Acerca de la nanotecnología
"Nanómetro" es la traducción del inglés namómetro, que es una unidad de medida 1 nanómetro es una millonésima de milímetro, es decir, 1 nanómetro que es una milmillonésima de metro, que es aproximadamente. equivalente a 45 átomos encadenados son tan largos. Las nanoestructuras suelen referirse a estructuras diminutas con dimensiones inferiores a 100 nanómetros. Después de la invención del microscopio de efecto túnel en 1982, nació un método para estudiar el mundo molecular con una longitud de 0,1 a 100 nanómetros. Su objetivo final es construir directamente productos con funciones específicas utilizando átomos o moléculas. Por lo tanto, la nanotecnología es en realidad una tecnología que utiliza átomos y moléculas individuales para crear sustancias.
Del estado de la investigación hasta el momento, existen tres conceptos sobre la nanotecnología. La primera es la nanotecnología molecular propuesta por el científico estadounidense Dr. Drexler en el libro "La máquina de la creación" en 1986. Según este concepto, se pueden hacer prácticas máquinas que combinen moléculas, de modo que se puedan combinar arbitrariamente todo tipo de moléculas y se pueda producir cualquier tipo de estructura molecular. No se han logrado avances significativos en la nanotecnología de este concepto. ?El segundo concepto sitúa la nanotecnología como el límite de la tecnología de micromecanizado. Es una tecnología que forma artificialmente estructuras de tamaño nanométrico mediante un "procesamiento" de precisión nanométrica. Este tipo de tecnología de procesamiento a nanoescala también ha llevado al límite la miniaturización de los 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 será extremadamente delgada, lo que destruirá el efecto de aislamiento. Además, existen problemas como el calentamiento y las sacudidas. Para solucionar estos problemas, los investigadores están estudiando nuevas nanotecnologías. ?El tercer concepto se plantea desde una perspectiva biológica. Originalmente, los organismos tienen estructuras a nanoescala dentro de las células y biopelículas.
Un día de 1980, un coche circulaba a gran velocidad por el vasto desierto de Australia. El conductor era un físico alemán, el profesor H. Grant (Gleiter). Conducía solo un coche de alquiler por el desierto australiano. El vacío, la soledad y la soledad hicieron que su pensamiento fuera particularmente activo. Es un científico que se dedica a la investigación de la física de cristales desde hace mucho tiempo. En ese momento surgió en su mente una pregunta a largo plazo: ¿Cómo desarrollar nuevos materiales con propiedades inusuales?
En la investigación a largo plazo sobre materiales cristalinos, la gente considera materiales con una estructura reticular espacial completa. La entidad es el cristal, que es el cuerpo principal del material cristalino; y las vacantes, los átomos de sustitución, los átomos intersticiales, los límites de fase, las dislocaciones y los límites de grano en la red espacial se consideran defectos en el material cristalino. En ese momento, pensó, si pensamos en el problema en la dirección opuesta, tomamos los "defectos" como elemento principal y desarrollamos un material en el que los límites de los granos ocupan una gran proporción de volumen, ¿cómo será el mundo del profesor Grant? La idea en el desierto se hizo realidad muy rápidamente. Después de cuatro años de incansables esfuerzos, el equipo de investigación dirigido por él finalmente desarrolló con éxito polvo de metal ferroso. Los experimentos muestran que cualquier partícula de metal aparece negra cuando su tamaño está en la escala nanométrica. Así nacieron los materiales de tamaño nanométrico.
Tan pronto como nacieron los nanomateriales, atrajeron una gran atención en la comunidad de materiales por sus propiedades inusuales. Esto se debe a que los nanomateriales tienen algunas características que los diferencian significativamente de los materiales tradicionales. Por ejemplo, la tensión de fractura de los materiales de nanohierro es 12 veces mayor que la de los materiales de hierro ordinarios; la velocidad de difusión del gas a través de los nanomateriales es miles de veces más rápida que la velocidad de difusión a través de los materiales ordinarios, etc.; el cobre es 5 veces más fuerte que el cobre ordinario y tiene una mayor dureza que aumenta con la disminución del tamaño de las partículas; los materiales nanocerámicos tienen plasticidad o se denominan superplasticidad, etc.
