nanorakenteina

Nanorakenteina viittaavat materiaali- tai rakenteelliset ratkaisut, joissa yksikkö- tai graviestason ominaisuudet määräytyvät nanoskoossa, tyypillisesti noin 1–100 nanometriä. Tämän mittakaavan ilmiöt, kuten kvanttivaikutukset ja suuri pinta-ala–tilavuus-suhde, voivat muuttaa sähköisiä, optisia, kemiallisia ja mekaanisia ominaisuuksia suhteessa suurikokoisiin vastineisiinsa. Nanorakenteita voidaan valmistaa yhdistelemällä yksittäisiä atomeja tai molekyylejä sekä muokkaamalla kolmiulotteista geometriaa.

Nanorakenteita esiintyy monissa muodoissa, kuten nanopartikkelit, nanohiukkaset, nanohiilet, nanotähdet, nanoputket, nanoviivat, kaksidimensioaliset nanosheetit ja ohutkalvot sekä monikerroksiset tai huokoiset nanokomposiitit. Näiden rakenteiden ominaisuuksia voidaan muokata koostumuksen, koon, muodon ja pintasäteilyn avulla. Nanorakenteet voivat olla sekä puhdasinkinnasia että yhdistelmiä, esimerkiksi hiilinanoputkia, grafeenia, kvanttihiukkasia ja perovskittisistä nanokiteistä koostuvia järjestelmiä.

Fabricaatio ja karakterisointi perustuvat sekä bottom-up- että top-down -lähestymistapoihin. Bottom-up -menetelmät sisältävät kemiallisen syntetisoinnin, itse-assemilaation ja kemialliset reaktiot, kun taas top-down -menetelmät puolestaan katkeavat suuremmista rakenteista käyttämällä litografiaa, piirto- tai suurennusmenetelmiä sekä mikro- ja nanofabrikointia. Rakenteiden analysointi tapahtuu pääasiassa elektronimikroskopian, atomisen voimamikroskopian ja spektroskopian keinoin.

Nanorakenteita käytetään laajasti elektroniikassa, fotoniikassa, katalyysissä, energiatehokkaissa ratkaisuissa, lääketieteessä, sensoroinnissa sekä pintojen ja materiaalien parantamisessa. Haasteisiin kuuluvat toistettavuus, skaalautuvuus, ympäristö- ja terveysvaikutukset sekä standardien ja sääntelyn tarve asias- ja turvallisuuskysymyksissä.