Nanopartikler har stor overflade i forhold til massen

En terning, der måler 300 nm på hver side indeholder cirka 1 milliard atomer, hvoraf 0,6 % befinder sig på overfladen. En meget mindre terning blot 3 nm på hver side indeholder kun 1000 atomer, men her sidder 50 % på overfladen (figur 3). Denne enorme forøgelse af overfladearealet er skyld i mange nanopartiklers store reaktionsvillighed.

Figur 3 (figur6). Jo mindre en terning eller partikel bliver, desto større en andel af materialets atomer (kugler) sidder på overfladen. Kemiske reaktioner sker altid på overfladen af partikler og derfor har nanopar- tikler ofte langt højere reaktivitet end større partikler af det samme materiale.

Figur 3. Jo mindre en terning eller partikel bliver, desto større en andel af materialets atomer (kugler) sidder overfladen. Kemiske reaktioner sker altid overfladen af partikler og derfor har nanopartikler ofte langt højere reaktivitet end større partikler af det samme materiale.

Nye nanomaterialer
Nanoteknologi forbindes også ofte med de nye materialer, såsom buckyballs , nanorør og grafen. Buckyballs eller Buckminsterfullerener er sat sammen af 60 karbonatomer til en kugle med en diameter på 1 nm på samme måde som felterne på en fodbold (figur 4).

C60-molekylerne blev opdaget af de tre forskere Robert F. Curl, Harold W. Kroto og Richard E. Smalley i 1985. Før da kendte man kun til to rene former af karbon: grafit og diamanter. De små karbonbolde var så banebrydende, at Curl, Kroto og Smalley i 1996 fik nobelprisen for deres opdagelse.

Nogle forskere forsøger at bruge de hule C60-molekyler til behandling af kræft ved at sætte signalstoffer, som kun genkendes af kræftceller, på ydersiden af kuglerne. Når de optages og nedbrydes inden i kræftcellerne, slipper medicinen ud og dræber cellerne. Buckyballs har flere specielle egenskaber, der gør dem velegnede i mange produkter. Fremstillingen af molekylerne er dog indtil videre så dyr, at det nok foreløbigt er begrænset, hvor meget de bliver anvendt.

En anden vigtig karbonstruktur er kulstofnanorør, der ligner lange ruller hønsenet (figur 4). Rørene kan være så små som blot én nanometer brede og op til tusindvis nanometer lange. De er desuden helt fantastiske til at lede strøm samt ekstremt stærke, lette og bøjelige. Derfor bruges de både i tennisketsjere, golfkøller og Tour de France-cykler, hvor de giver øget styrke og mindre vægt. Deres evne til at lede strøm næsten uden modstand betyder, at mange spåede dem en stor fremtid blandt andet i nanoelektronik. Dette har vist sig dog at være ret svært, og inden de fik deres store gennembrud, blev de overhalet af grafen, et rigtigt 2D-materiale som kun er et atom højt. Grafen er ekstremt stærkt, bøjeligt, og helt fænomenalt til at lede strøm og så er det samtidig gennemsigtigt og uigennemtrængeligt, ikke engang heliumatomet kan komme igennem den. Grafen er stadigvæk et materiale under forskning. Men det kan potentielle bruges indenfor energilagring, sensorer,  vandrensning, elektronik m.fl. 

Figur 4

(Figur 9). Fullerener. C60-molekyler er en del af fulleren-familien, der består af rene karbon-molekyler i form af hule kugler (herunder buckyballs) og rør (karbonnanorør).

Fullerener. C60-molekyler er en del af fulleren-familien, der består af rene karbon-molekyler i form af hule kugler (herunder buckyballs) og rør (kulstofnanorør).

Nanopartikler på godt og ondt
Nanoteknologien kan også bruges til at bekæmpe forurening og til at forbedre miljøvenlig energiproduktion. Nanopartikler i bilkatalysatorer fjerner skadelige giftstoffer fra bilernes udstødning, jernnanopartikler kan rense forurenet grundvand, og nanobiosensorer kan spore bakterier i drikkevandet. Endelig kan nanomaterialer bruges til effektive elektrolyseceller, der fremstiller hydrogen ved hjælp af elektricitet fra solceller eller vindmøller, eller til brændselsceller, der omdanner hydrogen til strøm.

Som med alle andre teknologier og nye materialer er der selvfølgelig også en risiko for, at nogle nanomaterialer er skadelige for vores miljø eller helbred. Nanopartiklernes lille størrelse betyder, at de i visse tilfælde kan optages i kroppen og på grund af deres store reaktivitet muligvis forårsage skader. Nanotoksikologi er et nyt forskningsområde, hvor forskerne studerer forskellige nanomaterialers indflydelse på mennesker og miljø.

Denne tekst er et redigeret uddrag af bogen Nanoteknologiens Horisonter http://www.fysik.dtu.dk/Uddannelse/Nanoteket/Nanoteknologiske-Horisonter

 

http://www.nanotechacademy.dk/introduktion/nanopartikler
24 MARTS 2019