Nanomaterial: todas as estatísticas, fatos e dados que você precisa conhecer

Introduction: The nano concept is 1959, and the Nobel Prize was presented by Richard Feynman in a speech. In his “There is plenty of room at the bottom” speech, he mentioned that humans can make machines smaller than their size with macroscopic machines, and this smaller machine can make smaller machines, thus achieving molecular scale step by step. That is, the production equipment is reduced step by step, and finally the atoms are arranged directly according to the wishes, and the products are manufactured. He predicted that chemistry would become a technical problem of accurately placing atoms one by one according to the wishes of human beings. This is the earliest idea with modern nano concepts. In the late 1980s and early 1990s, an important tool for characterizing nanometer scales, scanning tunneling microscopy (STM), and atomic force microscopy (AFM), a direct tool for understanding nanoscale and nanoworld materials, has greatly facilitated On the scale of understanding the structure of matter and the relationship between structure and nature, nanotechnology terminology emerged and nanotechnology was formed.

De fato, o nano é apenas uma unidade de comprimento, 1 nanômetro (nm) = 10 e negativo 3 vezes quadrado mícron = 10 e sexto milímetro de potência negativo (mm) = 10 e menos 9 vezes metro quadrado (m) = 10A. Nanociência e Tecnologia (Nano-ST) é uma ciência e tecnologia que estuda as leis e interações de sistemas que consistem em substâncias entre 1-100 nm de tamanho e possíveis problemas técnicos em aplicações práticas.

Nano é uma unidade de medida, 1 nm é um milionésimo de milímetro, ou seja, 1 nanômetro, ou seja, um bilionésimo de metro e um átomo tem cerca de 0 1 nm. Os nanomateriais são um novo tipo de material sólido ultrafino composto de nanopartículas, com tamanho de 1 a 100 nm. Nanotecnologia é o estudo e estudo de substâncias e materiais em estruturas minúsculas abaixo de 100 nm, ou seja, a ciência e a tecnologia de produção de substâncias com um único átomo ou molécula.

Nanopartículas são grupos atômicos ou grupos de moléculas que consistem em um pequeno número de átomos e moléculas. A superfície de uma grande proporção é originalmente uma camada amorfa, sem procedimentos longos nem procedimentos curtos: dentro das partículas, existe uma camada bem cristalizada. Átomos dispostos periodicamente, mas sua estrutura é diferente da estrutura do programa completamente longa da amostra de cristal. É essa estrutura especial de nanopartículas que leva a efeitos superficiais singulares, efeitos de tamanho pequeno, efeitos de tamanho quântico, efeitos de tunelamento quântico de nanopartículas e, portanto, às propriedades físicas e químicas de muitos nanomateriais diferentes dos materiais convencionais.

O efeito de superfície do nanomaterial, ou seja, a proporção entre o número atômico e o número atômico total da nanopartícula aumenta com a diminuição do tamanho da nanopartícula e a energia superficial e a tensão superficial da partícula também aumentam, o que causa a alteração das propriedades do nanômetro. Por exemplo, a área superficial específica de SiC com um tamanho de partícula de 5 nm é tão alta quanto 300/12 / g; enquanto a área de superfície do óxido de nano-estanho varia mais com o tamanho das partículas, e a área de superfície específica a 10 llfl é 90,3 m2 / g, em comparação com 5 nm. A área de superfície aumentou para 181 m2 / g, e quando o tamanho de partícula era menor que 2 nm, a área de superfície específica saltou para 450 m2 / g. Uma área de superfície específica tão grande aumenta muito o número de átomos na superfície. O ambiente do campo de cristal e a energia de ligação desses átomos atacantes são diferentes daqueles dos átomos internos. Há um grande número de defeitos e muitas ligações pendentes, que possuem altas propriedades insaturadas, o que facilita a combinação desses átomos com outros átomos. É estável e possui alta reatividade química.

Além disso, a energia superficial das nanopartículas altamente ativadas também é alta, e a área superficial e a superfície específicas podem fazer com que as nanopartículas tenham forte reatividade química. Por exemplo, nanopartículas de metal podem queimar no ar. Algumas nanopartículas de óxido são expostas à atmosfera e absorvem gases e reagem com os gases. Além disso, os nanomateriais têm novas propriedades ópticas e elétricas devido à malformação original da superfície das nanopartículas, o que também causa alterações na conformação da rotação do elétron na superfície e no potencial de energia eletrônica. Por exemplo, algumas nanopartículas de óxido e nitreto têm um bom efeito de absorção e emissão nos raios infravermelhos e um bom efeito de blindagem nos raios ultravioleta.

