V rozsiahlej oblasti materiálovej vedy je rozdiel medzi nanomateriálmi a sypkými materiálmi témou, ktorá je fascinujúca a zároveň kľúčová. Ako dodávateľ v priemysle materiálových vied som na vlastnej koži videl, ako sa tieto dva typy materiálov stavajú proti sebe, a som nadšený, že sa s vami môžem podeliť o svoje poznatky.
Začnime so základmi. Sypké materiály sú to, čo si zvyčajne predstavíte, keď si predstavíte každodenné látky. Sú to materiály vo veľkom meradle s rozmermi, ktoré sú oveľa väčšie ako nanorozmery (ktoré sa všeobecne považujú za v rozsahu 1 - 100 nanometrov). Napríklad blok kovu, kus dreva alebo plastová fólia sú všetky sypké materiály. Tieto materiály majú vlastnosti, ktoré sú dobre známe a dlhodobo skúmané. Ich fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti sú často určené ich makroskopickou štruktúrou a povahou chemických väzieb v nich.
Na druhej strane, nanomateriály sú materiály, kde aspoň jeden z ich rozmerov je v rozsahu nanometrov. Táto malá veľkosť im dáva niektoré skutočne jedinečné vlastnosti, ktoré ich odlišujú od sypkých materiálov.
Fyzikálne vlastnosti
Jeden z najvýraznejších rozdielov je v ich fyzickom vzhľade. Sypké materiály majú zvyčajne jednotný a predvídateľný vzhľad. Napríklad zlatá tehlička má lesklý kovový vzhľad, ktorý všetci poznáme. Ale keď je zlato vo forme nanočastíc, jeho farba sa môže meniť v závislosti od veľkosti častíc. Menšie zlaté nanočastice sa môžu javiť ako červené, zatiaľ čo väčšie môžu vyzerať fialovo. Je to kvôli javu nazývanému povrchová plazmónová rezonancia, ktorý je vysoko závislý od veľkosti a tvaru nanočastíc.
Z hľadiska teploty topenia sa nanomateriály tiež správajú odlišne. Sypké materiály majú dobre definovanú teplotu topenia, ktorá je charakteristická pre materiál. Napríklad objemový hliník sa topí pri teplote okolo 660 °C. Nanočastice hliníka však môžu mať výrazne nižšiu teplotu topenia. Je to preto, že atómy na povrchu nanočastíc majú menej susedných atómov v porovnaní s atómami vo veľkom. Výsledkom je, že sa ľahšie narušia a na prerušenie väzieb, ktoré držia materiál pohromade, je potrebné menej energie.
Chemické vlastnosti
Chemická reaktivita je ďalšou oblasťou, kde sa nanomateriály a sypké materiály veľmi líšia. Nanomateriály majú vo všeobecnosti oveľa vyšší pomer povrchu k objemu v porovnaní so sypkými materiálmi. Aby ste to pochopili, predstavte si kocku. Ak túto kocku rozdelíte na menšie a menšie kocky (simulujúce prechod z objemu na nanorozmery), celkový povrch všetkých menších kociek bude oveľa väčší ako povrch pôvodnej kocky.
Tento vysoký pomer povrchu k objemu znamená, že na povrchu nanomateriálov je viac atómov alebo molekúl, ktoré môžu interagovať s inými látkami. Napríklad nanokatalyzátory sú oveľa efektívnejšie ako ich objemové náprotivky. Môžu urýchliť chemické reakcie oveľa rýchlejším tempom, pretože existuje viac aktívnych miest, na ktoré sa môžu molekuly reaktantov naviazať.
Poďme sa pozrieť na niektoré konkrétne nanomateriály, ktoré dodávame. napr.CAS 1116499 - 73 - 0 | 3,3''-Di(9H-karbazol-9-yl)-1,1':3',1''-terfenyl. Vo svojej nano forme má vylepšené nábojovo - transportné vlastnosti v porovnaní s objemovou formou. Vďaka tomu je veľmi užitočný v organických svetelných diódach (OLED) a iných optoelektronických zariadeniach. Vysoký pomer povrchu k objemu umožňuje efektívnejší prenos náboja medzi molekulami, čo zlepšuje výkon týchto zariadení.
Mechanické vlastnosti
Pokiaľ ide o mechanické vlastnosti, sypké materiály majú často dobre pochopené charakteristiky pevnosti a tuhosti. Napríklad oceľ je známa svojou vysokou pevnosťou a je široko používaná v stavebníctve. Nanomateriály však môžu ponúknuť iný súbor mechanických vlastností.
