¿Qué son los nanomateriales?
Nanómetro es una unidad de longitud con el símbolo nm. 1 nm = 1 nm = 10 angstroms (una milmillonésima parte de un metro), que es aproximadamente la longitud de 10 átomos. Supongamos que el diámetro de un cabello es de 0,05 mm, que está dividido en 50.000 cabellos en promedio en la dirección radial y que el grosor de cada cabello es de aproximadamente 1 nm.
La importancia de la nanotecnología-1
La llamada nanotecnología se refiere a una tecnología completamente nueva que estudia los patrones de movimiento y las características de electrones, átomos y moléculas dentro de la escala de 0,1 a 100 nanómetros. En el proceso de estudiar la composición de la materia, los científicos han descubierto que varios o docenas de átomos o moléculas contables aislados en la escala nanométrica presentan muchas propiedades nuevas. La tecnología que utiliza estas propiedades para crear dispositivos con funciones específicas se llama nanotecnología.
La principal diferencia entre la nanotecnología y la microelectrónica es que la nanotecnología estudia el control de átomos y moléculas individuales para lograr funciones específicas del dispositivo. Utiliza las fluctuaciones de los electrones para funcionar, mientras que la microelectrónica realiza su función principalmente mediante; controla la población de electrones y utiliza la naturaleza partícula de los electrones para funcionar. El objetivo del desarrollo de la nanotecnología es lograr un control efectivo de todo el mundo microscópico.
La nanotecnología es un tema integral con fuertes características transversales, y su contenido de investigación cubre una amplia gama de ciencia y tecnología modernas. Desde 65438 hasta 0993, el Comité Directivo Internacional de Nanotecnología dividió la nanotecnología en seis subdisciplinas: nanoelectrónica, nanofísica, nanoquímica, nanobiología, nanofabricación y nanometrología. Entre ellos, la nanofísica y la nanoquímica son la base teórica de la nanotecnología, y la nanoelectrónica es el contenido más importante de la nanotecnología.
Significado de Nanotecnología-2
Nanotecnología (Nanotecnología)
La nanotecnología es en realidad una tecnología que utiliza átomos y moléculas individuales para crear sustancias.
A juzgar por las investigaciones realizadas hasta el momento, existen tres conceptos sobre la nanotecnología. La primera es la nanotecnología molecular propuesta por el científico estadounidense Dr. Drexler en su libro "La máquina de la creación" en 1986. Según este concepto, se puede hacer práctica una máquina que combine moléculas, de modo que se puedan combinar varias moléculas a voluntad para crear cualquier tipo de estructura molecular. La nanotecnología no ha logrado avances significativos con este concepto.
El segundo concepto define la nanotecnología como el límite de la tecnología de micromecanizado. Es decir, una tecnología que forma artificialmente estructuras a nanoescala mediante un "procesamiento" de precisión nanométrica. Esta tecnología de procesamiento a nanoescala también lleva al límite la miniaturización de semiconductores. Incluso si la tecnología existente continúa desarrollándose, en teoría eventualmente llegará a su límite. Esto se debe a que si se reduce el ancho de línea del circuito, la película aislante que constituye el circuito se volverá extremadamente delgada, destruyendo el efecto de aislamiento. Además, existen problemas como fiebre y temblores. Para resolver estos problemas, los investigadores están estudiando nuevas nanotecnologías.
El tercer concepto se propone desde una perspectiva biológica. Resulta que los seres vivos tienen estructuras a nanoescala en células y biopelículas.
La llamada nanotecnología se refiere a una nueva tecnología que estudia los patrones de movimiento y las características de electrones, átomos y moléculas en la escala de 0,1 a 100 nanómetros. En el proceso de estudiar la composición de la materia, los científicos han descubierto que varios o docenas de átomos o moléculas contables aislados en la escala nanométrica presentan muchas propiedades nuevas. La tecnología que utiliza estas propiedades para crear dispositivos con funciones específicas se llama nanotecnología.
La nanotecnología es un tema integral con fuertes características transversales, y su contenido de investigación cubre una amplia gama de ciencia y tecnología modernas.