Quando o tamanho das partículas ultrafinas é igual ou menor que o tamanho da característica física, como o comprimento de onda da onda de luz, o comprimento de onda de De Broglie e o comprimento da coerência ou profundidade de transmissão do estado supercondutor, as condições de contorno periódicas serão destruído, som, luz, eletromagnético, termodinâmica, etc. Os recursos apresentarão um novo efeito de tamanho. Por exemplo, a absorção de luz aumenta significativamente e produz uma mudança na frequência de ressonância plasmônica do pico de absorção; o estado ordenado magnético está em um estado desordenado magnético e a fase supercondutora é convertida em uma fase normal; o espectro do fonão é alterado. Esses efeitos de tamanho pequeno das nanopartículas são práticos

Expanded new areas. For example, silver has a melting point of 900’C, and the melting point of nanosilver can be reduced to 100, C, which provides a new process for the powder metallurgy industry. By utilizing the properties of particle size change of plasmon resonance frequency, the displacement of the absorption edge can be controlled by changing the particle size, and a microwave absorption nano material having a certain bandwidth can be manufactured for electromagnetic wave shielding, stealth aircraft and the like.

Quando o tamanho da partícula cai para um determinado valor, o nível de energia eletrônica próximo ao nível de Fermi muda de nível de energia quase contínuo para discreto. O relacionamento é:

Onde: £ é o espaçamento do nível de energia; E é o nível de Fermi; N é o número total de elétrons. Objetos macroscópicos contêm um número infinito de átomos (ou seja, o número de elétrons contidos, N), então 0, ou seja, o espaçamento do nível de energia de partículas grandes ou objetos macroscópicos é quase zero; enquanto as nanopartículas contêm um número limitado de átomos, e o valor de N é pequeno, resultando em uma certa divisão do valor da energia. O espectro de energia eletrônica de um metal a granel é uma banda de energia quase contínua. Quando o espaçamento do nível de energia é maior que a energia térmica, energia magnética, energia magnetostática, energia eletrostática, energia de fótons ou energia condensada supercondutora, o efeito quântico deve ser considerado, o que leva à nanopartícula. As propriedades magnéticas, ópticas, acústicas, térmicas, elétricas e supercondutoras são significativamente diferentes das propriedades macroscópicas, conhecidas como efeitos de tamanho quântico.

Os efeitos físicos dos nanomateriais incluem propriedades magnéticas e ópticas.

O diâmetro do nanomaterial é pequeno, e o material é composto principalmente de ligações iônicas e ligações covalentes. Comparado aos cristais, a capacidade de absorção da luz é aprimorada, mostrando as características de ampla faixa de frequência, forte absorção e baixa refletância. Por exemplo, embora vários metais de bloco tenham cores diferentes, todos os metais aparecem pretos quando são refinados para partículas de tamanho nanométrico; alguns objetos também exibem novos fenômenos de luminescência, como o próprio silício, que não é iluminador. No entanto, o nano-silício apresenta um fenômeno de luminescência.

Devido ao pequeno diâmetro dos nanomateriais, os átomos e as moléculas são mais expostos, as fileiras magnéticas são mais aleatórias e mais irregulares e, portanto, os nanomateriais são superparamagnéticos.

Os efeitos químicos dos nanomateriais incluem adsorção e catálise.

Os nanomateriais têm uma grande área de superfície específica. Faz com que tenha propriedades de adsorção mais fortes para outras substâncias.

Os nanomateriais podem ser usados como catalisadores de ensino superior. Devido ao pequeno tamanho das nanopartículas, a porcentagem de volume da superfície é grande, o estado de ligação e o estado eletrônico da superfície são diferentes do interior das partículas e a coordenação atômica da superfície é incompleta, o que leva a um aumento na posição ativa da superfície, o que faz com que tenha as condições básicas como catalisador. . Existem três aspectos principais do papel dos nanomateriais como catalisadores:

(1) alterar a taxa de reação e melhorar a eficiência da reação;

(2) Determine a rota da reação e tenha excelente seletividade, como hidrogenação e desidrogenação apenas, sem decomposição e desidratação por hidrogenação;

(3) Abaixe a temperatura da reação. Por exemplo, um catalisador preparado usando partículas ultrafinas de liga de Ni e Cu-mon com um diâmetro de partícula inferior a 0,3 nm como componente principal pode tornar a eficiência de hidrogenação da matéria orgânica 10 vezes maior que a de um catalisador de níquel convencional; pó ultrafino de PL e pó de WC. É um catalisador de hidrogenação altamente eficiente; ultrafino Fe, Ni e Fe02, o corpo sinterizado de luz mista pode substituir metais preciosos como agente purificador de gases de escapamento de automóveis; O pó ultrafino de agosto pode ser usado como catalisador para a oxidação do acetileno.

