什么是納米材料
編輯納米材料原則上描述了一種材料,其單個單元的尺寸小(至少一維)在1至100 nm之間。
納米材料研究采用了一種基于材料科學的方法來研究納米技術,從而利用了支持微觀制造研究的材料計量學和合成技術的進步。具有納米級結構的材料通常具有獨特的光學,電子或機械性能。
納米材料正逐漸商業化,并開始作為商品出現。
定義
在ISO / TS 80004中,將納米材料定義為“具有在納米尺度上的任何外部尺寸或在納米尺度上具有內部結構或表面結構的材料”,將納米尺度定義為“長度范圍從大約1nm至100nm”。這既包括作為離散材料的納米物體,也包括具有納米級內部或表面結構的納米結構材料。納米材料可以是這兩個類別的成員。
2011年10月18日,歐洲委員會對納米材料采用了以下定義:“天然,附帶或人造的材料,其包含未結合狀態或聚集或團聚的顆粒,且顆粒中50%或更多數字尺寸分布,一個或多個外部尺寸在1 nm – 100 nm的尺寸范圍內。閾值介于1%到50%之間。”
來源
編輯工程化
工程化的納米材料已被人類故意工程化和制造,以具有某些所需的性能。
傳統的納米材料是那些在納米技術發展之前作為商業生產的材料,它是相對于其他膠體或顆粒材料的增量進步。它們包括炭黑和二氧化鈦納米顆粒。
偶然
納米材料可能是機械或工業過程的副產品。附帶的納米顆粒的來源包括汽車發動機廢氣、焊煙、家庭固體燃料加熱和烹飪產生的燃燒過程。例如,一類稱為富勒烯的納米材料是通過燃燒氣體,生物質和蠟燭產生的。它也可能是磨損和腐蝕產物的副產物。偶然的大氣納米粒子通常被稱為超細粒子,在有意操作過程中無意中產生,并且可能導致空氣污染。
自然
生物系統通常具有天然的功能納米材料。的結構有孔蟲(主要是白堊)和病毒(蛋白、衣殼),蠟晶體覆蓋蓮或金蓮花葉、蜘蛛和蜘蛛螨絲、狼蛛的藍色色調的“匙”上壁虎腳的底部、一些蝴蝶的翼鱗、天然的膠體(牛奶、血液)、角質材料(皮膚、爪、喙、羽毛、角、頭發)、紙張、棉花、珍珠層、珊瑚,甚至我們自己的骨骼基質都是天然的有機納米材料。
天然無機納米材料是在地殼的各種化學條件下通過晶體生長而產生的。例如,粘土由于其下面的晶體結構的各向異性而顯示出復雜的納米結構,并且火山活動可產生蛋白石,這是由于其納米級結構而成為天然存在的光子晶體的一個實例。火災代表特別復雜的反應,可能產生顏料、水泥、氣相二氧化硅等。
納米粒子的天然來源包括燃燒產物森林火災、火山灰、海洋噴霧和氣的放射性衰變。天然納米材料也可以通過風化含金屬或陰離子的巖石以及在酸性礦山排水處形成。
類型
編輯納米物體通常根據其納米尺度的多少來分類。甲納米顆粒被定義的納米對象與在納米級,其最長和最短的軸不顯著不同的所有三個外部尺寸。甲納米纖維具有在納米級的兩個外部尺寸,與納米管是中空的納米纖維和納米棒是實心的納米纖維。甲納米板具有在納米級一個外部尺寸,并且如果兩個較大尺寸顯著不同,它被稱為納米帶。對于納米纖維和納米板,其他尺寸可能會或可能不在納米范圍內,但必須顯著更大。在所有情況下,顯著差異通常至少為3倍。
納米結構材料通常按其所包含的物質相分類。甲納米復合材料是含有固體的至少一種物理或化學性質不同的區域或區域的集合,具有納米級的至少一個維度。一個納米泡沫具有液體或固體基質,填充有氣相,兩個,其中一個相具有納米級的尺寸。甲納米多孔材料是含有固體材料的納米孔,空腔具有在納米級尺寸。甲納米晶體材料具有納米級晶粒的顯著部分。
在其他來源中,有時將納米多孔材料和納米泡沫視為納米結構,而不是納米材料,因為只有空隙而不是材料本身是納米級的。盡管ISO定義僅將圓形納米物體視為納米粒子,但其他來源也將術語納米粒子用于所有形狀。
文章、專利和產品中的納米材料
編輯納米材料的定量分析表明,截至2018年9月,分別在400000、181000、144000、140000和119000 ISI索引的文章中提到了納米顆粒、納米管、納米晶體材料、納米復合材料和石墨烯。就專利而言,納米粒子、納米管、納米復合材料、石墨烯和納米線分別在45600、32100、12700、12500和11800專利中發揮了作用。監測全球市場上大約7000種基于納米的商業產品,發現納米顆粒已啟用或增強了大約2330種產品的性能。脂質體、納米纖維、納米膠體和氣凝膠也是消費產品中最常見的納米材料。
在歐盟天文臺納米材料(EUON)制作了數據庫(NanoData),提供具體的專利產品,并在納米材料研究出版物的信息。
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