APLIKACE NANOTECHNOLOGIÍ V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU

Transkript

1 Centre for Nanomaterials, advanced technologies and Inovations Technical University of Liberec APLIKACE NANOTECHNOLOGIÍ V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU

2 Obsah přednášky Úvod Co jsou to nanomateriály a nanotechnologie? Příklady využití nanotechnologií Bezpečnostní rizika Pandořina skříňka Závěr 2

3 Úvod středověk x nano Kalení = transformace Fe a = 5 A Kovář Saze -6M t/y Barviva Zeolity Precipitace 3

4 Úvod - vizionář Chtěl bych popsat obor, v němž se toho dosud udělalo málo, ale v principu toho v něm může být vykonáno nesmírně mnoho. Proč ještě neumíme zapsat všech dvacet čtyři svazků Encyklopedie Britanniky na špendlíkovou hlavičku? Směrem dolů je spousta místa - Richard Feynman,

5 ÚVOD porovnání rozměrů Předmět délka v nm Mravenec Průměr bakterie Chřipkové viry 100 Virus HIV 90 Vlnová délka ultrafialového záření Průměr šroubovice DNA 2,5 Šířka molekuly vody 0,3 Atom vodíku 0,1 5

6 Load On Sample [mn] Intensity (arb. units) Úvod experimentální technika 2k Fe (ICDD card No ) -Al 2 O 3 (ICDD card No ) 1k Co K [deg] 2500 B Displacement Into Surface [nm] 6

7 Topics Nanoparticals 0D Nanofibres 1D Nanocoatings 2D Nanocomposites 3D 7

8 Aplikace 8

9 9

10 Příklady využití nanotechnologií Oblast využití nanotechnologií a nanomateriálů je velmi rozsáhlá. Můžeme pro zjednodušení konstatovat, že se týká všeho kolem nás - medicíny - strojírenství - stavebnictví - textilního průmyslu - elektroniky - kosmického průmyslu - vojenského průmyslu... 10

11 Aplikace Elektrotechnika - displeje z organických světlo emitujících diod (OLED), magnetické vrstvy pro paměťová média, polovodičové čipy a mikroelektronické aplikace, vysokokapacitní záznamová média, hroty pro mikroskopy se skenující sondou Materiály - keramika, lehké slitiny, oxidy kovů a jiné kovové sloučeniny, ferity, magnety, povrchy, barvy, pigmenty, plasty, plniva, obaly pro potraviny, nesmáčivá úprava povrchů, polymerní kompozitní materiály s vylepšenými mechanickými vlastnostmi 11

12 Aplikace Textil - textilie odolné vůči zašpinění mající schopnost regulovat teplotu, Inteligentní oděvy schopné monitorovat puls a dýchání Enviromentální aplikace - čištění vod a vzduchu Chemie - katalýza chemických procesů (analýza pomocí Au), antibakteriální plasty, antibakteriální boty Stavebnictví - izolační materiály nové generace, samočisticí fasádní nátěry, senzorika a bezpečnostní problematika - tlakové a tepelné senzory ve stavebních materiálech, termochromní skla regulující intenzitu procházejícího světla, transparentní kompozitní materiály, UV filtry s TiO 2, ZnO 12

13 Aplikace Energie - fotovoltaické tenké vrstvy přeměňující světelné záření v el. energii, palivové články využívající uhlíkové nanotrubice, plynové senzory, bateriové elektrody, fotomateriály, fotočlánky, palivové články, vysokokapacitní baterie Doprava - povlaky odolné vůči poškrabání mající samočisticí schopnost, lehké a pevné trubkové rámy, nátěry chránící před korozí obsahující nanočástice, katalyzátory, odolné povrchy satelitů Medicína - kontrastní látky, hypertermie, cílená likvidace tumorů, detoxikace krve, implantáty z biokompatibilních materiálů, čištění enzymů a farmaceutik 13

14 Aplikace Vysoce účinné solární články Nanokatalyzátory Energetické akumulátory Vodíkové zásobníky pro palivové články - vodík má z paliv nejvyšší poměr energie k hmotnosti - velká hmotnost zásobníku a návazných zařízení 14

