خواص نانومواد

خواص نانومواد و نانوذرات صفر بعدی

نانومواد بسته به تعداد ابعادی از آن‌ها که در مقیاس نانو (بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر) قرار دارد، به چهار دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. نانومواد صفر بعدی (نانوذرات)

2. نانومواد یک بعدی (مانند نانوسیم‌ها)

3. نانومواد دو بعدی (مانند لایه‌های نازک)

4. نانومواد سه بعدی حجیم

برای تولید این دسته از مواد می‌توان از دو رویکرد اصلی بهره برد:

• روش‌های بالا به پایین (Top-down): در این روش‌ها، از تجزیه یا خرد کردن مواد بزرگ‌تر به مقیاس نانو می‌رسیم (مانند لیتوگرافی یا آسیاب مکانیکی).

• روش‌های پایین به بالا (Bottom-up): در این تکنیک‌ها، با کنار هم قرار دادن اتم‌ها یا مولکول‌ها، ساختارهای نانومتری شکل می‌گیرند (مانند رسوب‌دهی شیمیایی، سُل–ژل و خودآرایی مولکولی).

آنچه نانومواد را از مواد معمولی متمایز می‌کند، اندازه بسیار کوچک آن‌هاست که باعث بروز ویژگی‌های جدید و بعضاً شگفت‌انگیز می‌شود. در این مقاله، تمرکز ما بر بررسی خواص نانوذرات (نانوساختارهای صفر بعدی) خواهد بود.

به‌طور کلی، مواد در فضای سه‌بعدی با سه مؤلفه‌ی اصلی طول، عرض و ارتفاع توصیف می‌شوند. اگر حداقل یکی از این ابعاد در محدوده‌ی مقیاس نانو، یعنی بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار داشته باشد، آن ماده به عنوان «نانوساختار» شناخته می‌شود. نانوساختارها بسته به تعداد ابعاد فیزیکی‌شان که در مقیاس نانو هستند، قابل دسته‌بندی به انواع مختلفی هستند. یکی از رایج‌ترین دسته‌بندی‌ها برای نانوساختارها، مبتنی بر تعداد «ابعاد آزاد» آن‌هاست. منظور از بعد آزاد، بعدی است که در مقیاس نانو قرار ندارد و می‌تواند هر اندازه‌ای داشته باشد؛ به عبارت دیگر، در آن بعد خاص، ماده دارای آزادی ابعادی است.

بر این اساس، نانوساختارها در چهار گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:

1. نانوذرات (Zero-Dimensional Nanostructures) یا ساختارهای صفر بعدی، که در هیچ‌یک از سه بعد طول، عرض و ارتفاع، اندازه‌ای بیشتر از ۱۰۰ نانومتر ندارند. به این ساختارها اغلب به‌صورت نقطه‌ای نگاه می‌شود که فاقد هرگونه بعد آزاد هستند.

2. نانوسیم‌ها (One-Dimensional Nanostructures) که فقط در یکی از ابعاد (مثلاً طول) بزرگ‌تر از مقیاس نانو هستند و در دو بعد دیگر، اندازه‌ای در محدوده نانومتری دارند. این نوع ساختارها تنها دارای یک بعد آزاد هستند.

3. لایه‌های نازک یا فیلم‌های نازک (Two-Dimensional Nanostructures) که در دو بعد (طول و عرض) ابعادی بزرگ‌تر از مقیاس نانو دارند، اما در بعد سوم (ضخامت)، ابعاد نانومتری دارند. در نتیجه دو بعد آزاد دارند.

4. نانومواد حجیم یا توده‌ای (Three-Dimensional Nanostructures) که در هر سه بعد دارای گسترش ابعادی خارج از محدوده نانو هستند، اما ساختار داخلی آن‌ها شامل اجزای نانومتری است. این ساختارها دارای سه بعد آزاد بوده ولی از نظر درونی واجد ویژگی‌های نانومتری هستند.

از منظر الکترونیکی، هر ماده‌ی سه‌بعدی را می‌توان به‌صورت مجموعه‌ای از ساختارهای انرژی (ترازهای انرژی یا نوارهای انرژی) در سه راستای فضایی در نظر گرفت. به این معنا که هر بعد از جسم، ساختار انرژی خاص خود را داراست و ترکیب این سه ساختار انرژی، نمایانگر رفتار الکترونی کلی ماده می‌شود. زمانی که یکی یا چند بعد ماده در مقیاس نانو محدود می‌شوند، پدیده‌ای به نام محدودیت کوانتومی یا Quantum Confinement رخ می‌دهد.

