Utilizarea Nanomaterialelor

Materialele nanostucturale sunt rezultate ale dezvoltarii, nanoştiinţei care ne ajută să umplem o lacună majoră în cunoaşterea fundamentală a materiei. Între capatul mic şi cel mare al scării, la nanoscară intermediară, care este pragul natural unde toate sistemele vii şi artificiale funcţionează, sunt cunoscute mult mai puţine lucruri. Proprietăţile şi funcţiile de bază ale structurilor şi sistemelor materiale sunt definite la scară nano şi chiar mai important, pot fi schimbate în funcţie de organizarea materiei, la nivelul interacţiunilor moleculare "slabe" Nanotehnologia reprezintă ştiinţa şi tehnologia care prezintă capacitatea de a intelege, controla şi manipula materia la dimensiuni nanometrice, ceea ce reprezintă o scara de la nivelul atomilor şi moleculelor individuale până la nivelul“supramolecular” al ciorchinilor de molecule, de ordinul a 100 de diametre moleculare. Operarea la aceste dimensiuni implică întelegerea şi stăpânirea unor principii ştiinţifice noi şi a unor proprietăţi noi, care se manifestă atât la scară micro cât şi la scară macro şi care sunt folosite pentru dezvoltarea de materiale, dispozitive şi sisteme cu proprietăţi, funcţii şi performanţe noi.

1.Noţiuni introductive

Termenul „nano" provine din limba greacă şi semnifică o dimensiune foarte mică, egală cu a 10-9 parte dintr-un întreg. Un nanometru semnifică o cantitate extrem de mică cu multe aplicaţii în domeniul tehnologic al secolului XXI.

Un nanomaterial este un solid care are cel puţin o dimensiune cuprinsă între 0,2 şi 100 nm, cu aproximativ 50% din atomi dispuşi în suprafaţă.

Noţiunea de „nanomaterial" nu este complet nouă,, materiale fin divizate fiind folosite de timp îndelungat drept catalizatori.

Nanomaterialele sunt considerate a fi constitute din nano-obiecte, nano- particule, nanofibre sau tuburi ce prezintă proprietăţi specifice la scară nanometrică.

Nanomaterialele pot fi metale, ceramice, materiale compozite, polimeri ce prezintă cel puţin una din dimensiuni mai mică de 100 nm.

Intr-un nanometru pot fi incluşi între 3 şi 5 atomi aliniaţi. iar prin comparaţie un atom de plumb metalic are un diametru de 0,35nm, un nanotub de carbon are un diametru cuprins între 1 şi l0 nm, iar un fir de păr are un diametru de 100 000nm.

Anii '60 reprezintă momentul dezvoltarii ştiintei materialelor, al înţelegerii fenomenelor ce au loc la suprafaţa materialelor.

La inceputul anilor '80 se declanşează o adevarată revoluţie a tehnicii, cand dezvoltă metodele de elaborare, mijloacele de manipulare şi de caracterizare a structurilor nanometrice.

2. Clasificarea nanomaterialelor

În funcţie de dimensiune se disting :

• nanomateriale de dimensiune 0,( 0D) cum ar fi agregate sau clusteri, monocristale nanometrice izolate, nanofaze izolate (amorfe sau cristaline), granule de pulberi monocristaline nanometrice;

• nanomateriale de dimensiune 1,( 1D) fibrele monocristaline izolate de dimensiune nanometrica şi nanofazele izolate elongate;

• nanomateriale de dimensiune 2,(2D) filmele subţiri monocristaline şi cristalele plate izolate nanometrice;

• materiale policristaline nanostructurate fac parte din clasa (3D).

O altă clasificare a nanomaterialelor se face ţinând cont de distribuirea fazei nanometrice în raport cu o fază micrometrică, astfel pot fi interpretate drept materiale compozite.

Clasificarea cuprinde următoarele tipuri de nanomateriale:

2.1 Nano-obiectele

Nano-obiectele se prezintă sub formă de particule, fibre sau tuburi şi se utilizează ca atare cu rol de catalizator, pentru transportul medicamentelor, polizare etc. sau sunt folosite la elaborarea unor obiecte noi. Ele pot fi înglobate într-o matrice pentru a obţine o funcţionalitate nouă sau pentru a modifica proprietăţile mecanice, optice, magnetice sau termice (produse cosmetice, lacuri şi vopsele, beton, cerneală de imprimantă, compozite armate cu nanotuburi de carbon etc.).

Nanopoudres d'oxvde de cuivre

Fig. 2.1 Nanopulberi de oxid de cupru [2]

Fig. 2.2 Nanopulberi de oxid de zinc dopat elaborate cu energie solară, pe sticlă [4]

Aplicaţii noi ale nanoparticulelor se dezvolta zilnic în domenii industriale din cele mai diverse: marcaje, timbre poştale, imprimare, captori medicali, armături pentru polimeri, tratarea sticlei, cosmetică, proteze dentare şi ortopedice, pile de combustibili, decorare. De exemplu:

- nanoparticulele de silice se introduc în beton pentru a-i îmbunătăţi fluiditatea şi proprietăţile mecanice;

- negrul de carbon se foloseşte pentru cerneala de imprimante şi în obiecte pneumatice;

- pigmenţii organici şi minerali coloraţi se folosesc la fabricarea lacurilor şi vopselelor. O proporţie de 0.25 % nanoparticule de oxid de zirconiu introduse în vopsele le dublează duritatea fără a modifica proprietăţile optice ale stratului;

- nanoparticulele de bioxid de titan se folosesc în cremele solare pentru protecţia contra radiaţiilor ultraviolete;

- nanoparticule de silice sau de oxid de ceriu (slury) în soluţie coloidală sunt utilizate în electronică pentru polizarea mecano-chimica a plachetelor de siliciu.