Skvelým príkladom sú uhlíkové nanorúrky. Ide o nanomateriály vyrobené z atómov uhlíka usporiadaných do rúrkovej štruktúry. Vo voľnej forme sa uhlík nachádza v materiáloch ako grafit alebo diamant. Ale uhlíkové nanorúrky majú neuveriteľne vysokú pevnosť v ťahu. Vydržia veľkú ťažnú silu bez toho, aby sa zlomili, a ich pomer pevnosti k hmotnosti je oveľa vyšší ako u mnohých sypkých materiálov. Vďaka tomu sú ideálne pre aplikácie, kde sú potrebné ľahké a pevné materiály, napríklad v leteckom a športovom vybavení.
Ďalší materiál, ktorý dodávame,CAS 518997 - 91 - 6 | TSBF 2,7 - Bis(9,9' - spirobifluorén - 2 - yl) - 9,9' - spirobifluorén, keď je v nanoúrovni, môže mať zlepšenú mechanickú flexibilitu. To je dôležité v aplikáciách, kde sa materiál musí ohýbať alebo naťahovať bez straty funkčnosti, ako napríklad vo flexibilnej elektronike.
Tepelné vlastnosti
Tepelná vodivosť sa tiež líši medzi nanomateriálmi a sypkými materiálmi. Objemové kovy sú vo všeobecnosti dobrými vodičmi tepla, pretože voľné elektróny v kove môžu ľahko prenášať tepelnú energiu. Niektoré nanomateriály, ako napríklad nanokompozity, však môžu mať prispôsobenú tepelnú vodivosť.
Napríklad pridanie určitých nanočastíc do polymérnej matrice môže zvýšiť alebo znížiť jej tepelnú vodivosť v závislosti od typu použitých nanočastíc. Je to preto, že nanočastice môžu buď uľahčiť, alebo brániť toku tepla cez materiál.CAS 172285 - 72 - 2 | 2,2'-Bi(9,10-difenyl-antracén)v nanorozmeroch môžu byť začlenené do materiálov na úpravu ich tepelného správania, čo je užitočné v aplikáciách, kde je riadenie tepla rozhodujúce, ako napríklad v elektronických zariadeniach.
Aplikácie
Jedinečné vlastnosti nanomateriálov otvárajú široké spektrum aplikácií, ktoré nie sú možné pri sypkých materiáloch. V medicíne možno nanomateriály využiť na cielené dodávanie liečiv. Nanočastice môžu byť navrhnuté tak, aby prenášali lieky priamo do chorých buniek, čím sa znižujú vedľajšie účinky na zdravé bunky.
V environmentálnej vede možno nanomateriály použiť na čistenie vody. Nanofiltre dokážu odstraňovať kontaminanty efektívnejšie ako tradičné filtre vďaka ich vysokému pomeru povrchu k objemu a unikátnej štruktúre pórov.
V energetickom sektore sa nanomateriály využívajú na zlepšenie účinnosti solárnych článkov. Polovodiče v nanorozmeroch dokážu absorbovať širší rozsah vlnových dĺžok svetla a efektívnejšie premieňať slnečné svetlo na elektrinu.
Ako dodávateľ materiálovej vedy som videl rastúci dopyt po nanomateriáloch v rôznych priemyselných odvetviach. Ich jedinečné vlastnosti ponúkajú riešenia mnohých problémov, ktoré sypké materiály nedokážu riešiť. Či už pôsobíte v elektronickom, automobilovom alebo zdravotníckom priemysle, nanomateriály vám môžu poskytnúť konkurenčnú výhodu.
Ak máte záujem objavovať svet nanomateriálov a ako môžu byť prínosom pre vaše podnikanie, rád sa s vami porozprávam. V našom inventári máme širokú škálu nanomateriálov a sypkých materiálov a môžeme spolupracovať pri hľadaní správneho riešenia pre vaše špecifické potreby. Neváhajte nás kontaktovať a začať diskusiu o obstarávaní a uvidíte, ako vám môžeme pomôcť posunúť vaše projekty na ďalšiu úroveň.
Referencie
- "Nanomateriály: princípy a aplikácie" od Ajayana, PM, et al.
- "Úvod do nanovedy a nanotechnológie" od Bhushana, B.