محدودیت کوانتومی به این معناست که در ابعادی که ماده اندازه‌ای در حد نانومتر دارد، ترازهای انرژی از حالت پیوسته به صورت گسسته در می‌آیند. به زبان ساده‌تر، به‌دلیل کاهش شدید ابعاد، فضای مجاز برای حرکت الکترون‌ها محدود شده و انرژی آن‌ها فقط می‌تواند در سطوح خاص و مشخصی باشد، نه به‌صورت پیوسته. هر چه این محدودیت فضایی شدیدتر باشد (یعنی ماده کوچک‌تر باشد)، فاصله‌ی بین این ترازهای انرژی بیشتر خواهد بود. برای نمونه، لایه‌های نازک که تنها در یک بعد دارای ابعاد نانومتری هستند، در همان یک بعد دارای ترازهای انرژی گسسته خواهند بود، در حالی که در دو بعد دیگر همچنان رفتار پیوسته دارند.

از همین رو، یکی از تفاوت‌های بنیادی بین انواع نانوساختارها در تعداد ابعاد دارای نوار انرژی پیوسته در مقابل ترازهای انرژی گسسته است. این تفاوت منجر به بروز تغییرات بنیادین در خواص فیزیکی، شیمیایی، الکترونیکی، نوری و حتی مکانیکی مواد می‌شود. به عنوان مثال، تغییرات در ساختارهای انرژی نانومواد می‌تواند موجب جذب نور در طول‌موج‌های خاص، رفتار کاتالیزگری متفاوت، یا خواص مکانیکی فوق‌العاده شود.

نکته‌ی قابل توجه دیگر این است که فارغ از نوع نانوساختار (صفر بعدی، یک بعدی، دو بعدی یا سه بعدی)، روش‌های ساخت این ساختارها می‌توانند از یکی از دو رویکرد کلی «بالا به پایین» (Top-Down) یا «پایین به بالا» (Bottom-Up) باشند. این دو روش مختص دسته خاصی از نانوساختارها نیستند و بسته به هدف، جنس ماده، دقت مورد نیاز و نوع کاربرد، برای تولید هر نوع نانوساختاری به کار می‌روند.

• در روش بالا به پایین، ساختار نانومتری از دل یک ماده‌ی بزرگ‌تر با استفاده از تکنیک‌هایی مانند لیتوگرافی، خوردگی (Etching) یا ماشین‌کاری نانو، استخراج می‌شود.

• در مقابل، در روش پایین به بالا، نانوساختار از طریق اتصال و خودآرایی مولکول‌ها و اتم‌ها شکل می‌گیرد، مانند رشد شیمیایی یا رسوب‌دهی بخار.

این روش‌ها در صنایع مختلف، از ساخت حسگرها و ترانزیستورهای نانویی گرفته تا دارورسانی هوشمند، اهمیت حیاتی دارند.

1. نانوذرات (Nanoparticles)

نانوذرات به مجموعه‌ای از واحدهای سازنده، یعنی اتم‌ها یا مولکول‌ها، گفته می‌شود که اندازه‌ی آن‌ها در محدوده‌ی ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار دارد. از نظر تعداد اتم، ذراتی که بین ۱۰ تا ۱۰⁶ اتم را شامل می‌شوند، به‌طور معمول در دسته‌ی نانوذرات طبقه‌بندی می‌شوند. در مقابل، ساختارهایی که شامل ۱ تا ۱۰ اتم هستند، معمولاً به عنوان مولکول شناخته می‌شوند. البته باید توجه داشت که در برخی موارد خاص، به‌ویژه در مورد مولکول‌های زیستی، ساختارهایی با تعداد اتم‌های بیشتر (تا حدود ۲۵ اتم) نیز ممکن است همچنان در قالب مولکول تعریف شوند.

