Vítejte v nanosvětě. J. Leitner Ústav inženýrstv. enýrství pevných látekl VŠCHT Praha



Podobné dokumenty
Nanotechnologie a jejich aplikace. doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.

NANOMATERIÁLY NA PRACOVIŠTÍCH 2008

Fototermika a fotovoltaika [1]

Zasedání OR FCH 27. ledna 2016 zápis

Biogeochemické cykly vybraných chemických prvků

Nanočástice ve fotovoltaice

Bezpečnostní list. Ultramid B36 LN. 1. Identifikace látky / směsi a společnosti / podniku. 2. Identifikace rizik. Identifikátor výrobku

(dle vyhlášky 231/2004 Sb.) Datum vydání: 03/06/04 BAYCIDAL 25 WP Strana 1 (celkem 7) Datum revize: 04/01/07

Změny délky s teplotou

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: fyzika. Třída: kvarta. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák.

Využití kalorimetrie při studiu nanočástic. Jindřich Leitner VŠCHT Praha

Základy nanomateriálů

List bezpečnostních údajů Produkt Chladicí kapalina GENCOOL PC-26 Strana: 1 /5

TECHNICKÝ INFORMAČNÍ LIST

L A S E R. Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století, vznik kvantových představ o interakci optického záření s látkami.

Cíle průzkumu textilu

* Kyselina fosforečná a kyselina fosforitá * Kyselina dusičná a kyselina dusitá * Jiné kyseliny Odpady z výroby,

Fyzikální chemie Ch53 volitelný předmět pro 4. ročník

BEZPEČNOSTNÍ LIST podle nařízení (ES) č. 1907/2006

SMĚRNICE Zjednodušená analýza rizika blesku

BEZPEČNOSTNÍ LIST č Datum vyhotovení : Datum vydání : Datum revize : Verze : 05 Strana : 1 z 5

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

podle Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 Datum vydání: Datum revize: Revize č.: 1

Atomová absorpční spektroskopie (AAS) spektroskopie (AAS) spektroskopie (AAS) r Wolaston pozoroval absorpční čáry ve slunečním spektru

Všeobecně lze říci, že EUCOR má několikanásobně vyšší odolnost proti otěru než tavený čedič a řádově vyšší než speciální legované ocele a litiny.

3. STRUKTURA EKOSYSTÉMU

Návod k instalaci a obsluze

VČELÍ VOSK BÍLÝ 1. IDENTIFIKACE LÁTKY NEBO PŘÍPRAVKU A VÝROBCE A DOVOZCE

BEZPEČNOSTNÍ LIST VÝROBKU INFORMACE VZTAHUJÍCÍ SE K CHEMICKÝM ÚDAJŮM

LED svítidla - nové trendy ve světelných zdrojích

Bezpečnostní list Rhenoplast KP 1 dle zákona č. 356/2003 Sb. a vyhlášky č. 231/2004 Sb.

Téma č obor Obráběcí práce, Zámečnické práce a údržba/strojírenská technologie. Neželezné kovy

BEZPEČNOSTNÍ LIST podle Nařízení evropského parlamentu a rady (ES) č. 1907/2006. TORO čisticí pasta

BEZPEČNOSTNÍ LIST HYDRAULIC OIL HM 46 ISO VG

SLUNEČNICOVÝ OLEJ RAFINOVANÝ 1. IDENTIFIKACE LÁTKY NEBO PŘÍPRAVKU A VÝROBCE A DOVOZCE

část 1 IT vybavení, technické vybavení a elektronika

7. Stropní chlazení, Sálavé panely a pasy - 1. část

STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE

podle Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 Datum vydání: Datum revize: Revize č.: 1

Verze: 1.0 (CZ) Datum / Přepracováno.: MAGNASOL 5152 Datum tisku: MAGNASOL PSR_WPT@ciba.com

OLEJ Z LÍSKOVÝCH OŘÍŠKŮ 1. IDENTIFIKACE LÁTKY NEBO PŘÍPRAVKU A VÝROBCE A DOVOZCE

Bezpečnostní list podle Vyhlášky (EG) 1907/2006

Chemické metody stabilizace kalů

BEZPEČNOSTNÍ LIST dle nařízení 1907/2006/ES

BEZPEČNOSTNÍ LIST (podle Nařízení ES č. 1907/2006) Datum vydání: Datum revize: Strana: 1 z 6 Název výrobku:

