Nanocristale de TiO2

Nanocristale de TiO2

1. Genaralităţi

Nanotehnologia este ansamblul de tehnici care vizează producerea, manipularea şi utilizarea obiectelor şi materialelor la scară nanometrică (10-9 m) mai precis cu dimensiuni situate între 1 şi 100 nanometri (nm). Se poate defini ca fiind abilitatea de a transforma materia ordonând cu precizie atom după atom şi moleculă după moleculă, pentru ca în final să se producă nanostructuri din care se vor forma nanoproduse.

Sintetizarea şi procesarea nonostructurilor au ca obiect înlocuirea diverselor tipuri de materiale organice, anorganice şi biologice, mai bune decât cele realizate până în prezent.

Crearea structurilor nanometrice permite controlul proprietăţilor fundamentale ale materialelor, cum ar fi temperatura de topire, proprietăţile magnetice, sarcina electrică, culoarea, fără a modifica compoziţia chimică.

Nanomaterialele marchează limitele dintre nanoştiinţe şi nanotehnologii, aşa că definirea lor este apropiata de a acestora. În principiu, majoritatea cercetătorilor accepta ideea că nanomaterialele sunt particule materiale care au un diametru de cel mult 250 nm.

Pentru a întelege ce înseamnă asta în realitate este suficient să se recurgă la unele date statistice. Spre exemplu, 2 g de nanoparticule de Al cu diametrul mediu de 100 nm, conţin suficiente nanoparticule încat să se poată da fiecărui locuitor al planetei cam 300 000 de particule.

Nanomaterialele acoperă, din fericire o arie largă de materiale : polimeri, metale, ceramice. Ele pot avea de asemenea morfologii foarte variate: sfere, fibre, palete, structuri dendritice, tuburi, etc. (fig.1)

Fig. 1. Aspectul unor nanomateriale (nanoparticole-nanopudre) : (a) Co; (b) oxid de cupru;(c) oxid de zinc; (d) Ag.

Tehnicile de producere în laborator şi condiţiile speciale de sinteza a lor pot determina uneori forme foarte sofisticate pentru nanomateriale (fig 2).

Fig. 2. Nanostructuri de ZnO sintetizate în condţtii controlate prin evaporarea termica a pulberilor solide.

Nanomaterialele şi nanotehnologiile reprezintă domenii de cercetare coerente, la hotarul a trei curente tehnologice:

- tehnici noi şi îmbunătăţite de control al dimensiunii şi de manipulare a nanomaterialelor;

- tehnici noi şi îmbunătăţite pentru caracterizarea nanomaterialelor (rezoluţie în spaţiu, senzitivitate chimică, etc.);

- o mai bună conştientizare a relaţiilor dintre nanostructură şi proprietăţi şi a modului lor de valorificare.

2. Exemple de nanomateriale studiate sau utilizate în prezent

• Nanotuburide carbon sau de nitrură de bor

• Nanopudre ceramice (silicaţi sau oxid de titan): obţinute prin vaporizarea unor precursori metalici şi sau organici în flacără la înaltă temperatură. Acestea sunt utilizate în tratarea suprafeţelor la durificare, la realizarea materialelor biocompatibile pentru implanturi osoase şi a polimerilor buni conductori electrici

• Nanofibre, în special de carbon: au proprietăţi conductive electric şi rezistenţă mecanică mare

• Nanofoi de sticlă: în domeniul discurilor optice. Obţinere de densitate mult mai mare de informaţie stocată de 4 ori valorificându-se depunerea de oxid de cobalt pe suprafaţă discului

• Nanofilme de ADN: aceste filme au proprietăţi filtrante cu utilitate în domeniul protecţiei mediului

• Nanocristale: cristale de diamant artificial sau alte cristale naturale cu proprieţi electrice pentru realizarea microprocesoaarelor

• Nanocomposite: materiale composite cu duritate mare sau transparente

3. Avantejele dimensiunilor nanometrice

- structurarea materiei la nivel nanometric este esenţială pentru sistemele biologice;

- nanotehnologiile vor permite plasarea unor dispozitive în interiorul celulelor;

- nanotehnologiile vor permite crearea de noi materiale folosind metode auto-structurante, după modelul celor din natură.

- raportul suprafaţă/volum foarte mare caracteristic nanostructurilor, le face ideale pentru aplicaţii în domeniul materialelor compozite, reacţiilor chimice, eliberării de medicamente, stocării energiei.