یکی از ویژگی‌های کلیدی نانوذرات این است که با تغییر اندازه در بازه‌ی نانومتری (۱ تا ۱۰۰ نانومتر)، نسبت سطح به حجم و فاصله بین ترازهای انرژی تغییر می‌کند. این دو عامل به صورت مستقیم بر خواص فیزیکی، شیمیایی، نوری و الکترونیکی نانوذرات اثر می‌گذارند. به عبارتی، کنترل اندازه‌ی نانوذرات یکی از ابزارهای بسیار مهم در مهندسی و طراحی خواص آن‌هاست. این ویژگی نقش مهمی در کاربردهای گسترده‌ی نانوذرات در حوزه‌های مختلف علمی و صنعتی ایفا می‌کند و در بخش‌های آتی به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

1.1 خواص نانوذرات

خواص نانوذرات به‌طور عمده تحت تأثیر جنس ماده‌ی تشکیل‌دهنده و ابعاد فیزیکی (اندازه‌ی نانوذره) هستند. تنوع در این دو عامل باعث می‌شود که نانوذرات کاربردهای بی‌شماری در زمینه‌های گوناگون مانند الکترونیک، پزشکی، شیمی، اپتوالکترونیک، حسگرها، انرژی و محیط زیست داشته باشند. با وجود تنوع بالای ویژگی‌ها و خواص، می‌توان گفت که اغلب این ویژگی‌ها را می‌توان با دو مفهوم بنیادین توضیح داد:

1. افزایش نسبت سطح به حجم

2. گسسته شدن ترازهای انرژی (به دلیل محدودیت کوانتومی)

در ادامه به بررسی برخی از این خواص پرداخته می‌شود.

خواص نوری نانوذرات

رفتار نوری نانوذرات یکی از بارزترین و پرکاربردترین ویژگی‌های آن‌هاست. به‌طور کلی، زمانی که نور (به صورت یک موج الکترومغناطیسی) به سطح یک اتم یا نانوذره برخورد می‌کند، سه پدیده ممکن است رخ دهد:

• جذب نور

• بازتاب نور

• عبور نور از ماده

فوتون، ذره بنیادی حامل انرژی در نور و امواج الکترومغناطیسی است. انرژی هر فوتون با رابطه زیر تعریف می‌شود:

E=hf

که در آن:

• E: انرژی فوتون (بر حسب ژول)

• h: ثابت پلانک، برابر با 6.63×10−34 ژول ثانیه (Js)

• f: فرکانس موج الکترومغناطیسی تابشی (بر حسب هرتز)

این رابطه نشان می‌دهد که انرژی یک فوتون متناسب با فرکانس موج آن است؛ یعنی هرچه فرکانس نور بیشتر باشد، انرژی فوتون نیز بالاتر خواهد بود.

بنابراین اگر نوری با فرکانس مناسب به یک اتم بتابد، انرژی آن فوتون با اختلاف انرژی بین دو تراز الکترونی در اتم هم‌خوانی پیدا کرده و توسط الکترون جذب می‌شود. الکترون نیز این انرژی را صرف جابجایی از یک تراز انرژی پایین‌تر به یک تراز بالاتر می‌کند. این فرایند به عنوان برانگیختگی الکترون شناخته می‌شود.

در شکل ۲ (سمت چپ)، این فرآیند به‌صورت شماتیک نشان داده شده است که چگونه یک الکترون با جذب انرژی فوتون به سطح انرژی بالاتری منتقل می‌شود.

همان‌طور که در بخش میانی شکل ۲ مشاهده می‌شود، پدیده‌ی جذب نور تنها به اتم‌ها محدود نمی‌شود، بلکه در مواد معمولی که دارای نوارهای انرژی پیوسته هستند نیز اتفاق می‌افتد. در این نوع مواد، الکترون‌ها از نوار ظرفیت (Valence Band) به نوار رسانش (Conduction Band) منتقل می‌شوند. این انتقال انرژی می‌تواند در اثر جذب فوتون نور صورت گیرد. همچنین در برخی شرایط، انرژی گرمایی محیط نیز می‌تواند عامل تحریک و برانگیختگی الکترون‌ها به نوار رسانش باشد. در این حالت، ماده می‌تواند رسانای الکتریسیته شود یا خواص نوری خاصی از خود نشان دهد.

در بخش سمت راست شکل ۲، سازوکار جذب نور در نانوذرات نمایش داده شده است. همان‌گونه که در تصویر مشخص است، نانوذرات نیز مشابه اتم‌ها دارای ترازهای انرژی گسسته هستند. این ویژگی گسسته بودن سطوح انرژی باعث شده که در ادبیات علمی، نانوذرات را با عنوان "اتم‌های مصنوعی (Artificial Atoms)" نیز بشناسند؛ چراکه آن‌ها همانند اتم‌های طبیعی، تنها می‌توانند انرژی را در مقادیر کوانتیده (گسسته) جذب یا گسیل کنند.