BEZPEČNOSTNÍ LIST podle nařízení (ES) č. 1907/2006

JOHNSON CONTROLS PARTS CENTER Olej Sabroe S68 pro průmyslové chlazení

3.01 Adsorpce na aktivním uhlí co dokáže uhlí(k). Projekt Trojlístek

VY_62_INOVACE_VK64. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen Červen 2012

Nanosystémy v katalýze

BEZPEČNOSTNÍ LIST (podle Nařízení ES č. 1907/2006) Datum vydání: Datum revize: Strana: 1 z 5 Název výrobku:

STANDARD KVALITY SPOD č. 2

Kluzná pouzdra KU - B10 samomazný kov

KATALOG MYCÍ PROSTŘEDKY. CLEANFIX, s.r.o., Šumavská BRNO tel.+fax: , cleanfix@cleanfix.

Ploché výrobky z konstrukčních ocelí s vyšší mezí kluzu po zušlechťování technické dodací podmínky

BEZPEČNOSTNÍ LIST podle nařízení (ES) č. 1907/2006. Incidin OxyWipe S

Zásady bezpečnosti práce v laboratoři

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Bezpečnostní list dle Nařízení Evropského parlamentu a Rady č. 1907/2006

Potenciometrie. Obr.1 Schema základního uspořádání elektrochemické cely pro potenciometrická měření

ZAŘÍZENÍ PRO ODBĚR VZORKŮ VZ

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: ŠČERBOVÁ M. PAVELKA V. VZPĚR VZPĚR

Anotace přednášky FUNKČNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY

Malý, ale výkonný. LineMicro REJSTŘÍK. Technologie 4-7. Konvekční elektrické pece 8-9 Technické detaily 10 Funkce 11

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

3.3 Výroba VBD a druhy povlaků

TRUBKA COBRAPEX S KYSLÍKOVOU BARIÉROU

ATHÉNSKÁ CHARTA CIAM (1933) Zásady plánování měst, zrevidovaná verze charty vypracovaná v roce 2002 Evropskou radou urbanistů.

Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/

*** Přípravek má charakter nebezpečného přípravku ve smyslu zákona č. 356 / 2003 Sb. ***

Předmět: C H E M I E. 08-ŠVP-Chemie-1, 2, 3, 4 strana 1 (celkem 8)

1. IDENTIFIKACE PŘÍPRAVKU A VÝROBCE / DOVOZCE / PRVNÍHO DISTRIBUTORA 1.1 Obchodní název: OIL LEAK STOP (kód produktu 70306) Směs - maziva a přísady.

UHLÍK vlastnosti, modifikace, použití

KOLODIUM ÖAB BEZPE NOSTNÍ LIST podle Na ízení (ES). 1907/2006 (REACH) 1. IDENTIFIKACE LÁTKY / P ÍPRAVKU A SPOLE NOSTI / PODNIKU

(v %)

Technická informace potisk obalů ofsetový tisk značkové a přímé barvy. ACRYLAC zlaté a stříbrné tiskové barvy

Odstraňovač vápenných usazenin C 131

MEM Protiplísňová přísada 1. IDENTIFIKACE LÁTKY / SMĚSI A SPOLEČNOSTI / PODNIKU

AXIon NÁVOD K OBSLUZE

Forbes Road bldg 30, Nortborough, MA USA

Bezpečnostní list Podle vyhlášky č. 231/2004 Sb.

DUM 09 téma: P edepisování struktury povrchu

1. Identifikace látky nebo přípravku a výrobce nebo dovozce

Příprava vrstev metodou sol-gel

NANOMATERIÁLY, NANOTECHNOLOGIE, NANOMEDICÍNA

B E Z P E Č N O S T N Í L I S T dle vyhlášky 231/2004 Sb.

BEZPEČNOSTNÍ LIST podle nařízení (ES) č. 1907/2006 a č.1272/2008

Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání. Akademie - VOŠ, Gymn. a SOŠUP Světlá nad Sázavou

STAVEBNÍ LÁTKY DRUHY ASFALTŮ ASFALTY. Asfalty a dehty. Složení asfaltů. Vlastnosti asfaltů

BEZPE NOSTNÍ LIST. (podle na ízení Evropského parlamentu a Rady ES.1907/200/) Datum vydání: Strana: 1 / 6

PRINCIPY ZAŘÍZENÍ PRO FYZIKÁLNÍ TECHNOLOGIE (FSI-TPZ-A)

Mletý vápenec sušený. Další názvy: Není aplikováno jedná se o přírodní surovinu.

