E1 Dimensionalidade e Classificação

Tópico

A dimensionalidade dessa nanoestrutura — seja ela um ponto quântico praticamente sem extensão em qualquer direção (0D), um nanofio ou nanotubo estendido em uma única direção (1D), uma folha estendida em duas direções (2D) ou uma nanopartícula estendida de maneira comparável em todas as três direções (3D) — determina como sua relação superfície/volume se comporta à medida que a nanoestrutura cresce ou diminui: quanto menos dimensões essa nanoestrutura estendida tiver, mais rápido essa relação superfície/volume aumenta conforme seu tamanho característico diminui. O fato de essa nanoestrutura ser 0D, em vez de 1D, 2D ou 3D, faz com que essa relação superfície/volume se ajuste da maneira mais acentuada possível em resposta a uma redução em seu tamanho característico.

Uma alta relação superfície/volume, determinada pela dimensionalidade e tamanho característico dessa nanoestrutura, aumenta a fração de átomos de superfície dentro da mesma nanoestrutura: a proporção de todos os seus átomos que estão especificamente localizados em sua superfície exposta, em vez de estarem completamente circundados por outros átomos em seu volume interior. Uma relação superfície/volume maior também aumenta essa fração de átomos de superfície, aproximando-se, no limite de uma nanoestrutura extremamente pequena, do ponto em que praticamente todos os seus átomos são átomos de superfície.

Portanto, este modelo, com a dimensionalidade e a relação superfície/volume com as quais foi desenvolvido, determina, em última análise, quando os efeitos de superfície dessa nanoestrutura dominam o comportamento que o mesmo material teria em sua forma macroscópica: quando essa fração de átomos de superfície é alta, o comportamento dessa nanoestrutura é governado pelo que acontece em sua superfície e não mais pelo comportamento médio de um volume interior comparativamente pequeno. O fato de essa fração de átomos da superfície, determinada aqui a partir da dimensionalidade e do tamanho dessa nanoestrutura, ser a base dimensional de outros dois modelos desse conjunto significa que ambos dependem diretamente dela: o que descreve a energia superficial dessa nanoestrutura, proporcional a essa mesma fração de átomos da superfície, e o que descreve a funcionalização de sua superfície, que reutiliza essa mesma área superficial como espaço disponível para ancorar qualquer revestimento funcional.

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