نانوپودر چيست؟
پودر‌ها ذرات ريزي هستند كه از خُرد کردن قطعات جامد و بزرگ، يا ته‌نشين شدن ذرات جامدِ معلق در محلول‌ها به دست مي‌آيند. بنابراين، نانوپودرها را می‌توان مجموعه‌ي از ذرات دانست که اندازه‌ي آنها کمتر از 100 نانومتر است. (اگر يك متر را يك ميليارد قسمت كنيم، به يک نانومتر می‌رسيم. طبق تعريف، ساختار نانومتري ساختاري است که اندازه‌ي آن کمتر از 100 نانومتر باشد.)

چه پودري را می‌توان نانوپودر به شمار آورد؟

پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار می‌آيند:

حالت اول: ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر، در حد نانومتر باشد.
يعني اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي يک پودر را به صورت يکي از اشكال منظم هندسي در نظر بگيريم، ميانگين اندازه‌ي اضلاع آن بين 1 تا 100 نانومتر باشد. مهمترين اشكال هندسي، كُره و مكعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر را كُره فرض كنيم، بايد قطر كُره کمتر از 100 نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مكعب فرض شود، ميانگين اضلاع مكعب بايد در محدوده‌ي 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد. به عبارت حسابی‌تر، ميانگين اضلاع مکعب بايد در اين رابطه صدق کند: 1 nm<<100 nm. براي مثال، بلورهاي نمك طعام ساختاري مكعب‌شکل دارند. (شکل شماره‌ي 1)
يادآوري: اگر بيشترِ ذرات تشکيل‌دهندة پودر، ابعادي ميان 1 تا 100 نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب می‌شود.


شکل 1: ساختار بلور نمک طعام، مکعبي است.

 

حالت دوم: دانه‌هاي تشکيل‌دهندة پودر، ابعاد نانومتري داشته باشند.
در حالتي که اندازه‌ي ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر از صد نانومتر بيشتر باشد، کافي است دانه‌هاي آن ابعاد نانومتري داشته باشند تا نانوپودر به شمار آيند. يک مثال براي فهم اين موضوع، اتم‌هايي هستند که به صورت منظم و درون سلول‌هايي که آنها را "دانه" می‌ناميم، کنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوري جامد نيز از سلول‌هاي ريزي تشكيل شده‌اند كه به آنها دانه مي‌گويند. درون هر دانه، اتم‌ها در يك جهت خاص و رديف‌هاي موازي چيده شده‌اند و تفاوت دو دانة مجاورِ هم، تفاوت در همين جهت‌گيري اتم‌هاست.


شكل 2: اين ذره، حاوي سه دانه است.


شکل 3: اتم‌ها با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.


شکل 4: اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.


شکل 5: اتم‌ها با زاويه ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.
در دانه‌ي 1 (شکل 3)، اتم‌ها در رديف‌هاي موازي و با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. در دانه‌ي 2 (شکل 4) اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه و در دانه‌ي 3 (شکل 5) اتم‌ها با زاويه‌ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. وقتي اين سه دانه در كنار يكديگر قرار بگيرند، يك ذره تشكيل مي‌شود. (شکل 6) به فضاي خالي بين دانه‌ها «مرز دانه» مي‌گويند. مرز دانه محلي است كه جهت چيده شدن اتم‌ها عوض مي‌شود.
همچنين دانه‌ها را می‌توان مانند آجرهاي يك ديوار فرض كرد. در اين صورت، مرز بين دانه‌ها ملات بين آجرهاست. اگر قطر اين دانه‌ها بين 1 تا 100 نانومتر باشد، ذرات حاصل تشكيل نانوپودر مي‌دهند.
هر چه قطر دانه‌هاي يك ذره كمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي آن بيشتر خواهد بود (واضح است كه هر چه آجرهاي تشكيل‌دهنده‌ي يك ديوار 1 متر در 1 متر كوچكتر باشند، تعداد آجرها بيشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بيشتر شود، مانند گره‌هاي يک فرش، تار و پود آن محكمتر و درهم‌تنيده‌تر است و بنابرين استحكام محصول بيشتر خواهد بود.


شکل 6: سه دانه در مجاورت هم قرار گرفته‌اند تا يک ذره را تشکيل دهند.

يادآوري: اگر درصد قابل توجهي از دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي ذرات، نانومتري باشند، پودر، نانوپودر محسوب می‌شود.

حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولي ترکيب شوند.
در اين حالت، پودر را «نانوپودر کامپوزيتي» می‌نامند. کامپوزيت که از کلمه‌ي انگليسي composition گرفته شده، به معني ترکيب دو يا چند چيز است. ملموس‌ترين مثال براي كامپوزيت، كاه‌گل است. در كاه‌گل رشته‌هاي كاه در زمينه‌ي گِل پراكنده شده‌اند. در نانوپودرهاي كامپوزيتي نيز ذرات نانومتري در زمينه‌ي ذرات بزرگتر (غير نانومتري) پراكنده شده‌اند (شکل 7).


شکل 7: ذرات با قطر نانومتري در زمينه پراکنده شده‌اند.
علت ترکيب شدن آنها اختلاف خواص اين دو ماده است. در کامپوزيت معمولاً زمينه از يک ماده‌ي نرم و افزودني از ماده‌ي سخت انتخاب مي‌شود. در اين صورت، هنگامي‌ که به ماده نيرو وارد مي‌شود، زمينه نيرو را به رشته يا پودر اضافه‌شده منتقل مي‌كند تا بتواند در برابر نيروي واردشده‌ مقاومت بيشتري داشته باشد. (شکل شماره‌ي 8)


شكل 8 : در يک نانوکامپوزيت، ذرات نانويي در زمينه‌اي غيرنانويي پراكنده شده‌اند .