PŘÍKLADY VYUŽITÍ NANOTECHNOLOGIÍV PRŮMYSLU A SPOTŘEBITELSKÉ SFÉŘE

Transkript

1 PŘÍKLADY VYUŽITÍ NANOTECHNOLOGIÍV PRŮMYSLU A SPOTŘEBITELSKÉ SFÉŘE ING. VÁCLAVA KŘEČKOVÁ SZÚ PRAHA

2 Velikost Molekula vody má průměr asi jeden nanometr. Dešťovákapka obsahuje cca atomů, / / Lidský vlas je široký asi nanometrů Jednostěnná uhlíková trubice měří asi 1,2 nm. Kvantovátečka germania na křemíkovépodložce (využívanávelektrotechnice) je 10nm širokáa 1,5 nm vysoká. Nejmenší tranzistory měří dnes cca 20 nm. Molekula DNA je asi 2,5 nm široká. Typický protein má velikost 1-20 nm. ATP-syntáza (biochemický motor) má průměr 10 nm.

3 Vymezení Mezi světem atomůa současným reálným světemležíoblast nanosvěta, územíčástic a struktur o rozměru od cca 1 nm do cca 100 nm. Nanostrukturyjsou dostatečněmaléna to, aby se v nich mohly uplatňovat kvantové jevy. Zkoumánítěchto jevůje předmětem nanovědy, vědníoblasti zahrnující fyziku pevné fáze, chemii, inženýrství a molekulární biologii.

4 NANOTECHNOLOGIE Stímto termínem přišel jako prvnívroce 1974 japonský profesor Taniguchi vpřednášce na téma sofistifikovaných výrobních procesů. V roce 1959 americký fyzik Richard Feynman, při příležitosti zasedáníamerickéfyzikálníspolečnosti na Kalifornském technologickém institutu, přednesl přednášku snázvem THERE S PLENTY ROOM AT THE BOTTOM /4/, kde upozornil na možnost manipulace sobjekty nepatrných rozměrů; hovořil tehdy o mikrotechnologii.

5 DEFINICE NANOTECHNOLOGIE Nanotechnologie je výzkum a technologický vývoj na atomové, molekulárnínebo makromolekulárníúrovni, v rozměrovéškále přibližně1 100 nm. Je to téžvytvářenía používánístruktur, zařízenía systémů, kterémajív důsledku svých malých nebo intermediálních rozměrůnovévlastnosti a funkce. Nanověda je studium hmoty na atomové a molekulární úrovni (obvykle od 0,1 do 100nm), kde se vlastnosti výrazně liší od vlastností při větších rozměrech.

6 NANOTECHNOLOGIE PŘÍRODNÍ V přírodě většina základních životních procesů probíhá v nanorozměrech. v přírodě platí, že nanotechnologie je věda a umění vytvářet komplexnía praktickázařízenís atomovou přesností.

7 RELATIVNÍVELIKOSTI

8 Biomineralizace měkkýš abalon Uspořádáváuhličitan vápenatý (křídu) do pevných nanostrukturních bloků. Jako maltu používápružný sliz: směs proteinůa sacharidů.

9 Gekon Gekon má na svých prstech miliony chloupků rozštěpených do stovek hrotů, každý 200 nm široký. Slabéintermolekulárnísíly udržujísklo a chloupky pohromadě

10 Lotosový efekt Kapičky vody jsou od povrchu listu odpuzovány, cožje zapříčiněno chmýřím na povrchu listu. Rostliny si tak zajišťují, že voda v podobě kapiček rychle odteče, přičemž ssebou vezme všechny nečistoty zpovrchu.

11 NANOTECHNOLOGIE HISTORICKÉ

12 NANOTECHNOLOGIE HISTORICKÉ Lykurgovy poháry (Řím, 4. stol. n.l.) Sklo poháru však obsahuje malé množství zlata a stříbra ve forměnanokrystalůo rozměru cca 70 nm.

