Nanomalzemeler
Türler

Nano nesneler genellikle boyutlarının kaç tanesinin nano ölçekte olduğuna göre sınıflandırılmaktadır. Bir nanoparçacık, nano ölçekte, en uzun ve en kısa eksenleri önemli ölçüde farklı olmayan, üç dış boyutun tümüne sahip bir nano nesne olarak tanımlanmaktadır. Bir nanolif, nano ölçekte iki dış boyuta sahiptir. Nanotüpler, içi boş nanolifler ve nanoçubuklar katı nanolif olarak bilinmektedir. Bir nano levha, nano ölçekte bir dış boyuta sahiptir ve eğer iki büyük boyut önemli ölçüde farklıysa buna nanoşerit denilmektedir. Nanolifler ve nanolevhalar için diğer boyutlar nano ölçekte olabilir veya olmayabilir, ancak önemli ölçüde daha büyük olmalıdır. Her durumda, önemli bir farkın tipik olarak en az 3 faktör olduğu belirtilmektedir.
Nanoyapılı malzemeler içerdikleri maddenin  fazlarına göre de sınıflandırılmaktadır. Bir nanokompozit, nano ölçekte en az bir boyuta sahip en az bir fiziksel veya kimyasal olarak farklı bölge veya bölgeler topluluğu içeren bir katıdır. Bir nanoköpüğün, iki fazdan birinin nano ölçekte boyutlara sahip olduğu gaz fazıyla dolu sıvı veya katı bir matrisi vardır. Nano gözenekli malzeme, mikron altı uzunluk ölçeğinde açık veya kapalı gözenekler şeklinde boşluklar içeren katı bir malzemedir. Bir nanokristal malzeme, nano ölçekte önemli bir kristal tanecik oranına sahiptir.
Nano gözenekli malzemeler
Nano gözenekli malzemeler terimi, mikro gözenekli ve mezo (mikro ve makro arasında kalan bir fiziksel uzunluk ölçüsü olarak bilinmektedir.) gözenekli malzemelerin alt kümelerini içerir. Mikro gözenekli malzemeler, ortalama gözenek boyutu 2 nm' den küçük olan gözenekli malzemelerdir. Mezo gözenekli malzemeler ise 2-50 nm aralığında gözenek boyutuna sahip malzemelerdir.
Mikro gözenekli malzemeler, küçük moleküllerle karşılaştırılabilir uzunluk ölçeğinde gözenek boyutları sergiler.
Bu nedenle bu tür malzemeler, ayırma membranları dahil olmak üzere değerli uygulamalara hizmet edebilir.
Mezo gözenekli malzemeler, mikro gözenekli bir malzemenin gözeneklerine giremeyecek kadar büyük olabilecek moleküller için penetrasyon sağlarken, yüksek spesifik yüzey alanları gerektiren uygulamalar için ilgi çekicidir.
Bazı kaynaklarda, nanogözenekli malzemeler ve nanoköpük bazen nanoyapılar olarak kabul edilir, ancak nanomalzemeler olarak kabul edilmez, çünkü malzemelerin kendisi değil, yalnızca boşluklar nano ölçeklidir.
ISO tanımı yalnızca yuvarlak nano-nesneleri nanoparçacık olarak kabul etse de, diğer kaynaklar tüm şekiller için nanoparçacık terimini kullanır.
Nanopartiküller
Nanopartiküller, nano ölçekte üç boyutun hepsine sahiptir. Nanoparçacıklar ayrıca bir nanokompozit oluşturmak için bir katı katı içine gömülebilir.
Fullerenler
Fullerenler, kavramsal olarak tüplere veya kürelere sarılmış grafen levhalar olan bir karbon allotropları sınıfıdır. Bunlar, hem mekanik güçleri hem de elektriksel özellikleri nedeniyle ilgi çeken karbon nanotüpleri veya silikon nanotüpleri içermektedir.  Bir grup araştırmacı   tarafından (Robert F. Curl jr. (ABD), Sör Harold W. Kroto (İngiltere) und Richard E. Smalley (ABD)) 1985'te C60 fullereni keşfedilmiştir. Tepkime bir helyum atmosferinde 10 bar basınç altında, dönen bir grafit diski lazer tarafından ışıklandırarak uygulanmıştır, böylece az miktarda fulleren elde edilmiştir. Fulleren' in asıl ismi ise, Buckminster Fullerene' dir. Daha sonra kimyacılar tarafından bu isim, "Buckyball" olarak kısaltılmıştır. "Bucky" ismi ise, bu buluşun sahibi Buckminster Fuller' den gelmektedir.