La nanotecnología ahora incluye la nanobiología, la nanoelectrónica, los nanomateriales, la nanomecánica, la nanoquímica y otras disciplinas. Desde las tecnologías microscópicas, incluida la microelectrónica, hasta la nanotecnología, la comprensión de la humanidad del mundo microscópico es cada vez más profunda, y el nivel de comprensión y transformación del mundo microscópico por parte de las personas ha aumentado a un nivel sin precedentes. Qian Xuesen, un famoso científico chino, también señaló que las estructuras alrededor y por debajo de los nanómetros son el foco de la próxima etapa del desarrollo científico y tecnológico. Esta será una revolución tecnológica, que provocará otra revolución industrial en el siglo XXI.
Aunque todavía queda un largo camino por recorrer antes de la etapa de aplicación, debido a que la nanotecnología tiene perspectivas de aplicación extremadamente amplias, los países desarrollados como Estados Unidos, Japón y el Reino Unido conceden gran importancia a la nanotecnología y han formularon planes de investigación, llevaron a cabo investigaciones relevantes.
Características de los dispositivos nanoelectrónicos
El rendimiento de los dispositivos electrónicos fabricados mediante nanotecnología es mucho mejor que el de los dispositivos electrónicos tradicionales;
La velocidad de trabajo de los dispositivos nanoelectrónicos es rápida. Es 1.000 veces mayor que el de los dispositivos de silicio, por lo que el rendimiento del producto se puede mejorar considerablemente. Bajo consumo de energía, el consumo de energía de los dispositivos nanoelectrónicos es solo 1/...> dispositivos de silicio; gt
Pregunta 2: ¿Qué es la nanotecnología? La nanotecnología ha estado en los medios de comunicación durante algún tiempo y los beneficios de la nanotecnología, los nanomateriales y los productos fabricados con nanotecnología han sido ampliamente publicitados. Entonces, ¿qué es la nanotecnología? Este artículo presenta este conocimiento como referencia para principiantes.
. Nano es una unidad de longitud con el símbolo nm. 1 nm = 1 nm = 10 m (una milmillonésima parte de un metro), que es aproximadamente la longitud de 10 átomos. Supongamos que el diámetro de un cabello es de 0,05 mm, que está dividido en 50.000 cabellos en promedio en la dirección radial y que el grosor de cada cabello es de aproximadamente 1 nm.
. 1. El significado de nanotecnología
La llamada nanotecnología se refiere a una nueva tecnología que estudia los patrones de movimiento y las características de los electrones, átomos y moléculas en la escala de 0,1. a 100 nanómetros. En el proceso de estudiar la composición de la materia, los científicos han descubierto que varios o docenas de átomos o moléculas contables aislados en la escala nanométrica presentan muchas propiedades nuevas. La tecnología que utiliza estas propiedades para crear dispositivos con funciones específicas se llama nanotecnología.
La principal diferencia entre la nanotecnología y la microelectrónica es que la nanotecnología estudia el control de átomos y moléculas individuales para lograr funciones específicas del dispositivo. Utiliza las fluctuaciones de los electrones para funcionar, mientras que la microelectrónica realiza su función principalmente mediante; controla la población de electrones y utiliza la naturaleza partícula de los electrones para funcionar. El objetivo del desarrollo de la nanotecnología es lograr un control efectivo de todo el mundo microscópico.
La nanotecnología es un tema integral con fuertes características transversales, y su contenido de investigación cubre una amplia gama de ciencia y tecnología modernas. Desde 65438 hasta 0993, el Comité Directivo Internacional de Nanotecnología dividió la nanotecnología en seis subdisciplinas: nanoelectrónica, nanofísica, nanoquímica, nanobiología, nanofabricación y nanometrología. Entre ellos, la nanofísica y la nanoquímica son la base teórica de la nanotecnología, y la nanoelectrónica es el contenido más importante de la nanotecnología.
2. Características de los dispositivos nanoelectrónicos
El rendimiento de los dispositivos electrónicos fabricados mediante nanotecnología es mucho mejor que el de los dispositivos electrónicos tradicionales;
La velocidad de trabajo de los dispositivos nanoelectrónicos. es rápido La velocidad de trabajo es 1000 veces mayor que la de los dispositivos de silicio, por lo que el rendimiento del producto se puede mejorar enormemente. Bajo consumo de energía, el consumo de energía de los dispositivos nanoelectrónicos es solo 1/1000 del de los dispositivos de silicio. Hay una enorme cantidad de información almacenada. En un disco óptico de 5 pulgadas, cuyo tamaño es menor que la palma de la mano, se puede almacenar toda la colección de al menos 30 bibliotecas de Beijing. De tamaño pequeño y peso liviano, puede reducir en gran medida el tamaño y el peso de varios productos electrónicos.
