పదార్థం యొక్క క్వాంటం లక్షణాలు నానోస్కేల్ వద్ద భిన్నంగా ఉంటాయని గమనించబడింది. పరమాణు స్థాయిలో అవాహకం వలె ప్రవర్తించే పదార్థం దాని నానోస్కేల్ స్థాయిని చూసినప్పుడు కండక్టర్ యొక్క లక్షణాలను వ్యక్తపరుస్తుంది. నానోటెక్నాలజీ నానోస్కేల్ వద్ద పదార్థం యొక్క లక్షణాలలో మార్పును అధ్యయనం చేసే పరిశోధనా పద్దతిగా ఉద్భవించింది. ఇందులో క్వాంటం ఫిజిక్స్, సెమీకండక్టర్ ఫిజిక్స్, మెటీరియల్ వంటి వివిధ శాస్త్రాల కలయిక అధ్యయనం ఉంటుంది తయారీ , etc .. నానోస్కేల్ స్థాయిలో. నానోటెక్నాలజీ యొక్క సూత్రాలు మరియు పద్ధతులను ఉపయోగించడం ద్వారా ఏర్పడిన పదార్థాలు, దీని లక్షణాలు మాక్రోస్కోపిక్ ఘనపదార్థాలు మరియు పరమాణు వ్యవస్థల మధ్య ఉంటాయి, వీటిని నానోమెటీరియల్స్ అంటారు.
సూక్ష్మ పదార్ధాలు ఏమిటి?
నానోస్కేల్ అనే పదం 10 యొక్క కోణాన్ని సూచిస్తుంది-9మీటర్లు. ఇది మీటర్ యొక్క బిలియన్ భాగం. కాబట్టి, బాహ్య కొలతలు లేదా అంతర్గత నిర్మాణ పరిమాణం లేదా ఉపరితల నిర్మాణ పరిమాణం 1nm నుండి 100nm పరిధిలో ఉన్న కణాలను నానోమెటీరియల్స్గా పరిగణిస్తారు.
ఈ పదార్థాలు కంటితో కనిపించవు. సూక్ష్మ పదార్ధాల కోసం నానోటెక్నాలజీ యొక్క భౌతిక శాస్త్ర-ఆధారిత విధానం పరిగణించబడుతుంది. ఈ స్థాయిలో, ఈ పదార్థాలు వాటి పరమాణు-స్థాయి ప్రవర్తనతో పోలిస్తే ప్రత్యేకమైన ఆప్టికల్, ఎలక్ట్రానిక్, మెకానికల్ మరియు క్వాంటం లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.
నానో మెటీరియల్ నానో ఆబ్జెక్ట్ లేదా నానోస్ట్రక్చర్డ్ పదార్థం కావచ్చు. నావో వస్తువులు వివిక్త పదార్థాల ముక్కలు, మరోవైపు, నానోస్ట్రక్చర్డ్ పదార్థాలు వాటి అంతర్గత లేదా ఉపరితల నిర్మాణాన్ని నానోస్కేల్ కోణంలో కలిగి ఉంటాయి.
సూక్ష్మ పదార్ధాలు సహజ ఉనికిని కలిగి ఉంటాయి, కృత్రిమంగా తయారు చేయబడతాయి లేదా యాదృచ్ఛికంగా ఏర్పడతాయి. పరిశోధనలో పురోగతితో, సూక్ష్మ పదార్ధాలు వాణిజ్యీకరించబడుతున్నాయి మరియు వాటిని సరుకుగా ఉపయోగిస్తున్నారు.
సూక్ష్మ పదార్ధాల లక్షణాలు
లో తీవ్రమైన మార్పు సూక్ష్మ పదార్ధాల లక్షణాలు అవి నానోస్కేల్ స్థాయికి విచ్ఛిన్నమైనప్పుడు గమనించవచ్చు. మేము పరమాణు స్థాయి నుండి నానోస్కేల్ స్థాయికి వెళ్ళేటప్పుడు, క్వాంటం సైజు ప్రభావం కారణంగా పదార్థాల ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు సవరించబడతాయి. నానోస్కేల్ స్థాయిలో వాల్యూమ్ రేషియోకు ఉపరితల వైశాల్యం పెరగడంతో పదార్థాల యాంత్రిక, ఉష్ణ మరియు ఉత్ప్రేరక లక్షణాలలో మార్పు చూడవచ్చు.
