微米和纳米科技材料

科研不神秘|什么是纳米技术?纳米材料有哪些分类?

纳米技术是上世纪以来新兴的热门研究领域。

科研不神秘|什么是纳米技术?纳米材料有哪些分类?

  • 自从1959年诺贝尔奖获得者理查德·费曼在他著名的演讲中介绍了“纳米技术” ,纳米技术领域有了各种革命性的发展。
  • 纳米技术简单讲就在纳米级别上生产各种类型的材料。纳米粒子(NPs)是泛指颗粒大小在纳米级的材料,其一维至少小于100nm。根据整体形状,这些材料可以是零维,一维,二维 或三维。

当研究人员发现尺寸可以影响物质的理化性质时,这些纳米材料的重要性就被认识到了。

  • 20nm 金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)和钯(Pd) NPs 分别具有典型的酒红色、黄灰色、黑色和深黑色。下图展示出一个例子,其中合成了不同尺寸的 Au NPs。这些 NPs 随着大小和形状的变化表现出特征性的颜色和性质,可用于生物成像应用。
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Au NPs的颜色依赖于大小和形状

由于长宽比、纳米壳厚度和 金浓度的变化,溶液的颜色发生了变化。以上讨论的任何一个因素的改变都会影响纳米粒子的吸收性能,因此观察到不同的吸收颜色。


纳米粒子本身不是简单的分子,由三层组成,即:

(a)表面层,可以被各种小分子、金属离子、表面活性剂和聚合物功能化。

(b)外壳层,在所有方面与核心的化学材料都不同;

(c)核心。

由于这些特殊的性质,这些材料在多学科领域引起了研究人员的极大兴趣。下图显示了介孔和非多孔甲基丙烯酸官能化二氧化硅(MA-SiO2)的扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像。

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(a)无孔MA-SiO2 NPs, (b)介孔MA-SiO2 NPs的铁- sem显微照片。(c)无孔MASiO2 NPs和(d)介孔MA-SiO2 NPs的TEM

纳米粒子 可用于药物输送 ,化学和生物感应,气体感应,CO2捕获和其他相关应用。


纳米材料的分类

根据其形态、大小和化学性质,NPs被广泛地分为不同的类别。根据NPs的物理和化学特性,将其分为以下几种。

  • 金属纳米粒子
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金属纳米粒子纯粹是由金属原料制成的。这些 NPs 具有独特的光电特性。

碱金属和贵金属,即铜、银和金的核磁共振谱在电磁太阳光谱的可见区有一个宽的吸收带。金属 NPs 的表面、尺寸和形状控制的合成是当今尖端材料的重要方面。由于其先进的光学性能,金属核磁共振在许多研究领域得到应用。

金纳米粒子涂层还被广泛用于扫描电镜的取样,以增强电子流,这有助于获得高质量的扫描电镜图像。


  • 陶瓷纳米粒子

陶瓷纳米粒子是无机非金属固体,通过加热和冷却合成。它们可以在无定形、多晶、致密、多孔或空心形式中找到。因此,这些非离子表面活性剂在催化、光催化、光降解、成像等方面的应用引起了人们的广泛关注。

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纳米陶瓷


  • 半导体纳米粒子

半导体材料具有金属和非金属之间的特性,因此由于这种特性,科学家们发现了各种应用。半导体 纳米粒子具有较宽的带隙,因此在带隙调谐下,其性能发生了显著的变化。因此,它们是光催化、光学和电子器件中非常重要的材料。

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不同尺度纳米颗粒有助于生产彩色发光二极管


  • 聚合物纳米粒子

这些通常是有机为基础的纳米粒子 。它们大多是纳米球或纳米胶囊形状。前者是基体颗粒,其总质量一般为固体,其他分子吸附在球面的外边界上。后者是固体完全被包裹在粒子中。聚合物纳米粒子很容易实现功能化。

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聚合物纳米粒子


  • 脂基纳米粒子

脂基纳米粒子含有脂质基团,在许多生物医学应用中得到了有效的应用。

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一般来说,脂质 NP 是典型的球形,直径在10到1000纳米之间。与高分子 NPs 一样,脂质纳米粒子具有由脂质构成的固体核心,其基质含有可溶性亲脂性分子。表面活性剂或乳化剂稳定了这些纳米粒子 的外核。

脂质纳米技术是一个特殊的领域,其重点是设计和合成脂质纳米粒子的各种应用,如药物载体和传递和 癌症治疗等。

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