Velká věda o malých věcech
nanos je řecky trpaslík nano- znamená miliardtinu celku, takže 1 nanometr = 10-9 metru Co je to nanosvět? území částic a struktur přibližně o velikosti v rozmezí 1 100 nm
pro představu: struktura o rozměru 100 nm je svojí velikostí v takovém poměru k fotbalovému míči, jako je fotbalový míč k zeměkouli Prnka a Šperlink, 2004
Jaká je šířka lidského vlasu? asi 80 000 nm http://www.semguy.com/gallery.html Jaký je průměr molekuly vody? asi 0,3 nm
atomy jsou menší než 1 nm do jednoho nanometru se vejde asi šest atomů uhlíků, či deset atomů vodíku některé molekuly (tj. skupiny atomů poutané chemickou vazbou) jsou větší než 1 nm molekuly o velikosti od 1 do 100 nm jsou už nanostrukturami nanočástice a nanostruktury jsou základními stavebními jednotkami nanomateriálů
jsou vytvářeny přírodou např. DNA, bílkoviny či viry model DNA http://www.reason.com/ blog/show/129978.html struktura hemoglobinu http://www.molecularstation.com/molecular -biology-images/505-protein-pictures/47- structure-hemoglobin.html virus chřipky (úsečka představuje 100 nm) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ictvdb/images/ Safrica/flu3s.htm
jsou vyráběny člověkem, např.: jednoelektronové tranzistory, které dnes měří pouze asi 20 nm uhlíkové nanotrubice o průměru cca 1,2 nm různé nanočástice používané kupříkladu v kosmetických a opalovacích krémech 25nm FD-SOI tranzistor http://www.advancedsubstratenews.com/v9/ articles/soi-in-action/lab-news.php model uhlíkové nanotrubice http://homepage.mac.com/jhgowen/research/ nanotube_page/nanotubes.html nanokrém http://herbal-organix.com/products.html
hmota v měřítku nanometrů může mít nové, unikátní vlastnosti zcela odlišné od vlastností pozorovaných v makrosvětě studiem vlastností a výrobou nanočástic a nanostruktur se zabývají různé obory nanotechnologie a nanovědy, zejména nanofyzika a nanochemie nanofyzika studuje fyzikální vlastnosti nanočástic a nanostruktur a jevy probíhající na úrovni nanometrů (např. tunelový jev, efekt obřího magnetického odporu (GMR) apod.) nanochemie je zaměřena na přípravu nanočástic a nanostruktur a popis jejich chemických a fyzikálně-chemických vlastností
o vlastnostech materiálů rozhoduje nejen chemické, ale i strukturní složení chování nanočástic a nanostruktur ovlivňují atomové síly, vlastnosti chemických vazeb a kvantové jevy u velmi malých částic se začíná projevovat jejich vlnová povaha to má za následek projev neobvyklých fyzikálních, chemických a biologických vlastností, které jsou využitelné v praxi
změny mechanických vlastností pevnost: uhlíkové nanotrubice jsou stokrát pevnější než ocel, ale šestkrát lehčí ocel versus uhlíková nanotrubice http://www.ferrotip.cz/betonarska_ocel.aspx http://cs.wikipedia.org/wiki/uhlík tvrdost: nanočástice požívané v metalurgii jsou zodpovědné za zvyšování tvrdosti a životnosti kovů tažnost, superplasticita atd.
