جسيم نانوي
الخصائص

تلعب الجسيمات النانوية فائدةً كبيرةً حيث أنها تمثل جسراً للتواصل بين المواد السائبة والبنى الذرية والجزيئية. حيث يجب أن يكون للمادة السائبة خصائص ثابتة فيزيائياً بغض النظر عن حجمها، إلا أنه غالباً ما يتم ملاحظة الخصائص القائمة على الحجم النانوي. ومن ثم، تغير خصائص المادة باقتراب حجمها من المقياس النانوي، حيث تصبح لنسبة الذرات على سطح المادة أهميتها الخاصة. أما بالنسبة للمواد السائبة والتي يزيد حجمها عن واحد ميكرون، فإن نسبة الذراتن على السطح ليست مهمة في علاقتها مع عدد الذرات في مجموع المادة. كما قد تعزو الخصائص المثيرة وفي بعض الأحيان غير المتوقعة للجسيمات النانوية بصورةٍ كبيرةٍ إلى مساحة سطح المادة الضخم، والتي تسيطر على التوزيعات التي تتم في مجموع تلك المادة.
و على سبيل المثال، غالباً ما تكون الجسيمات النانوية للذهب الأصفر والسيليكون الرمادي حمراء اللون؛ حيث تذوب جزيئات الذهب عند درجات حرارةٍ أقل بمقدار (~ 300 درجةٍ مئويةٍ لحجم 2.5 نانو متر) عن ألواح الذهب والتي تتطلب (1064 درجةٍ مئويةٍ)؛ كما أن امتصاص الأشعة الشمسية في الخلايا الضوئية يكون أعلى في المواد المكونة من جزيئات نانوية عن تلك المتواجدة في الطبقات الرقيقة بالألواح المستمرة للمادة – حيث أنه كلما قل حجم الجسيم، كلما تزايد امتصاص الأشعة الشمسية.
و تتضمن تغيرات الخصائص المعتمدة على الحجم والتي منها التقييد (الحبس) الكمومي quantum confinement في جزيئات أشباه الموصلات، وكذلك صدى سطح البلازمون surface plasmon resonance في بعض الجسيمات المعدنية، بالإضافة إلى البارامغناطيسية الفائقة superparamagnetism في المواد المغناطيسية. ومن المفارقات أن تغيرات الخصائص الفيزيائية ليست دائماً غير مرغوبة. حيث أن المواد العازلة كهربائياً الشفافة الأصغر من 10 نانومتر لها القدرة على تحويل إتجاه مغناطيسيتها استخدام الطاقة الحرارية لدرجة حرارة الغرفة، ومن ثم تصبح غير ملائمة لتخزين الذاكرة.
صار ممكناً الحصول على المعلقات من الجسيمات النانوية منذ أن أصبح تفاعل سطح الجسيم مع المذيب قوياً بدرجةٍ كافيةٍ للتغلب على اختلافات الكثافة، والتي دون ذلك غالباً ما ينجم عنها مادةً إما تطفو أو تغوص في السائل. كما توجد للجسيمات النانوية خصائصاً بصريةً غير متوقعةٍ حيث أنها صغيرة بدرجةٍ كافيةٍ لتحجز الإلكترونات وتسفر عن ظهور مجموعةٍ من التأثيرات الكمومية. وعلى سبيل المثال جسيمات الذهب النانوية تظهر حمراء غامقة اللون إلى سوداء في المحلول.
و توفر مساحة السطح العالية إلى نسبة حجم الجزيئات النانوية قوةً هائلةً دافعةً للانتشار، وخاصةً في درجات الحرارة المرتفعة. إلا أن عملية التلبيد قد تقع في درجات حرارةٍ أقل، وعلى مستويات زمنيةٍ أقصر كذلك عن تلك المطلوبة للجسيمات الأكبر حجماً. إلا أن هذا لا يؤثر نظرياً على كثافة المنتج النهائي، ذلك على الرغم من أن تدفق الصعوبات ونزعة الجسيمات النانوية للتكتل والتجمع تعقد من الأمور. علاوةً على ذلك، فقد وجد أن الجزيئات النانوية تنقل بعض الخصائص الإضافية الأخرى لمنتجات الحياة اليومية. وعلى سبيل المثال، وجود الجسيمات النانوية لثاني أكسيد التيتانيوم تنقل ما نطلق عليه التأثير ذاتي التنظيف، وأن الحجم يكون في مدى القياس النانوي، ومن ثم لا يمكن ملاحظة الجسيمات. وقد وجد أن لجسيمات أكسيد الزنك خصائصٌ معيقةٌ واقيةً من الأشعة فوق البنفسجية بصورةٍ أقوى مقارنةً ببديلها السائب. وهذا يمثل أحد الأسباب الكامنة وراء غالبية استخدامها في إعداد المستحضرات المضادة لأشعة الشمس. هذا بالإضافة إلى أن صورتها غالباً مستقرة.
و تزيد جزيئات الطين النانوية من التعزيز في حالة اندماجها مع مصفوفات البوليمر، مما يسفر عن إنتاج بلاستيكيات أقوى، والتي تتسم بأنها يمكن التثبت منها من خلال درجة حرارة تحول زجاجي أعلى بالإضافة إلى اختبارات الخواص الميكانيكية الأخرى. وتتسم تلك الجسيمات النانوية بالصلابة والتي تنقل خصائصها إلى البوليمر (البلاستيك). كما تم توصيل الجسيمات النانوية كذلك بالألياف النسيجية بهدف إنتاج أقمشة ذكية وظيفية.
أصبح من الممكن تصنيع جسيمات الفلزات والعوازل الكهربائية وأشباه الموصلات النانوية، بالإضافة إلى الهياكل الهجينة (و منها مثلاً قذيفة المحور أو الجوهر. كما يمكن تصنيف الجسيمات النانوية المصنعة من مادة شبه موصلة على أنها من النقاط الكمومية وذلك لو كان حجمها صغيراً بصورةٍ كافيةٍ (عادةً ما تكون أقل من 10 نانومتر) حيث يحدق هنا تكميماً لمستويات الطاقة الكهربائية. وتستخدم مثل تلك الجزيئات النانوية في مجال التطبيقات الطبية الحيوية ومنها ناقل الدواء أو عوامل التصوير.
كما أُمكن تصنيع الجسيمات النانوية شبه الصلبة واللينة كذلك. وتعد الحويصلية أحد أنماط لاجسيمات النانوية لطبيعة المواد شبه الصلبة. وتستخدم العديد من أشكال الجسيمات النانوية الحويصلية في العيادات العلاجية كأنظمة التوصيل للأدوية المقاومة للسرطانات والتطعيمات.