نکته‌ی بسیار مهم و کاربردی این است که وقتی اندازه‌ی نانوذره کاهش پیدا می‌کند، فاصله‌ی بین ترازهای انرژی افزایش می‌یابد؛ و برعکس، هرچه اندازه‌ی نانوذره بزرگ‌تر شود، فاصله‌ی میان ترازهای انرژی کاهش می‌یابد. این رفتار به دلیل محدودیت کوانتومی ناشی از ابعاد بسیار کوچک نانوذرات است. این ویژگی منحصربه‌فرد به ما اجازه می‌دهد که با تنظیم اندازه‌ی نانوذرات از یک جنس خاص، فاصله‌ی ترازهای انرژی آن‌ها را به گونه‌ای تغییر دهیم که موج‌های الکترومغناطیسی با فرکانس‌های خاص (مثلاً در ناحیه‌ی فرابنفش، نور مرئی، فروسرخ یا امواج رادیویی) توسط آن‌ها جذب شود.

به عبارت دیگر، کنترل اندازه‌ی نانوذره برابر است با کنترل خواص نوری آن. این قابلیت دقیق در طراحی، باعث شده است که نانوذرات در صنایع مختلف، از جمله صنایع نظامی، اپتوالکترونیک، فوتونیک و الکترونیک پیشرفته، نقش بسیار مهم و استراتژیکی ایفا کنند.

نانوذراتی که ابعاد آن‌ها کمتر از ۱۰ نانومتر باشد، به‌طور خاص با نام نقاط کوانتومی (Quantum Dots) شناخته می‌شوند. این ساختارهای فوق‌العاده کوچک به دلیل ترازهای انرژی گسسته و قابل تنظیم، در حوزه‌هایی مانند حسگرهای زیستی، تصویربرداری پزشکی، سلول‌های خورشیدی، نمایشگرها و تجهیزات لیزری کاربردهای گسترده‌ای دارند.

در شکل ۳، نمونه‌هایی از نانوذرات طلا و نقره با ابعاد مختلف ارائه شده‌اند. همان‌گونه که در تصویر مشاهده می‌شود، رنگ ظاهری نانوذرات در مقیاس‌های مختلف متفاوت است. این تفاوت رنگ دقیقاً ناشی از تغییر فاصله‌ی بین ترازهای انرژی در اثر تغییر اندازه‌ی نانوذره است. به عبارتی، با تغییر اندازه، طول‌موج نوری که نانوذره قادر به جذب یا بازتاب آن است تغییر می‌کند و این تغییرات در رفتار نوری، خود را به صورت تفاوت رنگ در نمونه‌های مختلف نشان می‌دهد.

در قسمت پایین هر تصویر رنگی، عکس میکروسکوپ الکترونی مربوط به همان نانوذره قرار داده شده است. این تصاویر ابعاد واقعی ذرات را نمایش می‌دهند و نشان می‌دهند که چگونه تغییرات بسیار جزئی در اندازه (در حد چند نانومتر) می‌تواند تأثیرات قابل توجهی در رفتار نوری و ظاهر رنگی نانوذرات ایجاد کند.

خواص مغناطیسی

همان‌طور که می‌دانید، در طبیعت تنها سه عنصر آهن (Fe)، نیکل (Ni) و کبالت (Co) و ترکیبات آن‌ها با عناصر دیگر دارای خواص مغناطیسی ذاتی هستند. در مقابل، سایر عناصر یا ترکیبات به‌تنهایی فاقد خاصیت مغناطیسی می‌باشند. این ویژگی سبب شده است که در بسیاری از کاربردهای صنعتی، علمی و روزمره، وابستگی شدیدی به این مواد مغناطیسی خاص وجود داشته باشد و از آن به عنوان یک محدودیت مهم در طراحی و ساخت تجهیزات یاد شود.

مواد مغناطیسی در زندگی روزمره ما بسیار پرکاربرد هستند. این کاربردها از مصارف ساده‌ای مانند شیشه‌بالابرها و برف‌پاک‌کن خودروها، پرینترها، اسکنرها، موتورهای کوچک خانگی، بلندگوها و سایر تجهیزات الکترونیکی آغاز شده و تا استفاده‌های پیچیده و پیشرفته‌تری مانند موتورهای الکتریکی صنعتی، ژنراتورها و سیستم‌های تولید انرژی ادامه می‌یابند. در نتیجه، اینکه تنها تعداد معدودی از عناصر و ترکیبات خاص دارای خاصیت مغناطیسی هستند، همواره چالشی مهم در توسعه فناوری محسوب می‌شود.