změny magnetických, elektrických a optických vlastností např. oblast, ve které dochází k maximální absorpci fotonů, se liší pro různě velké částice, a proto se v závislosti na velikosti mohou nanočástice jevit jako červené, zlaté nebo modré praktické aplikace optické vlastnosti nanokrystalů nakresleno podle Prnky a Šperlinka, 2006 světlo emitující diody (LED) http://www.physlink.com/news /071403QuantumDotLED.cfm
Lykurgovy poháry nanočástice zlata a stříbra způsobují unikátní zbarvení skla http://www.britishmuseum.org/explore/highlights/highlight_objects/pe_mla/t/the_lycurgus_cup.aspx
s klesající velikostí částic dochází k poklesu bodu tání rozdíl v teplotě tání zlata v kompaktním stavu a ve formě nanočástic o velikosti 2 nm je 1000 stupňů závislost bodu tání zlata na velikosti částic Buffat a Borel, 1976
zmenšení velikosti nárůst povrchové plochy částic S = 6 cm 2 S = 12 cm 2 S = 24 cm 2 S = 6000 m 2 l = 1 cm l = 0,5 cm l = 0,25 cm l = 1 nm http://jhaas.sblog.cz/ nárůst povrchové plochy zvýšená chemická reaktivita nanomateriály jako třeba zeolity používají jako výborné katalyzátory zeolit http://www.alibaba.com/productgs/220054396/zeolite.html struktura zeolitu http://jcwinnie.biz/word press/?p=1935
baktericidní vlastnosti nanočástic stříbra stříbrný pohár z 2. století př. n. l. http://www.samshoblo.net/obchod /index.php?main_page=page_3 rané římské stříbrné mince http://p-numismatika.cz/index.php?get=vyvoj_italie
pokud je alespoň jeden rozměr struktury materiálu v rozměrové oblasti 10-9 10-7 m, mohou se objevit významné změny ve vlastnostech tohoto nanomateriálu praktické aplikace nemlživá zrcadla samočisticí povrchy antibakteriální ponožky http://www.nanosilver.cz/ http://www.themirrus.com/easyweb3/w EBID-339661-ep_code-anti_fog_mirror http://thegreenconcept.net/titanium_ dioxide_benefits.html
nanotextilie revoluční nemačkavé materiály
Nokia Morph flexibilní telefon http://www.trendsnow.net/trends_now_/2008/02/nokia-morph.html
postupy top-down versus bottom-up top-down (odshora dolů) fyzikální postup postupná miniaturizace litografie, leptání apod. nanočipy Ozin, 1992 bottom-up (odzdola nahoru) chemický postup samosestavování a samoorganizace z atomů a molekul v přírodě tvorba biologických struktur rozvoj v budoucnosti?
okem, lupou nebo mikroskopem? elektronovým mikroskopem (EM) mikroskopem se skenující sondou (SPM) http://www.iabc.cz/scripts/detail.php?id=10967 nakresleno podle Albertse et al., 1998
funkčně podobný světelnému mikroskopu (SM) EM k zobrazování předmětů využívá svazek elektronů urychlených pomocí elektrického pole vložením urychlujícího napětí lze regulovat vlnovou délku elektronu tak, aby byla i o několik řádů menší než vlnová délka fotonů viditelného světla nejmenší rozměr rozlišitelný EM je až tisíckrát menší než u SM EM používá elektromagnetické čočky (tj. různé typy cívek)
1931 Ernst Ruska a Max Knoll: konstrukce prvního EM http://www.microscopy.ethz.ch/history.htm Ernst Ruska http://www.nndb.com/people/ 975/000099678/ 1933 Ernst Ruska: konstrukce prvního EM s lepší rozlišovací schopností než má SM (1986 NC)
TEM transmisní elektronový mikroskop SEM skenující elektronový mikroskop upraveno podle http://steve.gb.com/science/electron_microscopy.html
TEM transmisní elektronový mikroskop SEM skenující elektronový mikroskop zobrazuje velmi tenké vzorky dosahuje rozlišení okolo 0,2 nm zobrazení povrchu předmětů rozlišení pouze kolem 1 nm virus chřipky (úsečka představuje 100 nm) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ictvdb/images/safrica/flu3s.htm pylové zrno mučenky obří (úsečka představuje 20 μm) http://www.passionflow.co.uk/passiflora-passion-flower-sem.htm