Daha yakın zamanlarda, uzayda fullerenler tespit edilmiştir. Geçtiğimiz on yıl boyunca fullerenlerin kimyasal ve fiziksel özellikleri araştırma ve geliştirme alanında sıcak bir konu olmuştur ve muhtemelen uzun bir süre de böyle olmaya devam edecektir. Nisan 2003' te, fullerenler potansiyel tıbbi kullanım için incelenmeler mevcuttur. Fullerenler, spesifik antibiyotikleri dirençli bakterilerin yapısına bağlamaktadır ve hatta melanom gibi belirli kanser hücrelerini hedef almaktadır. Kimya ve Biyoloji Ekim 2005 sayısında ışıkla aktive antimikrobiyal ajanlar (Mikroorganizmaların ölümüne neden olan, çoğalmalarını önleyen veya gelişmelerini durduran kimyasal veya biyolojik madde olarak da bilinmektedir. ) olarak fullerenler kullanımını anlatan bir makale içermektedir. Nanoteknoloji alanında, ısı direnci ve süperiletkenlik, yoğun araştırmaları cezbeden özellikler arasındadır.
Fulleren üretmek için kullanılan yaygın bir yöntem, hareketsiz bir atmosferde yakındaki iki grafit elektrot arasında büyük bir akım göndermektir. Elektrotlar arasında oluşan karbon plazma arkı, birçok fulleren' in izole edilebildiği kurumlu kalıntıya soğurmaktadır. Fullerenlere uygulanan ab-initio kuantum yöntemleri kullanılarak yapılmış birçok hesaplama vardır.
DFT (Discrete Fourier Transform) ve TD-DFT (finite-difference time-domain) yöntemleri ile IR (Infrared), Raman ve UV (Ultroviyole) spektrumları elde edilebilmektedir. Bu tür hesaplamaların sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılmaktadır.
Metal bazlı nanoparçacıklar
İnorganik nanomalzemeler (örneğin kuantum noktaları, nanoteller ve nanoçubuklar) ilginç optik ve elektriksel özelliklerinden dolayı optoelektronikte kullanılabilir. Ayrıca nanomalzemelerin boyutlarına ve şekillerine bağlı olarak optik ve elektronik özellikleri sentetik tekniklerle ayarlanmaktadır.
Bu malzemeleri, Organik güneş pilleri, OLED' ler vb. gibi organik malzeme tabanlı optoelektronik cihazlarda kullanma olanakları vardır. Bu tür cihazların çalışma prensipleri, elektron transferi ve enerji transferi gibi fotoindüklenen (Kapalı bir devreyi, şiddeti her an değişen bir manyetik alanın içine koyarak onun üzerinde bir elektrik akımı oluşturmak indüklemi işlemi olarak bilinmektedir.) süreçler tarafından yönetilir. Cihazların performansı, işlevlerinden sorumlu olan fotoindüklenen sürecin verimliliğine bağlıdır. Bu nedenle, optoelektronik cihazlarda kullanmak için organik/inorganik nanomalzeme kompozit sistemlerindeki bu fotoindüklenmiş süreçlerin daha iyi anlaşılması gereklidir.
Metallerden, yarı iletkenlerden veya oksitlerden yapılan nanoparçacıklar veya nanokristaller, mekanik, elektrik, manyetik, optik, kimyasal ve diğer özellikleri nedeniyle özellikle ilgi çekicidir.
Nanopartiküller, kuantum noktaları olarak ve nanomalzeme bazlı katalizörler gibi kimyasal katalizör olarak kullanılmıştır. Son zamanlarda, doku mühendisliği, ilaç dağıtımı, biyosensör dahil olmak üzere biyomedikal uygulamalar için bir dizi nanoparçacık kapsamlı bir şekilde araştırılmaktadır. Nanopartiküller, yığın malzemeler ile atomik veya moleküler yapılar arasında etkili bir köprü oldukları için bilimsel açıdan büyük ilgi görmektedir.
