Nanopartícula de cerâmica - Ceramic nanoparticle

Nanopartícula de cerâmica é um tipo de nanopartícula composta de cerâmica , geralmente classificada como sólida inorgânica, resistente ao calor e não metálica, que pode ser feita de compostos metálicos e não metálicos. O material oferece propriedades únicas. Cerâmicas em macroescala são quebradiças e rígidas e quebram com o impacto. No entanto, as nanopartículas de cerâmica assumem uma grande variedade de funções, incluindo dielétricas , ferroelétricas , piezoelétricas , piroelétricas , ferromagnéticas , magnetorresistivas , supercondutoras e eletro-ópticas .

Nanopartículas de cerâmica foram descobertas no início dos anos 1980. Eles foram formados usando um processo chamado sol-gel que mistura nanopartículas dentro de uma solução e gel para formar a nanopartícula. Os métodos posteriores envolveram sinterização (pressão e calor). O material é tão pequeno que basicamente não tem falhas. Materiais em escala maior têm falhas que os tornam frágeis.

Em 2014, os pesquisadores anunciaram um processo de laser envolvendo polímeros e partículas de cerâmica para formar um nanotruss. Essa estrutura foi capaz de recuperar sua forma original após repetidas britagens.

Nanopartículas de cerâmica têm sido usadas como mecanismo de liberação de drogas em várias doenças, incluindo infecções bacterianas, glaucoma e, mais comumente, aplicação de quimioterapia no câncer. As mais antigas nanopartículas de cerâmica conhecidas foram encontradas em fragmentos de cerâmica de Keeladi, na Índia, que datam do século 6 aC.

Propriedades

Nanopartículas de cerâmica têm propriedades únicas devido ao seu tamanho e estrutura molecular. Essas propriedades são frequentemente mostradas em termos de vários fenômenos da física elétrica e magnética, que incluem:

Dielétrico - Um isolador elétrico que pode ser polarizado (tendo elétrons alinhados de modo que haja um lado negativo e um lado positivo do composto) por um campo elétrico para encurtar a distância de transferência de elétrons em uma corrente elétrica
Ferroelétrico - materiais dielétricos que polarizam em mais de uma direção (os lados negativo e positivo podem ser invertidos por meio de um campo elétrico)
Piezoelétrico - materiais que acumulam uma carga elétrica sob estresse mecânico
Piroelétrico - material que pode produzir uma tensão temporária dada uma mudança de temperatura
Ferromagnético - materiais que podem sustentar um campo magnético após a magnetização
Magnetoresistivo - materiais que alteram a resistência elétrica sob um campo magnético externo
Supercondutores - materiais que apresentam resistência elétrica zero quando resfriados a uma temperatura crítica
Eletro-óptico - materiais que alteram as propriedades ópticas sob um campo elétrico

Nanotruss

Nanopartículas de cerâmica têm mais de 85% de ar e são muito leves, fortes, flexíveis e duráveis. A nanotruss fractal é uma arquitetura nanoestrutura feita de alumina , ou óxido de alumínio . Sua compressão máxima é de cerca de 1 mícron a partir de uma espessura de 50 nanômetros. Após sua compressão, ele pode voltar à sua forma original sem nenhum dano estrutural.

Síntese

Sol-gel

Um processo para fazer nanocerâmicas varia é o processo sol-gel , também conhecido como deposição de solução química. Isso envolve uma solução química, ou o sol, feito de nanopartículas em fase líquida e um precursor , geralmente um gel ou polímero, feito de moléculas imersas em um solvente . O sol e o gel são misturados para produzir um material de óxido que geralmente é um tipo de cerâmica. Os produtos em excesso (um solvente líquido) são evaporados. As partículas desejadas são então aquecidas em um processo chamado densificação para produzir um produto sólido. Este método também pode ser aplicado para produzir um nanocompósito pelo aquecimento do gel em um filme fino para formar uma camada nanocerâmica no topo do filme.