v biologii, chemii, fyzice, mineralogii apod. TEM transmisní elektronový mikroskop SEM skenující elektronový mikroskop http://www.jeol.com/products/electronoptics/transmissionelectron MicroscopesTEM/200kV/JEM2100LaB6/tabid/123/Default.aspx http://www.nanocenter.umd.edu/new_facilities/nisplab.php
soubor experimentálních metod určených k 3D studiu struktury povrchů s atomárním rozlišením nakresleno podle Kubínka et al., 2003
STM = skenovací tunelová mikroskopie AFM = mikroskopie atomárních sil SPM metody fungují na základě postupného měření interakcí mezi povrchem vzorku a hrotem sondy mikroskopu měřenou veličinou je/jsou: tunelový proud u STM atomární síly u AFM Kočka, 2004
není zapotřebí žádného externího zdroje částic rozlišení mikroskopu závisí na velikosti sondy a na konkrétním vzorku 3D obraz je sestavován v reálném čase možnost zobrazovat v různých prostředích (vakuum, vzduch, kapalina) je výhodou především pro zobrazování biologických vzorků in vitro a in vivo metody nejsou citlivé na chemickou podstatu atomů nevýhodou je velké množství artefaktů (např. zobrazení hrotu, zdvojení obrazu)
1981 Gerd Binnig a Heinrich Röhrer (1986 NC) http://www.nanoworld.org/ws03_04/0400reibung/frictionmodule/content/0300reibungs mikroskopie/?lang=en umožňuje pozorovat jednotlivé atomy a molekuly a dokonce s nimi manipulovat http://www.specs.com/products/stm/stm-lrg.htm
http://www.fz-juelich.de/ibn/microscope_e
činnost založena na tzv. tunelovém jevu vodivý musí být hrot sondy mikroskopu i vzorek vodivý hrot STM http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_27_pic.html http://www.observatory.cz/news/ detail.php?page=&id=85&pda=1
režim konstantní výšky tunelový proud se mění v závislosti na vzdálenosti povrchu vzorku od hrotu režim konstantního proudu využívá zpětné vazby tak, aby byla udržena konstantní hodnota tunelového proudu nakresleno podle Kubínka a Půlkrábka, 2007
1986 Gerd Binnig, Calvin Quate a Christoph Gerber měření silových interakcí mezi povrchem vzorku a ostrým hrotem sondy, umístěným na konci pružného raménka raménko AFM s hrotem http://www.observatory.cz/news/detail.ph p?page=&id=85&pda=1 http://www.aldebaran.cz/bulletin/2004_27_pic.html http://www.contrib.andrew.cmu.edu/~jamess3/ JWSfac.htm
kontaktní režim nekontaktní a poklepový režim http://monet.physik.unibas.ch/famars/statanim.htm http://monet.physik.unibas.ch/famars/dyn_anim.htm odpudivá síla přitažlivá síla
studium topografie povrchů a povrchových procesů, metrologie, úprava povrchů, tvorba nanočipů, zobrazování biologických vzorků STM skenovací tunelový mikroskop AFM mikroskop atomárních sil nanočástice mědi Janda, 2007 slída lidské chromosomy
1990 Donald Eigler a Erhard Schweizer: první psaní s atomy Eigler a Schweizer, 1990 oficiální logo Czech Nanoteam Kočka, 2004
technologie, která pracuje v nanosvětě perspektivní multi-, inter- a transdisciplinární obor, který se celosvětově intenzivně rozvíjí nejen ve vědě, ale i ve výzkumu a v praxi aplikace nachází v elektronice, výpočetní technice, medicíně, strojírenství, stavebnictví, chemickém průmyslu, kosmetice, oděvnictví, sportu, potravinářství, ochraně životního prostředí, kosmickém výzkumu, vojenství a mnoha dalších oblastech
Nanotechnologie je výzkum a technologický vývoj na atomové, molekulární nebo makromolekulární úrovni, v rozměrové škále přibližně 1 100 nm. Je to též vytváření a používání struktur, zařízení a systémů, které mají v důsledku svých malých nebo intermediárních rozměrů nové vlastnosti a funkce. Je to rovněž dovednost manipulovat s objekty na atomové úrovni. Nanotechnologie je soubor různých technologií a postupů, které mají společný cíl: řízenou manipulací s atomy, molekulami nebo jejich malými skupinami vytvářet materiály, zařízení a funkční systémy s výjimečnými vlastnostmi, vyplývajícími z vlastností hmoty v rozměru nanometrů.
