Nanostruktury

Nanostruktury to obiekty lub materiały, których wymiary mieszczą się w skali nanometrycznej, zwykle od 1 do 100 nanometrów w co najmniej jednym wymiarze. W tej skali obserwuje się wysoki stosunek powierzchni do objętości oraz często zjawiska kwantowe, co skutkuje unikalnymi właściwościami optycznymi, chemicznymi i mechanicznymi.

Do najważniejszych kategorii należą cząstki nano (nanoparticles), nanorurki (nanorurki węglowe), nanowiry, kapsułki kwantowe (kropki kwantowe) oraz dwuwymiarowe materiały, takie jak grafen i inne dwuwymiarowe struktury. Innymi przykładami są nanokompozyty i porowate nanostruktury. Właściwości nanostruktur mogą obejmować wyższą aktywność powierzchniową, lepsze przewodnictwo lub unikalne właściwości optyczne.

Sposoby syntezy dzielą się na top-down, obejmujący litografię i mechaniczne rozdrabnianie, oraz bottom-up, obejmujący chemiczną syntezę, samoorganizację i epitaksję. Top-down daje precyzyjne geometrie, podczas gdy bottom-up umożliwia budowę struktur z atomów lub cząsteczek.

Zastosowania nanostruktur obejmują elektronikę i fotonikę (tranzystory i układy optyczne na bazie nanomateriałów), medycynę (diagnostyka, dostarczanie leków), energetykę (baterie, superkondensatory) oraz katalizę i materiały o podwyższonej wytrzymałości lub aktywności powierzchniowej.

Do wyzwań należą powtarzalność i skalowalność produkcji, ocena ryzyka dla zdrowia i środowiska, koszty oraz regulacje prawne. Charakterystyka nanostruktur wymaga zaawansowanych technik: TEM i SEM, AFM, XRD, spektroskopii oraz technik powierzchniowych (XPS).