#materiałmiesiąca | Piękne i funkcjonalne - nanokwiaty
fot. Andrey P. Tarasov
Obserwacje struktur materiałów pod mikroskopem stanowią źródło fascynacji studentów inżynierii materiałowej ze względu na kolory i kształty, które można zaobserwować.
Na pewno każdy student przebywający na Wydziale Inżynierii Materiałowej chociaż raz zatrzymał się, aby spojrzeć na niezwykłe fotografie wiszące na ścianach. Dziś studenci kształcą się zdalnie i nie mają możliwości, aby znaleźć się w laboratorium z mikroskopem. W tym Materiale Miesiąca chcielibyśmy przybliżyć nanostrukturę 3D przypominającą kwiaty - nanokwiaty.
Nanokwiaty to nanocząstki o wielkości od 100 nm do 500 nm, które podobnie jak kwiaty składają się z kilku warstw płatków. Głównymi ich zaletami są wysoki współczynnik powierzchni do objętości, zwiększona aktywność chemiczna, wysoka stabilność chemiczna i wydajność.
fot. Ainars Knoks
Istnieje wiele metod wytwarzania nanokwiatów, są one łatwe oraz opłacalne pod względem ekonomicznym i przyjazne dla środowiska.
Nanocząstki mogą nie tylko wyglądać jak kwiaty, ale również rosnąć i rozwijać się podobnie do nich. Hierarchiczny wzrost obserwuje się w nanostrukturze ZnO wytworzonych metodą odparowania termicznego. Struktura kwiatu jest otrzymywana dzięki rozkładowi stężenia pary Zn, która napędza przemieszczanie się dyslokacji śrubowej. Nanocząstki ZnO o kształcie przypominającym kwiaty cechują się większą stabilnością, światłoczułością i absorbują tylko promieniowanie UV.
Jednym z zastosowań nanokwiatów jest oczyszczanie wody z ciężkich metali (Cd, Pb, Cr, Ni). W tym celu wykorzystuje się te ze związków tytanu (TNF - titanate nanoflowers), które wyróżniają się na tle nanorurek czy nanodrutów większą zdolnością adsorpcji i dużą pojemnością.
W 2018 roku zostały opublikowane wyniki badań dotyczące wytworzenia nowatorskiej kompozytowej membrany z nanokwiatów CuS, która mogłaby zostać użyta w miejscach, gdzie woda pitna jest trudno dostępna. Energia słoneczna jest pochłaniana przez materiał unoszący się na powszechni wody. Następnie jest przekształcana przez nanokwiaty CuS w parę wodną.
Kolejnym ważnym zastosowaniem nanokwiatów są fotodetektory UV azotku galu na krzemie. W artykule napisanym przez naukowców z Narodowego Laboratorium Fizycznego Indii (CSIR-NPL) fotodetektor UV ze strukturą nanokwiatów GaN cechuje się najwyższą czułością spośród dostępnych fotodetektorów UV na podłożu Si. Jego możliwymi zastosowaniami są czujniki biologiczne, urządzenia do monitorowania promieniowania UV lub wykrywania pocisków przez wojsko.
Dla zainteresowanych pozostawiamy link do krótkiego filmu i artykułu „Nanoflowers Grow In Tiny Garden”.
Źródła:
- https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21691401.2018.1428812
- http://ph.ptz.icm.edu.pl/wp-content/uploads/2016/11/2_Sawosz.pdf
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642511001034
- https://www.materialstoday.com/energy/news/composite-membrane-uses-the-sun-to-clean-up-water/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4316161/
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894711013635?via%3Dihub
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702111701237
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aelm.201700036
- http://www.semiconductor-today.com/news_items/2017/may/csir_050517.shtml
Photo credits:
Koło naukowe WAKANS
Artykuł z cyklu "Materiał miesiąca"