Litografia de dois fótons

Este processo usa uma técnica de laser chamada litografia de dois fótons para gravar um polímero em uma estrutura tridimensional. O laser endurece os pontos que toca e deixa o resto intacto. O material não endurecido é então dissolvido para produzir uma "casca". A casca é então revestida com cerâmica, metais, vidro metálico, etc. No estado acabado, o nanotruss de cerâmica pode ser achatado e voltar ao seu estado original.

Sinterização

Em outra abordagem, a sinterização foi usada para consolidar pós nanocerâmicos usando altas temperaturas. Isso resultou em um material áspero que danifica as propriedades da cerâmica e requer mais tempo para a obtenção do produto final. Esta técnica também limita as possíveis geometrias finais. A sinterização por micro-ondas foi desenvolvida para superar esses problemas. A radiação é produzida a partir de um magnetron , que produz ondas eletromagnéticas para vibrar e aquecer o pó. Este método permite que o calor seja transferido instantaneamente por todo o volume do material, em vez de de fora para dentro.

O nanopó é colocado em uma caixa de isolamento composta de placas de baixo isolamento para permitir que as microondas passem por ele. A caixa aumenta a temperatura para ajudar na absorção. Dentro das caixas estão suspensores que absorvem as microondas em temperatura ambiente para inicializar o processo de sinterização. O microondas aquece os suspensores a cerca de 600 ° C, o suficiente para fazer com que a nanocerâmica absorva as microondas.

História

No início da década de 1980, surgiram as primeiras nanopartículas, especificamente as nanocerâmicas, utilizando sol-gel . Este processo foi substituído pela sinterização no início dos anos 2000 e depois pela sinterização por micro-ondas. Nenhuma dessas técnicas se mostrou adequada para produção em larga escala.

Em 2002, os pesquisadores tentaram fazer a engenharia reversa da microestrutura de conchas para fortalecer a cerâmica. Eles descobriram que a durabilidade das conchas vem de sua "microarquitetura". A pesquisa começou a se concentrar em como a cerâmica poderia empregar tal arquitetura.

Em 2012, os pesquisadores replicaram a estrutura da esponja do mar usando cerâmica e a nanoarquitetura chamada nanotruss. Em 2015, o maior resultado é um cubo de 1 mm. A estrutura da rede comprime até 85% de sua espessura original e pode recuperar sua forma original. Essas redes são estabilizadas em triângulos com membros cruzados para integridade estrutural e flexibilidade.

Em 2020, Kokarneswaran et al publicou um artigo na Nature, sobre a descoberta de diferentes formas de nanoestruturas de carbono, incluindo feixes de nanotubos de carbono de parede única, nanotubos de carbono de parede múltipla e folhas como estruturas provavelmente óxido de grafeno são observados no revestimento preto interno de os cacos de cerâmica de Keeladi, Índia, que tinham sido feitos de carbono, datados do século 6 aC. São as nanoestruturas mais antigas observadas até agora. Em geral, os CNTs e o grafeno são conhecidos por sua resistência mecânica superior do que a contraparte em massa. A descoberta dessas duas formas de carbono no revestimento Keeladi levanta as seguintes questões. (i) O antigo assentamento Keeladi conhece a importância dessas propriedades e as adaptou intencionalmente? (ii) Dado que o revestimento preto é observado na parte interna do fragmento, se essas cerâmicas fossem usadas para preparação ou preservação comestível, a civilização antiga poderia estar ciente da natureza citotóxica do CNT e das folhas de óxido de grafeno / grafeno.

Formulários

Tecnologia médica usada Nanopartícula de cerâmica para reparo ósseo. Tem sido sugerido para áreas como fornecimento e armazenamento de energia, comunicação, sistemas de transporte, construção e tecnologia médica. Suas propriedades elétricas podem permitir que a energia seja transferida com eficiências próximas de 100%. Nanotrusses podem ser eventualmente aplicáveis para materiais de construção, substituindo concreto ou aço.

Referências

9. https://irancar.care/product-category/products/ceramic-coatings/

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