Pregunta 3: ¿Qué nanomateriales existen? Se puede dividir a grandes rasgos en cuatro categorías: nanopolvo, nanofibra, nanopelícula y nanobloque. Entre ellos, el nanopolvo tiene el tiempo de desarrollo más largo y la tecnología más madura, y es la base para la producción de los otros tres tipos de productos.
Nano polvo
También conocido como polvo ultrafino o polvo ultrafino, generalmente se refiere a polvos o partículas con un tamaño de partícula inferior a 100 nm, que se encuentra entre átomos, moléculas y objetos macroscópicos. Un estado intermedio de partículas sólidas. Se puede utilizar para: materiales de grabación magnéticos de alta densidad; materiales absorbentes de sigilo; materiales de fluidos magnéticos; materiales de protección contra la radiación; materiales de silicio monocristalino y de pulido para dispositivos ópticos de precisión: sustratos de microchips térmicamente conductores y materiales de embalaje microelectrónicos; materiales avanzados para electrodos de batería: materiales de células solares; catalizadores de alta eficiencia; aceleradores de combustión de alta eficiencia; materiales cerámicos de alta tenacidad (cerámicas que no se rompen fácilmente, utilizadas en motores cerámicos, etc.); preparaciones anticancerígenas, etc.
Las nanofibras se refieren a materiales lineales con diámetro nanométrico y gran longitud.
Se puede utilizar para: microfilamentos, microfibras (componentes importantes de las futuras computadoras cuánticas y fotónicas), materiales nuevos para láser o LED, etc.
Nanopelícula
La nanopelícula se divide en película granular y película densa. Las películas de partículas son películas delgadas de nanopartículas pegadas entre sí con espacios muy finos entre ellas. Una película densa se refiere a una película con una capa de película densa pero con un tamaño de grano nanométrico. Se puede utilizar para: materiales de catálisis de gases (como el tratamiento de gases de escape de automóviles); materiales de filtro; materiales de grabación magnética de alta densidad; materiales de pantalla plana;
Nano bloque: Es un material de nanopartículas obtenido por moldeo a alta presión de nanopolvo o cristalización controlada de metal líquido. Los principales usos son: materiales de ultra alta resistencia; materiales metálicos inteligentes, etc.
Pregunta 4: ¿Qué son exactamente los nanomateriales? ¿Qué son exactamente los nanomateriales? Fecha de publicación: 16 de mayo de 2008 15:10:14 Número de espectadores: 227 El Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar de Japón celebró el segundo seminario conjunto sobre seguridad de nanomateriales el 4 de abril de 2008 (la reunión fue organizada por la Oficina Central de Trabajo Asociación de Prevención de Desastres de Japón (Presidida por Akiji Fukushima, Director del Centro de Investigación Biométrica). Esta vez, ** celebró dos seminarios sobre "Prevención de la exposición de los trabajadores a sustancias químicas cuyo daño al cuerpo humano no está claro" y "Seguridad de los nanomateriales". El tema en esta ocasión es "¿Qué son los nanomateriales?". Además, se anunciaron datos básicos como el uso y producción de nanomateriales y se elaboró un informe de estado para confirmar los datos básicos que se discutirán en futuros seminarios. Respecto al "alcance de los nanomateriales", el responsable del Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar de Japón dijo que según el plan del Comité TC229 de ISO (Comité Internacional de Normalización), generalmente se definen como "materiales con un tamaño dimensional inferior a 100 nm." Además, se dice que los departamentos administrativos pertinentes de Estados Unidos, Gran Bretaña, Australia y otros países básicamente han adoptado esta definición. También se señala cómo se definen los nanomateriales cuando se unen para alcanzar dimensiones micrométricas. El Grupo de Ingeniería de Fullereno del Laboratorio de Nanomateriales del Instituto de Investigación de Materiales y Materiales explica “Propiedades de los Nanomateriales”. El equipo señaló que los nanomateriales experimentarán anomalías cuando cambien sus estados electrónicos y sus propiedades químicas, mecánicas y eléctricas serán anormales. Por ejemplo, el área de