納米粒子類型，性質和用途
合成產生的納米顆粒在納米技術中起重要作用。它們是一類廣泛的材料，其三個尺寸的擴展位於1到100納米之間。
納米顆粒現在被用來製造耐刮擦的眼鏡，抗裂塗料，用於牆壁的防塗料塗層，透明防曬霜，防汙織物，用於太陽能電池的自清潔窗和陶瓷塗層。納米粒子可以有助於更強，更輕，更清潔和“更智能的”表麵和係統。
綜合產生的納米顆粒在中起重要作用納米技術並在許多應用中找到使用。這包括在氣體中的分散體（例如氣溶膠），作為超細粉末，用於薄膜，分布在流體（分散的，例如鐵物質流體）中或嵌入固體（納米複合材料）中。
一個引人注目的例子，這些新型塗料可以做的是液量，即將結束消費者與番茄醬瓶的臭名昭著的戰鬥：
納米粒子分類有很多方式：自然或人為？合成生產或副產品？有機或無機？按尺寸;形狀;表麵特性;或功能化。
合成納米顆粒的多樣性相當可觀。它們在其性質和應用中是不同的。除了尺寸外，合成納米顆粒在化學成分，形狀，表麵特征和生產模式中變化。
除了商業生產的納米材料外（檢查我們的廣闊圖書館納米材料這裏，許多納米粒子不僅僅是現代技術的產物，而且還由天然過程製造，例如火山爆發或森林火災。天然存在的納米顆粒還包括超細砂顆粒的礦物來源（例如氧化物，碳酸鹽）。通過柴油燃料（超細顆粒）或燒烤期間無意地產生大量的納米顆粒。
納米粒子定義
術語納米粒子是單詞ìnanosî（希臘語：矮人）和Particulumî（拉丁語：粒子）的混合物。在科學的背景下，ìnanoî主要是指特定數量級，即10-9在裏麵公製。這可以參考體積，重量或時間單位，由此納米（nm = 10-9米）對應於米的十億分之一。為了更詳細地示出該圖形方式，納米與儀表具有與網球直徑的儀表相同的關係。看看納米克度量前台表和“東西的規模”。
你也會遇到這個詞納米光澤經常。這些是原子和分子的小凝聚，由幾千個單元組成，並且大多數在單納米級中的直徑。名字納米粒子通常在從幾納米直徑到幾百納米的直徑到幾百納米的簇時使用，但是簇與納米顆粒之間的區別不明確。
納米級尺寸
科學家基於納米級（<100nm）範圍的材料的尺寸的數量來分類納米材料。
因此，在零維數（0d）納米材料在納米級（沒有大於100nm）的納米材料所有尺寸。最常見的是，0d納米材料是納米顆粒。
在一維納米材料（1D），一個尺寸在納米級外。該類包括納米管，納米棒和納米線。
在二維納米材料（2D），兩個尺寸在納米級外。該類表現出板狀形狀，包括石墨烯，納米岩，納米層和納米織物。
三維納米材料（3D）是不限於任何維度的納米級的材料。該類可以包含散裝粉末，納米顆粒的分散，納米線束和納米管以及多納米層。
納米級尺寸的分類。（資料來源：塔林理工大學）
材料在納米級表現不同
兩個主要因素導致納米粒子尺寸中材料的性質與散裝形式顯著不同：增加相對表麵積， 和量子尺寸效果。這些因素可以改變或提高反應性，強度和電氣特性等特性。
表麵積
隨著顆粒的尺寸減小，與內部相比，在表麵上發現了更大比例的原子。在10nm的粒徑為10nm，整個顆粒的約30 000個原子的20％位於其表麵上;在5nm的粒徑為5nm，該值增加至40％，直徑為1nm，幾乎所有原子都在表麵上。與材料內部相反的表麵原子具有較少的直接鄰居，因此含有所謂的不飽和鍵。這些負責顆粒表麵的較高反應性。
因此，與較大的顆粒相比，納米顆粒每單位質量具有更大的表麵積。隨著生長和催化的化學反應發生在表麵，這意味著納米顆粒形式的給定質量的材料比由較大顆粒組成的相同質量的材料具有更高的反應性。
要了解粒徑對表麵積的影響，請考慮一枚美國銀鷹硬幣。這款銀牌含有31克硬幣銀，總麵積約為3000平方毫米。如果將相同數量的硬幣銀分為微小的顆粒 - 則直徑10納米 - 這些顆粒的總表麵積為7000平方米（其等於足球場的大小 - 或者大於地板空間白宮，5100平方米）。換句話說：當銀美元中包含的硬幣銀的量呈現為10nm粒子時，那些顆粒的表麵積是超過200萬倍比銀美元的表麵積！
增加的反應性是許多應用的基礎。精確控製粒徑產生具有高選擇性的新一代催化劑;這種催化劑加速了化學過程。
這種高反應性也降低了熔點，因此使用納米顆粒原料將在陶瓷的情況下降低燒製溫度。更重要的是，複合材料（由各種材料組成的固體）將在硬化過程中少縮短，例如牙科假肢的特別重要的特征。
量子尺寸效果
所謂的量子尺寸效果描述了物理學電子固體中的性質，粒徑很大。通過從宏將宏觀到微尺寸不會發揮這種效果。然而，當達到納米尺寸範圍時，它變得如主導地位。
量子效應可以開始在納米級上占據物質的行為 - 特別是在下端（單位數和低納米） - 影響材料的光學，電氣和磁力行為。
