नैनोमीटर क्या हैं - वर्गीकरण और इसके गुण

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यह देखा गया कि सामग्री के क्वांटम गुण नैनोस्केल में भिन्न हो सकते हैं। आणविक स्तर पर इन्सुलेटर के रूप में व्यवहार करने वाली सामग्री, कंडक्टर के गुणों को व्यक्त कर सकती है जब इसके नैनोस्केल स्तर को देखा जाता है। नैनो टेक्नोलॉजी अनुसंधान पद्धति के रूप में उभरा है जो नैनोस्केल में सामग्री के गुणों में परिवर्तन के अध्ययन से संबंधित है। इसमें क्वांटम भौतिकी, अर्धचालक भौतिकी, सामग्री जैसे विभिन्न विज्ञानों का संयोजन अध्ययन शामिल है विनिर्माण आदि .. नैनोस्केल स्तर पर। नैनोटेक्नोलॉजी के सिद्धांतों और तरीकों का उपयोग करके बनाई गई सामग्री, जिनके गुण स्थूल ठोस और परमाणु प्रणालियों के बीच स्थित हैं, को नैनोमीटर के रूप में जाना जाता है।

नैनोमीटर क्या हैं?

नैनोस्केल शब्द 10 के आयाम को संदर्भित करता है-9मीटर। यह एक मीटर का एक अरबवां हिस्सा है। तो, ऐसे कण जिनके बाहरी आयाम या आंतरिक संरचना आयाम या सतह संरचना आयाम में से कोई भी 1nm से 100nm की सीमा में है, को नैनोमटेरियल्स माना जाता है।




ये सामग्री नग्न आंखों के लिए अदृश्य हैं। नैनो-सामग्री के लिए नैनो-विज्ञान के भौतिक विज्ञान-आधारित दृष्टिकोण पर विचार किया जाता है। इस पैमाने पर, इन सामग्रियों में उनके आणविक-स्केल व्यवहार की तुलना में अद्वितीय ऑप्टिकल, इलेक्ट्रॉनिक, यांत्रिक और क्वांटम गुण हैं।

एक नैनोमीटर एक नैनो ऑब्जेक्ट या एक नैनोस्ट्रक्चर सामग्री हो सकती है। नाओ वस्तुएं सामग्री के असतत टुकड़े हैं, दूसरी ओर, नैनोस्टेक्टेड सामग्रियों की नैनोस्कोपिक आयाम में उनकी आंतरिक या सतह संरचना होती है।



नैनोमैटेरियल्स प्राकृतिक अस्तित्व के हो सकते हैं, कृत्रिम रूप से निर्मित या संयोग से बन सकते हैं। अनुसंधान में आगे बढ़ने के साथ, नैनोमैटेरियल्स का व्यवसायीकरण किया जा रहा है और इसका उपयोग वस्तुओं के रूप में किया जा रहा है।

नैनोमीटर के गुण

में भारी बदलाव नैनोमीटर के गुण देखा जा सकता है जब वे नैनोस्केल स्तर तक टूट रहे हैं। जैसा कि हम आणविक स्तर से नैनोस्केल स्तर की ओर जाते हैं, सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक गुण क्वांटम आकार प्रभाव के कारण संशोधित हो जाते हैं। सामग्री के यांत्रिक, थर्मल और उत्प्रेरक गुणों में परिवर्तन को सतह के क्षेत्र में वृद्धि के साथ नैनोस्केल स्तर पर मात्रा अनुपात में देखा जा सकता है।


इन्सुलेटर सामग्री के कई अपने नैनोस्केल आयामों पर कंडक्टर के रूप में व्यवहार करना शुरू करते हैं। इसी तरह, जैसा कि हम नैनोस्केल आयामों तक पहुंचते हैं, कई दिलचस्प क्वांटम और सतह की घटनाएं देखी जा सकती हैं।

कण आकार, आकृति, रासायनिक संरचना, क्रिस्टल संरचना, भौतिक रासायनिक स्थिरता, सतह क्षेत्र, और सतह ऊर्जा, आदि… नैनोमैटेरियल्स के भौतिक रासायनिक गुणों के लिए विशेषता है। जैसे-जैसे नैनोमटेरियल्स का आयतन अनुपात बढ़ता जाता है, उनकी सतह स्वयं और अन्य प्रणालियों पर अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाती है। नैनोमैटेरियल्स का आकार उनके औषधीय व्यवहार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जब नैनोमीटर सामग्री पानी या अन्य फैलाव मीडिया के साथ बातचीत करते हैं तो वे अपने क्रिस्टल संरचना को पुनर्व्यवस्थित कर सकते हैं। नैनोमीटरों का आकार, रचना और सतह आवेश उनके एकत्रण अवस्था को प्रभावित करते हैं। इन सामग्रियों के चुंबकीय, भौतिक-रासायनिक और मनोवैज्ञानिक गुणों को सतह के कोटिंग से प्रभावित किया जाता है। ये सामग्री आरओएस का उत्पादन करती हैं जब उनकी सतह ऑक्सीजन, ओजोन और संक्रमण सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करती है।

