مواد نانومتخلخل دارای حفره‌هایی در ابعاد نانو هستند؛ به‌طوری‌که حجم زیادی از ساختار آن‌ها را فضای خالی تشکیل می‌دهد. از ویژگی‌های مهم این مواد می‌توان به نسبت سطح به حجم (سطح ویژه) بسیار بالا، نفوذپذیری یا ترآوایی (Permeability) زیاد، گزینش‌پذیری خوب و مقاومت گرمایی و صوتی مناسب اشاره کرد. به‌دلیل دارا بودن چنین ویژگی‌های مطلوبی، از این مواد در کاربردهای حساس و متنوع مانند تبادل‌گر یونی (ion exchanger)، جداسازی و حذف آلاینده‌ها، کاتالیزورها، حسگر (در کاربردهای زیستی)، غشا (Membrane) و مواد عایق استفاده می‌شود. مشهورترین و متداول‌ترین مواد نانومتخلخل عبارتند از: زئولیت، کربن و سیلیکای نانومتخلخل.
تعریف تخلخل
به نسبت حجمی فضای خالی ماده به حجم کل آن، تخلخل (Porosity) گفته می‌شود. تخلخل به‌صورت عددی در محدوده 1-0 و به‌صورت درصدی در محدوده 100-0 گزارش می‌شود. به موادی که مقدار تخلخل آن‌ها بین 0/2 تا 0/95 باشد، مواد متخلخل گفته می‌شود. تخلخل یا حفره خود به دو دسته باز (open pore) و بسته (close pore) تقسیم‌بندی می‌شود. حفره باز به حفراتی اطلاق می‌شود که متصل به سطح آزاد ماده هستند. از این حفرات در کاربردهایی مانند فیلتراسیون (filtration)، جداسازی آلاینده‌ها و کاربردهایی شیمیایی از قبیل کاتالیزور و کروماتوگرافی استفاده می‌شود.
به حفره‌ای که دور از سطح آزاد ماده است، حفره بسته (Closed Pore) گفته می‌شود. حضور این حفرات نقشی در کاربردهای شیمیایی ماده نانومتخلخل نداشته و تنها باعث افزایش مقاومت گرمایی و صوتی و هم‌چنین کاهش وزن ماده می‌شود. شکل زیر شمایی از حفرات باز و بسته را نشان می‌دهد.
حفره‌ها دارای شکل‌های گوناگون مانند کروی، استوانه‌ای، شیاری، قیفی‌شکل و یا آرایش شش‌ضلعی (hexagonal) هستند. هم‌چنین حفره‌ها می‌توانند صاف، خمیده و همراه با چرخش و پیچش باشند. شکل زیر تصویر میکروسکوپ الکترونی از ماده نانومتخلخل با آرایش شش‌ضلعی حفرات استوانه‌ای را نشان می‌دهد.
مواد نانومتخلخل را می‌توان بر حسب اندازه حفره‌ها، مواد تشکیل‌دهنده و نظم ساختار بلوری تقسیم‌بندی کرد:
۱.اندازه حفره ها:
اتحادیه جهانی شیمی محض و کاربردی (International Union of Pure and Applied Chemistry; IUPAC) مواد متخلخل را بر حسب اندازه حفرات آن‌ها به سه دسته میکرومتخلخل، مزومتخلخل و ماکرومتخلخل دسته‌بندی کرده است:
معمولاً در علم نانو، عبارت نانومتخلخل (nanoporous) برای مواد متخلخل با حفراتی با قطر کمتر از 100 نانومتر به‌کار می‌رود.
در شکل زیر ، (الف) تصاویر میکروسکوپ الکترونی از مواد ماکرومتخلخل، (ب) مزومتخلخل و (ج) میکرومتخلخل.
۲.مواد تشکیل دهنده:
نوع دیگری از دسته‌بندی مواد نانومتخلخل، تقسیم آن‌ها بر اساس ترکیب شیمیایی آن‌ها است. از این دیدگاه، مواد نانومتخلخل به دو دسته آلی و معدنی دسته‌بندی می‌شوند. به دلیل اهمیت بالای این نوع دسته‌بندی، در بخش بعدی به‌طور مفصل به مواد نانومتخلخل آلی و معدنی پرداخته خواهد شد.
۳.نظم ساختار بلوری:
مواد نانومتخلخل بر اساس نظم موجود در ساختار خود به دو دسته منظم و بی‌نظم تقسیم‌بندی می‌شوند:
Instagram
Telegram
M-icon-aparat