zahrnuje různé oblasti lidských činností, jež mají společné v zásadě pouze jedno: práci s hmotou v měřítku nanometrů fyzika biologie nanobiotechnologie inženýrské postupy NANOTECHNOLOGIE chemie nanomedicína nanomateriály NANOTECHNOLOGIE nanooptika nanoelektronika a) b) použití pojmu nanotechnologie v singuláru (a) versus v plurálu (b)
podobně jako nanotechnologie je nanověda nová oblast soustřeďující klasické vědní obory jako jsou fyzika pevných látek, chemie, molekulární biologie apod. nanověda se zabývá výzkumem jevů a materiálových vlastností na nanometrické úrovni vytváří teoretickou základnu pro následné praktické využití získaných poznatků pomocí nanotechnologie
Richard Feynman 1959 - přednáška There s Plenty of Room at the Bottom příroda pracuje na úrovni atomů a molekul zákony fyziky nejsou v rozporu s možností manipulovat s hmotou atom po atomu http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku =2003062018
Eric Drexler v článku o molekulárním inženýrství navrhl využít proteiny jako základní stavební kameny molekulárních zařízení upozornil na pozitivní i negativní stránky molekulární nanotechnologie http://www.insidenanotech.com/ked.htm popsal možnou budoucnost světa nanorobotů a vytvořil pojem grey goo
většina životních procesů probíhá v nanorozměrech biologické nanosystémy jsou schopny přeměňovat energii, ukládat informace, rozpoznávat, pohybovat se, samostatně se uspořádávat a reprodukovat přírodní materiály se samy utvářejí, mohou být hierarchické, multifunkční, kompozitní, adaptivní, samoopravitelné a biodegradabilní biomimetika = obor, který se zabývá napodobováním přírodních materiálů a struktur
z atomů a molekul hierarchicky způsobem bottom-up písmena atomy C, H, O, N, P, S uhlík slova malé organické molekuly sacharidy, mastné kyseliny, aminokyseliny, nukleotidy AMP věty makromolekuly = nanostruktury polysacharidy, lipidy, proteiny, nukleové kyseliny, ribosomy DNA knihy vyšší celky a živé systémy membrány organely buňky tkáně orgány organismy http://sagan.blog.cz/ 0807/puvod-zivota- 2-3
uplatňuje se: samosestavování (self-assembly) samoorganizace (self-organization) nakresleno podle Prnky a Šperlinka, 2006
samosestavování (self-assembly) např. složení ribosomu z velké a malé podjednotky na základě preferovaných chemických interakcí + velká podjednotka malá podjednotka ribosom http://www.bioc.uzh.ch/nanowelt/molekuele/010_ribosom/pdb10_2.html samoorganizace (self-organization) např. reorganizace cytoskeletu
biologické nanostroje ribosomy receptory membrán enzymy fungující jako katalyzátory translace tvorba proteinu na ribosomu http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/ signalizační kaskáda enzym funguje jako katalyzátor fixace dusíku nitrogenázou http://www.jbc.org/content/vol279/issue33/cover.shtml
biologické nanostroje molekulární kanály molekulární pumpy iontové kanály sodno-draselná pumpa a glukoso-sodný symport ATP-syntáza pracuje jako iontová pumpa
biologické nanostroje molekulární motory DNA jako buněčná paměť princip funkce motorového proteinu molekulární motory kinesin a dynein http://en.wikipedia.org/wiki/dna
biologické nanostroje molekulární motory DNA jako buněčná paměť DNA a tvorba kompaktnějších struktur http://en.wikipedia.org/wiki/dna https://eapbiofield.wikispaces.com/cellcycle+review+tate?f=print
biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita plže ušně mořské (Haliotis tuberculata) vrstvy nanobloků CaCO 3 Prnka a Šperlink, 2006 ulita ušně
biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky přeslička největší (Equisetum telmateia) http://www.cambridge2000.com/gallery/html/p6296719e.html
biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) schránky rozsivek http://www.princeton.edu/~pccm/outreach/environme ntors/summer/2000/symposium/diatoms/pesticide.html http://www.olympusmicro.com/primer/ techniques/hoffmangallery/diatom.html
biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské Magnetospirillum gryphiswaldense SiO 2 zpevnění pokožky přesličky SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) Fe 3 O 4 magnetosomy magnetotaktických bakterií nanokrystaly magnetitu (úsečka představuje 100 nm) http://magnum.mpi-bremen.de/magneto/research/index.html
biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky kost stehenní pes http://www.onemedicine.tuskegee.edu/canine Osteology/Pelvic_limb/ThighFemur.html SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) Fe 3 O 4 magnetosomy magnetotaktických bakterií Ca 5 (PO 4 ) 3 OH kosti a zuby zuby http://www.pycomall.com/product.php? productid=16234&cat=258&bestseller=y
biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) Fe 3 O 4 magnetosomy magnetotaktických bakterií Ca 5 (PO 4 ) 3 OH kosti a zuby CaC 2 O 4. H 2 O močové kameny močový kámen želvy http://www.daylife.com/photo/06ilgjsavvald
nanomateriály nanoelektronika a nanooptika nanobiotechnologie a bionanotechnologie HEAD Nano.Ti Boast squashová raketa http://www.sport365.cz/head-nano-ti-boast-squashova-raketa/ Sungju TangoX Nano http://eeesite.net/2008/02/tangox-thinkcloudbook-but-with.html ipod Nano http://bengoshisan.wordpress.com/2008/06/09/new-crysisnanosuit-revealed-drool-now/ http://digiweb.ihned.cz/c1-27418470- jobs-predstavil-novy-ipod-nano nanooblek
materiály, jejichž fyzikální a/nebo chemické (příp. i biologické) vlastnosti jsou odlišné od vlastností objemových (bulk) materiálů stejného chemického složení stavebními jednotkami jsou částice a struktury o velikosti cca 1 100 nm klasifikace: nanočástice, klastry (shluky) nanočástic, nanovlákna, nanodrátky, nanotrubice, nanokompozity, nanovrstvy a nanostrukturní filmy uplatnění: v elektronice, zdravotnictví, kosmetice, strojírenství, stavebnictví, chemickém a textilním průmyslu, optickém a elektrotechnickém průmyslu, automobilovém, komickém, vojenském průmyslu, ochraně životního prostředí,
nanočástice zlata a stříbra barvení skla, biomolekulární detekční metody antimikrobiální vlastnosti Ag (fasády, omítky, ponožky nanosilver) nanočástice zlata Liz-Marzan, 2004 nanočástice stříbra princip funkce antibakteriálních ponožek nanosilver http://www.nanosilver.cz/ nanočástice oxidu křemičitého kosmetické přípravky, zubní pasty http://www.furukawa.co.jp/english/ what/2007/070618_nano.htm http://www.leorexcosmetics.com/products.html
nanočástice oxidu titaničitého nemlživá skla, samočisticí vrstvy, kosmetika, laky s reflexními vlastnostmi http://www.infomapjapan.com/ hstore/200512-infospecial.phtml http://imagearchive.psu.edu/displ ayimage.php?album=1559&pos=0 http://www.nanoprotect.co.uk/photocatalyst.html http://www.cetime.cn/products.php?sid=35&sid1=34&subname=self-cleaning%20paint%20series http://www.themirrus.com/easyweb3/w EBID-339661-ep_code-anti_fog_mirror
nanočástice oxidu železitého přísada do rtěnek a líčidel, detoxikace území nanočástice hydroxyapatitu implantáty kostí a zubů magnetické nanočástice paměťová média, diagnostická medicína http://www.thedailygreen.com/envi ronmental-news/latest/valentinesday-47021401?click=main_sr magnetické nanočástice http://www.physorg.com/news7426.html http://nnput.com/week/bio20.cfm
vlákna s průměrem menším než 1 μm porovnání tloušťky vlasu a nanovláken http://www.hemcon.com/technologie s/nanofiberspinningtechnology.aspx http://www.nanostatics.com výroba tenkých, lehkých, pevných textilií využití v medicíně (krycí a obvazový materiál) výborná absorpce zvuku http://www.letectvi.cz/letectvi/article62168.html
proces využívající silného elektrického pole pro zvlákňování vodných roztoků polymerů http://www.coe.berkeley.edu/ labnotes/0607/spinoff.html elektrospining - animace
český patent (Technická univerzita v Liberci, 2003) http://www.27bslash6.com/overdue.html technologie, která umožňuje výrobu netkaných nanovlákenných textilií vytváření nanovlákna http://aktualne.centrum.cz/veda/foto.phtml?id=81445&cid=518850 http://www.technicaltextiles.net/htm/s20060915.035330.htm http://www.inovace.cz/nove- technologie/elmarco--vyrobce-nanovlaken-- posiluje-vyzkum/