नैनोस्केल स्तर पर, कणों के बीच की बातचीत या तो वैन डेर वाल बलों या मजबूत ध्रुवीय या सहसंयोजक बंधों के कारण होती है। नैनोमटेरियल्स की सतह के गुण और अन्य तत्वों और वातावरण के साथ उनकी बातचीत को पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स के उपयोग के साथ संशोधित किया जा सकता है।

उदाहरण

नैनोमैटेरियल्स को या तो इंजीनियर नैनोमैटिरियल्स, आकस्मिक या प्राकृतिक अस्तित्व के रूप में पाया जा सकता है। इंजीनियर नैनोमीटर कुछ वांछित गुणों वाले मनुष्यों द्वारा निर्मित होते हैं। उनमें कार्बन ब्लैक और टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोमीटर शामिल हैं। नैनोकणों का निर्माण यांत्रिक या औद्योगिक प्रक्रियाओं के कारण भी होता है, जैसे वाहन के निकास, वेल्डिंग के धुएं, खाना पकाने और ईंधन के गर्म होने के दौरान। संयोग से निर्मित वायुमंडलीय नैनोमैटेरियल्स को अल्ट्राफाइन कणों के रूप में भी जाना जाता है। Fullerenes बायोमास, मोमबत्ती के जलने के कारण उत्पादित नैनोमैटेरियल्स हैं।

नैनोट्यूब

नैनोट्यूब

प्राकृतिक मौजूदा नैनोमैटेरियल्स का निर्माण कई प्राकृतिक प्रक्रियाओं जैसे कि जंगल की आग, ज्वालामुखी की राख, समुद्री स्प्रे, धातुओं का अपक्षय, आदि… के कारण होता है। नैनोमीटर के उदाहरण जैविक प्रणालियों में मौजूद कमल के आवरण वाले मोम के क्रिस्टल की संरचना, वायरस की संरचना, मकड़ी-घुन रेशम, टारेंटयुला मकड़ियों के नीले रंग, तितली पंखों की तराजू हैं। कण जैसे दूध, रक्त, सींग, दांत, त्वचा, कागज, मूंगा, चोंच, पंख, हड्डी मैट्रिक्स, कपास, नाखून, आदि .. सभी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले कार्बनिक नैनोमेट्रिक्स हैं। क्ले स्वाभाविक रूप से अकार्बनिक नैनोमैटेरियल का उदाहरण हैं, क्योंकि वे पृथ्वी की पपड़ी पर विभिन्न रासायनिक परिस्थितियों में क्रिस्टल के विकास के कारण बनते हैं।

वर्गीकरण

नैनोमैटेरियल्स का वर्गीकरण मुख्य रूप से आकृति विज्ञान और उनकी संरचना पर निर्भर करता है, उन्हें दो प्रमुख समूहों में समेकित सामग्री और नैनोडीस्पर्सन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। समेकित नैनोमीटर को आगे कई समूहों में वर्गीकृत किया गया है। एक आयामी नैनो डिस्पर्सिव सिस्टम को नैनोपोवर्स और नैनोपार्टिकल्स के रूप में जाना जाता है। यहाँ नैनोकणों को आगे नैनोक क्रिस्टलों, नैनोकलस्टर्स, नैनोट्यूब, सुपरमूलक्यूलस आदि के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

नैनोमीटर के लिए, आकार एक महत्वपूर्ण भौतिक विशेषता है। नैनोमीटरों को अक्सर उनके आयामों की संख्या के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है जो नैनोस्केल के अंतर्गत आते हैं। नैनोमीटर जिसके सभी तीन आयाम नैनोस्केल के हैं और सबसे लंबे और सबसे छोटे अक्षों के बीच कोई अंतर नहीं है, नैनोपार्टिकल्स कहलाते हैं। नैनोस्केल में उनके दो आयामों वाली सामग्री को नैनोफिब्र कहा जाता है। खोखले नैनोफिब्र को नैनोट्यूब के रूप में जाना जाता है और ठोस को नैनोरोड्स के रूप में जाना जाता है। नैनोस्केल में एक आयाम वाली सामग्री को नैनोप्लेट्स के रूप में जाना जाता है। दो अलग-अलग लंबे आयाम वाले नैनोप्लेट्स को नैनोरिबोन के रूप में जाना जाता है।