Existem muitas maneiras de preparar nanomateriais. De acordo com a existência de uma reação química óbvia durante o processo de preparação, ela pode ser dividida em métodos de preparação física e métodos de preparação química. Os métodos de preparação física incluem um método de moagem mecânica, um método de impacto seco, um método de mistura e um método de evaporação a alta temperatura; e o método de preparação química inclui um método sol-gel, um método de precipitação e um método de evaporação de solvente.

É precisamente por causa dessas propriedades peculiares das nanopartículas que ela lança as bases para sua ampla aplicação. Por exemplo, as nanopartículas têm resistência especial aos UV, absorção de luz visível e raios infravermelhos, antienvelhecimento, alta resistência e tenacidade, bons efeitos de blindagem elétrica e eletrostática, forte função de desodorização antibacteriana e capacidade de adsorção, e similares. Portanto, combinando nanopartículas com essas funções especiais com matérias-primas têxteis, é possível fabricar novas matérias-primas têxteis, nano-pastas e melhorar as funções dos tecidos.

A chamada fibra anti-ultravioleta refere-se à fibra que possui fortes propriedades de absorção e reflexão à luz ultravioleta. O princípio da preparação e processamento é geralmente adicionar material de proteção ultravioleta à fibra a ser misturada e tratada para melhorar a absorção e reflexão dos raios ultravioleta pela fibra. habilidade. As substâncias que podem bloquear os raios ultravioleta aqui se referem a dois tipos, ou seja, substâncias que refletem os raios ultravioleta, que são habitualmente chamados de agentes de proteção ultravioleta, e possuem forte absorção seletiva dos raios ultravioleta e podem realizar conversão de energia para reduzir a quantidade de permeação disso. Substância, habitualmente conhecida como absorvedores de UV. Os agentes de proteção ultravioleta geralmente usam alguns pós de óxido de metal, e existem muitas variedades de absorvedores de UV em casa e no exterior. Comumente usados são compostos de salicilato, compostos de quelato de íons metálicos, benzofenonas e benzotriazóis. . Uma pequena quantidade de nano-TiO 2 é adicionada à fibra sintética usando as excelentes características de absorção de luz das nanopartículas. Como ele pode proteger uma grande quantidade de raios ultravioleta, as peças de vestuário e os artigos feitos com os mesmos têm o efeito de bloquear os raios ultravioleta e têm um efeito auxiliar na prevenção de doenças da pele e doenças da pele causadas pela absorção de raios ultravioleta.

Algumas partículas de metal (como partículas de nano-prata, partículas de nano-cobre) têm certas propriedades bactericidas e são combinadas com fibras químicas para produzir fibras antibacterianas, que têm um efeito antibacteriano mais forte e mais lavabilidade do que os tecidos antibacterianos em geral. frequência. Por exemplo, o pó antibacteriano ultrafino desenvolvido pelo National Ultrafine Powder Engineering Center pode conferir capacidade antibacteriana aos produtos de resina e inibir várias bactérias, fungos e bolores. O núcleo do pó antibacteriano pode ser uma nanopartícula de sulfato de bário ou óxido de zinco, revestida com prata para antibacteriana e cercada por óxido de cobre e silicato de zinco para resistir a fungos. Ao adicionar 1% deste pó à fibra de Taiwan, pode ser obtida uma fibra antibacteriana com boa espinabilidade.

Some nano-scale ceramic powders (such as zirconia single crystals, far-infrared negative oxygen ion ceramic powders) are dispersed into a melt spinning solution and then spun into fibers. This fiber can effectively absorb external energy and radiate far infrared rays that are the same as the human body’s biological spectrum. This far-infrared radiation wave is not only easily absorbed by the human body, but also has a strong penetrating power. It can penetrate deep into the skin and cause deep resonance of the skin to produce a resonance effect. It activates biological cells, promotes blood circulation, strengthens metabolism, and enhances.

Cuidados de saúde, como regeneração de tecidos.

