چرا خواص مواد در مقیاس نانو متفاوت است؟

خواص نانو
1 ۱,۸۷۴

خواص نانوذرات

افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازهء ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد.افزایش سطح، واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در تودهء نمونه بسیار زیاد است، به گونه ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره یا کلوخه ای شدن دارند. دربعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانوذرات، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند.

افزایش سطح = افزایش فعالیت
افزایش سطح = افزایش فعالیت

 

البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این ذرات، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود.

مقایسه نانو وماکرو
مقایسه نانو وماکرو
نقطه ذوب طلا
نقطه ذوب طلا

 

 

 

 

 

 

 

اثر افزایش سطح

تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تأثیر گذار است. به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی و کشاورزی و…کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند.

 

سطح پای مارمولک
سطح پای مارمولک

 

علاوه بر این، کوچکتر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانوذرات برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشند. اخیراً در ساخت شیشه های ضد آفتاب از نانوذرات اکسید روی استفاده شده است. استفاده از این ماده علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها، عمر آن ها را نیز چندین برابر می کند.

ویژگی های جدید (1)

اولین ویژگی هایی ک می توان برای نانو نام برد تغییر رنگ آن با تغییر ابعاد اتفاق می افتد که در شکل زیر مشاهده میشود.

ویژگی های جدید(1)
ویژگی های جدید(1)

 

ویژگی های جدید (2)

تغییر شفافیت

ویژگی دوم نانو
ویژگی دوم نانو

کرم ضد آفتاب

صنایع آرایشی از اکسیدهای غیرآلی، نظیر اکسید روی و تیتانیم، استفاده می‌کنند، اما استفاده از این اکسیدها به علت خاصیت سفیدکنندگی روی پوست محدود است. سفیدی به طور مستقیم با پخش نور رابطه دارد. به طور کلی با کاهش اندازه ذرات، شاهد افزایش جذب نور ماوراء بنفش توسط ذرات (به علت عبور کمترِ اشعه‌ها از بین ذرات) و کاهش پدیده سفیدی (به علت کاهش پدیده پخش نور) هستیم. به‌تازگی روش‌های گوناگون برای تولید نانوذرات، توسعه یافته‌ و بر صنعت کرم‌های ضدآفتاب اثر گذاشته‌اند.شدت نور پخش‌شده به وسیله یک تک‌ذره، تابعی از اندازه ذره است. با افزایش اندازه ذرات، نور مرئی به علت برخورد با ذرات پخش می شود و با برگشت نور به چشم، ذرات سفید دیده می‌شوند. بنابراین، برای کاهش تأثیر سفیدی، کاهش اندازه دانه راهی است بسیار مؤثر.

تاثیر تابش نور

با ریزتر شدن ذرات، علاوه بر اینکه در مسیر نور UV ذرات بیشتری برای جذب فاصله باند وجود دارند، نور UV بیشتر پخش خواهد شد. بنابراین، عبور این نور کاهش می یابد. جذب فاصله باند به ‌طور کلی تابعی از تعداد اتم‌هایی است که در مسیر نور UV قرار گرفته‌اند. بر اساس تحقیقات تجربی، با کاهش اندازه ذرات، به علت کم شدن فاصله بین آنها برای عبور نور UV، شاهد عبور کم‌ترِ این اشعه هستیم. این موضوع در شکل نیز نشان داده شده است. با توجه به این شکل، در محدوده نور فرابنفش (زیر 400 نانومتر) با کاهش اندازه ذرات، عبور نور کمتر خواهد شد. همین پدیده است که متخصصان را به تولید محصولات ضدآفتاب با خاصیت جذب (SPF) بالاتر رهنمون شده است.

کاربردهای دیگر نانوذره

از نانوذرات همچنین در ساخت انواع ساینده ها، رنگ ها،کاتالیزوها، لایه های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه ها و عینک ها (ضدجوش و نشکن)، کاشی ها، ودرحفاظ هایالکترومغناطیسی شیشه های اتومبیل ودرو پنجره استفاده شود.پوشش های ضد نوشته برای دیوارها، و پوشش های سرامیکی برای افزایش استحکام سلول های خورشیدی نیز با استفاده ازنانوذرات تولید شده اند.

 

یک نظر بزارید

ایمیل شما منتشر نمی شود:

1 Comment
  1. محمد مهدی ساداتیان گفته

    خدا قوت عالی بود مهندس