Ce sunt nanomaterialele?
Nanomaterialele pot fi definite ca materiale care posedă, cel puțin, o dimensiune externă care măsoară 1-100 nm. Definiția dată de Comisia Europeană prevede ca mărimea particulelor de cel puțin jumătate din particule din distribuția mărimii numărului trebuie să măsoare 100nm sau mai puțin.
Nanomaterialele pot apărea în mod natural, pot fi create ca produse secundare ale reacțiilor de ardere sau pot fi produse în mod special prin inginerie pentru a îndeplini o funcție specializată. Aceste materiale pot avea proprietăți fizice și chimice diferite față de omologii lor în formă de masă.
Care sunt utilizările nanomaterialelor?
Datorită capacității de a genera materialele într-un mod special pentru a juca un rol specific, utilizarea nanomaterialelor se întinde pe diverse industrii, de la servicii medicale și cosmetice, la conservarea mediului și purificarea aerului.
Domeniul de asistență medicală, de exemplu, utilizează nanomateriale într-o varietate de moduri, o utilizare majoră fiind administrarea de medicamente. Un exemplu al acestui proces este acela prin care nanoparticulele sunt dezvoltate pentru a ajuta transportul medicamentelor chimioterapice direct la creșteri canceroase, precum și pentru a livra medicamente în zone ale arterelor deteriorate pentru a combate bolile cardiovasculare. Nanotuburile de carbon sunt de asemenea dezvoltate pentru a putea fi utilizate în procese precum adăugarea de anticorpi la nanotuburi pentru a crea senzori de bacterii.
În aerospațial, nanotuburile de carbon pot fi utilizate la transformarea aripilor aeronavei. Nanotuburile sunt utilizate într-o formă compozită pentru a se îndoi ca răspuns la aplicarea unei tensiuni electrice.
În altă parte, procesele de conservare a mediului folosesc și nanomateriale - în acest caz, nanofirele. Sunt dezvoltate aplicații pentru a utiliza nanofirele - nanofire de oxid de zinc - în celule solare flexibile, precum și pentru a juca un rol în tratarea apei poluate.
Exemple de nanomateriale și industrii în care sunt utilizate
Utilizarea nanomaterialelor este predominantă într-o serie de industrii și produse de larg consum.
În industria cosmetică, nanoparticulele minerale - ca oxid de titan - sunt utilizate în protecția solară, datorită stabilității slabe pe care o oferă protecția UV împotriva substanțelor chimice convenționale pe termen lung. Așa cum ar face materialul în vrac, nanoparticulele de oxid de titan sunt capabile să ofere o protecție UV îmbunătățită, având în plus avantajul de a îndepărta albirea neapărată din punct de vedere cosmetic asociată cu protecția solară în nano-forma lor.
Industria sportului a produs lilieci de baseball, care au fost realizate cu nanotuburi de carbon, făcând ca liliecii să fie mai ușori, îmbunătățind astfel performanțele lor. Utilizarea suplimentară a nanomaterialelor în această industrie poate fi identificată în utilizarea nanotehnologiei antimicrobiene în articole precum șervețele și covorașele utilizate de sportivi, pentru a preveni bolile cauzate de bacterii.
Nanomateriale au fost, de asemenea, dezvoltate pentru a fi utilizate în armată. Un exemplu este utilizarea nanoparticulelor pigmentare mobile care sunt utilizate pentru a produce o formă mai bună de camuflaj, prin injectarea particulelor în materialul uniformelor soldaților. În plus, militarii au dezvoltat sisteme de senzori folosind nanomateriale, cum ar fi dioxidul de titan, care pot detecta agenți biologici.
Utilizarea dioxidului nano-titan se extinde și la utilizarea în acoperiri pentru a forma suprafețe de auto-curățare, cum ar fi cele ale scaunelor de grădină din plastic. Pe stratul de acoperire este creată o peliculă sigilată de apă și orice murdărie se dizolvă în film, după care următorul duș va îndepărta murdăria și va curăța în esență scaunele.
Avantajele nanomaterialelor
Proprietățile nanomaterialelor, în special dimensiunea lor, oferă diverse avantaje diferite în comparație cu forma în vrac a materialelor, iar versatilitatea lor în ceea ce privește capacitatea de a le adapta la cerințe specifice accentuează utilitatea acestora. Un avantaj suplimentar îl reprezintă porozitatea ridicată, care crește din nou cererea de utilizare a acestora într-o multitudine de industrii.
În sectorul energetic, utilizarea nanomaterialelor este avantajoasă prin faptul că acestea pot face metodele existente de generare a energiei - cum ar fi panourile solare - mai eficiente și mai eficiente din punct de vedere al costurilor, precum și deschiderea de noi modalități de valorificare și stocare a energiei.
Nanomaterialele sunt, de asemenea, setate să introducă o serie de avantaje în industria electronică și a calculatoarelor. Utilizarea acestora va permite creșterea preciziei construcției circuitelor electronice la nivel atomic, ajutând la dezvoltarea de numeroase produse electronice.
Raportul foarte mare suprafață-volum dintre nanomateriale este util în special în utilizarea lor în domeniul medical, ceea ce permite legarea celulelor și a ingredientelor active. Acest lucru duce la avantajul evident al creșterii probabilității de a combate cu succes diferite boli.
Dezavantaje ale nanomaterialelor
Alături de beneficiile lor, există și o serie de dezavantaje asociate utilizării nanomaterialelor. Datorită noutății relative a utilizării pe scară largă a nanomaterialelor, nu există o cantitate mare de informații privind aspectele de sănătate și siguranță ale expunerii la materiale.
În prezent, unul dintre principalele dezavantaje asociate nanomaterialelor este considerat a fi expunerea la inhalare. Această preocupare decurge din studiile efectuate pe animale, ale căror rezultate au sugerat că nanomaterialele, cum ar fi nanotuburile de carbon și nanofibrele, pot provoca efecte pulmonare dăunătoare, cum ar fi fibroza pulmonară. Alte riscuri posibile pentru sănătate sunt expunerea la ingestie și pericolele de explozie la praf.
În plus, există încă lacune de cunoștințe cu privire la nanomateriale, ceea ce înseamnă că procesul de fabricație poate fi adesea complex și dificil. Procesul general este, de asemenea, scump, necesitând rezultate optime - în special în ceea ce privește utilizarea lor în bunuri de consum - pentru a evita pierderile financiare.
Evaluările riscurilor referitoare la efectele potențiale asupra mediului indică faptul că nanomaterialele utilizate în articole cosmetice, cum ar fi protecția solară, care sunt aplicate pe piele, prezintă riscul de a ajunge în ecosistemele acvatice după ce au fost spălate. Nanomaterialele care au fost proiectate pot ajunge, de asemenea, în corpuri de apă, cum ar fi lacurile și râurile, înainte de a se acumula pentru a crea particule de dimensiuni mai mari. Aceasta poate pune în pericol speciile de apă dulce - cum ar fi melcii - inducând eventual o scădere a proceselor de viață precum creșterea și reproducerea. Aceleași probleme cauzate de materialele din astfel de ecosisteme de apă dulce sunt susceptibile să se refere și la ecosistemele marine. Acumularea de nanomateriale în alte aspecte ale mediului, cum ar fi solurile - prin nămolurile de canalizare - reprezintă o preocupare suplimentară. Cu toate că concentrațiile acestor nanomateriale proiectate sunt destul de mici, eliberarea repetată poate determina creșterea concentrațiilor în timp, agravând efectele negative aferente.