Los pigmentos de efecto son uno de los usos más importantes y prometedores de los nanomateriales, especialmente en la industria de recubrimientos para automóviles. Debido a que los nanomateriales tienen la capacidad de cambiar con el ángulo, mejoran en gran medida el brillo de los acabados para automóviles y son muy apreciados. por ellos.Merecen ser amados por los expertos.
Materiales protectores Porque algunos nanomateriales tienen buena transparencia y un excelente efecto de protección UV. Agregar una pequeña cantidad de nanomateriales (generalmente no más del 2% del contenido) a productos y materiales debilitará en gran medida los efectos dañinos de los rayos ultravioleta en estos productos y materiales, haciéndolos más duraderos y transparentes.
Se utiliza ampliamente en productos para el cuidado de la piel, materiales de embalaje, acabados exteriores, protección de la madera, fibras naturales y sintéticas y películas plásticas agrícolas.
Materiales cerámicos finos El uso de nanomateriales puede producir cerámicas con textura densa y excelente rendimiento a baja temperatura y baja presión. Debido a que estas nanopartículas son tan pequeñas, pueden compactarse entre sí fácilmente. Además, el nuevo material compuesto por estas partículas cerámicas es un revestimiento transparente extremadamente fino que se puede pulverizar sobre vidrio, plástico, metal, laca o incluso mármol pulido. Es antiincrustante, resistente al polvo, resistente a los arañazos y al desgaste. resistente, ignífugo, etc. Función. Las lentes de plástico recubiertas con esta cerámica son livianas, resistentes al desgaste y no se rompen fácilmente.
Las nanopartículas catalíticas tienen una gran superficie y muchos centros tensioactivos, que proporcionan las condiciones necesarias para fabricar catalizadores. Actualmente, los materiales en nanopolvo, como el negro de platino, la plata, la alúmina y el óxido de hierro, se utilizan directamente como catalizadores para reacciones de oxidación, reducción y síntesis de polímeros, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia de la reacción. Al utilizar polvo de nanoníquel como catalizador de reacción de combustible sólido para cohetes, la eficiencia de la combustión se puede aumentar 100 veces. Por ejemplo, la reacción de oxidación del propionaldehído utilizando un catalizador de níquel soportado en silicio muestra que cuando el tamaño de las partículas de níquel es inferior a 5 nm, el tamaño de las partículas de níquel es inferior a 5 nm. La selectividad de la reacción cambia drásticamente y la reacción de descomposición del aldehído da como resultado. Con un control efectivo, la tasa de conversión en alcohol aumenta dramáticamente.
Materiales magnéticos Las Nanopartículas son partículas con una estructura de un solo dominio magnético. Su proceso de magnetización se realiza completamente mediante magnetización rotacional. Aunque no está magnetizado, es un imán permanente, por lo que puede usarse como imán. Material magnético permanente. Las nanopartículas magnéticas tienen las características de una estructura de dominio magnético único y una alta coercitividad. Su uso como materiales de grabación magnética puede aumentar la relación señal-ruido y mejorar la calidad de la imagen. Cuando el tamaño de las partículas del material magnético es menor que el radio crítico, las partículas se vuelven paramagnéticas, lo que se denomina superparamagnetismo. En este momento, la interacción magnética es débil. Este magnetismo súper fuerte se puede utilizar para producir fluido magnético. El fluido magnético tiene la fluidez de un líquido y el magnetismo de un imán. Tiene amplias perspectivas de aplicación en el tratamiento de residuos industriales.
Materiales sensores Las nanopartículas tienen las características de una alta superficie específica, alta actividad, propiedades físicas especiales y naturaleza ultradiminuta, y son los materiales más prometedores adecuados para su uso como materiales sensores. Los cambios en el entorno externo provocarán rápidamente cambios en el estado de valencia de los iones y el transporte de electrones en la superficie o interfaz de las nanopartículas. Los cambios significativos en la resistencia se pueden utilizar para fabricar sensores, que se caracterizan por una respuesta rápida, alta sensibilidad y excelente. selectividad.
Sinterización de materiales Debido al efecto de pequeño tamaño y la alta actividad de las nanopartículas, la sinterización de materiales de alto punto de fusión o materiales compuestos es relativamente fácil. Tiene una temperatura de sinterización baja, un tiempo de sinterización corto y puede obtener un cuerpo sinterizado con un buen rendimiento de sinterización. Por ejemplo, el polvo de tungsteno ordinario puede resistir la sinterización a altas temperaturas de 3000°C, pero cuando se incorpora polvo de níquel de 0,1 a 0,5 nanómetros, la temperatura de formación de la sinterización se puede reducir de 1200°C a 1311°C.
