Te wszystkie pytania dla fizyka lub też chemika zdają się być banalne, a odpowiedzi na nie oczywiste, ale dla innych już nie. Poza czystą fizyką i chemią istnieje ogromna ilość zastosowań nanoTECHNOLOGII w innych dziedzinach nauki i przemysłu. Dla ludzi będących ekspertami w tych dziedzinach sama tajemnica nanoTECHNOLOGII może już nie być taka oczywista.

Jakie są zalety nanoKRYSZTAŁÓW?

nanoKRYSZTAŁY, będące pseudo jednowymiarowymi strukturami (1D struktury), czyli kryształy o wymiarach poniżej 100 nm mają właściwości odróżniające je od klasycznych materiałów, np. nanoPRĘTY, nanoRURKI, nanoIGŁY. nanoMATERIAŁY cechuje przedewszystkim:

1)      Duży współczynnik powierzchni do objętości

Wyobraźmy sobie płaską powierzchnię i wyobraźmy sobie powierzchnię całą pokrytą małymi prętami. Górna części prętów ma taką samą powierzchnię jak płaskie podłoże, a boczne cześci prętów stanowią dodatkowa przewagę nad tradycyjnym materiałem. Jeżeli taki pręt zamienimy na nanoRURKĘ, to przewaga wzrasta dwukrotnie.

Stosunek powierzchni do objętości (S/V) w zależności od promienia nanoDRUTU

Wraz ze zmnijeszeniem promienia nanoSTRUKTURY, wzrasta współczynnik powierzchni do objętości (ang. surface/volume ratio). Zależnosć ta ma charakter eksponencjalny, co jest prszedstawione na wykresie. W takim materiale dużo większą ilosć atomów, stanowią atomy powierzchniowe, czyli atomy, które mogą brać udział w reakcji z otoczeniem. Jeżeli tego typu materiał funkcyjny zastosujemy w czujnikach gazów, to gaz będzie reagował z większą powierzchnią materiału gazoczułego jakim np. jest ZnO i dzięki temu uzyskamy szybszy czas odpowiedzi oraz obniżymy dolny próg detekcji czujnika. W optoelektronice zastosowanie nanoMATERIAŁÓW ma podobne znaczenie. Zwiększa sie powierzchnię zdolną do emitowania światła, a w ogniwach słonecznych powierzchnię pochłaniającą promieniowanie, dzięki czemu wzrasta sprawność urządzeń.

2)      W szerokim zakresie temperatury oraz koncentracji nośników długość Debye’a jest równa promieniowi nanoSTRUKTURY (λ_D ≈ r)

Znaczenie długości Debay'a

Dla większości nanoDRUTÓW półprzewodników tlenkowych długość Debye’a jest porównywalna z ich promieniem w szerokim zakresie temperatury i koncentracji domieszek, co powoduje, że właściwości elektryczne tych materiałów silnie zależą od procesów zachodzących na ich powierzchni. W wyniku tych procesów może pojawić się sytuacja w której przewodność nanodrutów może zmieniać się od stanu zupełnie nieprzewodzącego do stanu wysoko przewodzącego, całkowicie na wskutek chemicznych reakcji zachodzących na ich powierzchni. Dzięki tej właściwości można poprawić czułość czujników gazów pracujących na takich materiałach funkcyjnych, skrócic ich czas odpowiedzi oraz obnizyc ich dolnyc próg detekcji.

3)      Czas dyfuzji nośników z wnętrza nanopręta na jego powierzchnie jest o dwa rzędy krótszy, niż ich czas rekombinacji.

To oznacza, że znakomita większość nośników zanim zdąży przerekąbinować, to dostanie się na powierzchnie materiału i wejdzie w reakcję z otoczeniem. Dzieki temu wszelkie powierzchniowe reakcje redox indukowane przez promieniowanie świetlne mogą zachodzić z kwantową efektywnością.

Kwantowa sprawnosć w nanoTECHNOLOGII