Modifier les propriétés des matériaux avec les nanotechnologies

Les propriétés des nanoparticules peuvent être personnalisés pour utilisation dans une application de la nanotechnologie notamment en liant des molécules aux nanoparticules dans un processus appelé fonctionnalisation. En outre, la capacité de construire nanocomposites, matériaux formés en intégrant des nanoparticules dans la structure d'un matériau en vrac, permet de créer de nouveaux matériaux qui offrent une gamme de nouvelles possibilités.

Principes de base de la nanotechnologie fonctionnalisation

Lorsqu'un atome est lié à un autre atome, la fixation est appelée une liaison chimique. La fonctionnalisation est un processus qui consiste à attacher atomes ou de molécules à la surface d'une nanoparticule à une liaison chimique pour modifier les propriétés de cette nanoparticule.

Le lien utilisé dans fonctionnalisation peut être soit une liaison covalente ou un Waals Bond van der. Liaison covalente, dans lequel les électrons sont partagés entre les atomes implique un atome sur le partage de nanoparticules électrons avec un atome de la molécule, la création d'un lien très fort.

Dans un Waals Bond van der, attraction électrostatique se produit (charges positives et négatives sur les molécules et des nanoparticules d'attirer l'autre). Une région de charge positive de la molécule ou nanoparticule et une région chargée négativement de la molécule ou nanoparticule former une liaison. Van der Waals liaison ne soit pas aussi forte que une liaison covalente, mais il a aussi ne pas affaiblir les structures étant liées, comme des liaisons covalentes font.

La fonctionnalisation d'un nanotube de carbone par liaison covalente des molécules à elle.
La fonctionnalisation d'un nanotube de carbone par liaison covalente des molécules à elle.

Par exemple, si vous êtes collage molécules aux nanotubes de carbone, une liaison covalente pourrait affaiblir le nanotube tandis qu'un Waals Bond van der serait pas. Par conséquent, bien que des liaisons covalentes sont utilisés le plus souvent pour la fonctionnalisation, van der Waals est parfois utile. Une telle utilisation est fonctionnalisation d'un nanotube de carbone par liaison d'une molécule à l'aide de nanotube van der Waals.

La fonctionnalisation d'un nanotube de carbone par molécule pour attacher un à l'aide d'une liaison de van der Waals.
La fonctionnalisation d'un nanotube de carbone par molécule pour attacher un à l'aide d'une liaison de van der Waals.

La fonctionnalisation est utilisé pour préparer des nanoparticules pour de nombreuses utilisations, par exemple:

  • Faire éléments de capteur qui peut être utilisé pour détecter de très faibles niveaux de molécules chimiques ou biologiques ou pour le diagnostic d'un échantillon de sang.

  • Collage nanoparticules aux fibres ou des polymères pour former composites légers à haute résistance.

  • Faire des nanoparticules qui peuvent se lier à des molécules biologiques présents à la surface des cellules malades pour produire des agents de délivrance de médicaments ciblés.

  • Fabrication de nanoparticules qui sont attirées vers les sites de fixation préparées, telles que des surfaces contenant certains types d'atomes (soufre est attiré par l'or, par exemple) pour l'assemblage auto-alignée.

Assurez nanocomposites de nanoparticules fonctionnalisés

Quand on inclut nanoparticules fonctionnalisées dans un matériau composite, ces nanoparticules peuvent former des liaisons covalentes avec le matériau de base utilisé dans le composite. Par exemple, les nanotubes fonctionnalisés peuvent se lier avec des polymères pour produire un plastique plus fort. Dans un composite de fibres de carbone, les nanotubes fonctionnalisés liaison avec les fibres de carbone afin de créer une structure plus solide.

Les nanotubes fonctionnalisés formant une liaison forte avec les fibres de carbone.
Les nanotubes fonctionnalisés formant une liaison forte avec les fibres de carbone.

Nanocomposites sont utilisés dans plusieurs applications:

  • Une variété de nanoparticules telles que buckyballs, nanotubes et nanoparticules de silice sont utilisés avec différentes fibres pour former des nanocomposites utilisés dans les équipements sportifs tels que raquettes de tennis pour améliorer leur résistance ou la rigidité tout en les gardant léger.

  • Nanocomposites à base de nanotubes de carbone et les polymères sont en cours d'élaboration pour faire engin plus léger.

  • Nanocomposites à base de nanotubes de carbone dans un époxy sont utilisées pour faire des pales d'éoliennes plus, permettant au moulin à vent pour produire plus d'électricité.

  • Les nanoparticules d'argile sont utilisés dans les composites de plastique pour réduire la fuite de dioxyde de carbone à partir de bouteilles en plastique, ce qui améliore la durée de conservation de boissons gazeuses.

  • Composites de nanoparticules et des polymères sont développées pour produire des plastiques, forts légers pour remplacer les métaux dans les voitures.


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