అనేక అవాహకం పదార్థాలు వాటి నానోస్కేల్ కొలతలు వద్ద కండక్టర్లుగా ప్రవర్తించడం ప్రారంభిస్తాయి. అదేవిధంగా, మేము నానోస్కేల్ కొలతలు చేరుకున్నప్పుడు అనేక ఆసక్తికరమైన క్వాంటం మరియు ఉపరితల దృగ్విషయాలను గమనించవచ్చు.
కణ పరిమాణం, ఆకారం, రసాయన కూర్పు, క్రిస్టల్ నిర్మాణం, భౌతిక రసాయన స్థిరత్వం, ఉపరితల వైశాల్యం మరియు ఉపరితల శక్తి మొదలైనవి… సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క భౌతిక రసాయన లక్షణాలకు కారణాలు. సూక్ష్మ పదార్ధాల వాల్యూమ్ నిష్పత్తికి ఉపరితల వైశాల్యం పెరిగేకొద్దీ, వాటి ఉపరితలం తనపై మరియు ఇతర వ్యవస్థలపై మరింత రియాక్టివ్ అవుతుంది. సూక్ష్మ పదార్ధాల పరిమాణం వారి c షధ ప్రవర్తనలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది. సూక్ష్మ పదార్థాలు నీరు లేదా ఇతర చెదరగొట్టే మాధ్యమాలతో సంకర్షణ చెందినప్పుడు అవి వాటి క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని క్రమాన్ని మార్చగలవు. సూక్ష్మ పదార్ధాల పరిమాణం, కూర్పు మరియు ఉపరితల ఛార్జ్ వాటి అగ్రిగేషన్ స్థితులను ప్రభావితం చేస్తాయి. ఈ పదార్థాల యొక్క అయస్కాంత, భౌతిక రసాయన మరియు మానసిక లక్షణాలు ఉపరితల పూత ద్వారా ప్రభావితమవుతాయి. ఆక్సిజన్, ఓజోన్ మరియు పరివర్తన పదార్థాలతో వాటి ఉపరితలం స్పందించినప్పుడు ఈ పదార్థాలు ROS ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
నానోస్కేల్ స్థాయిలో, కణాల మధ్య పరస్పర చర్య వాన్ డెర్ వాల్ శక్తులు లేదా బలమైన ధ్రువ లేదా సమయోజనీయ బంధాల వల్ల కావచ్చు. పాలిఎలెక్ట్రోలైట్స్ వాడకంతో సూక్ష్మ పదార్ధాల ఉపరితల లక్షణాలు మరియు ఇతర అంశాలు మరియు వాతావరణాలతో వాటి పరస్పర చర్యలను సవరించవచ్చు.
ఉదాహరణలు
సూక్ష్మ పదార్ధాలను ఇంజనీరింగ్ సూక్ష్మ పదార్ధాలు, యాదృచ్ఛిక లేదా సహజ ఉనికిగా కనుగొనవచ్చు. ఇంజనీరింగ్ సూక్ష్మ పదార్ధాలను మానవులు కొన్ని కావలసిన లక్షణాలతో తయారు చేస్తారు. వాటిలో కార్బన్ బ్లాక్ మరియు టైటానియం డయాక్సైడ్ సూక్ష్మపదార్ధాలు ఉన్నాయి. వాహన ఎగ్జాస్ట్స్, వెల్డింగ్ పొగలు, వంట మరియు ఇంధన తాపన సమయంలో యాంత్రిక లేదా పారిశ్రామిక ప్రక్రియల వల్ల నానోపార్టికల్స్ కూడా ఉత్పత్తి అవుతాయి. యాదృచ్ఛికంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన వాతావరణ సూక్ష్మ పదార్ధాలను అల్ట్రాఫైన్ కణాలు అని కూడా అంటారు. ఫుల్లెరెన్స్ అంటే బయోమాస్, కొవ్వొత్తి దహనం వల్ల ఉత్పత్తి అయ్యే నానోమెటీరియల్.