這些激烈變化的原因源於量子物理學的奇怪世界。任何材料的堆積性質僅僅是影響構成材料的所有原子的所有量子力的平均值。當你讓事情變得更小而更小，你最終達到了平均不再有效的點，並且你必須處理單個原子或分子的具體行為 - 當這些原子被聚集成散裝材料時，這是非常不同的行為。
與宏觀上的顯示相比，減少到納米級的材料可以突然顯示出非常不同的特性。例如，不透明物質變得透明（銅）;惰性材料成為催化劑（鉑）;穩定的材料轉動可燃（鋁）;固體在室溫下變成液體（金色）;絕緣體成為導體（矽）。
變化的納米顆粒尺寸不僅改變反應性，而且還可以改變透明度，吸收，發光和散射的光學特性。盡管僅在直徑下測量的顆粒的顆粒遠低於可見光的波長範圍（380至780nm），但是它們可以吸收特定波長的光。
這些效果隻能在量子力學水平上理解。在由半導體材料構成的量子點的情況下，例如可以使用粒度來調節熒光的波長。這些光學特征使納米顆粒對光電子，化妝品和醫療診斷中的應用特別有趣。
不同類型的納米粒子
根據尺寸，形態，物理和化學性質，可以將納米顆粒分為不同類型。其中一些是碳基納米顆粒，陶瓷納米顆粒，金屬納米顆粒，半導體納米顆粒，聚合物納米顆粒和脂質基納米顆粒。
納米粒子類型通常分為兩個主要組：有機的和無機。第一組包括膠束，樹枝狀大分子，脂質體，雜化和致密聚合物納米顆粒。第二組包括富勒烯，量子點，二氧化矽和金屬納米顆粒。
分類納米顆粒的另一種方法是基於它們的形態，尺寸和化學性質。基於物理和化學特性，一些重要的納米粒子是：
金屬- 它們純粹由金屬前體製成。由於眾所周知的局部表麵等離子體共振（LSPR）特性，這些具有獨特的光電性能。
陶瓷製品- 由於它們在催化作用，光催化，染料光降解等應用等應用中，這些無機非金屬固體的重視越來越關注研究人員。
半導體- 半導體材料具有金屬和非金屬之間的性質，並且具有寬的帶隙。帶隙調諧導致其性質的顯著變化。因此，它們是光電催化，光學光學和電子設備中的非常重要的材料。
聚合物- 科學家們已經開發出許多技術來合成聚合物納米顆粒，用於廣泛的應用，包括表麵塗層，傳感器技術，催化和納米醫生。
液相共晶镓 - 銦（Egain）合金納米顆粒。
脂質- 這些NPS含有脂質部分，並且在許多生物醫學應用中用作為藥物載體（mRNA Covid-19疫苗使用脂質納米技術）。脂質納米顆粒還被認為是用於在基因治療中遞送核酸的高度有前途的係統。
納米顆粒的合成
使用特異性合成方法來生產各種納米顆粒，塗層，分散體或複合材料。定義的生產和反應條件在獲得這種依賴性粒子特征方麵是至關重要的。粒徑，化學成分，結晶度和形狀可通過溫度，pH值，濃度，化學成分，表麵改性和過程控製來控製。
使用兩種基本策略用於生產納米粒子：自頂向下和自下而上。閱讀我們詳細的文章中的所有內容如何製作納米粒子。
通常，術語自上而下是指使用銑削過程的源材料的機械粉碎。在自下而上的策略中，結構由化學和自組裝工藝建立。各種方法的選擇取決於化學成分和為納米顆粒指定的所需特征。
納米顆粒的特征
研究人員仍然是通過確定納米顆粒的物理化學特性並探索其結構的任務來挑戰。關鍵限製是它們充分研究納米級領域的能力：不同的表征技術基於不同的物理性質，因此僅提供納米顆粒特性的部分圖像。製作更具有挑戰性的，表征方法本身可以直接影響納米顆粒的測量量。
納米顆粒以各種化學組合物存在，從膠束到金屬（氧化物），從合成聚合物到大型生物分子。這些材料中的每一個都具有完全不同的化學性化學，可以通過包括光學光譜，X射線在內的各種方法進行分析熒光吸光度，拉曼光譜和固態NMR。
然而，通常納米顆粒的行為主要受它們的納米尺寸來控製。因此，整個納米粒子表征，調查尺寸，形狀，表麵電荷和孔隙度是完全理解和預測其行為的基本步驟。
查看我們的文章如何表征納米粒子。
納米顆粒的應用
納米顆粒的應用領域很廣泛（也看看我們的底漆納米技術如何工作）。他們在材料開發中發揮著重要作用。我們在當今納米粒子材料上放置的巨大期望是基於不同的材料特性，例如電導率，重量，穩定性，柔韌性，耐熱性等。可以彼此獨立地指定。
納米粒子應用也已在塗料，聚合物納米複合材料和納米種植中引入市場上。眾多納米技術產品已經在市場上持續了一段時間。在化學領域，這包括炭黑（煙灰顆粒），用於印刷黑色;在汽車領域，這包括耐刮擦塗料，輪胎中的填充物和抗反射層。納米粒子存在用於高效的儲氫係統，自愈材料和使用傳感器技術切換顏色的塗層。
在生命科學中，納米顆粒用於生物芯片以及所謂的標記。它們也用於防曬霜和化妝品。在醫療診斷中，納米粒子越來越多地用作造影劑;它們也是癌症治療的工具作為藥物遞送劑。納米顆粒在再生醫學中令人欣賞，例如組織培養物。