Nanočestica

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
TEM (a, b, i c) slike pripremljenih mezoporoznih nanočestica silicij dioksida srednjeg spoljašnjeg prečnika: (a) 20nm, (b) 45nm i (c) 80nm. SEM (d) slika koja odgovara (b). Slike u okviru su veliko uvećanje mezoporoznih čestica silicij dioksida.

Nanočestica ili ultrafina čestica se obično definiše kao čestica materije prečnika između 1 i 100 nanometara (nm). [1] [2] Termin se ponekad koristi za veće čestice, do 500 nm,  ili vlakna i cijevi koje su manje od 100 nm u samo dva smjera. [3] U najnižem opsegu, metalne čestice manje od 1 nm se obično nazivaju klasteri atoma .

Nanočestice se obično razlikuju od mikročestica (1-1000 µm), "fine čestice" (veličine između 100 i 2500 nm) i "grube čestice" (u rasponu od 2500 do 10 000 nm), jer njihova manja veličina pokreće vrlo različita fizička ili hemijska svojstva, poput koloidnih svojstava i ultrabrzih optičkih efekata [4] ili električnih svojstava.

Budući da su više podložni braunovskom kretanju, obično se ne sedimentiraju, poput koloidnih čestica za koje se, obrnuto, obično smatra da se kreću od 1 do 1000 nm.

S obzirom da su mnogo manje od talasnih dužina vidljive svjetlosti (400-700 nm), nanočestice se ne mogu vidjeti običnim optičkim mikroskopima, što zahtijeva upotrebu elektronskih mikroskopa ili mikroskopa sa laserom. Iz istog razloga, disperzije nanočestica u prozirnim medijima mogu biti transparentne,[5] dok suspenzije većih čestica obično raspršuju dio ili svu vidljivu svjetlost koja pada na njih. Nanočestice također lako prolaze kroz uobičajene filtere, kao što su obične keramičke svijeće, [6] tako da odvajanje od tekućina zahtijeva posebne tehnike nanofiltracije.

Nanočestice su široko rasprostranjene u prirodi i predmet su proučavanja u mnogim naukama kao što su hemija, fizika, geologija i biologija. Budući da su na prijelazu između masivnih materijala i atomskih ili molekularnih struktura, često pokazuju fenomene koji se ne primjećuju ni na jednoj skali. Važna su komponenta atmosferskog zagađenja i ključni sastojci u mnogim industrijaliziranim proizvodima kao što su boje, plastika, metali, keramika i magnetni proizvodi. Proizvodnja nanočestica sa specifičnim svojstvima je grana nanotehnologije.

U svojoj predloženoj terminologiji za biološki srodne polimere iz 2012. godine, IUPAC je definisao nanočesticu kao "česticu bilo kojeg oblika s dimenzijama u rasponu od 1 × 10 -9 i 1 × 10 -7 m". [2] Ova definicija je evoluirala iz one koju je dao IUPAC 1997. [7] [8]

U drugoj publikaciji iz 2012. IUPAC proširuje pojam tako da uključuje cijevi i vlakna sa samo dvije dimenzije ispod 100 nm. [3]

ISO[uredi | uredi izvor]

Prema tehničkoj specifikaciji Međunarodne organizacije za standarde (ISO) 80004, nanočestica je objekt sa sve tri vanjske dimenzije u nanoskali, čije se najduža i najkraća osa ne razlikuju značajno, pri čemu je značajna razlika obično faktor od najmanje 3. [9]

Nanozvijezde vanadij(IV) oksida

Nanočestice se javljaju u velikom broju oblika, koji su dobili mnoga neformalna imena kao što su nanosfere, [10] nanošipke, nanolanci, [11] nanozvijezde, nanocvijeće, nanoreefovi, [12] nanobrkovi, nanovlakna i nanokutije. [13]

Poluprovodnička nanočestica ( kvantna tačka ) olovnog sulfida sa potpunom pasivizacijom oleinskom kiselinom, oleil aminom i hidroksil ligandima (veličina ~5nm)

Efekti kvantne mehanike postaju uočljivi za objekte na nanoskali.[14] Oni uključuju kvantno ograničenje u poluvodičkim česticama, lokalizirane površinske plazmone [14] u nekim metalnim česticama i superparamagnetizam u magnetskim materijalima. Kvantne tačke su nanočestice poluprovodničkog materijala koje su dovoljno male (obično ispod 10 nm ili manje) da imaju kvantizovane elektronske energetske nivoe .