اما یکی از تحولات شگفت‌انگیز و کاربردی که در مقیاس نانو رخ می‌دهد، ایجاد خواص مغناطیسی در موادی است که در ابعاد معمولی چنین خاصیتی ندارند. در واقع، بسیاری از مواد که در ابعاد ماکروسکوپی کاملاً غیرمغناطیسی هستند، وقتی به ابعاد نانومتری می‌رسند و از یک اندازه مشخص کوچک‌تر می‌شوند، می‌توانند رفتار مغناطیسی از خود نشان دهند. برای نمونه می‌توان به نانوذرات اکسید آلومینیوم، نانوذرات طلا و مواد مشابه اشاره کرد. این پدیده باعث می‌شود محدودیت‌های مغناطیسی کلاسیک برداشته شوند و امکان طراحی و تولید موادی فراهم شود که ضمن داشتن خواص مغناطیسی، ویژگی‌های دیگری مانند زیست‌سازگاری، سبکی یا پایداری شیمیایی نیز داشته باشند.

به همین دلیل، در حوزه‌های گوناگون مانند پزشکی، زیست‌فناوری، دارورسانی هدفمند و تصویربرداری مغناطیسی (MRI)، از این نانوذرات مغناطیسی استفاده می‌شود. برای مثال، برخی نانوذرات مغناطیسی را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که به دارو متصل شوند و سپس با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی، آن‌ها را دقیقاً به محل موردنظر در بدن هدایت کرد. این روش نه تنها اثربخشی درمان را بالا می‌برد، بلکه عوارض جانبی دارو را نیز به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

اما دلیل این تغییر رفتار مغناطیسی در مقیاس نانو چیست؟ پاسخ به این پرسش به افزایش شدید نسبت سطح به حجم و وجود پیوندهای سطحی شکسته یا ناقص در نانوذرات مربوط می‌شود. هنگامی که بین دو اتم پیوندی شکل می‌گیرد، معمولاً دو الکترون با اسپین‌های مخالف در یک اوربیتال قرار می‌گیرند. این چینش متقارن باعث می‌شود که میدان‌های مغناطیسی ناشی از هر دو الکترون یکدیگر را خنثی کنند.

برای درک بهتر این موضوع باید توجه داشت که الکترون‌ها ذراتی باردار هستند و حرکت آن‌ها موجب تولید میدان مغناطیسی می‌شود. هر الکترون در اتم دارای دو نوع حرکت است:

1. حرکت اسپینی (Spin): چرخش الکترون به دور خودش

2. حرکت مداری (Orbital): چرخش الکترون به دور هسته

ترکیب این حرکات باعث تولید میدان مغناطیسی در اطراف الکترون می‌شود. از آنجا که میدان مغناطیسی یک کمیت برداری است، جهت آن نیز اهمیت دارد. هنگامی که دو الکترون با اسپین مخالف در یک اوربیتال قرار می‌گیرند، میدان مغناطیسی آن‌ها جهت مخالف داشته و یکدیگر را خنثی می‌کنند.

در نانوذرات، به دلیل نسبت بالای سطح به حجم، بخش قابل توجهی از اتم‌ها در سطح خارجی ذره قرار دارند. اتم‌های سطحی، برخلاف اتم‌های داخلی، به‌طور کامل با همسایگان خود پیوند ندارند. این پیوندهای شکسته یا ناقص به معنای آن است که الکترون‌هایی وجود دارند که تنها به‌صورت تکی در اوربیتال‌ها باقی مانده‌اند و همتایی برای خنثی کردن میدان مغناطیسی آن‌ها وجود ندارد. در نتیجه، این الکترون‌های تنها می‌توانند میدان مغناطیسی ایجاد کنند که در مقیاس جمعی به شکل خاصیت مغناطیسی قابل مشاهده در نانوذره ظاهر می‌شود.

بنابراین، در مقیاس نانو، به دلیل افزایش تعداد پیوندهای شکسته در سطح، احتمال وجود الکترون‌های منفرد (بدون هم‌تراز خنثی‌کننده) بسیار بالا می‌رود. این پدیده باعث می‌شود موادی که در حالت معمول غیرمغناطیسی هستند، در ابعاد نانومتری رفتاری مغناطیسی از خود بروز دهند. این ویژگی منحصربه‌فرد، نه تنها محدودیت‌های مواد مغناطیسی را کاهش داده، بلکه درهای جدیدی به روی طراحی مواد نوین با خواص مغناطیسی ویژه گشوده است.