నానోట్యూబ్
అటవీ మంటలు, అగ్నిపర్వత బూడిద, ఓషన్ స్ప్రే, లోహాల వాతావరణం మొదలైన అనేక సహజ ప్రక్రియల వల్ల సహజంగా ఉన్న సూక్ష్మ పదార్ధాలు ఏర్పడతాయి… కొన్ని సూక్ష్మ పదార్ధాల ఉదాహరణలు లోటస్‌ను కప్పి ఉంచే మైనపు స్ఫటికాల నిర్మాణం, వైరస్ల నిర్మాణం, స్పైడర్-మైట్ సిల్క్, టరాన్టులా సాలెపురుగుల నీలిరంగు రంగు, సీతాకోకచిలుక రెక్క ప్రమాణాలు. పాలు, రక్తం, కొమ్ము, దంతాలు, చర్మం, కాగితం, పగడాలు, ముక్కులు, ఈకలు, ఎముక మాతృక, పత్తి, గోరు మొదలైన కణాలు అన్నీ సహజంగా సంభవించే సేంద్రీయ సూక్ష్మ పదార్ధాలు. క్లేస్ సహజంగా సంభవించే అకర్బన సూక్ష్మ పదార్ధాలకు ఉదాహరణ, ఎందుకంటే అవి భూమి యొక్క క్రస్ట్‌లోని విభిన్న రసాయన పరిస్థితులలో క్రిస్టల్ పెరుగుదల కారణంగా ఏర్పడతాయి.
వర్గీకరణ
సూక్ష్మ పదార్ధాల వర్గీకరణ ప్రధానంగా పదనిర్మాణ శాస్త్రం మరియు వాటి నిర్మాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అవి రెండు ప్రధాన సమూహాలుగా ఏకీకృత పదార్థాలు మరియు నానోడిస్పర్షన్లుగా వర్గీకరించబడతాయి. ఏకీకృత సూక్ష్మ పదార్ధాలను అనేక సమూహాలుగా వర్గీకరించారు. ఒక డైమెన్షనల్ నానో చెదరగొట్టే వ్యవస్థలను నానోపౌడర్స్ మరియు నానోపార్టికల్స్ అని పిలుస్తారు. ఇక్కడ నానోపార్టికల్స్‌ను నానోక్రిస్టల్స్, నానోక్లస్టర్స్, నానోట్యూబ్స్, సూపర్మోలిక్యుల్స్ మొదలైనవిగా వర్గీకరించారు.
సూక్ష్మ పదార్ధాల కోసం, పరిమాణం ఒక ముఖ్యమైన భౌతిక లక్షణం. సూక్ష్మ పదార్ధాలు తరచూ వాటి కొలతల సంఖ్యను బట్టి వర్గీకరించబడతాయి. మూడు కొలతలు నానోస్కేల్ మరియు పొడవైన మరియు చిన్నదైన అక్షాలకు మధ్య తేడా లేని నానోమెటీరియల్‌ను నానోపార్టికల్స్ అంటారు. నానోస్కేల్‌లో వాటి రెండు కొలతలు కలిగిన పదార్థాలను నానోఫిబ్రేస్ అంటారు. బోలు నానోఫైబర్‌లను నానోట్యూబ్స్ అని పిలుస్తారు మరియు ఘనమైన వాటిని నానోరోడ్స్ అంటారు. నానోస్కేల్‌లో ఒక కోణంతో ఉన్న పదార్థాలను నానోప్లేట్లు అంటారు. రెండు వేర్వేరు పొడవైన కొలతలు కలిగిన నానోప్లేట్లను నానోరిబ్బన్లు అంటారు.
నానోస్ట్రక్చర్డ్ పదార్థాలతో కూడిన పదార్థం యొక్క దశల ఆధారంగా వాటిని నానోకంపొజిట్, నానోఫోమ్, నానోపోరస్ మరియు నానోక్రిస్టలైన్ పదార్థాలుగా వర్గీకరించారు. నానోస్కేల్‌లో కొలతలు కలిగిన కనీసం ఒక ప్రాంతంతో కనీసం ఒక భౌతికంగా లేదా రసాయనికంగా విభిన్నమైన ప్రాంతాన్ని కలిగి ఉన్న ఘన పదార్థాలను నానో మిశ్రమాలు అంటారు. నానోఫామ్స్ ఒక ద్రవ లేదా ఘన మాతృకను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి వాయు దశతో నిండి ఉంటాయి మరియు రెండు దశలలో ఒకటి నానోస్కేల్‌లో కొలతలు కలిగి ఉంటుంది.
నానోపోర్‌లతో ఉన్న ఘన పదార్థాలు, నానోస్కేల్‌పై కొలతలు కలిగిన కావిటీలను నానోపోరస్ పదార్థాలుగా పరిగణిస్తారు. నానోక్రిస్టలైన్ పదార్థాలు నానోస్కేల్‌లో క్రిస్టల్ ధాన్యాలు కలిగి ఉంటాయి.
