NANOTECHNOLOGIE. pro začátečníky. České Budějovice

Transkript

1 NANOTECHNOLOGIE pro začátečníky České Budějovice The work presented in this document is supported by the European Commission s FP7 programme project Scientix 2 (Grant agreement N ). The content of this document is the sole responsibility of the consortium members and it does not represent the opinion of the European Commission and the Commission is not responsible for any use that might be made of information contained herein.

2 Co je to nanotechnologie? "Velká věda o miniaturních věcech

3 Rentgenovo Nanosvět Mikrosvět UV Viditelné IR Mikrovlny Příroda Člověk 10-2 m 1 cm 10 mm výzva mravenec 5 mm 10-3 m 10-4 m 1,000,000 nanometrů = 1 millimetr (mm) 0.1 mm 100 mm Mikroelektro mechanické (MEMS) zařízení μm široké vlas μm 10-5 m 0.01 mm 10 mm O P O O O O O O O O O O O O O O červené krvinky (7-8 μm) 10-6 m 1,000 nanometr = 1 mikrometr (mm) Pylové zrnko Červená krvinka O S O S O S O S O S O S O S O S 10-7 m 0.1 mm 100 nm Fulleren 1 nm Výroba a kombinace nanočástic jako stavebních bloků za účelem výroby užitečných zařízení. 10 nm ATP syntáza 10-8 m 0.01 mm 10 nm DNA 2-1/2 nm Atom křemíku nm 10-9 m m 1 nanometr (nm) 0.1 nm 48 atomů železa na měděném povrchu průměr korálu 14nm nanotrubička 1.3 nm com/nuevas-tecnicas-experimentalespara-el-estudio-de-los-materiales-escala -molecular/scale-of-things1/

4 Jsou nanotechnologie opravdu něco nového? Richard Feynman předkládá první vizi mikrotechnologie přednáška Tam dole je spousta místa - nezkreslená věda Norio Taniguchi pojem nanotechnologie

5 Jsou nanotechnologie opravdu něco nového? 4 stol. Lykurgovy poháry 70 nm slitiny Au 3 Ag 7 římský pohár s nanočásticemi zlata a stříbra

6 Jsou nanotechnologie opravdu něco nového?

7 Kde hledat nanotechnologie v přírodě? Nanotechnologie řídí naše myšlení Chang/37b85fce300a49f629084dc57878d0c7e67a547b Biomineralizace Venušin koš - mořská houba 3nm prvky z oxidu křemičitého tenoučké vrstvy srolování do jehlic velmi odolné vůči tlaku

8 Kde hledat nanotechnologie v přírodě? Já jsem gekon

9 Kde hledat nanotechnologie v přírodě?

10 Jak zkoumat nanosvět?

11 Jak zkoumat nanosvět? Elektronový mikroskop ( ) Transmisní elektronová mikroskopie (TEM) Zobrazuje vnitřní strukturu Skenovací elektronová mikroskopie (SEM) Zobrazuje povrch vzorku virus chřipky (úsečka představuje 100 nm) pylové zrno mučenky obří (úsečka představuje 20 μm)

12 Jak zkoumat nanosvět? Skenovací tunelovací mikroskop a Mikroskop atomárních sil ( ) Manipulace s atomy: velmi vysoké vakuum velmi nízké teploty 4-5 K Logo IBM vytvořené pomocí STM - atomy xenonu na povrchu niklu (1990) Film A boy and his atom: - atomy oxidu uhelnatého na povrchu mědi (2013); 242 snímků 25 x 45 nm

13 Inspirace přírodou Lotosový efekt - lotosový list je vysoce hydrofobní - vodní kapky po něm stékají a odnášejí nečistoty Nanočástice SiO 2 na povrch skla zabraňuje srážlivosti vody na skle (nerosí se) skla, brýle, obkládačky - Impregnace

14 Aerogely Materiál s extrémně nízkou hustotou (1,0 g/dm 3 ) a tepelnou vodivostí - 2nm částice tvořící <100 nm póry

15 Ferrofluid Koloid magnetických nanočástic v kapalném médiu (olej, voda ) Magnetitové nebo hematitové částice <10 nm Aplikace: Harddisky, přenos tepla, reproduktory, maziva, umění

16 Uhlíkové nanostruktury R. Smalley, H. W. Kroto a R. F. Curl - fullereny - obří molekuly, jejichž kostru tvoří vzájemně propojené atomy uhlíku, umístěné ve vrcholech pravidelných mnohoúhelníků. Nejznámější molekula má 60 atomů uhlíku uspořádaných do tvaru fotbalového míče. supravodivé, tvrdostí překonávající diamant, mají magnetické chování a léčivé účinky výhodné materiály pro konstrukci letadel, vesmírných sond, počítačových procesorů atd.

17 Uhlíkové nanostruktury Fullereny válcového tvaru dlouhé uhlíkové nanotrubičky, 50 až 100 krát pevnější v tahu než ocel, vedou elektrický proud i teplo, tvrdost srovnatelná s diamantem Nedávné výzkumy ukazují významnou toxicitu mechanismus podobný azbestu Aplikace: Oděruvzdorné textilie, lana, molekulární pružiny, molekulární vodiče, ultrakapacitory, antény, oscilátory

18 Uhlíkové nanostruktury Grafen rozvinutá nanotrubička do plochy jediná vrstva atomů uhlíku uspořádaných do pravidelných sítí podobných včelím plástům jeden z nejtenčích a nejpevnějších známých známých materiálů sklo s touto vrstvou je pevnější a lze ho vyhřívat nejvyšší známá vodivost při pokojové teplotě vysoká tepelná vodivost (chladiva) pozoruhodné opto-elektrické vlastnosti výroba supertenkých ohebných displejů A. Geim a K. Novoselov - N. C. za fyziku grafen-polaczyl-sily.html

19

20

21 Nanospider Nanotextilie nemačkavé a nešpinící se netkané textilie Nanospider technologie vyvinutá na Technické univerzitě v Liberci - prof. Jirsák; 2003 lehké, tenké, pevné textilie, vlákna 20 až 500nm vysoká filtrační schopnost krytí ran propustí kyslík, ale brání vstupu bakteriím, odvádí zánětlivý výtok a může obsahovat i léčiva na povrchu

22 Nanotechnologie kolem nás Nitinol slitina niklu a titanu s tvarovou pamětí, 1961 USA

23 NanOpinion - videa Ekologické dopady nanostříbra: Doprava léčiv a DNA nanotechnologie

24 NanOpinion diskuzní hra PhD. Student - Nanomateriály Pomůžete mi? Můj spoluhráč mi nevěří, že jsou nanotechnologie pro nás dobré!!! Pomůžete mi? Můj přítel chce, abych zkusil nanoopalovací krém, ale já NECHCI!!! Přítel

25 NanOpinion Moodle online kurz