materiály s póry menšími než 100 nm vyrobeny např. z uhlíku, křemíku, (hlinito)křemičitanů či polymerů zvětšená povrchová plocha zlepšuje jejich katalytické, absorpční a adsorpční vlastnosti nejpoužívanější jsou zeolity zeolit 3 strukturní typy zeolitů http://chemeducator.org/sbibs/s0004003/spapers/430114wv.htm
přírodní saze, diamant, grafit umělé fullereny, uhlíkové nanotrubice, nanopěna http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2003062018
nejznámější a nejpoužívanější uhlíkový nanomateriál http://www.csfd.cz/uzivatel/ 34308-madchick/ částice amorfního uhlíku o velikosti 10 500 nm výroba: nedokonalé spalování organických látek bohatých na uhlík užití: gumárenský průmysl, barvivo, plasty potenciálně karcinogenní http://rokycansky.denik.cz/pozary/ hasici-likviduji-pozary-sazi-stalecasteji20090117.html http://www.azpneu.sk/index.php?goto=detaily &link=kleber_krisalp_hp
diamant krychlová soustava hybridizace sp 3 nejtvrdší přírodní látka, nejvyšší známá tepelná vodivost, nevodič, průhledný, vysoký index lomu řezné a vrtné nástroje, klenotnictví grafit (tuha) šesterečná soustava hybridizace sp 2 vrstevnatá struktura http://fyzmatik.pise.cz/77140- jak-z-lidi-vybrousitdiamanty.html http://www.bostonaudio.com/tuneblocks_whitepaper.html měkký, černošedý, neprůsvitný, s kovovým leskem, elektricky a tepelně vodivý výroba elektrod, žáruvzdorných materiálů, tužek, mazadel a pigmentů http://mrsec.wisc.edu/edetc/nanoq uest/carbon/index.html
první uměle připravená alotropická modifikace uhlíku 1985 Harold Kroto, Robert Curl a Richard Smalley: fullereny připraveny laserovým odpařováním grafitu v atmosféře helia (1996 NC) http://sciences.aum.edu/~nthomas9/nobelsmalley.html http://www.chem.wisc.edu/~newtrad/currref /BDGTopic/BDGtext/BDGBucky.html dnes výroba metodou řízeného spalování organických látek v obloukovém výboji x vysoká cena
) obří molekuly složené ze sudého počtu uhlíkových atomů (minimálně dvaceti), umístěných ve vrcholech různých mnohostěnů víceméně kulovitého tvaru C 60, C 70, C 72, C 76, C 78, C 80, C 84, C 90 atd. http://www.chem.wisc.edu /~newtrad/currref/bdgtop ic/bdgtext/bdgbucky.html C 60 C 70 použití: superpevné materiály nízké hmotnosti, ochranná skla, součást tuhého paliva pro rakety, fluorované fullereny jako mazadla, nosiče jiných molekul, baterie organické deriváty fullerenů = nekovové magnety http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1996/illpres/carbon.html
Richard Buckminster Fuller americký architekt geodetické kopule http://relationary.wordpress.com/2008/12/17 /buckminster-fuller-the-billionaires-ofspaceship-earth/?referer=sphere_search US-pavilon EXPO 67 v Montrealu http://www.portlandspaces.net/blog/the-burnsideblog/2008/10/17/the-history-and-mystery-of-the-universe fullereny C 60, C 70, C 76, C 84 http://www.ch.ic.ac.uk/local/projects/unwin/fullerenes.html
molekula roku 1991 tvar komolého ikosaedru: 12 pětiúhelníků a 20 šestiúhelníků rozložených jako v plášti fotbalového míče http://en.wikipedia.org/wiki/fullerene http://www.wiiwii.tv/2008/07/
krystalický C 60 krychlová soustava krystaly hnědočerné, lesklé hybridizace sp 2 vysoká pevnost x nízká tvrdost http://en.wikipedia.org/wiki/carbon polovodič, ale může být i supravodivý
1991 Sumio Iijima cylindrické struktury vytvořené ze stočených grafitových rovin; na koncích mohou být uzavřené fullereny http://www.photon.t.u-tokyo.ac.jp/~maruyama/agallery/agallery.html
jednovrstvé (SWCNT) vícevrstvé (MWCNT) http://www.sciencemag.org/sciext /globalvoices/bai/slide07.html http://www.photon.t.utokyo.ac.jp/~maruyama/agallery/ agallery.html http://neurophilosophy.wordpress.com/2006/08/31/car bon-nanotubes-stimulate-single-retinal-neurons/ http://www.univie.ac.at/spectroscopy/fks/ forschung/ergebnisse/nanotubes.htm