नैनोस्ट्रक्टेड सामग्रियों द्वारा निहित पदार्थ के चरणों के आधार पर उन्हें नैनोकोम्पोसिट, नैनोफोम, नैनोपोरस और नैनोक्रिस्टलाइन सामग्री के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। नैनोस्केल में आयाम वाले कम से कम एक क्षेत्र के साथ कम से कम एक भौतिक या रासायनिक रूप से विशिष्ट क्षेत्र वाले ठोस पदार्थों को नैनो कम्पोजिट कहा जाता है। नैनोफोम में एक तरल या ठोस मैट्रिक्स होता है, जो एक गैसीय चरण से भरा होता है और दो चरणों में से एक के नैनोकल में आयाम होते हैं।

नैनोपोर्स के साथ ठोस सामग्री, नैनोस्केल पर आयाम वाले गुहाओं को नैनोपोरस सामग्रियों के रूप में माना जाता है। नेनो क्रिस्टलीय सामग्री में नैनोस्केल में क्रिस्टल के दाने होते हैं।

Nanomaterials के अनुप्रयोग

आज नैनो-मटेरियल का अत्यधिक व्यवसायीकरण हो रहा है। बाजार में उपलब्ध कुछ वाणिज्यिक नैनोमैट्रीज सौंदर्य प्रसाधन, स्ट्रेन रेसिस्टेंट टेक्सटाइल, इलेक्ट्रॉनिक्स, सनस्क्रीन, पेंट्स आदि हैं। नैनोकोटिंग्स और नैनोकोम्पोजिट का उपयोग विभिन्न उपभोक्ता उत्पादों जैसे खेल उपकरण, खिड़कियां, ऑटोमोबाइल, आदि में किया जा रहा है। यह नुकसान से बचाता है। सूरज की रोशनी से पेय पदार्थों के कारण, कांच की बोतलों को नैनोकोटिंग के साथ लेपित किया जा रहा है जो यूवी किरणों को रोकता है। नैनो-क्ले कंपोजिट का उपयोग करके लंबे समय तक चलने वाली टेनिस गेंदों का निर्माण किया जा रहा है। डेंटल फिलिंग में नैनोसेल सिलिका का उपयोग फिलर के रूप में किया जाता है।

नैनोमीटर के ऑप्टिकल गुणों का उपयोग ऑप्टिकल डिटेक्टर, सेंसर, लेजर, डिस्प्ले, सौर सेल बनाने के लिए किया जाता है। इस संपत्ति का उपयोग बायोमेडिसिन और फोटोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में भी किया जाता है। माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाओं में, इलेक्ट्रोड कार्बन नैनोट्यूब से बने होते हैं। उच्च परिभाषा टीवी सेट और व्यक्तिगत कंप्यूटर बनाने वाले पिक्सल के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने के लिए डिस्प्ले स्क्रीन में नैनोक्रिस्टलाइन जस्ता सेलेनाइड का उपयोग किया जाता है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग में, ट्रांजिस्टर, डायोड, रेसिस्टर्स और कैपेसिटर जैसे सर्किट के लघुकरण पर जोर दिया जाता है।

जंक्शनों को बनाने में नैनोवायरों का उपयोग किया जा रहा है ट्रांजिस्टर । कार्बन मोनोऑक्साइड और नाइट्रोजन ऑक्साइड जैसी जहरीली गैसों के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए, ऑटोमोबाइल उत्प्रेरक कन्वर्टर्स और पावर जेनरेशन सिस्टम में उत्प्रेरक के रूप में भी नैनोमैटेरियल्स का उपयोग किया जाता है, जिससे उनके कारण होने वाले पर्यावरण प्रदूषण को रोका जा सके। सनस्क्रीन में नैनो प्रोटेक्शन फैक्टर (SPF) को बढ़ाने के लिए नैनो- TiO2 का इस्तेमाल किया जाता है। सेंसर को अत्यधिक सक्रिय सतह प्रदान करने के लिए, इंजीनियर नैनोलयर्स का उपयोग किया जाता है।