13 NANOTECHNOLOGIE SOUČASNÉ Zpevňování kovových matric pomocí nanoprecipitátů Hliníkovéslitiny: nanoklastry atomůcu, Nízkolegovaná ocel: její vysoká žárupevnost a dlouhodobá životnost je dosahována nanočásticemi např. karbidu vanadu o průměru nm

14 Fullereny Vroce 1985 zásluhou Richarda Smalleyho, Harolda Krota a Roberta Curla přibyla čtvrtá forma uhlíku fulleren (C60). Skládáse z60 vzájemněpropojených atomůuhlíku a z60 atomůvodíku. výrobu super-pevných materiálů nízké hmotnosti skla filtrující škodlivé záření Nosiče pro cíleně působící léky

15 Uhlíkovénanotrubice Struktury tvořené ze stočených grafitových rovin. Jsou 50krát až100krát pevnějšínežocel a 60krát lehčí. Lepidla Špičkové sportovní vybavení Vedení el. proudu

16 Vedeníel. proudu Možnost nahradit staré hliníkové a měděné elektrické vedení vlákny utkanými z uhlíkových nanotrubiček. Nanotrubičky mohou vést daleko větší proud než tradiční kovovédráty (více nežmilion ampérůna cm 2 ) a na rozdíl od kovových drátůztrácejíjen velmi málo energie vyzařováním tepla.

17 Solárnínanostruktury Tento článek, tvořený svazkem nanopolovodičů o rozměrech mezi 50 až80 nm, je menšínežvlnová délka viditelného světla a to vede keliminaci světelného odrazu a dokonaléabsorpci viditelného světla a jeho převedení na elektrický proud.

18 Nový druh vedení

19 Nový typ solárnách článků

20 Nanovlákna Technologie na bázi elektrospiningu nazvaná nanospider umožňuje výrobu nanovláken (Technická univerzita v Liberci). Elmarco s.r.o. Liberec - výroba nanovláken na bázi: PVA, PVA C, PA 6, PA 6/12 PA 12, PAA, PAN, PEOX, PESO, PS, PUR, PVP, PVP I, CHITOSAN, GELATINE i výrobu anorganických nanovláken SiO 2 ; Al 2 O 3 ; ZnO;TiO 2 ; ZrO 2

21 Nanovlákna Filtry s nanovlákny - neprůchodnost mikročástic či mikroorganismů, dokonce i virů. Elektrostaticky zvlákněná polymerní nanovlákna - kosmetická pleťová maska pro hojení pleti, její čištění nebo pro léčebné účely. Medicína a hygiena -Struktura nanovlákennétextilie je podobná struktuře mezibuněčné hmoty lidské tkáně Krycí a obvazový materiál

22 Nanovlákna Ochranné oděvy Bariérovémateriály -majíochránit pacienta a personál před infekcí a zabránit prosáknutí tělních tekutin. Hydrofobně upravené nanomateriály se stávají vodoodolnými, a zároveň stále umožňují prostup vzduchu

23 Nanotronika Obor elektroniky pracujícíve velikostech nanometrů. Design počítačových čipů, u nichžse používajítranzistory o velikosti zhruba 100 nma jichžse vejde na uhlíkovou destičku cca 100 milonů, a očekáváse, že do roku 2012toto číslo vzroste ažna jednu miliardua běžnětranzistory se zmenšína 45 nm.

24 Nanostříbro Antimikrobiálníúčinky -docházíkdenaturaci disulfidových vazeb v buněčných membránách bakterií lékařsképřístroje Textil klávesnice pro počítače automobilový průmysl sportovní předměty kosmetika, hračky, nátěry podlah a zdíaj.( Ponožky nanosilver jsou u nás běžnědostupnéza cca185 Kč.) nádobky na potraviny, chladničky, mrazničky.

25 Nano ZnO vynikající antibakteriální účinky a vynikající fyzikální stabilitu neodbarvuje, nevyžaduje k aktivaci UV světlo využitívmedicíně, kosmetice, při výroběživočišných krmiv a veterinárních léčiv, vprůmyslu pryže, keramiky, textilním, barev chránit před oběma složkami UV světla (UVA a UVB) Plastový obal se zabudovanými nanočásticemi ZnO vyvinula firma SongSing Nano Technology

26 Nano Silikony Ohnivzdornésklo kryjísilikonovénanočástice, které napomáhají skleněným tabulím déle než dvěhodiny vzdorovat teplotám aždo 980 o C.

