Obținerea Materialelor Nanostructurate zero-dimensionale

Introducere

În nanotehnologie, o particulă este definită ca un obiect de mici dimensiuni care se comport ca unitate de ansamblu în ceea ce priveşte transportul şi proprietăţile. Nanoparticulele sunt clasificate în funcţie de dimensiuni. Particulele brute au dimensiuni ăntre 10000 şi 2500 nanometrii. Particulele fine se situează între 2500 şi 100 nanometrii.Particulele ultrafine sau nanoparticulele se află între 1şi 100 nanometrii.Motivul pentru numele dublu al acestor particule (nano particule ultrafine –nano particule nano particule) este faptul că în anii 1970 -1980 cân primele studii fundamentale cu ,,nanoparticule’’ erau în curs de desfăşurare în SUA şi Japonia, acestea erau denumite ,,particule ultra fine’’. Totuşi în perioada anilor 1990 înainte ca ‘’Iniţiativa naţională de Nanotehnologie’’ să fie lansată în SUA denumirea de ,,nano particule’’ devenise la modă.

Proprietăţi

Nanoparticulele sunt de mare interes ştiinţific avân în vederea că acestea sunt efectiv o punte de legătură între materialele brute şi structuri atomici şi moleculare. Un material brut ar trebui să aibă proprietăţi fizice constante indiferent de mărime, dar la scala nano proprietăţi dependente de mărime sau deseori observate. Astfel propreităţile materialelor se schimbă atunci când mărimea lor se apropie de scala nano, iar procentul de atomi de la suprafaţa unui material devine semnificativ.

Nanoparticulele posedă desori proprietăţi optice neaşteptate, deoarece acestea sunt suficient de mici pentru a limita electronii lor şi să producă efecte cuantice. De exemplu nanoparticulele de aur apar de o culoare roşie închisă sau neagră în soluţie.nanoparticulele de silicon obişnuit galben sau gri apar de culoare roşie.

Nanoparticulele de aur se topesc la o temperatură mult mai scăzută (300 ºC pentru particule de 2,5 nm) decât un lingou de aur (1064ºC).

Alte propreităţi dependente de mărime includ limitări cuantice în particule semiconductoare, rezonanţa plasmonilor de suprafaţă în unele particule metalice şi supermagnetism în materialele magnetice.

Nanoparticulele de zgură incorporate în matricea de polimer creşte armura acestuia, ducând la materiale de plastic mult mai rezistente. Aceste nanoparticule sunt rezistente şi împărtăşesc proprietăţile lor de către polymer.

Nanoparticulele metalice, dielectrice şi semiconductoare au fost formate de asemenea şi ca structuri hibrid. Nanoparticulele din materiale semiconductoare mai mai sunt numite şi puncte cuantice dacă sunt suficient de mici. Astfel de particule sunt folosite în aplicaţii biomedicale ca transportori de medicamente sau ca agenţi de imagistică.

Nanoparticulele cu o jumătate hidrofilă şi celaltă jumătate hidrofobă sunt numite particule Janus şi sunt în special efective pentru stabilizarea emulsiilor. Aceste nanoparticule se pot auto-asambla în contact cu apă-uleiul şi să acţioneze în calitate de suprafaţă solidă.

1.Metode fizice de sinteză a nanoparticulelor

Metodele de sinteză a nanoparticulelor din vapori metalici suprasaturaţi au la bază teoria clasică a nucleaţiei. În aceste tehnici materialele ţintă sunt evaporate şi prin crearea unei stări de înaltă suprasaturare are loc condesnarea nanoparticulelor. În general starea de supra saturare se poate atinge, fie prin scăderea bruscă a temperaturii sistemului, fie prin reacţii chimice în care precursorii înalt volatile sunt transformaţi în compuşi insolubili.

1.1 Depunerea fizică a vaporilor (tehnică ,,buttom up’’)

Pentru vaporizarea materialelor ţintă se folosesc diferite tehnici, care în principiu coincide cu cele care se aplică şi în cazul sintezei altor tipuri de nanoparticule. Aceste tehnici presupun utilizarea laserului, a plasmei, a energiei solare, a descărcărilor în arc sau aplicarea unor temperature înalte. Toate aceste tehnici de vaporizare a metalelor permit atât studiul caracteristicilor fizico-chimice ale nanoparticulelor în fază gazoasă, înaintea depunerii acestora pe substraturi, cât şi proprietăţiile filmelor şi pulberilor după depunere.

Nanoparticulele metalice pot fi sintetizate prin vaporizare termică, reacţia metalelor în plasmă de hidrogen, vaporizarea în flacără.