nanostruktuurides

Nanostruktuurid on ained või süsteemid, mille põhilised mõõtmed ja struktuur paiknevad nanomeetrite skaalal (1–100 nm). Sellisel skaalal võivad tekkida kvantkonfinement, suur pindade suhe ning uued elektromagnetilised, optilised või mehaanilised omadused, mida ei märka makroskoopilistes materjalides. Nanostruktuuride omadused sõltuvad nii materjali koostisest kui ka geomeetriast ja sünteesiviisist.

Nanostruktuuride klassifikatsioon põhineb dimensionaalsusel ulatusel: 0D (nanopartiklid), 1D (nanorodid, nanotubid), 2D (nanosheets, grafenilaadsed kihid) ja 3D nanostrukturaalsed materjalid. Neid võib toota nii top-down meetoditega (litograafia, peenestamine) kui ka bottom-up meetoditega (keemiline süntees, enesekoostamine).

Näited hõlmavad süsiniknanotorusid (1D) ning grafen ja teisi 2D kihte ning kvantpunktid (0D). Nanostruktuurid pakuvad suure pindala suhet, võivad kontrollida elektronset ja optilist käitumist ning neid kasutatakse laialdaselt elektroonikas, fotonikas, katalüüsis, meditsiinis ja energiasalvestuses. Kvantkeemiliste efektide ja struktuurilise kontrolli tõttu omavad nad unikaalseid omadusi.

Väljakutsed hõlmavad tootmise skaleerimist, materjalide stabiilsust ning tervise- ja keskkonnariskide hindamist. Nanomaterjalide kasutus nõuab reguleerimist ja standardiseerimist ning elutsükli hindamist, et vähendada võimalikke kahjustusi.

Ajalugu: nanostruktuuride mõiste sai laiemalt tuntuks 1980. aastatel; olulised verstapostid on fullerenide avastamine 1985 ja süsiniknanotorude esmakordne kirjeldus 1991.