Medicina y Bioingeniería Las Nanopartículas están estrechamente relacionadas con los organismos vivos. Como el complejo proteico del ácido ribonucleico que constituye uno de los elementos de la vida. Su tamaño de partícula está entre 15 y 20 nm, y muchos virus en organismos vivos también son nanopartículas. Además, se pueden usar partículas de nano-SiO2 para la separación celular y nanopartículas de oro para el tratamiento de lesiones localizadas para reducir los efectos secundarios. El estudio de la nanobiología puede comprender la estructura fina de las macromoléculas biológicas y su relación con las funciones a nanoescala, y obtener información sobre la vida, especialmente información variada dentro de las células que se puede utilizar para desarrollar robots e inyectarlas en los vasos sanguíneos humanos para monitorear el cuerpo humano. un control de salud sistémico, elimina los coágulos de sangre en los vasos sanguíneos del cerebro y elimina los depósitos de grasa de las arterias del corazón. Incluso puede tragar virus y matar células cancerosas. Tinta de impresión De acuerdo con las características de los diferentes tamaños de partículas de nanomateriales y los diferentes colores, se pueden producir tintas de varios colores seleccionando materiales de partículas con partículas uniformes y volumen apropiado sin depender de pigmentos químicos.
Energía y protección del medio ambiente Científicos alemanes están diseñando un quemador de alta temperatura utilizando nanomateriales para convertir el gas natural en electricidad mediante un proceso de reacción electroquímica sin quemarlo. La tasa de utilización de combustible es de 20 a 30 veces mayor que la de las centrales eléctricas ordinarias y la cantidad de emisiones de dióxido de carbono se reduce considerablemente.
Los nanomateriales para microdispositivos, especialmente nanocables, pueden mejorar la integración de chips y reducir el tamaño de los componentes electrónicos, logrando avances revolucionarios en la tecnología de semiconductores, aumentando en gran medida la capacidad y la velocidad de procesamiento de las computadoras y afectando la producción de microdispositivos. papel decisivo en la promoción. Muchos países desarrollados son optimistas sobre las perspectivas de aplicación de los nanomateriales en máquinas miniaturizadas y en el aumento de la capacidad de las máquinas. Algunas personas creen que esto puede desencadenar una nueva ronda de revolución industrial.
Materiales optoelectrónicos y materiales ópticos Los nanomateriales, debido a sus estructuras electrónicas especiales y propiedades ópticas, se utilizan como materiales ópticos no lineales, materiales especiales absorbentes de luz, materiales absorbentes furtivos utilizados en la aviación militar y en diversas aplicaciones, incluidas Las células solares. Los materiales de almacenamiento y conversión de energía tienen un alto valor de aplicación.
Material de refuerzo Las aleaciones nanoestructuradas tienen alta ductilidad y son un tipo de material con grandes perspectivas de aplicación en la industria aeroespacial y automotriz; la nanosílice se puede utilizar como aditivo al cemento para mejorar enormemente su resistencia. El caucho vulcanizado puede fortalecer el caucho y mejorar su resiliencia. Los nanotubos también tienen posibles aplicaciones en materiales reforzados con fibras.
Las membranas de nanofiltración utilizan nanomateriales para desarrollar membranas de nanofiltración que separan mezclas de múltiples componentes con solo ligeras diferencias en la estructura molecular para lograr operaciones de separación de alta energía. Otros incluyen el uso de nanomateriales como propulsores de combustible para cohetes, membranas de separación de H2, estabilizadores de pigmentos y recubrimientos inteligentes, materiales magnéticos compuestos, etc. Debido a sus propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas, térmicas, acústicas, mecánicas, químicas y biológicas únicas, los nanomateriales se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial, de defensa, equipos de grabación magnética, ingeniería informática, protección ambiental, industria química, medicina, bioingeniería e industria nuclear. y otros campos. No solo desempeña un papel insustituible en el campo de la alta tecnología, sino que también aporta vitalidad y vitalidad a las industrias tradicionales. Se puede predecir que el desarrollo continuo de la tecnología de preparación de nanomateriales y la expansión de su alcance de aplicación tendrán un impacto importante en la industria química tradicional y otras industrias.