetulan seperti saat knalpot kendaraan, asap pengelasan, memasak, dan pemanasan bahan bakar. Nanomaterial atmosfer yang diproduksi secara kebetulan juga dikenal sebagai partikel ultrafine. Fullerene adalah nanomaterial yang dihasilkan karena pembakaran biomassa, lilin.

“penyearah jembatan dioda fase tunggal ”

Nanotube

Nanomaterial alami yang ada terbentuk karena banyak proses alami seperti kebakaran hutan, abu vulkanik, semprotan laut, pelapukan logam, dll ... Beberapa dari contoh bahan nano Yang ada dalam sistem biologis adalah struktur kristal lilin yang meliputi teratai, struktur virus, sutra tungau laba-laba, corak biru laba-laba tarantula, sisik sayap kupu-kupu. Partikel seperti susu, darah, tanduk, gigi, kulit, kertas, karang, paruh, bulu, matriks tulang, kapas, kuku, dll. Adalah bahan nano organik alami. Tanah liat adalah contoh material nano anorganik yang terjadi secara alami, karena terbentuk karena pertumbuhan kristal dalam berbagai kondisi kimiawi di kerak bumi.

Klasifikasi

Klasifikasi nanomaterial terutama tergantung pada morfologi dan strukturnya, mereka diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama sebagai bahan Konsolidasi dan Nanodispersi. Nanomaterial terkonsolidasi selanjutnya diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok. Sistem dispersif Nano satu dimensi disebut sebagai Nanopowders dan Nanoparticles. Di sini nanopartikel selanjutnya diklasifikasikan sebagai Nanocrystals, Nanoclusters, Nanotubes, supermolecules, dll.

“rasio penolakan mode umum ”

Untuk nanomaterial, ukuran merupakan atribut fisik yang penting. Nanomaterials sering diklasifikasikan tergantung pada jumlah dimensinya termasuk dalam skala nano. Nanomaterial yang ketiga dimensinya berukuran nano dan secara signifikan tidak ada perbedaan antara sumbu terpanjang dan terpendek, disebut Nanopartikel. Material dengan dua dimensinya dalam skala nano disebut Serat nano. Serat nano berongga dikenal sebagai Nanotube dan yang padat disebut Nanorods. Material dengan satu dimensi dalam skala nano dikenal sebagai Nanoplates. Nanoplates dengan dua dimensi panjang yang berbeda dikenal sebagai Nanoribbons.

Berdasarkan fase materi yang dikandung oleh material berstruktur nano, material tersebut diklasifikasikan sebagai material nanokomposit, nanofoam, nanopori, dan nanokristalin. Material padat yang mengandung setidaknya satu wilayah yang berbeda secara fisik atau kimiawi dengan setidaknya satu wilayah dengan dimensi dalam skala nano disebut Komposit Nano. Busa nano mengandung matriks cair atau padat, diisi dengan fasa gas dan salah satu dari dua fasa tersebut memiliki dimensi dalam skala nano.

Material padat dengan pori-pori nano, rongga dengan dimensi pada skala nano dianggap sebagai material nanopori. Material nanokristalin memiliki butiran kristal dalam skala nano.

Aplikasi Nanomaterials

Saat ini nanomaterial sedang sangat dikomersialkan. Beberapa nanomaterial komersial yang tersedia di pasaran adalah kosmetik, tekstil tahan regangan, elektronik, tabir surya, cat, dll. Nanocoating dan nanokomposit digunakan dalam berbagai produk konsumen seperti peralatan olahraga, jendela, mobil, dll. Untuk melindungi kerusakan Akibat minuman dari sinar matahari, botol kaca dilapisi dengan nanocoating yang menghalangi sinar UV. Menggunakan komposit tanah liat nano, bola tenis tahan lama sedang diproduksi. Silika nano digunakan sebagai pengisi tambalan gigi.