NANOSTRUKTURY NA BÁZI UHLÍKU A POLYMERU PRO VYUŽITÍ V BIOELEKTRONICE A V MEDICÍNE

Bezpečnostní list Podle Nařízení ES č. 1907/2006 (REACH)

Bezpečnostní list dle vyhlášky č. 231/2004 Sb.

PRŮVODNÍ A TECHNICKÁ ZPRÁVA. Objektu nám. T. G. Masaryka 25, V MORAVSKÉM KRUMLOVĚ

Legislativa k lékárničce pro práci s dětmi a mládeží

Bezpečnostní list CHAMPION 50 WP. Datum vyhotovení: Strana:1 z 6 Datum přepracování:

Název: Obec Lipoltice, Lipoltice 2, zastoupený: Ing.Liborem Černým, starostou obce IČO :

Transkript:

Vítejte v nanosvětě J. Leitner Ústav inženýrstv enýrství pevných látekl VŠCHT Praha

1. Úvod Fenomén nano Nanostruktury v přírodě Nanotechnologie a nanomateriály (trocha historie) 2. Nano současnost Nano není revoluce ale evoluce Co všechno je nano Jak lze nano vyrobit Jak lze nano zkoumat 3. Proč je nano jiné Vliv velkého povrchu (počtu povrchových atomů) Vliv malého objemu (počtu všech atomů) 4. K čemu je nano dobré Nanokatalýza Nanomedicína Nanoelektronika 5. Nano (ne)bezpečnost nost Jak se nanomateriály dostávají do životního prostředí Jak jsou nanomateriály škodlivé

1886: Benz patentoval Motorwagen 1 (motorová tříkolka) 1913: Ford otevřel první linku na výrobu automobilů

Databáze Scopus Nanoscience and Nanotechnology 1996-2014 svět: 328808 (USA, Čína, Japonsko, Německo) N ČR: 1622 (31/142 zemí) Počet publikací v databázi Scopus 10000 8000 6000 4000 2000 United States Western Europe Japan China 0 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Rok

Morpho didius Structural colours Barevný vjem je dán d n interakcí (interference, lom, difrakce) viditelného světla (400-800 nm) a strukturovaného povrchu (200 nm). V mnoha případech p padech je tento vjem závislýz na úhlu, pod kterým objekt pozorujeme (iridescence, goniochromismus)

Lykurgův v pohár r (4. stol.) nanočástice Au a Ag Šavle z damascénsk nské oceli (13.-18. 18. stol.) uhlíkové nanotrubky a vlákna z cementitu Fe 3 C

Elektronika Medicína Farmacie Chemický průmysl Paměťová média (oxidy, FePt, ) Si komponenty, polymery QDs (ZnS, CdSe), lasery, biosenzory Lékařská diagnostika (kontrastní media pro MR magnetické částice Fe 3 O 4, γ-fe 2 O 3 nebo Pt-Fe, pro XRCT Au, Ta 2 O 5, fluorescenční značky - QDs) Cílený transport léčiv (funkcionalizované CNT a fullereny, polymerní NP) Nanostrukturované biomateriály, nanomembrány pro dialýzu Katalyzátory a fotokatalyzátory Nanostrukturovaný uhlík Pigmenty, ferofluidy Energetika Li-iontové akumulátory (LiCoO 2, LiMn 2 O 4, Li 4 Ti 5 O 12, ) Fotovoltaika (ZnO, TiO 2 ) Auto. průmysl Ostatní Materiály pro akumulaci vodíku (hydridy, C-nanostruktury) Katalyzátory výfukových plynů Barvy a laky, ochranné povlaky Saze a ZnO při výrobě pneumatik Textilní nanovlákna, antibakteriální úprava textilií Kosmetika (deodoranty, antiperspiranty, prostředky na opalování) Nanomembrány pro čištění odpadních vod, Fe-NP pro čištění odpadních vod