superficie calculada de los nanotubos de carbono de pared simple es de aproximadamente 1300 m2/g, y el área de superficie calculada de los nanotubos de carbono de paredes múltiples es de aproximadamente 20 ~ 180 m2/g, lo cual es una gran diferencia. Eléctricamente, el tamaño de partícula de las nanopartículas semiconductoras se vuelve roja cuando es de 4,5 nm, verde cuando es de 3,5 nm y azul cuando es de 2,5 nm. Estos son "efectos de nanotamaño" que son inimaginables para los materiales ordinarios. La cantidad de negro de humo utilizada en los neumáticos está relacionada principalmente con el uso y la producción de nanomateriales. El Instituto de Investigación de Gestión Toray (ciudad de Fuyasu, prefectura de Chiba), que llevó a cabo la encuesta el 19 de Hei (2007), anunció los resultados de la misma. El orden de los principales nanomateriales utilizados es: negro de humo (carbono) 830000t, sílice 13500t, óxido de titanio 1250t, óxido de zinc 480t En nanotecnología, fibra de nanocarbono 60 ~ 70t, nanotubo de carbono de paredes múltiples 60t, fullereno 2t, carbono de pared simple. nanotubos 0,1t. Entre ellos, el negro de humo representa aproximadamente el 97,8% y se utiliza principalmente en neumáticos. El principal uso de la sílice es el caucho de silicona, representando el 57,60% del óxido de titanio y se utiliza en cosmética. El Instituto de Promoción de la Industria de la Nanotecnología (NBCI), establecido por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón, presentó el "Estado de desarrollo actual de los nanomateriales". El fullereno se ha utilizado en artículos deportivos y los proyectos actuales de I+D están desarrollando sus aplicaciones en pilas de combustible, células solares, biomateriales, medicina, cosméticos y otros campos. Los nanotubos de carbono de pared simple se están promoviendo como transistores, pilas de combustible y materiales de almacenamiento de hidrógeno. investigación y desarrollo. En cuanto a los cosméticos, que han atraído mucha atención porque los nanomateriales se pueden aplicar directamente sobre la piel, la Federación de Industrias de Japón presentó un informe titulado "Nanomateriales y cosméticos". Los resultados de la encuesta dirigida a fabricantes e importadores de cosméticos muestran que entre las 120 empresas que utilizan nanomateriales como materia prima, 115 (96) utilizan óxido de titanio, 72 (60) utilizan óxido de zinc y 26 (22) utilizan nanomateriales. . Se utiliza principalmente para protegerse del sol, pero también se puede utilizar como base. Hace 40 años, el óxido de titanio y el óxido de zinc se usaban juntos para proteger contra los rayos UV. Porque cuanto menor es el tamaño de las partículas, mayor es la funcionalidad, por lo que poco a poco se convierten en nanomateriales.
El Instituto Japonés de Seguridad y Salud Ocupacional presentó "Métodos para la detección y gestión de nanomateriales". La mayoría de los métodos para medir partículas de nanomateriales en el aire utilizan métodos de detección de aerosoles para medir el número y la distribución del tamaño de las partículas en tiempo real. El método de detección detecta el grado de dispersión de la luz. Para uso con equipos de nivelación. La materia condensada, la morfología y la composición se observan principalmente mediante microscopía electrónica, que puede detectarse con precisión, pero no medirse en tiempo real. Miembros de diferentes ámbitos profesionales formularon preguntas a los ponentes y confirmaron datos básicos que servirán de base para futuras deliberaciones. Una vez que se llega a un entendimiento, el taller finaliza.
Pregunta 5: ¿Por qué son tan útiles los nanomateriales? Los nanomateriales (también conocidos como partículas ultrafinas y polvos ultrafinos) son sistemas típicos en la zona de transición entre grupos atómicos y objetos macroscópicos. Sus estructuras se diferencian de los materiales a granel y de los átomos individuales. Sus niveles especiales de energía estructural les permiten tener efectos de superficie, efectos de volumen, efectos de tamaño cuántico, etc. , y tiene una serie de propiedades físicas y químicas novedosas, especialmente en muchos campos como la luz, la electricidad, el magnetismo y la catálisis.
