Nanorakenteista

Nanorakenteista tarkoitetaan rakenteita, joiden ominaisuudet ja käyttäytyminen määräytyvät niiden nanometrin mittakaavassa. Yleisesti puhutaan 1–100 nanometrin (nm) pituisista ulottuvuuksista, vaikka termiä käytetään joskus laajemmin viittaamaan pienikokoisiin rakenteisiin, joiden käyttäytyminen poikkeaa suurten rakenteiden ominaisuuksista. Nanorakenteet voivat esiintyä sekä yksittäisinä osina että monimutkaisissa materiaaleissa.

Nanorakenteita luokitellaan tilan mukaan: 0D (nolladimensionaaliset) hiukkaset kuten kvanttihiukkaset, 1D (yksiulotteiset) nanoviivat ja nanotikut, 2D (kaksulotteiset) nanosheets ja kalvot sekä 3D (kolmiulotteiset) nanorakenteet, kuten nanopora-verkot tai nanokomposiitit. Tällaiset rakenteet voivat ilmentää suurta pinta-alaa suhteessa tilavuuteen, kvanttivaikutuksia sekä suunnattuja sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia, jotka riippuvat materiaalista ja rakenteesta.

Nanorakenteita valmistetaan sekä ylhäältä alas -periaatteella kuten litografialla ja etchingillä että alhaalta ylöspäin -menetelmillä kuten kemiallisella syntetisoinnilla ja itseorganisoitumisella. Ominaisuuksia tutkitaan erilaisilla karakterisointi- ja mittausmenetelmillä, kuten TEM:llä, SEM:llä, AFM:llä sekä XRD:llä ja erillisillä spektroskopiamenetelmillä.

Sovelluksia ovat elektroniikka, katalyysi, energian talteenotto ja varastointi, lääketiede, sensorit sekä pintakäsittelyt. Nanorakenteiden avulla voidaan parantaa materiaalien ominaisuuksia kuten johtavuutta, kestävyyttä ja reaktiokykyä sekä mahdollistaa uudet toimintatavat. Haasteisiin kuuluvat turvallisuus- ja ympäristövaikutukset, tuotantokustannukset sekä sääntelyn ja standardien kehittäminen sekä eettiset ja yhteiskunnalliset vaikutukset.