Нанотехнология является известной и перспективной областью исследований открытой в 20 веке. Нанотехнологии производят материалы различных типов на наноразмерном уровне. Наночастицы (НЧ) представляют собой широкий класс материалов, которые включают в себя вещества в виде частиц, имеющие размер менее 100 нм. Важность этих материалов была осознана, когда исследователи обнаружили, что размер может влиять на физико-химические свойства вещества, например, на оптические свойства.
Наночастицы сами по себе не являются простыми молекулами и поэтому состоят из трех слоев, поверхностного слоя, который может быть функционализирован различными молекулами, ионами металлов, поверхностно-активными веществами и полимерами. Второй слой оболочки, который химически отличается от ядра во всех аспектах. И собственно ядро частицы.
Благодаря таким исключительным характеристикам, эти материалы вызвали огромный интерес исследователей в различных областях. Например мезопористость придает дополнительные характеристики, что позволяет использовать их для доставки лекарств, химического и биологического зондирования, газоанализирования, улавливание CO2.
Наночастицы в целом делятся на различные категории в зависимости от их морфологии, размера и химических свойств. На основе физических и химических характеристик некоторые из известных классов NP приведены ниже.
Фуллерены и углеродные нанотрубки (УНТ) представляют собой два основных класса углеродных наночастиц. Фуллерены содержат наноматериал, который изготовлен из полой клетки, такой как аллотропные формы углерода. Они вызвали заметный коммерческий интерес благодаря своей электропроводности, высокой прочности, структуре, сродству к электрону и универсальности. Эти материалы обладают упорядоченными пятиугольными и шестиугольными углеродными единицами, в то время как каждый углерод sp2гибридизован. УНТ имеют удлиненную трубчатую структуру диаметром 1–2 нм и могут быть представлены как металлические или полупроводниковые, зависящие от их диаметра по величине. Рулонные листы могут быть одинарными, двойными или несколькими стенками, и поэтому они называются одностенными (ОСНТ), двустенными (ДУНТ) или многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ) соответственно. Они широко синтезируются путем осаждения углеродных прекурсоров, особенно атомарных углеродов, испаряемых из графита лазером или электрической дугой на металлические частицы. В последнее время они были синтезированы путем химического осаждения из паровой фазы. Благодаря своим уникальным физическим, химическим и механическим характеристикам, эти материалы используются не только в первозданном виде, но и в нанокомпозитах для многих коммерческих применений, таких как наполнители, эффективные газовые адсорбенты для окружающей среды и в качестве поддерживающей среды для различных неорганических и органических катализаторов.
Металлические наночастицы сделаны исключительно из металлов. Благодаря хорошо известным характеристикам локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛСПР) эти НЧ обладают уникальными оптоэлектрическими свойствами. НП щелочных и благородных металлов, таких как Cu, Ag и Au, имеют широкую полосу поглощения в видимой зоне электромагнитного солнечного спектра. Контролируемый гранями, размером и формой синтез металлических наночастиц важен в современных материалах. Из-за их передовых оптических свойств металлические НЧ находят применение во многих областях исследований. Так например, покрытие Gold NPs широко используется для усиления электронного потока, что помогает в получении высококачественных изображений.
Керамические НЧ представляют собой неорганические неметаллические твердые частицы, синтезированные путем нагревания и последовательного охлаждения. Их можно найти в аморфной, поликристаллической, плотной, пористой или полой формах. Поэтому эти НЧ привлекают большое внимание исследователей из-за их использования в таких процессах, как катализ, фотокатализ, фотодеградация красителей и изображений.
Полупроводниковые материалы обладают свойствами между металлами и неметаллами, и поэтому они нашли различные применения в благодаря этому свойству. Полупроводниковые НЧ обладают широкими запрещенными зонами и, следовательно, показали значительное изменение своих свойств при настройке запрещенной зоны. Поэтому они являются очень важными материалами в фотокатализе, фотооптике и электронных устройствах. В качестве примера, различные полупроводниковые наночастицы оказываются исключительно эффективными для расщепления воды. Обычно это НЧ на органической основе представленные в основном наносферами или нанокапсулярными формами. Первые представляют собой частицы матрицы, общая масса которых, как правило, является твердой, а другие молекулы адсорбируются на внешней границе сферической поверхности. В последнем случае твердая масса полностью инкапсулируется внутри частицы.
Наночастицы на основе липидов. Эти НЧ содержат липидные фрагменты и эффективно используются во многих биомедицинских применениях. Как правило, липидный НЧ является характерно сферическим с диаметром в диапазоне от 10 до 1000 нм. Как и полимерные НЧ, липидные NP имеют твердое ядро из липида, а матрица содержит растворимые липофильные молекулы. Поверхностно-активные вещества или эмульгаторы стабилизировали внешнее ядро этих НЧ. Липидная нанотехнология представляет собой особую область, которая фокусируется на разработке и синтезе липидных НЧ служащими как переносчики лекарств и доставка и высвобождение РНК в терапии рака.