Nano není revoluce, ale evoluce Cílené kroky v oblasti nanomateriálů a nanotechnologií 1857 - Příprava koloidních částic Au (M. Faraday) 1871 Kelvinova rovnice (tenze par nad zakřiveným rozhraním) 1909 Snížen ení teploty tánít nanočástic (teoretické odvození P. Pawlow) 1931 Sestrojen první elektronový mikroskop (M. Knoll, E. Ruska) 1950 Navržen postup přípravy p pravy koloidních suspenzí nanočástic (V. LaMer, R. Dinegar) 1954 - Snížen ení teploty tánít nanočástic (experimentáln lní potvrzení M. Takagi) 1959 Přednáška R. Feynmana (CIT) o nanotechnologiích 1981 Sestrojen první skenovací tunelový mikroskop (G. Binning, H. Rohrer) Připraveny QD ve skleněné matrici (A. Ekimov) 1985 Objev fullerenu (R. Smalley, H. Kroto, R. Curl) Připravena koloidní suspenze QD (L. Brus) 1991 Připraveny uhlíkov kové nanotrubky (S. Iijima) National 2000 Nanomateriály a nanotechnologie v předmp edmětech běžb ěžného života (spotřebn ební zboží a služby) Nanotechnology 2007 Viz semantic wave nanotech Initiative http://www.nano.gov

Nanomateriály a nanotechnologie Individuáln lní nanoobjekty (jeden z rozměrů v rozmezí 1-100100 nm) 0D nanočástice (různý tvar/struktura, chemické složen ení,, funkcionalizace) 1D nanovlákna, nanopásky, nanotyčky, nanotrubky,... 2D nanovrstvy Kompaktní nanostrukturované materiály Nanokrystalické materiály Nanokompozity Nanoporézn zní materiály Nanotechnologie Postupy (technologie), kterými jsou cílenc leně vytvářeny, modifikovány nebo charakterizovány objekty s rozměry ry 1-1001 100 nm, které mají nové vlastnosti vyplývající z jejich rozměrů a tvarů. Manipulace na atomárn rní/molekulární úrovni.

ZnO SL grafen TiO2

Top-down Top-down Mechanické dělení (mletí,,...) Termické metody (napa( napařování,, naprašov ování, laserová ablace, pyrolýza, spalování,,...) Chemické a elektrochemické metody (leptání, anodická oxidace,...) Litografie (UVL, XRL, EBL,...) Bottom-up Bottom-up Chemické metody kapalná fáze (precipitace z roztoků,, hydrotermáln lní/solvotermální syntéze, sol-gel metody,...) Chemické metody plynná fáze (CVD, MOCVD, ALD, MBE,...)

Příprava nanostruktur pomocí litografie http://www.dileepnanotech.com/articles/lithography.html

Příprava nanodrátů Si, Ge a Si x Ge 1-x http://www.tms.org/pubs/journals/jom/1004/picraux-1004.html

Mikroskopické metody Spektroskopické metody Difrakční metody Další metody CLSM morfologie SEM topologie/morfologie povrchu EPMA lokální chemická analýza TEM/HRTEM tvar a velikost částic XRF chemické složení Fotoelektronová spektroskopie (XPS, AES) chemické složení povrchu RTG absorpční spektroskopie (XAS, EXAFS, XANES) lokální atomová a elektronová struktura (CN, NND) FTIR, RS, SERS RTG difrakce (XRD, SAXS) struktura, velikost nanočástic SAED lokální strukturní analýza (tání) RHEED struktura povrchu LEED struktura a vazebné poměry na povrchu (adsorpce) ND struktura STM, AFM topologie/morfologie povrchu DTA/DSC termofyzikální a termochemické vlastnosti BET stanovení velikosti povrchu SIMS chemické složení DLS velikost částic v suspenzích

AFM mikroskopie atomárn rních sil

HRTEM TEM s vysokým rozlišením HRTEM 10 nm TEM

Teplota tánít nanočástic Sn Sn

Na rozměrech rech a tvaru částic závisz visí: Hustota, koeficient teplotní roztažnosti, koeficient objemové stlačitelnosti Kohezní energie, mřížkovm ková energie Povrchová energie, povrchové napětí Teplota vypařov ování/sublimace, tání, t, strukturních transformací Entalpie vypařov ování/sublimace, tání, t, strukturních transformací Tenze nasycených par Entalpie, Gibbsova energie a rovnovážná konstanta chemických reakcí Rozpustnost a vzájemn jemná mísitelnost Aktivační energie adsorpce a aktivační energie chemických reakcí Katalytická aktivita a selektivita Debyeova teplota, molárn rní tepelné kapacity Energie vzniku vakancí,, aktivační energie difúze Tepelná vodivost Curiova teplota, Neélova teplota, teplota přechodu p do supravodivého stavu Šířka zakázan zaného pásu p polovodičů...

