Nanoštruktúrovaný materiál

Nanoštrukturovaný materiál je materiál, ktorý má charakteristický štruktúrny motív s rozmerom v oblasti jednotiek do stoviek nanometrov. Príkladmi sú nanorúrka, nanovlákno, kompozitný nanomateriál a pod.

Rozmery nanoštruktúrovaných povrchov

Nanoštruktúrovaný materiál má charakteristický štruktúrny motív s rozmerom v oblasti jednotiek až stoviek nanometrov. Pri opise nanoštruktúry je potrebné rozlišovať medzi počtom rozmerov v nanometroch. Nanoštrukturované povrchy majú iba jeden nano rozmer, a to hrúbku povrchu, ktorá sa pohybuje v rozmedzí 1 až 100nm[2D]. Nanorúrky disponujú dvoma rozmermi, ktoré sa pohybujú v rozmedzí 1 až 100nm a dĺžkou, ktorá môže byť aj oveľa väčšia [1D]. Nanočastice majú všetky tri rozmery v nano mierke [0D].

Povrchové atómy

Nanoštruktúrované povrchy a nanomateriály majú veľkú časť atómov na povrchu. Pomer povrchových atómov k vnútorným atómom sa dramaticky mení so zmenšovaním objemu. Napríklad kocka železa s objemom 1 cm³ má len 10^-5 % povrchových atómov. Ak kocku rozdelíme na kocky s hranou 10 nm narastie percento povrchových atómov na 10 %. V kocke železa s objemom 1nm³ bude každý atóm železa na povrchu, teda percento povrchových atómov bude 100% . Rozhodujúcim kritériom prejavu nových fyzikálnych vlastností častice je podmienka, aby počet atómov na jeho povrchu bol rádovo rovný počtu atómom v jeho objeme. Nagajev túto podmienku definoval vzťahom

$p{\dot {=}}{\frac {Np}{No}}>0,1$

kde p je podiel atómov na povrchu, Np je počet povrchových atómov a No je počet atómov v objeme.

Využitie nanoštruktúrovaných materiálov

Nanoštruktúrované materiály v súčasnosti nachádzajú využitie hlavne v elektrotechnickom priemysle pri výrobe mikročipov a pamäťových zariadení. V menšej mierke sa využívajú aj v medicíne pri detekcii a liečbe rôznych ochorení. Jeden z princípov spočíva v separovaní vírusov, infikovaných buniek z krvného séra v mikrofluidných kanálikoch, kde je integrovaná vhodná funkčná nanoštruktúra a následná identifikácia pomocou Ramanovej spektroskopie, čo umožňuje použitie malých objemov krvnej vzorky. Pri liečbe sa využívajú porézne nanomateriály, do ktorých sa uskladňuje liečivo, ktoré je vypustené až pri choroboplodnom zárodku, čo znamená nižšia spotreba liečiva a nepoškodenie zdravých buniek liečivom.

Typy nanoštruktúrovaných materiálov

Zlaté nanočastice – komerčne predávané zlaté nanočastice majú obvyklú veľkosť 5-100nm

Využitie:

• vodivý atrament v elektrotechnickom priemysle
• pri fotodynamickej terapii sa nanočastice implantujú do nádorov a ožiaria blízkym infračerveným žiarením s vlnovou dĺžkou 700-800 nm, čím sa prudko zahrejú a zabijú nádorové bunky, táto metóda je známa aj ako hypertermická terapia.
• ako senzor v SERS (z ang. Surface Enhanced Raman Spectroscopy), kde zlaté nanočastice sa využívajú ako substráty pre meranie vibračných spektier chemických väzieb
• ako katalyzátor v mnohých chemických reakciách, napríklad v palivových článkoch

Nanoštruktúrovaný povrch

SEM snímka strieborného nanoštrukturovaného filmu

Pripravuje sa z rôznych kovových aj nekovových materiálov, ale môže ísť aj o kombinácie materiálov. Môže sa pripravovať elektrodepozíciou, naparovaním alebo naprašovaním, spin coatingom a inými metódami.

Využitie:

• elektrotechnický priemysel: výroba mikročipov a pamäťových zariadení
• chemická analýza: SERS,chromatografia,
• separačná funkcia sa využíva na selektívnu separáciu častíc, molekúl, buniek v závislosti od zloženia povrchu
• adhézna funkcia sa využíva na kontrolovaný tok kvapalín v mikrofluidných zariadeniach