Sifat optik dari bahan nano digunakan untuk membentuk detektor optik, sensor, laser, layar, sel surya. Properti ini juga digunakan dalam biomedis dan fotoelektrokimia. Dalam sel bahan bakar mikroba, elektroda terdiri dari tabung nano karbon. Nanocrystalline zinc selenide digunakan pada layar tampilan untuk meningkatkan resolusi piksel yang membentuk perangkat TV Definisi Tinggi dan komputer pribadi. Dalam industri mikroelektronika, miniaturisasi rangkaian seperti transistor, dioda, resistor, dan kapasitor ditekankan.

Kabel nano digunakan untuk membentuk junctionless transistor . Nanomaterial juga digunakan sebagai katalis dalam konverter katalitik mobil dan sistem pembangkit listrik, untuk bereaksi dengan gas beracun seperti karbon monoksida dan nitrogen oksida, sehingga mencegah pencemaran lingkungan yang disebabkan olehnya. Untuk meningkatkan faktor perlindungan matahari (SPF) di tabir surya nano-TiO2 digunakan. Untuk memberikan permukaan yang sangat aktif ke sensor, lapisan nano yang direkayasa digunakan.

Fullerene digunakan pada kanker untuk mengobati sel kanker seperti melanoma. Ini juga ditemukan digunakan sebagai agen antimikroba yang diaktifkan cahaya. Karena sifat optik dan kelistrikannya, titik-titik kuantum, kawat nano, dan nanorod sangat memilih Optoelektronik. Nanomaterials sedang diuji untuk aplikasi dalam rekayasa jaringan, pengiriman obat, dan biosensor. Nanozymes adalah enzim buatan yang digunakan untuk biosensing, bioimaging, deteksi tumor.

Keuntungan dan Kerugian Nanomaterials

Sifat listrik, magnet, optik dan mekanik dari bahan nano telah memberikan banyak aplikasi yang menarik. Penelitian masih berlangsung untuk mengetahui tentang properti ini. Properti dari nanomaterial berbeda dari model ukuran massal yang ada. Beberapa keuntungan dari nanomaterial adalah sebagai berikut-

Nanomaterial semikonduktor Partikel-q menunjukkan efek kurungan kuantum, sehingga memberi mereka properti luminesensi.
Dibandingkan dengan keramik berbutir kasar, keramik nanofase lebih ulet pada suhu tinggi.
Sifat pengelasan dingin dari bubuk logam berukuran nano bersama dengan keuletannya sangat berguna untuk ikatan logam-logam.
Partikel magnetik nano tunggal memberikan properti super paramagnetisme.
Kelompok logam berstruktur nano dengan komposisi monometalik bertindak sebagai prekursor untuk katalis heterogen.
Untuk sel surya, film silikon nanokristalin membentuk kontak yang sangat transparan.
Film berpori titanium oksida berstruktur nano memberikan transmisi tinggi dan peningkatan luas permukaan yang tinggi.
Tantangan yang dihadapi oleh industri mikroelektronika dalam miniaturisasi sirkuit seperti disipasi panas yang buruk yang dihasilkan oleh kecepatan tinggi Mikroprosesor , keandalan yang buruk dapat diatasi dengan bantuan bahan nanokristalin. Ini memberikan konduktivitas termal tinggi, daya tahan tinggi, dan interkoneksi tahan lama yang tahan lama.

Ada juga beberapa kelemahan teknologi yang ditemukan dalam penggunaan material nano. Beberapa kekurangannya adalah sebagai berikut -

Ketidakstabilan nanomaterial.
Ketahanan korosi yang buruk.
Kelarutan tinggi.
Ketika nanomaterial dengan luas permukaan yang tinggi bersentuhan langsung dengan oksigen maka terjadi pembakaran eksotermik yang menyebabkan ledakan.
Ketidakmurnian
Nanomaterials dianggap berbahaya secara biologis. Ini memiliki toksisitas tinggi yang dapat menyebabkan iritasi.
Karsinogenik
Sulit untuk disintesis
Tidak ada pembuangan yang aman tersedia
Sulit untuk didaur ulang

Hari ini Nanomaterials bersama dengan nanoteknologi sedang merevolusi cara di mana berbagai produk diproduksi. Sebutkan bahan nano organik yang terjadi secara alami?