Proč by se průmysl měl zabývat výzkumem nanomateriálů

Transkript

1 Proč by se průmysl měl zabývat výzkumem nanomateriálů Měření velikost částic Jak vnímat nanomateriály Pigmenty x nanopigmenty Nové vlastnosti? Proč se věnovat studiu nanomateriálů Velikost (cm) Celkem Počet % dle % dle počtu hmotnosti New Scientist

2 Krystal x pigment x nano 10-2 x 10-6 x 10-9 Krystal pigment nano x x x x10-9 1x10-9

3

4 dlnorm(x, log(100), log(1.5)) x

5 Definice nanomateriálů Legislativa definuje nanomateriál jako nerozpustný nebo bioperzistentní (rezistentní proti přírodním materiálům) a záměrně vyrobený materiál o jednom nebo vícestranném vnějším rozměru, nebo vnitřní struktuře, jehož částice jsou velikostiřádu od 1 do 100 nm. There is no accepted international definition of a nanoparticle, but one given in the new PAS71 document developed in the UK is: "A particle having one or more dimensions of the order of 100nm or less". There is a note associated with this definition: "Novel properties that differentiatenanoparticles from the bulk material typically develop at a critical length scale of under 100nm". The "novel properties" mentioned are entirely dependent on the fact that at the nano-scale, the physics of nanoparticles mean that their properties are different from the properties of the bulk material. Pigmenty - barviva Pokud při zmenšení rozměrů pod určitou mez vykazuje látka výrazně odlišné vlastnosti od stejné látky s většími rozměry, jedná se o nanomateriál Látky ve formě malých samostatných částic, které jsou nerozpustné v daném prostředí a interagují se světlem 1. Absorpce světla, rozptyl světla 2. Sekundární vlastnosti založené na absorpci či rozptylu světla

6 Popis systému částic Kubelka Munkova teorie K/S = (1-R) 2 /(2xR) K = absorpční koeficient S = rozptylový koeficient

7 I = K o n st I 0 d 6 4 λ Nové vlastnosti? D max = λ/(2.1* n) HH Weber, Kolloid-Zeitschrift 1961 (1), 174, 66 Opacita - schopnost zakrýt podklad Barva - absorpce světla určité vlnové délky Barvivost - schopnost vtisknout systému určité zbarvení Strukturní funkce ve vrstvě Zvýšení odolnosti vrstvy - antikorozní ochrana podkladu

8 Absorbce (rozptyl) UV záření Velikost částic TiO2 (nm) Optimální vlnová délka (nm) ev = 1240/λ (nm) 3.4 ev = 375 nm Fotoaktivita ev = 1240/λ (nm) 3.4 ev = 375 nm [cit ]

9 Marketingový tah? Aplikace pigmentů Opacita schopnost zakrýt podklad Barva - absorpce světla určité vlnové délky Barvivost - schopnost vtisknout systému určité zbarvení Strukturní funkce ve vrstvě Zvýšení odolnosti vrstvy antikorozní ochrana podkladu Marketingový tah? UV absorbce (rozptyl) Fotoaktivita využití pro čištění vzduchu, antibakteriální působení reaktivních produktů fotokatalýzy Efektní pigmenty (transparentnost, změna vlnové délky s úhlem pohledu)

10 Remisní měření Transmisní měření Koncentrace NO, NO 2 a NOx [ppm] NO NO2 NOx A: alkalický roztok, ph = 11,5 velikost primárních nanočástic: 5 10 nm, agregáty: nm; 0,1 M roztok ve vodě; B: kyselý roztok, ph = 1,1, velikost primárních nanočástic: 5 10 nm, velikost agregátů: nm; 0,1 M roztok ve vode :51 9:21 9:51 10:21 10:51 Čas [hh:mm] C: kyselý roztok, ph = 1,6; primární nanočástice: 5 nm; slabé reverzibilní agregáty 1M roztok ve vodě; D: 0,1 M roztok; chemické složení jako v C, neagregované nanočástice

11 Číslo Průměrované Procenta zárustu vzorku výsledky Zdraví Životní prostředí 1 46,527 84,7% 2 47,041 85,7% 3 46,936 85,5% 4 51,024 92,9% 5 102, ,6% 0 54, ,0% Fe je biogenní prvek rostliny i živočichové ho nutně potřebují => Jeho metabolismus je vlastní všem organismům. Případné poruchy je třeba hledat v poruchách metabolismu, nikoliv toxicitě oxidů Fe v nanoformě Rozpustné sloučeniny titanu TiCl 4 ph=0 TiOSO 4 ph=0 Na 2 TiO 3 ph=14 Komplexy? - hydrolýza

12 Ekotoxicity of Nano and Bulk Forms of Metal Oxides T.Sovová, V.Kočí, L.Kochánková Nanocon 2009 Cit. abstrakt. In the case of TiO 2, no effect was observed within the tested concentration range, for both forms and both organisms. The toxicity ranking of other metal oxides (both nano and bulk) was as follows: CuO < MgO < ZnO. All nanoforms were significantly more toxic than corresponding bulk forms. Cit. závěr: Comparing individual substances between them, the toxicity ranking of metal oxides (both nano and bulk) to V. fischeri and D. magna was as follows: TiO2 < MgO < CuO < ZnO. When comparing the nano and bulk forms, for all substances and organisms, nanoforms were significantly more toxic than the bulk forms. Ekotoxicity of Nano and Bulk Forms of Metal Oxides T.Sovová, V.Kočí, L.Kochánková Nanocon 2009 Dosud vyrobeno asi 200 mil. T TiO 2 Z toho mohlo být asi 2 mil. T pod 100 nm Ti je 9. nejčetnější prvek na zemi Pro zacházení s TiO 2 o nanorozměrech postačují běžné postupy používané jako u pigmentů Snaha výrobců o omezení prášivosti => granule, suspenze Proč?????? 1. Mechanismus fungování přírody 2. Vliv povrchových vlastností na charakter a aplikační vlastnosti běžných pigmentů 3. Technologie TiO2 probíhá ve velkém měřítku ale funguje na nanoúrovni 4. Schopnost napodobit přírodu v jejím využívání slunečního záření jako energetického zdroje

13 Proč?????? 1. Mechanismus fungování přírody Proč?????? 2. Vliv povrchových vlastností na charakter a aplikační vlastnosti běžných pigmentů

14 Proč?????? 3. Technologie TiO2 probíhá ve velkém měřítku ale funguje na nanoúrovni Děkuji za pozornost