Fullerenes का उपयोग कैंसर में मेलानोमा जैसी कैंसर कोशिकाओं के इलाज के लिए किया जाता है। इनका उपयोग प्रकाश-सक्रिय रोगाणुरोधी एजेंटों के रूप में भी किया गया है। उनके ऑप्टिकल और विद्युत गुणों के कारण, क्वांटम डॉट्स, नैनोवायर और नैनोरोड्स ने ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए अत्यधिक विकल्प चुना है। टिशू इंजीनियरिंग, ड्रग डिलीवरी और बायोसेंसर में अनुप्रयोगों के लिए नैनोमैटिरियल्स का परीक्षण किया जा रहा है। नैनोइंजाइम्स कृत्रिम एंजाइम हैं जिनका उपयोग बायोसेंसिंग, बायोइमेजिंग, ट्यूमर का पता लगाने के लिए किया जाता है।

नैनोमैटिरियल्स के फायदे और नुकसान

नैनोमीटर के विद्युत, चुंबकीय, ऑप्टिकल और यांत्रिक गुणों ने कई आकर्षक अनुप्रयोग प्रदान किए हैं। इन गुणों के बारे में जानने के लिए अभी भी अनुसंधान जारी है। नैनोमीटर के गुण वहां के थोक आकार के मॉडल से भिन्न होते हैं। नैनोमैटिरियल्स के कुछ फायदे इस प्रकार हैं-

  • nanomaterial सेमीकंडक्टर क्यू-कण क्वांटम कारावास प्रभाव दिखाते हैं, जिससे उन्हें ल्यूमिनेशन संपत्ति मिलती है।
  • मोटे अनाज की तुलना में, ऊंचे तापमान पर नैनोपेज़ सिरेमिक अधिक नमनीय होते हैं।
  • नैनोसाइज्ड मेटालिक पाउडर के साथ-साथ इनकी नमनीयता की कोल्ड वेल्डिंग प्रॉपर्टी मेटल-मेटल बॉन्डिंग के लिए बेहद उपयोगी है।
  • एकल नैनोसाइज्ड चुंबकीय कण सुपर पैरामैग्नेटिज़्म गुण प्रदान करते हैं।
  • मोनोमेटालिक रचना के नैनोट्रक्टेड धातु क्लस्टर विषम उत्प्रेरक के लिए अग्रदूत के रूप में कार्य करते हैं।
  • सौर कोशिकाओं के लिए, नैनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फिल्में अत्यधिक पारदर्शी संपर्क बनाती हैं।
  • नैनोसंरचित टाइटेनियम ऑक्साइड झरझरा फिल्में उच्च संचरण और उच्च सतह क्षेत्र में वृद्धि प्रदान करती हैं।
  • उच्च गति द्वारा उत्पन्न ऊष्मा के खराब विघटन जैसे परिपथों के लघुकरण में माइक्रोइलेक्ट्रोनिक उद्योग के सामने आने वाली चुनौतियाँ माइक्रोप्रोसेसरों , खराब विश्वसनीयता को नैनोक्रिस्टलाइन सामग्री की मदद से दूर किया जा सकता है। ये उच्च तापीय चालकता, उच्च स्थायित्व और टिकाऊ लंबे समय तक चलने वाले अंतर्संबंध प्रदान करते हैं।

नैनोमैटेरियल्स के उपयोग में पाए जाने वाले कुछ तकनीकी नुकसान भी हैं। उनमें से कुछ नुकसान इस प्रकार हैं -

  • नैनोमीटर की अस्थिरता।
  • खराब संक्षारण प्रतिरोध।
  • उच्च विलेयता।
  • जब उच्च सतह क्षेत्र के साथ नैनोमैटेरियल्स सीधे संपर्क में आते हैं तो ऑक्सीजन एक्ज़ोथिर्मिक दहन के कारण विस्फोट होता है।
  • अपवित्रता
  • नैनोमीटर को जैविक रूप से हानिकारक माना जाता है। इनमें उच्च विषाक्तता है जिससे चिड़चिड़ापन हो सकता है।
  • कासीनजन
  • संश्लेषित करना मुश्किल है
  • कोई सुरक्षित निपटान उपलब्ध नहीं है
  • रीसायकल करना मुश्किल

आज नैनोमैटिरियल्स के साथ नैनो विभिन्न उत्पादों के निर्माण के तरीकों में क्रांति ला रहा है। एक कार्बनिक स्वाभाविक रूप से होने वाली नैनोमीटर का नाम बताएं?