Las atractivas propiedades de los nanomateriales en términos de propiedades estructurales, optoelectrónicas y químicas han despertado un gran interés entre físicos, científicos de materiales y químicos. Después de que se formara el concepto de nanomateriales a principios de los años 80, los países de todo el mundo otorgaron gran importancia a este material. Sus propiedades físicas y químicas únicas hacen que la gente se dé cuenta de que su desarrollo puede brindar nuevas oportunidades para la investigación en física, química, materiales, biología, medicina y otras disciplinas. Las perspectivas de aplicación de los nanomateriales son muy amplias. En los últimos años,
1. Aplicación en catálisis
Los catalizadores juegan un papel importante en muchos campos químicos y químicos. Pueden controlar el tiempo de reacción y mejorar la eficiencia y velocidad de la reacción. La mayoría de los catalizadores tradicionales no sólo tienen una baja eficiencia catalítica, sino que también se preparan basándose en la experiencia, lo que no sólo provoca un enorme desperdicio de materias primas, dificulta la mejora de los beneficios económicos, sino que también contamina el medio ambiente. En la superficie de las nanopartículas existen muchos centros activos que proporcionan las condiciones necesarias para su uso como catalizadores. La eficiencia de la reacción se puede mejorar enormemente, se puede controlar la velocidad de reacción e incluso se pueden llevar a cabo reacciones que antes eran imposibles. La velocidad de reacción de las nanopartículas como catalizadores es de 10 a 15 veces mayor que la de los catalizadores ordinarios.
Los fotocatalizadores semiconductores se utilizan ampliamente como catalizadores, especialmente en la preparación de compuestos orgánicos. Cada partícula semiconductora dispersa en la solución puede considerarse aproximadamente como una microbatería en cortocircuito. Cuando un sistema de dispersión de semiconductores se ilumina con luz con una energía mayor que la brecha de energía del semiconductor, las nanopartículas semiconductoras absorben la luz y generan pares electrón-hueco. Bajo la acción del campo eléctrico, los electrones y los huecos se separan y se mueven a diferentes posiciones en la superficie de la partícula, donde sufren reacciones de oxidación-reducción con sustancias con composiciones similares en la solución.
Las reacciones fotocatalíticas implican una variedad de tipos de reacciones, como oxidación de alcoholes e hidrocarburos, redox de iones inorgánicos, deshidrogenación catalítica e hidrogenación de materia orgánica, síntesis de aminoácidos, reacción de fijación de nitrógeno, tratamiento de purificación de agua. conversión de gas, etc. Algunos son difíciles de lograr con catálisis heterogénea. Los fotocatalizadores semiconductores heterogéneos pueden degradar eficazmente los contaminantes orgánicos del agua. Por ejemplo, el dióxido de titanio nanométrico tiene alta actividad fotocatalítica, resistencia a ácidos y álcalis, fotoestabilidad, no es tóxico, es barato y fácil de obtener. Es la mejor opción para preparar fotocatalizadores soportados. Se informa que se preparó un fotocatalizador soportado de TiO/SiO 2 con alta actividad catalítica utilizando gel de sílice como matriz. Las nanopartículas de níquel o compuestos de cobre y zinc son excelentes catalizadores para la hidrogenación de algunos compuestos orgánicos. Puede reemplazar los costosos catalizadores de platino o de botón. El catalizador negro de nanoplatino puede reducir la temperatura de la reacción de oxidación de etileno de 600 °C a temperatura ambiente. La investigación sobre el uso de nanopartículas como catalizadores para mejorar la eficiencia de la reacción, optimizar las vías de reacción y aumentar la velocidad de la reacción es un tema de investigación importante que no puede ignorarse en la futura ciencia de la catálisis y puede traer cambios revolucionarios a la aplicación industrial de la catálisis.
2. Aplicación en recubrimientos
Debido a su especial superficie y estructura, los nanomateriales tienen excelentes propiedades difíciles de obtener con materiales comunes y muestran una gran vitalidad. La tecnología de recubrimiento de superficies también es un tema candente en el mundo actual. Los nanomateriales brindan una buena oportunidad para el recubrimiento de superficies, lo que hace que la funcionalización de materiales sea extremadamente posible. Con la ayuda de la tecnología de recubrimiento tradicional y la adición de nanomateriales, se pueden obtener recubrimientos nanocompuestos, lo que permite modificar funcionalmente los recubrimientos tradicionales. Los revestimientos se pueden dividir en revestimientos estructurales y revestimientos funcionales según sus usos.
La nanotecnología es la última frontera para los constructores y su impacto será enorme.
Pregunta 7: ¿Qué son los nanomateriales? ¿Cuál es su connotación? Los nanomateriales se refieren a materiales que tienen al menos una dimensión en el espacio tridimensional (0,1-100 nm) o están compuestos de ellas como unidades básicas, lo que equivale aproximadamente a una escala en la que de 10 a 100 átomos están dispuestos muy juntos.