Bir dökme malzeme, boyutundan bağımsız olarak sabit fiziksel özelliklere sahip olmalıdır, ancak nano ölçekte bu genellikle böyle değildir. Yarı iletken parçacıklarda kuantum hapsi, bazı metal parçacıklarda yüzey plazmon rezonansı ve manyetik malzemelerde süperparamanyetizma gibi boyuta bağlı özellikler gözlenmektedir. Nanopartiküller, dökme malzemeye göre bir dizi özel özellik sergilemektedir. Örneğin, dökme bakırın (tel, şerit, vb.) bükülmesi, bakır atomlarının/ kümelerinin yaklaşık 50 nm ölçeğinde hareketi ile meydana gelmektedir. 50 nm' den küçük bakır nanopartiküller, dökme bakır ile aynı dövülebilirlik ve sünekliği sergilemeyen süper sert malzemeler olarak kabul edilmektedir. Özelliklerdeki değişiklik her zaman istenmemektedir. 10 nm' den küçük ferroelektrik malzemeler, oda sıcaklığındaki termal enerjiyi kullanarak polarizasyon yönlerini değiştirebilmektedir, böylece onları bellek depolaması için işe yaramaz hale getirmektedir. Nanopartiküllerin süspansiyonları mümkündür, çünkü partikül yüzeyinin solvent ile etkileşimi, yoğunluktaki farklılıkların üstesinden gelmek için yeterince güçlüdür, bu da genellikle bir malzemenin bir sıvı içinde batması veya yüzmesi ile sonuçlanmaktadır. Nanopartiküller genellikle beklenmedik görsel özelliklere sahiptir. Çünkü elektronlarını sınırlayacak ve kuantum etkileri üretecek kadar küçüktür. Örneğin, altın nanoparçacıklar çözelti içinde koyu kırmızıdan siyaha kadar görünmektedir. Nanoparçacıkların genellikle çok yüksek yüzey alanı/hacim oranı, özellikle yüksek sıcaklıklarda difüzyon için  bir itici güç sağlar. Sinterleme, daha büyük partiküllere göre daha düşük sıcaklıklarda ve daha kısa sürelerde mümkündür. Bu teorik olarak nihai ürünün yoğunluğunu etkilememektedir. Ancak akış zorlukları ve nanoparçacıkların topaklaşma eğilimi sorunları karmaşık hale getirmektedir. Nanopartiküllerin yüzey etkileri ayrıca başlangıç erime sıcaklığını da düşürmektedir.
Tek boyutlu nanoyapılar
Kesiti tek bir atom kadar küçük olan mümkün olan en küçük kristal teller, silindirik hapsedilmiş olarak tasarlanabilinmektedir. Doğal bir yarı-1B nanoyapı olan karbon nanotüpler, sentez için bir şablon olarak kullanılabilinmektedir. Kapatma, mekanik stabilizasyon (Stabilizasyon, atıklardaki aktif organik maddenin nötr materyale dönüşmesi olarak bilinmektedir.)  sağlamaktadır ve lineer atomik zincirlerin parçalanmasını önlemektedir. 1B nanotellerin diğer yapılarının, şablonlardan izole edildikten sonra bile mekanik olarak kararlı olduğu tahmin edilmektedir.
İki boyutlu nanoyapılar
2B malzemeler, iki boyutlu tek bir atom katmanından oluşan kristal malzemelerdir. En önemli temsili grafen 2004 yılında keşfedilmiştir. Nano ölçekli kalınlıklara sahip ince filmler nanoyapılar olarak kabul edilmektedir. Ancak bazen substrattan ayrı olarak bulunmadıkları için nanomalzemeler olarak kabul edilmemektedir.
Toplu nanoyapılı malzemeler
Bazı dökme malzemeler, nanokompozitler, nanokristal malzemeler, nanoyapılı filmler ve nanodokulu yüzeyler dahil olmak üzere nano ölçekte özellikler içermektedir. Kutu şeklindeki grafen (BSG) nanoyapısı, 3B nanomalzemeye bir örnektir. Pirolitik grafitin  (vakumda hidrokarbon gazlarının yüksek sıcaklık ayrışmasıyla üretilen bir grafit formudur ve ardından karbon atomlarının substrat yüzeyine çökelmesidir.) mekanik olarak parçalanmasından sonra BSG nanoyapısı ortaya çıkmıştır. Bu nanoyapı, yüzey boyunca yer alan ve dörtgen kesitli paralel içi boş nanokanallardan oluşan çok katmanlı bir sistemdir. Kanal duvarlarının kalınlığı yaklaşık olarak 1 nm' ye eşittir. Kanal yüzeylerinin tipik genişliği yaklaşık 25 nm' dir.