Ein Nanopartikel ist ein ultrafeines Partikel mit mindestens einer Dimension zwischen 1-100 Nanometer (nm). Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter. Die untere Größengrenze hilft, ein Teilchen von zufälligen Atomclustern zu unterscheiden. Die Obergrenze ist die größte, bei der sich größenbedingte Eigenschaftsunterschiede normalerweise manifestieren.
Diese Definition ist weithin akzeptiert, obwohl sie etwas willkürlich ist. Es gibt veröffentlichte Referenzen zu Nanopartikeln mit Größen außerhalb des Bereichs von 1-100 nm. Was solche Partikel für Wissenschaftler interessant macht, sind die einzigartigen Materialeigenschaften, die sich manchmal aus ihrer Größe ergeben. Wenn Partikel solche Eigenschaften aufweisen, werden sie wahrscheinlich als Nanopartikel betrachtet, auch wenn sie nicht genau in den definierten Größenbereich passen.
Es ist nicht unbedingt so, dass ein Nanopartikel Eigenschaftsunterschiede zu größeren Exemplaren desselben Materials aufweist. Wenn es auftritt, können die Eigenschaftsunterschiede auf Quanteneffekte zurückzuführen sein. Es gilt auch, dass Partikel eines Materials im Nanomaßstab eine relativ größere Oberfläche im Vergleich zu ihrem Volumen haben. Die proportional größere freiliegende Oberfläche kann Nanopartikel chemisch viel aktiver machen. Dies kann eine weitere Ursache für ihre unerwarteten Eigenschaften sein.
Ein Quantenpunkt ist ein Halbleiter-Nanopartikel mit einem Durchmesser von etwa 1-20 nm. Seine Struktur ist im Wesentlichen die gleiche wie bei größeren Halbleitern. Die elektronischen Eigenschaften, die es anzeigt, können jedoch sehr unterschiedlich sein. Diese Eigenschaften sind das Ergebnis des Quantengrößeneffekts. Wenn sich die physikalische Größe der Wellenlänge eines Elektrons nähert, kann die Beziehung zwischen Spannung und Leitfähigkeit anders sein als bei größeren Skalen.
Gold und Silber sind in großen Mengen relativ inert. Auf der Nanoskala zeigen sie jedoch einzigartige katalytische Eigenschaften. Beispielsweise sind Silber-Nanopartikel ein wirksames Antibiotikum. Gold-Nanopartikel haben sich als wirksam bei der Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen aus der Atmosphäre erwiesen, sogar bei Raumtemperatur.
Die Nanotechnologie beschäftigt sich damit, die einzigartigen Eigenschaften dieser ultrafeinen Partikel zu nutzen, um Systeme zu entwickeln, die auf molekularer oder atomarer Ebene funktionieren. Die besonderen Eigenschaften der Partikel werden in der Computertechnik, Medizin und Umwelttechnik als Potenzial gesehen. Sie können auch die Bausteine für komplexe Geräte bilden, die auf mikroskopischer Ebene funktionieren.
Es wurden Bedenken hinsichtlich der Exposition des Menschen gegenüber Nanopartikeln geäußert. Tierversuche haben gezeigt, dass einige Arten von Nanopartikeln beim Einatmen das Gehirn und andere Organe erreichen können. Auch über Entzündungen und Fibrose in der Lunge wurde berichtet. Als Hauptgefahren dieser Partikel haben sich jedoch Explosion und Feuer am Arbeitsplatz erwiesen.