extrémně velký poměr délky ku šířce http://www.observatory.cz/news/ detail.php?page=&id=284&pda=1 pevné, pružné a teplotně stabilní, (polo)vodivé užití: vodiče, v molekulární elektronice jako tranzistory a paměti, palivové články, nosiče katalyzátoru, úložiště energie, brusné materiály, kompozity, média pro uchovávání a transport vodíku The Royal Society and The Royal Academy of Engineering
1997 Andrei Rode: působení výkonného laserového pulzního systému na uhlíkový terčík v argonové atmosféře uhlíkové klastry (shluky) o průměru kolem 6 9 nm náhodně pospojované do jakési pavučiny vlastnosti: nízká hustota (2 10 mg.cm -3 ) obrovská povrchová plocha (300 400 m 2 /g) při teplotě do 90 K para- a ferromagnetické chování http://www.abc.net.au/science/news/stories/s1072968.htm
nanoelektronika zkoumá různé strategie využití elektronických vlastností nanostruktur v celé řadě aplikací budoucích informačních technologií nanooptika (nanofotonika) pokládá základy optických vysokorychlostních komunikačních technologií, nových zdrojů laserového světla a optických systému pro široká použití nejrychleji se rozvíjející oblasti nanotechnologie
nové odvětví elektroniky, kde se pro přenos, zpracovávání a uchování informace využívá kromě náboje elektronu také jeho spin spinově citlivé jevy vznikají vzájemnou interakcí mezi nosičem náboje a magnetickými vlastnostmi materiálu spin elektronu http://www.physics.sfsu.edu/~senglish/ research/spinrelaxation.html souvisí s vlnově-mechanickou povahou elektronu má charakteristickou hodnotu a může mít jen dvě orientace vůči zvolené ose ty lze vyjádřit kvantovým číslem m s s hodnotami +½ a ½ (často označovány šipkami a )
spintronický jev 1988 Albert Fert a Peter Grünberg (2007 NC) http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/ ve velmi tenkých ferromagnetických vrstvách (např. 1 nm železa), oddělených nemagnetickým materiálem (např. chromem nebo mědí), dochází vlivem působení vnějšího magnetického pole k prudké změně elektrického odporu http://www.aldebaran.cz/bulletin/2007_41_nob.php
aplikace: vysokokapacitní harddisky ultracitlivé magnetické senzory v medicíně senzory pro monitorování pohybu mechanických součástí motorů pevný disk 2,5" s GMR hlavami a kapacitou 500 GB http://www.aldebaran.cz/bulletin/2007_41_nob.php http://www.root.cz/clanky/soucasnosta-budoucnost-pevnych-disku/
MRAM (magnetic random-access memory) nový typ počítačových pamětí se spintronickou technologií záznamu výhody: nízká cena, malé rozměry, energetická nenáročnost a zároveň velká rychlost A3P-MRAM http://domain-tec.com/a3pmram.html mikroprocesory a kvantové počítače
ohraničená polovodičová oblast (z InAs, CdSe, CdTe apod.) o průměru kolem 30 nm a výšce cca 8 nm, zabudovaná v polovodiči odlišného typu (např. GaAs) http://cmt.phys.ncl.ac.uk/research/dot.php vrstva kvantových teček z InAs, zobrazená metodou AFM http://www.aldebaran.cz/bulletin/2005_18_qua.php
fungují jako past na elektrony elektrony lokalizovány pouze ve stavech s určitými hodnotami energie při přechodu z vyšší energetické hladiny na nižší je vyzářeno světlo určité vlnové délky (u velkých teček v červené části spektra, u malých v modré) http://uwnews.org/uweek/article.aspx?id=42599
aplikace v optoelektronice lasery displeje optické zesilovače světlo emitující diody (LED) detektory struktura jednofotonového detektoru využívajícího kvantové tečky http://www.aldebaran.cz/bulletin/2005_18_qua.php displeje založené na kvantových tečkách http://www.oled-display.net/technology/quantum-dots LED využívající kvantové tečky http://www.physlink.com/news/ 071403QuantumDotLED.cfm aplikace v biologii označování proteinů a nukleových kyselin detekce nádorů http://jama.ama-assn.org/cgi/content/extract/292/16/1944
