揭秘：纳米有什么特别之处？

投稿用户 • 2024年3月23日 pm12:01 • 电商运营 • 阅读 50

纳米技术不仅仅是在更小的尺寸上工作，相反，在纳米尺度上工作使科学家能够理解和利用在这个尺度上出现的材料的独特物理、化学、机械和光学等等特性。

量子效应占主导地位的尺度

当创建尺寸约为1-100纳米的粒子时，材料的特性可能会与更大尺度的特性发生显着变化。这是量子效应可以支配粒子行为和性质的尺度。纳米尺度的量子效应的一个迷人而强大的结果是特性“可调性”的概念。也就是说，通过改变粒子的大小，科学家可以从字面上微调感兴趣的材料特性。在纳米尺度上，熔点、荧光、电导率、磁导率和化学反应性等特性会随着颗粒大小的变化而变化。

纳米级金说明了在纳米级发生的独特特性。根据颗粒的大小，纳米级金会呈现红色或紫色。由于量子效应，金纳米粒子与大尺度金粒子相比与光的相互作用不同。

表面行为发挥更大作用的尺度

纳米级材料的表面积与体积比远大于散装材料。随着单位体积表面积的增加，材料会变得更具反应性。

一个简单的思想实验说明了为什么纳米粒子具有非常高的表面积。一个边长为1厘米的固体立方体的表面积为6平方厘米，大约等于半块口香糖的一侧。但是，如果在1立方厘米的体积中填满边长为1毫米的立方体，那将是1,000毫米大小的立方体（10 x 10 x 10），每个立方体的表面积为6平方毫米，总计表面积为60平方厘米——比信用卡略大。当1立方厘米充满微米大小的立方体时——一万亿（1012) 其中每个的表面积为 6 平方微米——总表面积为6平方米，或略小于一辆小型汽车的占地面积。当那一立方厘米的体积充满1纳米大小的立方体时——1021其中，每个面积为6平方纳米，它们的总表面积达到6000平方米。换句话说，一立方厘米的立方纳米粒子的总表面积甚至比足球场的面积还要大！由于这种更高的表面积，更多的材料暴露在周围环境中，这可以极大地加速这些材料的化学反应或反应性。纳米结构材料中更大的表面积和更高的反应性的一个好处是它们有助于创造更好的催化剂。催化的一个日常例子是汽车中的催化转换器，它可以清洁废气并减少空气污染。纳米级催化剂的更高表面积使现代催化转化器在催化转化器中使用的贵金属比以前实现相同减少污染气体所需的贵金属少得多。工程师们正在利用纳米级反应性的提高来设计更好的电池、燃料电池和催化剂，以实现更清洁、更安全的能源生产和存储系统。

生物学发生的规模

几千年来，大自然在纳米尺度上完善了生物学艺术。细胞的许多内部运作自然发生在纳米级。例如，血红蛋白是一种通过身体携带氧气的蛋白质，其直径为5.5纳米。一条DNA链是生命的组成部分之一，直径只有2纳米左右。

利用生物学的自然纳米尺度，许多医学研究人员正致力于设计比传统方法更精确和个性化的工具、治疗方法和疗法。纳米药物制剂可以设计为将治疗剂直接输送到体内的特定部位，这可以降低达到治疗效果所需的剂量并减少不良副作用。纳米材料还被用于开发负担得起且易于使用的诊断和监测设备，适用于包括葡萄糖监测、妊娠试验和病毒检测在内的广泛应用。先进的纳米材料用于改善假肢材料的化学、物理和机械性能，其优点包括更好的生物相容性、强度重量比、

其他领域也受益于对天然纳米技术的理解。一些科学家正在探索使用分子自组装、自组织和量子力学来创建新的计算平台。其他研究人员正在使用纳米材料开发受自然启发的人工光合作用系统来利用太阳能。

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