خواص آنتی‌باکتریال

برخی از نانوذرات مانند نقره و طلا دارای خواص ضد میکروبی یا آنتی‌باکتریال هستند؛ به این معنا که میکروارگانیسم‌ها قادر به رشد یا تکثیر روی سطح آن‌ها نیستند. این ویژگی موجب شده تا چنین نانوذراتی در صنایع مختلفی از جمله لوازم آرایشی، بهداشتی، نساجی و پزشکی کاربرد گسترده‌ای پیدا کنند. نمونه‌هایی از این کاربردها شامل موارد زیر است:

• تولید ژل‌های ضدعفونی‌کننده دست که بدون نیاز به آب استفاده می‌شوند؛

• افزودن به فرمولاسیون صابون‌ها و شامپوها؛

• استفاده در بافت پارچه‌ها جهت تولید لباس‌های ضدباکتری؛

• به‌کارگیری در ساخت تجهیزات پزشکی به منظور کاهش آلودگی‌های بیمارستانی.

خواص فوتوکاتالیستی

علاوه بر این، برخی نانوذرات دیگر مانند اکسید روی (ZnO) یا دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) دارای خواص فوتوکاتالیستی هستند. این ذرات نیمه‌رسانا بوده و دارای گاف انرژی مشخصی هستند. عملکرد فوتوکاتالیستی به این صورت است که با تابش نور، الکترون‌های موجود در نوار ظرفیت این مواد به نوار هدایت منتقل می‌شوند. الکترون‌های برانگیخته‌شده سپس به مولکول‌های آلاینده منتقل می‌گردند و موجب تجزیه یا تخریب آن‌ها می‌شوند.

در واقع، واژه فوتوکاتالیست به این معناست که خواص کاتالیزگری ماده تنها در حضور نور فعال می‌شود. این ویژگی برای تصفیه آب و هوا و از بین بردن آلاینده‌های آلی بسیار مفید و کارآمد است.

خواص کاتالیزگری

کاتالیزگر ماده‌ای است که بدون شرکت مستقیم در واکنش شیمیایی، موجب افزایش یا کاهش سرعت واکنش می‌شود. یکی از عوامل بسیار مهم و تأثیرگذار در کیفیت و عملکرد کاتالیزگرها، کمیتی به نام مساحت ویژه (Specific Surface Area) است. هر چه مساحت ویژه یک کاتالیزگر بیشتر باشد، توانایی آن در تسریع واکنش‌های شیمیایی نیز بیشتر خواهد بود.

مساحت ویژه با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

S= A/ρV                                                            (1
که در آن:

• S برابر با مساحت ویژه، A برابر با مساحت سطح، ρ برابر با چگالی، و V برابر با حجم می‌باشد

مقدار مساحت ویژه برای کاتالیزگرهای صنعتی و تجاری معمولاً در بازه‌ای بین ۱۰۰ تا ۴۰۰ متر مربع بر گرم قرار دارد. به عنوان مثال، اگر مساحت ویژه یک کاتالیزگر ۱۰۰ m²/g باشد، این بدان معناست که تنها ۱ گرم از این ماده، دارای سطحی برابر با ۱۰۰ متر مربع است.

نانوذرات نیز به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، کاندیدای بسیار مناسبی برای عملکرد کاتالیزگری هستند. با این حال، خواص کاتالیزگری آن‌ها نیز وابسته به اندازه ذرات و مقدار دقیق مساحت ویژه است. تنها نانوذراتی که مساحت ویژه‌ای در بازه استاندارد (۱۰۰ تا ۴۰۰ m²/g) دارند، می‌توانند به‌صورت مؤثر به عنوان کاتالیزگر عمل کنند.

سایر کاربردهای نانوذرات

علاوه بر موارد گفته‌شده، نانوذرات در حوزه‌های متنوع و گسترده‌ای از فناوری و صنعت کاربرد دارند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها عبارت‌اند از:

• پزشکی: استفاده در سامانه‌های نوین دارورسانی، تصویربرداری پزشکی و درمان سرطان؛

• صنعت خودروسازی: جلوگیری از بخار کردن شیشه‌ها، سبک‌سازی بدنه خودروها، افزایش مقاومت لاستیک‌ها؛

• الکترونیک: ساخت ترانزیستورها، حافظه‌های نانویی و مدارهای پیشرفته.