خواص ذرات صنعتی مواد در مقیاس نانو

نانومواد خواص نوری متفاوتی را مانند رنگ یا شفافیت در مقایسه با مواد توده‌ای نمایش می‌دهند. از دیدگاه کاربردهای صنعتی، خواص نوری نانوذرات و نانوکامپوزیت‌ها بسیار پراهمیت هستند.
رنگ ماده، به علت برهمکنش بین نور و شیء است. دیده شدن اشیای درون اتاق، هنگامی که چراغ روشن می‌شود، به سبب انتشار نور در اتاق و بازگشت نور از سطح اشیاء و رسیدن آن به چشم است. در واقع نور با طول موج معین از محیط اطراف جسم به آن برخورد می‌کند.

خواص نوری نانو ذرات

بازتاب (R) زمانی اتفاق می‌افتد که نور به سطح صافی برخورد کرده و امواج برخوردکننده بدون انحراف و مستقیما به محیط اولیه برگردد. امواج منعکس شده یا امواج برخورد کننده ساختار هندسی یکسانی دارند. سطح‌های صیقلی نظیر ورقه‌های تمیز نیکلی یا نقره اندود، یا شیشه‌هایی که یک طرف آنها جیوه اندود شده است، نظیر آینه‌ها، پدیده بازتاب را به خوبی نشان می‌دهد. نتایج برهمکنش نور با نانومواد نشان می‌دهد که این مواد می‌توانند خواص نوری ویژه‌ای داشته باشند. نانوذرات نیز مانند اتم‌ها دارای ترازهای انرژی گسسته هستند. از این رو به نانوذرات اتم‌های مصنوعی نیز گفته می‌شود. همچنین به نانوذرات زیر ۱۰ نانومتر و خصوصا نانوذرات نیمه‌ رسانا، نقطه کوانتومی گفته می‌شود. با تغییر اندازه‌ی نانوذرات، فاصله ترازهای انرژی در آنها تغییر می‌کند. هرچه اندازه نانوذرات کوچک‌تر شود، فاصله بین ترازهای انرژی و باند ممنوعه بیشتر می‌شود و هر چه اندازه ذرات بزرگ‌تر باشد، فاصله بین ترازهای انرژی کم‌تر می‌شود. این نکته باعث می‌شود که بتوان با تغییر اندازه نانوذرات، فاصله بین ترازهای انرژی آنها را طوری تنظیم کرد که امواج خاصی را جذب کنند. به عنوان مثال می‌توان ابعاد نانوذرات از جنس مشخص را طوری تنظیم کرد که امواج فروسرخ، فرابنفش، رادیویی و غیره را جذب کنند. از این خاصیت در صنایع نظامی و الکترونیک استفاده‌های زیادی می‌شود. رنگ‌های مختلف نانوذرات در ابعاد مختلف، نشان از تفاوت در فاصله بین ترازهای انرژی آنها دارد. در این شکل رنگ نانوذرات طلا و نقره در ابعاد مختلف و تصویر میکروسکوپ الکترونی آنها در زیر هر کدام نشان داده شده است.
یکی از ویژگی‌های پرکاربرد برخی از نانومواد شفافیت آنها است. تفرق نور مرئی دلیل ظاهر شدن رنگ سفید در کرم‌های ضد آفتاب است. این کرم‌های ضد آفتاب حاوی خوشه‌های اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم با اندازه حدودا ۲۰۰ نانومتر است. نور مرئی با این خوشه‌ها برهمکنش داده و همه امواجش متفرق می‌شوند. ترکیب طیف مرئی، سفید است بنابراین ضدآفتاب سفید به نظر می‌رسد.