O próprio nanomaterial possui as características de super forte, alta dureza e alta tenacidade. Quando é integrada à fibra química, a fibra química terá alta resistência, alta dureza e alta tenacidade. Por exemplo, nanotubos de carbono são usados como aditivos compostos e têm grandes perspectivas de desenvolvimento em materiais têxteis aeroespaciais, cabos de pneus automotivos e outros materiais têxteis de engenharia.

Alguns nanomateriais (como os nanotubos de carbono) têm boas propriedades de absorção e podem ser usados para adicionar luz à fibra têxtil. Os nanomateriais têm características de banda larga, forte absorção e baixa refletividade das ondas de luz, de modo que as fibras não refletem a luz. É usado para fabricar tecidos antirreflexo para fins especiais (como tecidos invisíveis militares).

A adição de nanomateriais metálicos ou nanomateriais de carbono no processo de fiação química das fibras pode fazer com que os filamentos fiados tenham propriedades antiestáticas e à prova de microondas. Por exemplo, os nanotubos de carbono são um excelente condutor elétrico. Sua condutividade é melhor que a do cobre. É utilizado como aditivo funcional para dispersar estavelmente em solução de fiação de fibras químicas. Pode ser feito em diferentes concentrações molares. Fibra e tecido com boas condutividades elétricas ou propriedades antiestáticas.

Fibras isolantes dielétricas altas podem ser obtidas adicionando nano-SiO 2 à fibra sintética. Nos últimos anos, com o desenvolvimento contínuo da comunicação e dos eletrodomésticos, o uso de telefones celulares, televisores, computadores, fornos de microondas, etc., está se tornando cada vez mais comum. Existem campos eletromagnéticos ao redor de todos os equipamentos e fios elétricos, e as ondas eletromagnéticas estão no coração humano, nos nervos e nas mulheres grávidas. O impacto do feto tem uma conclusão clara. Segundo relatos, Estados Unidos, Japão, Coréia do Sul e outras roupas de ondas anti-eletromagnéticas foram listadas, e pesquisas domésticas sobre o uso de nanomateriais para preparar fibras de ondas anti-eletromagnéticas também estão em andamento.

The different properties of nanoscale or ultrafine materials are used in individual functional fibers. Develop ultra-suspension fibers using high-specific gravity materials such as tungsten carbide, such as “XY-E” from Toray Industries, “July” from Asahi Kasei Corporation, and “Pyramidal” from Toyobo Co., Ltd.; and develop opaque fibers using the refractive properties of Ti02. Japan’s Unijica uses a sheath-core composite spinning method. The cortex and core layer contain different amounts of TiO2 to obtain a polyester fiber with good opacity. The fluorescent fiber is developed by using the luminosity of barium aluminate and calcium aluminate. Japan’s fundamental special chemical company has developed a light-storing material with barium aluminate and calcium aluminate as the main components, and the rest time can reach more than 10 h; some metal double salts, transition metal compounds undergo crystal transformation due to temperature changes. Or the color change of the ligand geometry or the crystallization of water “water”, the use of its reversible thermochromic characteristics to develop color-changing fibers; Mitsubishi Rayon Company uses the addition of colloidal calcium carbonate in the polyester to make hollow The fibers are treated with alkali reduction to form micropores on the fibers, and the fibers have good hygroscopic properties.

A ciência dos nanomateriais é um novo ponto de crescimento da disciplina que emerge da interseção da física atômica, física da matéria condensada, química colóide, química sólida, química sólida, química de coordenação, cinética da reação química, ciência da superfície e da interface. Existem muitos processos desconhecidos e novos fenômenos envolvidos nos nanomateriais, difíceis de explicar com a teoria tradicional da físico-química. Em certo sentido, o avanço da pesquisa em nanomateriais levará muitas disciplinas no campo da física e da química a um novo nível. Nos últimos anos, ao adicionar certos materiais inorgânicos ultrafinos ou em escala nanométrica ao polímero formador de fibra de Taiwan, tornou-se um método popular de fabricação de fibras funcionais, como fibra de infravermelho distante e antidesgaste, girando para obter fibras com uma determinada função especial. Fibras ultravioletas, fibras magnéticas, fibras super pendentes, fibras fluorescentes, fibras que mudam de cor, fibras antiestáticas, fibras condutoras e fibras altamente higroscópicas. Com o progresso contínuo na síntese de nanomateriais e o aprimoramento das teorias básicas, os nanomateriais se desenvolverão mais rapidamente, e o aplicativo cobrirá muitos campos do mundo.