المواد النانوية التي تتميز بحجمها على المقياس النانوي (تتراوح عادة من 1 إلى 100 نانومتر) تُظهر خصائص فيزيائية فريدة تختلف عن نظيراتها السائبة. في مجال الكيمياء غير العضوية فتحت دراسة المواد النانوية طرقًا جديدة للابتكار والتقدم التكنولوجي.
الخصائص الفيزيائية للمواد النانوية
- واحدة من أبرز سمات المواد النانوية هي نسبة السطح إلى الحجم الكبيرة. مع انخفاض حجم المادة تزداد مساحة السطح أضعافا مضاعفة بالنسبة لحجمها. تؤدي مساحة السطح المرتفعة هذه إلى تعزيز التفاعل والنشاط التحفيزي، مما يجعل المواد النانوية مرشحة مثالية لمختلف التطبيقات. على سبيل المثال يمكن للجسيمات النانوية أن تظهر نشاطًا تحفيزيًا فائقًا في الحفز غير المتجانس بسبب زيادة عدد المواقع النشطة.
- خاصية رائعة أخرى للمواد النانوية هي الحبس الكمي. عندما يتم تقليل أبعاد مادة ما إلى المقياس النانوي تصبح التأثيرات الكمومية مهمة وتتغير الخصائص الإلكترونية والبصرية للمادة. على سبيل المثال، تُظهر الجسيمات النانوية شبه الموصلة والمعروفة أيضًا باسم النقاط الكمومية، فجوات نطاق تعتمد على الحجم. من خلال التحكم في حجم الجسيمات النانوية، يمكن ضبط أطوال موجات الامتصاص والانبعاثات بدقة ، مما يجعلها ذات قيمة في الأجهزة الإلكترونية الضوئية مثل الخلايا الشمسية ومصابيح LED.
- علاوة على ذلك غالبًا ما تُظهر المواد النانوية السلوك البلازموني. البلازمونات هي تذبذبات جماعية للإلكترونات في مادة ما، وفي الهياكل النانوية، يمكن أن يؤدي حبس هذه التذبذبات إلى خصائص بصرية فريدة. يمكن للجسيمات النانوية المعدنية، مثل الذهب والفضة، أن تظهر رنينًا موضعيًا للبلازمون السطحي (LSPR) ، مما يؤدي إلى امتصاص شديد وقابل للضبط وتشتت للضوء. هذه الظاهرة لها تطبيقات في الاستشعار والتصوير والعلاج الضوئي.
- بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تمتلك المواد النانوية خصائص ميكانيكية استثنائية. تُظهر مواد مثل الأنابيب النانوية الكربونية والجرافين قوة وصلابة غير عادية ، مما يجعلها مرشحة واعدة لتقوية المواد المركبة أو صنع مواد خفيفة الوزن لكنها متينة.
بشكل عام الخصائص الفيزيائية للمواد النانوية في الكيمياء غير العضوية مثيرة للاهتمام للغاية وتقدم مجموعة واسعة من التطبيقات. نسبة السطح إلى الحجم الكبيرة وتأثيرات الحبس الكمومي والسلوك البلازموني والخصائص الميكانيكية الاستثنائية تجعلها أدوات قيمة في مختلف المجالات من الطاقة والإلكترونيات إلى الطب وعلوم المواد. يحمل البحث والتطوير المستمر في هذا المجال إمكانات كبيرة لمزيد من التقدم والاكتشافات.
