Propriedades em nanoescala

As propriedades dos materiais em nanoescala são diferentes, em muitos casos, das propriedades dos materiais observados em outras escalas de comprimento.

Considere, por exemplo, o ponto de fusão dos metais. As nanopartículas geralmente exibem um ponto de fusão mais baixo do que os metais correspondentes a granel, e esses pontos de fusão dependem do tamanho. Por exemplo, o ouro a granel derrete a 1.064 graus Celsius, mas uma partícula de ouro de 4 nm derrete a cerca de 850 graus Celsius.

Em semicondutores como o silício, o band gap muda com o tamanho da partícula. O lacuna de banda é a energia necessária para mover um elétron da banda de valência para a banda de condução. Esta característica afeta as propriedades elétricas e ópticas de vários semicondutores (como Silício, Germânio e Arsenieto de Gálio) e impacta onde esses materiais são usados. As lacunas de bandas desses três materiais são 1,12, 0,67 e 1,42 elétron-volts (eV), respectivamente, na forma a granel. Estudos mostram que o band gap aumenta quando esses materiais são feitos na forma de nanofios ou nanopartículas. (Um nanofio é uma estrutura semelhante a um fio com diâmetro da ordem de nanômetros). Por exemplo, um nanofio de silício com diâmetro de 1,3 nm possui um band gap muito amplo de 3,5 eV.

A cor de um material também pode depender do tamanho. O aparecimento de cor é causado pela absorção parcial da luz principalmente pelos elétrons daquele material; a luz que não é absorvida permanece visível.

Em muitas superfícies metálicas lisas, a luz é refletida pela densidade muito alta de elétrons de condução nesses materiais; é por isso que as superfícies das placas de metal podem ter uma aparência espelhada. Em contraste, pequenas partículas absorvem parte da luz, levando ao aparecimento de cor. Esta propriedade depende do tamanho das nanopartículas.

Os nanossistemas não são grandes o suficiente para que muitas leis clássicas da física sejam aplicadas. Por exemplo, a lei de Ohm, que descreve a relação entre corrente e tensão num condutor, não descreve a condução de corrente através de um minúsculo nanofio. Aqui outros efeitos, conhecidos como efeitos mecânicos quânticos tornar-se importante.