15 Průmyslové aplikace nanotrubiček Vlastnosti jednovrstvých nanotrubiček: pevnost v tahu GPa modul pružnosti 1-2 TPa 1/6 váhy oceli vysoká tepelná vodivost vysoká elektrická vodivost rok /g /g c/g 15

16 Využití nanotechnologií ve strojírenství katalyzátory => snižování spotřeby paliva supertvrdé povrchy s nízkým třením samočisticí oděruvzdorné laky kompozitní materiály obráběcí nástroje atd. 16

17 Hlavní směry inovačních technologií: Redukce znečišťování ovzduší Recyklovatelnost Bezpečnost Lepší výkon a účinnost motoru (úspora paliva) Estetika 17

18 Funkční nanostrukturní materiály Materiály a vrstvy: Ochranné vrstvy - protikorozní - s nízkým koeficientem tření - odolné proti opotřebení - se samočistícím efektem (TiO 2 ) 18

19 19

20 Interiéry: Textilie s rozšířenou funkčností Filtry pro regulaci vzduchu Elektrochromované sklo Displej opatřený tenkou fólií Interaktivní skla Mikroclony pro displeje založené na principu uhlíkových nanotrubiček0 20

21 Osvětlení: Elektrooptické vrstvy Nové světelné zdroje Elektrochromované vrstvy Optické spínače 21

22 Moderní trendy v automobilovém průmyslu: nanočásticové vystužené polymery pro kryt rozvodového řemenu nízkohmotnostní strukturní kompozity nanoocel nanohliník samočistící povlaky odolné proti poškrábání uhlíkové nanotrubičky pro uchování vodíku elektricky vodivé polymery (nanotrubičky) 22

23 Možné budoucí uplatnění 23

24 Nanoauto Rice University v Houstonu velikost 3,5 nm obsahuje : - podvozek - nápravy - čtyři kola (fullereny) světelný pohon 24

25 Nanomotorek se světelným pohonem TU Mnichov - mechanismus z jediné molekuly roztáčený světlem => pohonná jednotka pro stroje a zařízení používané v nanotechnologiích Nanomotor - syntetický polymer azobenzenu Dusíkový můstek mezi jádry je zkroucený, ale jakmile na něj začne působit světlo určité vlnové délky, narovná se, a tím prodlouží molekulu. Nanomotorek vyvine při každém taktu práci 4,5 x J 25

26 Nanoauto možnost použití nanoaut k přesunu molekul Maximální rychlost? Výkon? Zrychlení? Nanotuning? 26

27 Závěr Aplikace nanotechnologií se dotýká jak oblasti balkových materiálů tak i povrchových úprav. Použití nanomateriálů přinese skokové změny jejich vlastností. Uplatnění nanotechnologií v průmyslu určitě přinese úspory ekonomické i ekologické. Je třeba mít na paměti zdravotní i ekologická rizika nově nastupujících nanotechnologií a nanomateriálů. Tyto oblasti zákonitě musí být v nejbližší době středem pozornosti průmyslu. Nanotechnologie je perspektivním odvětvím, neboť inovační průmysl je stále lačný po nových poznatcích. 27

28 Použitá literatura [1] Vacek J., Michl J.: Molekulární stavebnice, Vesmír, Vol 5 (2002), [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Louda P.: Materiály 21. století Nanomateriály, PowerPoint-prezentace, Liberec, 2005 [14] [15] [16] [17] [18] Fujishima A., Hashimoto K., Watamabe T.: TiO2 Fotokatalýza, základy a aplikace, Silikátový svaz, 2002 [19] [20] [21] [22] Ginder J. M.: Nanotechnology in Automotive Applications, Advanced Materials & Processes, Volume 163 (2005), [23] [24] [25] [26] [27] [28] Walkoviak B.: ústní sdělení, Łódź, [29] Characterising the potential risks posed by engineered nanoparticles, A first UK Government research report, London, 2005 A další

29 Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne! petr.louda@tul.cz 29

30 Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne! kontakt: petr.louda@tul.cz 30