Obecná závislost vlastnosti na velikosti částic Vlastnost Velikost

Jednotlivé atomy Atomové klastry Nanoobjekty Makroobjekty (bulk( bulk) 1.0 Disperze (η = N σ /N ) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 r (nm) η = 3d at /r d Au = 0,288 nm Disperze η = N povrch /N celkem

0 0 η = 0,1 r = 8,64 nm η = 0,5 r = 1,73 nm η = 0,9 r = 0,96 nm d at = 0,288 nm Vážený průměr r vlastností povrchových a nepovrchových atomů 0 % 90 % 10 % 70 % 30 % 50 % 50 % 70 % 30 % 90 % 10 % 0 %

Nanočástice velká molekula Atom Na (Z = 11) el. konfigurace 1s2, 2s2, 2p6, 3s1 Nanočástice Na (Nat = 8) Jellium model (1s2, 1p6, 1d10, 2s2, 1f14, 2p6,...) el. konfigurace 1s2, 1p6 Magic numbers Nat = Nel = 2, 8, 18, 20, 34, 40, 58, 68, 70, 92, 106, 112, 138, 156,...

Magic numbers Stabilita atomových klastrů Cd N v závislostiz na počtu atomu Cd N el =..., 20, 34, 40, 58, 68, 70, 92, 106, 112, 138, 156,... N at = ½N el =..., 10,, 17, 20,, 26, 34, 35,, 46, 53, 56, 69,,...

Nanokatalýza + H 2 C 6 H 10 cyklohexen C 6 H 12 cyklohexan

Nanokatalýza

Nanomedicína na Oblasti využit ití Zobrazování (MRI, XRCT CT,, fluorescenční značky) Léčiva (kontrolované uvolňov ování,, cílený c transport) Terapie (magnetická hypertermie) Antibakteriáln lní a dezinfekční účinky Jaké nanočástice Kovy Ag, Au, Pt-Fe, Co-Fe, Další prvky Si, nanostrukturovaný n uhlík (fullereny, CNT, nanodiamanty) Oxidy - Fe 3 O 4, γ-fe 2 O 3, Ta 2 O 5 Další anorg. sloučeniny sloučeniny typu A II B VI (A II = Zn, Cd, B VI = S, Se, Te) Organické látky liposomy, Polymery PEG (poly-ethylenglykol, PDLA (poly-d-ml mléčná kyselina), PLL (poly-l-lysin), lysin),

Diagnostika MRI, XRCT Funkcionalizované nanočástice Fe 3 O 4 /TaO x RITC = izothiokyanat rhodaminu PEG = polyethylenglykol + 840 mg/kg 1 hod 2 hod 24 hod

Zlepšen ení biodostupnosti

Cílený transport léčivl

Toxicita nanočástic (nanomateriálů) Stále vzrůstající produkce nano a jejich nové aplikace vedou k zvýšené emisi a kontaminaci životního prostředí (vzduch, voda, půda). Výzkum v oblasti nano-toxicity (nano-bezpečnosti) dlouhou dobu zaostával za vývojem nových nanomateriálů a nanotechnologií. První studie o TiO 2 na počátku 90-tých let (G. Oberdörste, J. Ferin). Vzniká specifická legislativa, vyvíjí se jednotná metodika testování. EU- Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR): Risk Assessment of Products of Nanotechnologies (2009). Testy in-vitro a in-vivo, zjištěné akutní toxické účinky (cytotoxicita, zvýšená produkce volných radikálů a ROS,...). U pokusných zvířat poškozeny vnitřní orgány (plíce, játra, ledviny, slezina).

Koloběh nano v přírodp rodě

(A) slezina ledvina (B) LD 50 Cu 23,5 nm 413 mg/kg (nano) jako Cu 2+ >5000 mg/kg (mikro)

Cytotoxicita toxický účinek na buňky Oxidační stress zvýšená tvorba radikálů obsahujících kyslík (ROS) http://en.wikipedia.org/wiki/nanotoxicology

ZnO v krémech na opalování 5 dní (ráno a v poledne) 2 3 g krému zjišťován poměr 68 Zn/ 64 Zn v krvi a moči NP ZnO (1 µm) 68 Zn 18,8 % 52 % 18 hm.% ZnO v krému

Děkuji za pozornost Ústav inženýrstv enýrství pevných látekl VŠCHT Praha http://old.vscht.cz/ipl/materialy.html