Kvantni efekti su odgovorni za tamnocrvenu do crnu boju zlatnih ili silicijskih nanoprašaka i suspenzija nanočestica. [15] Apsorpcija sunčevog zračenja je mnogo veća u materijalima koji se sastoje od nanočestica nego u tankim filmovima kontinuiranih listova materijala. U solarnim PV i solarno termalnim aplikacijama, kontrolom veličine, oblika i materijala čestica, moguće je kontrolisati apsorpciju sunca. [16] [17] [18] [19]

Mnoga svojstva nanočestica, posebno stabilnost, rastvorljivost i hemijska ili biološka aktivnost, mogu se radikalno promijeniti oblaganjem različitim supstancama – proces koji se naziva funkcionalizacija. Funkcionalizirani katalizatori na bazi nanomaterijala mogu se koristiti za katalizu mnogih poznatih organskih reakcija.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ U.S. Environmental Protection Agency (): "Module 3: Characteristics of Particles Particle Size Categories". From the EPA Website.
  2. ^ a b Vert, M.; Doi, Y.; Hellwich, K. H.; Hess, M.; Hodge, P.; Kubisa, P.; Rinaudo, M.; Schué, F. O. (2012). "Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)". Pure and Applied Chemistry. 84 (2): 377 410. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04. Greška kod citiranja: Neispravna oznaka <ref>; naziv "iupac2012a" definiran je nekoliko puta s različitim sadržajem
  3. ^ a b Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, François (11 January 2012). "Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)". Pure and Applied Chemistry. 84 (2): 377–410. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04. Greška kod citiranja: Neispravna oznaka <ref>; naziv "iupac2012b" definiran je nekoliko puta s različitim sadržajem
  4. ^ Torres-Torres, C; López-Suárez, A; Can-Uc, B; Rangel-Rojo, R; Tamayo-Rivera, L; Oliver, A (2015-07-24). "Collective optical Kerr effect exhibited by an integrated configuration of silicon quantum dots and gold nanoparticles embedded in ion-implanted silica". Nanotechnology. 26 (29): 295701. Bibcode:2015Nanot..26C5701T. doi:10.1088/0957-4484/26/29/295701. ISSN 0957-4484. PMID 26135968.
  5. ^ Chae, Seung Yong; Park, Myun Kyu; Lee, Sang Kyung; Kim, Taek Young; Kim, Sang Kyu; Lee, Wan In (August 2003). "Preparation of Size-Controlled TiO 2 Nanoparticles and Derivation of Optically Transparent Photocatalytic Films". Chemistry of Materials. 15 (17): 3326–3331. doi:10.1021/cm030171d.
  6. ^ Jacques Simonis, Jean; Koetzee Basson, Albertus (2011). "Evaluation of a low-cost ceramic micro-porous filter for elimination of common disease microorganisms". Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 36 (14–15): 1129–1134. Bibcode:2011PCE....36.1129S. doi:10.1016/j.pce.2011.07.064.
  7. ^ MacNaught, Alan D.; Wilkinson, Andrew R., ured. (1997). Compendium of Chemical Terminology: IUPAC Recommendations (2nd izd.). Blackwell Science. ISBN 978-0865426849.