సూక్ష్మ పదార్ధాల అనువర్తనాలు
నేడు సూక్ష్మ పదార్ధాలు అధిక వాణిజ్యపరంగా ఉన్నాయి. మార్కెట్లో లభించే కొన్ని వాణిజ్య సూక్ష్మ పదార్ధాలు సౌందర్య సాధనాలు, స్ట్రెయిన్ రెసిస్టెంట్ టెక్స్‌టైల్స్, ఎలక్ట్రానిక్స్, సన్‌స్క్రీన్స్, పెయింట్స్ మొదలైనవి… స్పోర్ట్స్ పరికరాలు, కిటికీలు, ఆటోమొబైల్స్ మొదలైన వివిధ వినియోగదారు ఉత్పత్తులలో నానోకోటింగ్స్ మరియు నానోకంపొసైట్‌లను ఉపయోగిస్తున్నారు. నష్టాన్ని కాపాడటానికి సూర్యరశ్మి నుండి పానీయాల వల్ల, గాజు సీసాలు నానోకోటింగ్‌తో పూత పూయబడతాయి, ఇది UV కిరణాలను అడ్డుకుంటుంది. నానో-క్లే మిశ్రమాలను ఉపయోగించి ఎక్కువ కాలం ఉండే టెన్నిస్ బంతులను తయారు చేస్తున్నారు. నానోస్కేల్ సిలికాను దంత పూరకాలలో పూరకంగా ఉపయోగిస్తారు.
సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క ఆప్టికల్ లక్షణాలు ఆప్టికల్ డిటెక్టర్లు, సెన్సార్లు, లేజర్స్, డిస్ప్లేలు, సౌర ఘటాలను రూపొందించడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఈ ఆస్తి బయోమెడిసిన్ మరియు ఫోటోఎలెక్ట్రోకెమిస్ట్రీలో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. సూక్ష్మజీవుల ఇంధన కణాలలో, ఎలక్ట్రోడ్లు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో తయారవుతాయి. హై డెఫినిషన్ టీవీ సెట్లు మరియు పర్సనల్ కంప్యూటర్లను ఏర్పరుచుకునే పిక్సెల్స్ యొక్క రిజల్యూషన్ పెంచడానికి డిస్ప్లే స్క్రీన్లలో నానోక్రిస్టలైన్ జింక్ సెలెనైడ్ ఉపయోగించబడుతుంది. మైక్రోఎలక్ట్రానిక్ పరిశ్రమలో, ట్రాన్సిస్టర్లు, డయోడ్లు, రెసిస్టర్లు మరియు కెపాసిటర్లు వంటి సర్క్యూట్ల సూక్ష్మీకరణకు ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది.
జంక్‌లెస్‌గా ఏర్పడటానికి నానోవైర్‌లను ఉపయోగిస్తున్నారు ట్రాన్సిస్టర్లు . కార్బన్ మోనాక్సైడ్ మరియు నత్రజని ఆక్సైడ్ వంటి విష వాయువులతో చర్య తీసుకోవడానికి, తద్వారా వాటి వల్ల కలిగే పర్యావరణ కాలుష్యాన్ని నివారించడానికి, ఆటోమొబైల్ ఉత్ప్రేరక కన్వర్టర్లు మరియు విద్యుత్ ఉత్పత్తి వ్యవస్థలలో సూక్ష్మ పదార్ధాలను ఉత్ప్రేరకాలుగా ఉపయోగిస్తారు. సన్‌స్క్రీన్స్‌లో సన్ ప్రొటెక్షన్ ఫ్యాక్టర్ (ఎస్‌పిఎఫ్) పెంచడానికి నానో-టిఒ 2 ఉపయోగించబడుతుంది. సెన్సార్లకు అత్యంత చురుకైన ఉపరితలాన్ని అందించడానికి, ఇంజనీరింగ్ నానోలేయర్లు ఉపయోగించబడతాయి.
మెలనోమా వంటి క్యాన్సర్ కణాలకు చికిత్స చేయడానికి క్యాన్సర్‌లో ఫుల్లెరెన్లను ఉపయోగిస్తారు. ఇవి లైట్-యాక్టివేటెడ్ యాంటీమైక్రోబయల్ ఏజెంట్లుగా కూడా ఉపయోగించబడ్డాయి. వాటి ఆప్టికల్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ లక్షణాల కారణంగా, క్వాంటం చుక్కలు, నానోవైర్లు మరియు నానోరోడ్లు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం ఎక్కువగా ఎంచుకున్నాయి. టిష్యూ ఇంజనీరింగ్, డ్రగ్ డెలివరీ మరియు బయోసెన్సర్లలోని అనువర్తనాల కోసం నానోమెటీరియల్స్ పరీక్షించబడుతున్నాయి. నానోజైమ్‌లు బయోసెన్సింగ్, బయోఇమేజింగ్, ట్యూమర్ డిటెక్షన్ కోసం ఉపయోగించే కృత్రిమ ఎంజైమ్‌లు.
సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు
సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క విద్యుత్, అయస్కాంత, ఆప్టికల్ మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు అనేక మనోహరమైన అనువర్తనాలను అందించాయి. ఈ లక్షణాల గురించి తెలుసుకోవడానికి పరిశోధన ఇంకా పురోగతిలో ఉంది. సూక్ష్మ పదార్ధాల లక్షణాలు బల్క్ సైజ్ మోడల్‌కు భిన్నంగా ఉంటాయి. సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క కొన్ని ప్రయోజనాలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి-
- నానోమెటీరియల్ సెమీకండక్టర్ q- కణాలు క్వాంటం నిర్బంధ ప్రభావాలను చూపుతాయి, తద్వారా వాటికి కాంతి లక్షణం లభిస్తుంది.
- ముతక-కణిత సిరామిక్స్‌తో పోలిస్తే, నానోఫేస్ సిరామిక్స్ పెరిగిన ఉష్ణోగ్రతలలో ఎక్కువ సాగేవి.
- నానోసైజ్డ్ మెటాలిక్ పౌడర్ల కోల్డ్ వెల్డింగ్ ఆస్తి వాటి డక్టిలిటీతో పాటు మెటల్-మెటల్ బంధానికి బాగా ఉపయోగపడుతుంది.
- సింగిల్ నానోసైజ్డ్ అయస్కాంత కణాలు సూపర్ పారా అయస్కాంత లక్షణాన్ని అందిస్తాయి.
- మోనోమెటాలిక్ కూర్పు యొక్క నానోస్ట్రక్చర్డ్ మెటల్ క్లస్టర్లు భిన్న ఉత్ప్రేరకాలకు పూర్వగాములుగా పనిచేస్తాయి.
- సౌర ఘటాల కోసం, నానోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫిల్మ్‌లు అత్యంత పారదర్శక సంబంధాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.
- నానోస్ట్రక్చర్డ్ టైటానియం ఆక్సైడ్ పోరస్ ఫిల్మ్‌లు అధిక ప్రసారం మరియు అధిక ఉపరితల వైశాల్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి.
- అధిక-వేగం ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే వేడిని సరిగా చెదరగొట్టడం వంటి సర్క్యూట్ల సూక్ష్మీకరణలో మైక్రోఎలక్ట్రానిక్ పరిశ్రమ ఎదుర్కొంటున్న సవాళ్లు మైక్రోప్రాసెసర్లు , నానోక్రిస్టలైన్ పదార్థాల సహాయంతో పేలవమైన విశ్వసనీయతను అధిగమించవచ్చు. ఇవి అధిక ఉష్ణ వాహకత, అధిక మన్నిక మరియు మన్నికైన దీర్ఘకాలిక అనుసంధానాలను అందిస్తాయి.
సూక్ష్మ పదార్ధాల వాడకంలో కొన్ని సాంకేతిక నష్టాలు కూడా ఉన్నాయి. ఆ ప్రతికూలతలు కొన్ని క్రింది విధంగా ఉన్నాయి -
- సూక్ష్మ పదార్ధాల అస్థిరత.
- పేలవ తుప్పు నిరోధకత.
- అధిక ద్రావణీయత.
- అధిక ఉపరితల వైశాల్యంతో ఉన్న సూక్ష్మ పదార్ధాలు ఆక్సిజన్ ఎక్సోథర్మిక్ దహనంతో ప్రత్యక్ష సంబంధంలోకి వచ్చినప్పుడు పేలుడుకు దారితీస్తుంది.
- అశుద్ధత
- సూక్ష్మ పదార్ధాలను జీవశాస్త్రపరంగా హానికరంగా భావిస్తారు. వీటిలో అధిక విషపూరితం ఉంటుంది, ఇది చికాకుకు దారితీస్తుంది.
- క్యాన్సర్
- సంశ్లేషణ చేయడం కష్టం
- సురక్షితమైన పారవేయడం అందుబాటులో లేదు
- రీసైకిల్ చేయడం కష్టం
ఈ రోజు నానో మెటీరియల్స్ తో పాటు నానోటెక్నాలజీ వివిధ ఉత్పత్తులను తయారు చేస్తున్న మార్గాల్లో విప్లవాత్మక మార్పులు చేస్తోంది. సేంద్రీయంగా సహజంగా సంభవించే సూక్ష్మ పదార్ధానికి పేరు పెట్టాలా?
