नैनोमटेरियल्स रसायन विज्ञान
नैनोमटेरियल्स रसायन विज्ञान नैनोमीटर रेंज में कम से कम एक आयाम वाले पदार्थों के संश्लेषण, संरचना और आकार-निर्भर गुणों का अध्ययन करता है, जहाँ क्वांटम परिरोध और बहुत उच्च सतह-से-आयतन अनुपात थोक से भिन्न व्यवहार प्रदान करते हैं।
Definition
नैनोमटेरियल्स रसायन विज्ञान इस बात का अध्ययन है कि नैनोस्केल सामग्री के आकार, आकृति और सतह रसायन विज्ञान को संश्लेषण द्वारा कैसे नियंत्रित किया जाता है और वे कैसे गुण — ऑप्टिकल, इलेक्ट्रॉनिक और उत्प्रेरक — उत्पन्न करते हैं जो संबंधित थोक ठोस से भिन्न होते हैं।
Scope
यह क्षेत्र नैनोस्केल पर पदार्थ के रासायनिक सिद्धांतों को शामिल करता है: शून्य-आयामी क्वांटम डॉट्स और नैनोक्रिस्टल जिनके ऑप्टिकल गुण आकार पर निर्भर करते हैं; दो-आयामी शीट जैसे ग्राफीन और संक्रमण-धातु डाइचलकोजेनाइड्स; नैनोकणों का कोलाइडल और विलयन-प्रावस्था संश्लेषण और उनका व्यवस्थित सुपरस्ट्रक्चर में संयोजन; और नैनोस्ट्रक्चर्ड ठोसों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले सॉफ्ट-केमिकल, सोल-जेल और टेम्पलेट मार्ग। यह पूरे क्षेत्र में आकार और आकृति को इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल और उत्प्रेरक कार्य से जोड़ता है।
Sub-topics
Core questions
- जब किसी ठोस को नैनोमीटर आयामों तक कम किया जाता है तो सामग्री के गुण क्यों बदलते हैं?
- नियंत्रित आकार और आकृति के साथ नैनोक्रिस्टल, नैनोशीट और नैनोकणों का संश्लेषण कैसे किया जाता है?
- सतह परमाणुओं का प्रभुत्व नैनोस्केल पर रसायन विज्ञान को कैसे बदलता है?
- नैनोस्केल बिल्डिंग ब्लॉक्स को कार्यात्मक आर्किटेक्चर में कैसे इकट्ठा किया जा सकता है?
Key concepts
- क्वांटम परिरोध
- सतह-से-आयतन अनुपात
- कोलाइडल नैनोक्रिस्टल संश्लेषण
- आकृति और पहलू नियंत्रण
- नैनोस्ट्रक्चर का स्व-संयोजन
- सतह लिगैंड्स और कैपिंग एजेंट
Key theories
- नैनोक्रिस्टल में क्वांटम परिरोध
- जब एक अर्धचालक क्रिस्टल एक्सिटॉन के आकार के बराबर हो जाता है, तो इलेक्ट्रॉनिक स्तर असतत हो जाते हैं और प्रभावी बैंड गैप आकार घटने के साथ चौड़ा हो जाता है, इसलिए ऑप्टिकल अवशोषण और उत्सर्जन को केवल कण आकार बदलकर ट्यून किया जा सकता है।
- नैनोक्रिस्टल का आकार और सतह नियंत्रण
- नैनोक्रिस्टल के गुण न केवल आकार पर बल्कि आकृति और उजागर क्रिस्टल पहलुओं पर भी निर्भर करते हैं, जिन्हें सर्फेक्टेंट और विकास की स्थितियों के माध्यम से कोलाइडल संश्लेषण के दौरान गतिज रूप से नियंत्रित किया जाता है, और जो उत्प्रेरक और प्लास्मोनिक व्यवहार को नियंत्रित करते हैं।
Clinical relevance
नैनोमटेरियल्स रसायन विज्ञान प्रौद्योगिकियों की एक विस्तृत श्रृंखला को रेखांकित करता है: आकार-ट्यून करने योग्य क्वांटम डॉट्स का उपयोग डिस्प्ले और बायो-इमेजिंग में किया जाता है, उच्च-सतह-क्षेत्र वाले नैनोकण उत्प्रेरक और इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करते हैं, और दो-आयामी सामग्रियों को इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर और झिल्ली के लिए खोजा जाता है।
History
1980 और 1990 के दशक में यह पहचान कि अर्धचालक नैनोक्रिस्टल आकार-निर्भर ऑप्टिकल गुण दिखाते हैं, जिसे एलिविसाटोस की 1996 की समीक्षा में संहिताबद्ध किया गया था, ने क्वांटम परिरोध को एक रासायनिक रूप से नियंत्रणीय घटना के रूप में स्थापित किया। कोलाइडल संश्लेषण में प्रगति ने तब आकार और आकृति के सटीक नियंत्रण को सक्षम किया, और ग्राफीन का 2004 का अलगाव दो-आयामी सामग्रियों के रसायन विज्ञान को खोल दिया, जिससे यह क्षेत्र नैनोकेमिस्ट्री के अनुशासन में विस्तृत हो गया।
Key figures
- A. Paul Alivisatos
- Mostafa El-Sayed
- Geoffrey Ozin
Related topics
Seminal works
- alivisatos1996
- elsayed2005
- ozin2009
Frequently asked questions
- एक नैनोकण थोक में उसी सामग्री से अलग व्यवहार क्यों करता है?
- नैनोस्केल पर दो प्रभाव हावी होते हैं: परमाणुओं का एक बड़ा अंश सतह पर होता है, जो प्रतिक्रियाशीलता और ऊर्जा को बदलता है, और पर्याप्त छोटे अर्धचालकों के लिए इलेक्ट्रॉन क्वांटम-परिरोधित होते हैं, जो ऊर्जा स्तरों को असतत करता है और थोक के सापेक्ष ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुणों को स्थानांतरित करता है।
- क्वांटम डॉट्स के रंग को कैसे ट्यून किया जा सकता है?
- क्वांटम परिरोध के कारण, एक अर्धचालक नैनोक्रिस्टल का प्रभावी बैंड गैप उसके आकार घटने के साथ बढ़ता है। छोटे डॉट्स बनाने से अवशोषण और उत्सर्जन उच्च ऊर्जा (नीला) में स्थानांतरित हो जाता है, इसलिए संश्लेषण के दौरान कण आकार को नियंत्रित करके रंग का चयन किया जा सकता है।