oblasti překryvu nanotechnologie s biologií a biotechnologií nanobiotechnologie odvětví nanotechnologie, které má biologické nebo biochemické aplikace bionanotechnologie vytváření nových přístrojů, systémů a materiálů v nanorozměrech na základě biologických principů využití biomolekul (buněčných nanostruktur) jako praktických součástí těchto zařízení http://programujte.com/index.php?akce=clanek& cl=2005120303-nanotechnologie-v-medicine http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2003062018
nanomedicína (molekulární medicína) nanofarmacie (biofarmacie) potravinářský průmysl textilní průmysl kosmetika zemědělství a lesnictví ochrana životního prostředí energetika bezpečnost biomolekulární elektronika http://nanofood.khu.ac.kr/postdoc.html
diagnostika a terapie rakoviny Abraxane první protirakovinný preparát připravený na bázi nanotechnologie (2005) http://www.cvs.com/cvsapp/health/medication_ detail_images.jsp?ndc=68817013450 zlaté nanostřely křemíkové nanokuličky potažené 10 nm vrstvičkou zlata se vpraví k nádoru působením laseru se nanokuličky ohřejí (modrá barva na obr. zachycuje místa se zvýšenou teplotou) nádorové buňky jsou zničeny uvolněným teplem dva nádory v těle myši se zlatými nanostřelami ozářenými laserovým paprskem http://www.osel.cz/index.php?clanek=456
cílená dodávka léků do organizmu nanonosiče (např. liposomy) nanosystémy (NEMS) koloidní roztoky ve spreji kovové nanosvaly liposom http://uber-life.net/technology/liposomes.shtml nanosval NM70 Actuator http://www.britannica.com/ebchecked/top ic-art/457489/92244/phospholipids-canbe-used-to-form-artificial-structures-calledliposomes http://www.futurashop.it/allegato/7250- NANOMUSCLE.asp?L2=LEGHE%20A%20MEMORIA%20DI%20FORMA%20&L1=NUOVE%20TECNOLOGIE&L3 =APPLICAZIONI%20FLEXINOL&cd=7250-NANOMUSCLE&nVt=&d=19,00
změny ve výrobních procesech způsobené objevením nové technologie http://www.morganhilltimes.com/opinion/246167- editorial-cartoons-the-discovery-of-fire http://www.pbase.com/ccs_alumni/ image/46236248 http://www.columbianacoema.com/bvps.html přináší společenské, ekonomické, vojenské a politické změny
pozitivní dopady nanomateriály s novými, lepšími vlastnostmi léčba jinak neléčitelných nemocí snížení výrobních nákladů zvýšení trvanlivosti některých výrobků lepší výkonnost produktů v dopravě a energetice zvýšení bezpečnosti eliminace ekologické zátěže negativní dopady ohrožení zdraví člověka a životního prostředí (nanotoxicita) zánik současných výrobních postupů a s tím související nezaměstnanost destabilizaci sociální, kulturní, ekonomické a politické situace způsobená nerovným přístupem k některým aplikacím neetické užití (zneužití) vysoké náklady na vývoj obtížný a drahý monitoring a kontrola negativních dopadů možné selhání technologie http://commons.wikimedia.org/wiki/file:no_nano_grenoble_p1150729.jpg
nanosvět prostor částic a struktur o velikosti cca 1 100 nm hmota v měřítku nanometrů může vykazovat nové, unikátní vlastnosti zcela odlišné od vlastností pozorovaných v makrosvětě nanočástice způsobují např. unikátní zbarvení Lykurgových pohárů
nanotechnologie zaměřuje se na řízenou manipulaci s atomy, molekulami a jejich shluky a na hledání způsobů využití unikátních vlastností nanočástic a nanostruktur v praxi pro tvorbu nových, lepších materiálů, zařízení a systémů nanověda zkoumá jevy odehrávající se v nanosvětě a jejich vliv na vlastnosti materiálů
Richard Feynman průkopník nanotechnologie (polovina 20. století) zákony fyziky nejsou v rozporu s možností manipulovat s hmotou atom po atomu v přírodě odpradávna probíhá většina životních procesů v nanorozměrech strategie tvorby biologických struktur inspirací pro NT hierarchické sestavování atomů a molekul způsobem bottom-up samosestavování (self-assembly) samoorganizace (self-organization)
3 Nobelovy ceny za práci v nanosvětě: Binnig a Röhrer: skenovací tunelový mikroskop (STM) Kroto, Curl a Smalley: fullereny Fert a Grünberg: efekt obřího magnetického odporu (GMR)
Přijde nanotechnologická revoluce? Nanotechnologie nabízí mnohé již dnes: Pozor na (skryté) hrozby nanotechnologie!