  8. ^ Alemán, J. V.; Chadwick, A. V.; He, J.; Hess, M.; Horie, K.; Jones, R. G.; Kratochvíl, P.; Meisel, I.; Mita, I. (1 January 2007). "Definitions of terms relating to the structure and processing of sols, gels, networks, and inorganic-organic hybrid materials (IUPAC Recommendations 2007)". Pure and Applied Chemistry. 79 (10): 1801–1829. doi:10.1351/pac200779101801.
  9. ^ "ISO/TS 80004-2: Nanotechnologies Vocabulary Part 2: Nano-objects". International Organization for Standardization. 2015. Pristupljeno 2018-01-18.
  10. ^ Agam, M. A.; Guo, Q (2007). "Electron Beam Modification of Polymer Nanospheres". Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 7 (10): 3615–9. doi:10.1166/jnn.2007.814. PMID 18330181.
  11. ^ Kralj, Slavko; Makovec, Darko (27 October 2015). "Magnetic Assembly of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticle Clusters into Nanochains and Nanobundles". ACS Nano. 9 (10): 9700–7. doi:10.1021/acsnano.5b02328. PMID 26394039.
  12. ^ Choy J.H.; Jang E.S.; Won J.H.; Chung J.H.; Jang D.J. & Kim Y.W. (2004). "Hydrothermal route to ZnO nanocoral reefs and nanofibers". Appl. Phys. Lett. 84 (2): 287. Bibcode:2004ApPhL..84..287C. doi:10.1063/1.1639514.
  13. ^ Sun, Y; Xia, Y (2002). "Shape-controlled synthesis of gold and silver nanoparticles". Science. 298 (5601): 2176–9. Bibcode:2002Sci...298.2176S. doi:10.1126/science.1077229. PMID 12481134.
  14. ^ a b Hewakuruppu, Y. L.; Dombrovsky, L. A.; Chen, C.; Timchenko, V.; Jiang, X.; Baek, S.; Taylor, R. A. (2013). "Plasmonic "pump probe" method to study semi-transparent nanofluids". Applied Optics. 52 (24): 6041–50. Bibcode:2013ApOpt..52.6041H. doi:10.1364/AO.52.006041. PMID 24085009.
  15. ^ Buffat, Ph.; Borel, J.-P. (1976). "Size effect on the melting temperature of gold particles". Physical Review A. 13 (6): 2287–2298. Bibcode:1976PhRvA..13.2287B. doi:10.1103/PhysRevA.13.2287.
  16. ^ Wu, Jiang; Yu, Peng; Susha, Andrei S.; Sablon, Kimberly A.; Chen, Haiyuan; Zhou, Zhihua; Li, Handong; Ji, Haining; Niu, Xiaobin (2015-04-01). "Broadband efficiency enhancement in quantum dot solar cells coupled with multispiked plasmonic nanostars". Nano Energy. 13: 827–835. doi:10.1016/j.nanoen.2015.02.012.
  17. ^ Taylor, Robert A; Otanicar, Todd; Rosengarten, Gary (2012). "Nanofluid-based optical filter optimization for PV/T systems". Light: Science & Applications. 1 (10): e34. Bibcode:2012LSA.....1E..34T. doi:10.1038/lsa.2012.34.
  18. ^ Taylor, Robert A.; Otanicar, Todd P.; Herukerrupu, Yasitha; Bremond, Fabienne; Rosengarten, Gary; Hawkes, Evatt R.; Jiang, Xuchuan; Coulombe, Sylvain (2013). "Feasibility of nanofluid-based optical filters". Applied Optics. 52 (7): 1413–22. Bibcode:2013ApOpt..52.1413T. doi:10.1364/AO.52.001413. PMID 23458793.
  19. ^ Taylor, Robert A; Phelan, Patrick E; Otanicar, Todd P; Adrian, Ronald; Prasher, Ravi (2011). "Nanofluid optical property characterization: Towards efficient direct absorption solar collectors". Nanoscale Research Letters. 6 (1): 225. Bibcode:2011NRL.....6..225T. doi:10.1186/1556-276X-6-225. PMC 3211283. PMID 21711750.