NANOTECHNOLOGIE sny a skutenost

Transkript

1 NANOTECHNOLOGIE sny a skutenost Roman Kubínek Olomoucký fyzikální kaleidoskop 25. listopadu 2005, Pírodovdecká fakulta UP

2 Nanometr 10-9 m (miliardtina metru) nm rozsah λ viditelného svtla obor 21. století, odvtví, které zmní život lovka Molekuly a atomy jako konstrukní prvky nanotechnologií

3 Richard Philips Feynman ( ) 1965 Nobelova cena za kvantovou elektrodynamiku Historická pednáška r.1959 There s Plenty of Room at the Bottom, Téma: v budoucnosti lovk dokáže sestavovat neobyejn miniaturní zaízení schopná manipulovat s jednotlivými atomy. Pro ješt neumíme zapsat všech dvacet tyi svazk Encyklopedie Britannika na špendlíkovou hlaviku? Celá živá píroda pracuje na úrovni atom a molekul. lovk nedávno poodhalil tajemství DNA genetického kódu Píroda však dokáže miliony let stavt obrovské množství organism, od bakterií až po samotného lovka. Feynman položil užaslému vdeckému svtu otázku: jestliže to zvládne píroda, pro ne my?

4

5

6

7 !" #!$ " %

8 "& SPM Scanning Probe Microscopy 1981 STM Skenovací tunelovací mikroskopie Gerd Binnig Heinrich Rohrer 1986 Nobelova cena 1986 AFM (Atomic( Force Microscopy) Mikroskopie atomárních sil

9 '( )) *++, -.( / 01"23 4" $

10 : 9 & & umíst stní mechanické sondy do blízkosti povrchu vzorku ízení pohybu ve smru x y, z signálem zptn tné vazby piezoelektricky (rozlišen ení m)

11 Podmínka: ostrý vodivý hrot a vodivý vzorek Pravdpodobnost prchodu energetickou d bariérou rou (tunelování) 2 2m U ( x ) E P e 0 b ϕ [ ] Tunelovací proud I = a. U. e &) 9 5; d dx Režim konstantní výšky rychlejší vhodný pro hladké povrchy Režim konstantního proudu asov náronjší mení pesnjší pro lenité povrchy Si (111),10x10 nm

12 < ;94" ;#)) &)5. = >?@%* 05 / A) )#@B;' C%

13 D D D 9 E 9 9 ) & E > 8?,,, F >,, tuhé vzorky m kké, pru žné (biologické) vzorky? 6 9,

14 <'" ) štíhlost hrotu 1 : 3 speciální hroty 1 : 10 (schopnost zobrazit ostré hrany a hluboké záezy) 0,2 2 µm 10 µm monokrystal Si hrot Si 3 N 4 r 5 nm nanotrubiky WS 2 leptaný hrot

15 <'"G

16 () ' >

17 Použití nanoprášk: 4() TiO 2, ZrO 2 kosmetika (krémy na obliej, opalovací krémy), separace tekutin, ištní odpadních tekutin (zachycování tžkých kov i bioorganism). Nanoástice Al, Hf pro pohon raket (lepší hoení a vznícení ástic). Fe 2 O 3 (hematit) základ ervených barev, markry pro MRI. TiO 2 laky s reflexními vlastnostmi. Nanostrukturní otruvzdorné povlaky ezných nástroj, korozivzdornost. Povrchové filmy z nanoástic, na kterých se nedrží voda ani špína. Informaní technologie - nanoelektronika Depozice vrstevných struktur o tloušce nkolik atom (1 nm) - (výroba menších, rychlejších a energeticky úinnjších tranzistor). tecí hlavy standardních harddisk využívají díky vrstevnatým heterostrukturám velkého magnetického odporu, což zvyšuje pamovou kapacitu (snižuje cenu).

18 Technologie optické výroby: 4() Nanoástice pro chemomechanické leštní (karbidy Si, C, B) drsnost 1-2 nm dležitá pro rozvoj optoelektronických systém. Keramické nanomateriály. Polovodiové krystaly kvantové teky: Výzkumy fotonických krystal (fotonických prvk), které v nanorozmrech zvyšují výkonnost komunikaních sítí. Kvantová teka po osvtlení vydává svtlo specifické barvy v závislosti na svých rozmrech (možnost sledování biologických reakcí v organismu, testování DNA a protilátek).

19 4() V oblasti biomedicíny: Nov strukturované struktury-liposomy (lipidové koule o d=100 nm) cílená distribuce léiv (zapouzdení protirakovinných lék). Analýza moi, krve a jiných tlních tekutin pomocí magnetických nanoástic. Možnost separace škodlivých látek z krve dialýza v krabice. Fluorescenní nanoástice jako základ nových detekních technologií (analýza infekních a genetických chorob, výzkum léiv).

20 1 ) #*>,,H% Oblast informaních technologií a nanoelektroniky: Vývoj nanotranzistor pro výrobu analytického poítae pro rychlé modelování genomu. Oblast materiál a výroby: Hromadný prodej uhlíkových nanotrubic, textilní látky odolávající vod, špín a makání, nové laky a barvy (odolávající ohni ), kosmetické pípravky, biosenzory, otruvzdorné polymery, Oblast medicíny a farmacie: Separace fragment DNA (rychlé sekvencování ), senzory pro farmakogenetiku, výzkum lék, Oblast životního prostedí a energetiky: Využití uhlíkových nanotrubic pro uskladování vodíku pro palivovélánky, odstraování ultrajemných neistot z biologických odpad (jejich zapouzdením), biodegradabilní chemické látky pro pstitelství a ochranu proti hmyzu