Boyut etkileri,
yapısal elemanlar, parçacıklar, kristalitler ve tanelerin boyutlarında belirli
bir eşiğin aşağısındaki azalma ile gözlemlenir. Bu etkiler, 100 nm'den daha
küçük kristal tanelerinin (grainler) ortalama boyutunda ortaya çıkar ve 10
nm'nin altındaki tanecik boyutunda daha açık bir şekilde görülür. Kuantum
boyutu etkileri, bir substansın veya malzemenin elektronik özelliklerinde farklılığa,
dolayısıyla da enerji spektrumunda değişikliğe neden olur (Bak. Mavi Kayma)
Partikül boyutunun
bir substansın fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisi, substans üzerinde
etkili yüzey basıncının varlığı ile açıklanabilir. Partikül boyutuyla ters
orantılı olan bu ilave basınç, Gibbs enerjisinde bir artışa ve dolayısıyla nanoparçacıkların
üzerindeki doymuş buhar basıncında bir artışa, sıvı fazın kaynama sıcaklığının
azalmasına ve katı maddenin ergimesine yol açar (Şekil). Değişiklikler, diğer
termodinamik özellikler, denge sabitleri ve standart elektrot potansiyellerinde
de gözlemlenir. Örneğin, gümüş nanopartiküllerin boyutu azaltıldığında, Ag+/Ag
çiftinin standart potansiyeli negatif hale gelebilir ve gümüş seyreltik asitlerde
hidrojen çıktıkça çözülür.
Boyut etkisi,
heterojen katalizleme için oldukça önemlidir. Çoğu durumda, nanopartiküller,
daha büyük partiküllerin aktif olmadığı yerde katalitik aktivite gösterirler.
Örneğin, altın nanoclusterler (nanokütle), stireni (havada) seçici oksidasyonla
katalizleyerek benzaldehite dönüştürür:
C6H5 CH =
CH2 ® C6H5
CH = O
Oysa, daha büyük boyuttaki altın partiküller bu reaksiyonda
etkisizidr.
Biyolojide boyut etkileri oldukça farklıdır. Biyomoleküller,
polimerler ve hücreiçi yapılar nanoskala boyuttadır, ancak özellikleri (fonksiyonları),
boyutlarıyla değil, yapıları tarafından belirlenir.
Ancak, yapay yapıların biyolojik yapılarla olan etkileşimi
yalnızca yapıya değil boyutlara da bağlıdır. Örneğin, cildin ve kan
damarlarının lipozomları geçirgenliği, lipozomların boyutuna bağlıdır. Sonuç
olarak, lipozomlarda paketlenen ilaçlar, kan dolaşımı süresi ve organlarda
dağılım gibi, lipozomların farmakolojik özelliklerinde önemli değişikliğe neden
olur. Sentetik malzemelerde nanoskala yüzey pürüzlülüğü veya kabartması
yaratılması, mikro kabartma ile karşılaştırıldığında hücrelerin yapışmasını
kolaylaştırır (ve doku mühendisliğinde kullanılır).
Nanopartiküllerin boyutu ve topografyası, endositozun
mekanizmasını ve verimliliğini, ayrıca hücreiçi lokalizasyonu etkiler.
Parçtiküllerin toksisitesi de boyutlarına göre belirlenebilir. Örneğin, 1.4 nm
altın nanopartiküller, DNA'nın ana boşluğuna girdikleri ve hücre ölümünü
başlattığı için, diğer boyutlara kıyasla en yüksek toksisiteye sahiptir.
Boyutlarına bağlı olarak altın
nanopartiküllerinin erime noktası