27 Nano TiO 2 Nanoprášky TiO 2 se nyníběžněpoužívajívkosmetice, vkrémech na obličej, v opalovacích pleťových vodách a krémech pro své fluorescenční a antibakteriální účinky. Společnost PPG industries využívánanočástice oxidu titaničitého pro přípravu skleněných desek, kteréneodrážejísvětlo a nikdy je není třeba mýt. Nanosenzory přečišťovánívody Klíčovávlastnost těchto nových filtrůje to, že částice majíobrovský povrch v poměru ke své váze. Jeden gram nanokluliček odpovídá celkové ploše 1000 metrů čtverečních. Potravinářství Potravinářskéspolečnosti začali experimentovat snanočásticemi, kterézměníbarvu, pokud je potravina napadena nebo kontaminována bakteriemi jako např. E.coli.

28 TiO 2 Vlastnosti fotokatalytického působení anatasovéformy nanokrystalickéhotio 2 Jednou z těchto vlastností je fotokatalytická aktivita umožňující působením ultrafialového záření(λ< 390 nm) degradovat na povrchu nanočástic TiO 2 veškeréorganickéstruktury, včetně mikroorganizmů. V přítomnosti vodya kyslíkuse tyto částice na povrchu TiO 2 transformujína vysoce reaktivníradikály(příklad A) Druhou významnou vlastnostíanatasu je jeho fotokatalyticky indukovanásuperhydrofilita. Působením ultrafialového zářeníse však povrch anatasu stávásilněhydrofilním, vodníkapičky se spojía vytvořína něm dokonale průhledný molekulárnífilm, po kterém dalšívoda snadno stéká(příklad B).

29 TiO 2

30 Nanokompozity polymer jíl Nanokompozity polymer-jíl ;plasty s homogennědispergovaným malým množstvím částic nanojílů. Jílovémateriály (téžvrstevnatésilikáty) majíschopnost přijímat do svévlastníkrystalovéstruktury velkéorganickémolekuly, polymery nebo velké komplexní ionty.

31 Nanokompozity polymer jíl

32 Plasty slepšími bariérovými vlastnostmi Společnosti Nycoa, Bayer, Honeywell a Nanocor používajísilikáty ve forměnanočástic do nylonu 6. V ČeskéRepublice patřík nejslibnějším výzkum nanokompozitůpolymer-jíl ve Fatře Napajedla..

33 Nanolamináty. Vytvářeníjedlých fóliía potahů. Nanolaminát tvořený globulární bílkovinou a polysacharidem

34 Polyamidovénanokompozitní výrobky a výrobci Výrobek Region Výrobce Pryskyřičná matrice www-stránka Durethan LDPU Evropa Lanxess PA6 NycoNano USA Nycoa PA6 Argus NC USA Honeywell PA6 m Nanoblend Evropa PolyOne PA6 Nanomide Asie NanoPolymer PA6 om Ecobesta Asie Ube Industrie PA6 kopolymer Systemer Asie Showa Denko PA6 om Imperm všechny Nanocor MXD6

35 Zeolity Vropnérafinerii Exon Mobil vluisianěslouží jako filtr bílávrstva nanokrystalůpřipravených ze zeolitu. Surováropa se při průchodu tímto sítem měnína naftu. Změnou nanostruktury zeolitu se změní vedlejší produkty.

36 Nanotechnologie neexistující Vroce 1861jako prvnípopsal suspenzi obsahujícíčástice o rozměrech nm ThomasGraham,britský chemik a nazval ji koloidním systémem. Beárskáomáčka (kapičky octa suspendovanévroztaveném másle.) Koloidnísystémy (Maxwell, Einstein ) na přelomu stoletía později vznikl i nový obor - KOLOIDNÍ CHEMIE. Krémy a nátěrovéhmoty jsou rovněžkoloidy. SAZE a pigmenty pro nátěrové hmoty mívají průměr okolo 100nm. Takévtěchto případech se někdy mluvío nanotechnologiích. nejednáo nabídku nových vlastnostísouvisejících snanorozměry, ale o původníznámémateriály.

37 Konec Děkuji za pozornost