NANOTECHNOLGIA BARBORA BELASOV DAA FEKOV DAA KRAFKOV 1
NANOTECHNOLÓGIA BARBORA BELASOVÁ, DAŠA FEŤKOVÁ, DAŠA KRAFČÍKOVÁ 1. D
MOLEKULÁRIUM Atómy: • - názov , , atóm“ pochádza z gréckeho slova, ktoré znamená , , nedeliteľní“, • - atómy sú utvorené z ešte menších častíc a ich počet a rozmiestnenie určuje, či ide o atóm kyslíka, uhlíka, zlata alebo akéhokoľvek iného prvku, • - mnohé z nich sa prirodzene vyskytujú vo vesmíre, niektoré však boli vytvorené umelo. Molekuly: • Atómy sa spájajú pomocou chemických väzieb do dvojíc alebo do viacpočetných skupín a vytvárajú útvary zvané molekuly. Materiály: • Atómy toho istého prvku môžu vytvárať rôzne väzby. Vznikajú materiály s rôznymi vlastnosťami.
VIDIEŤ NEVIDITEĽNÉ Elektrónový mikroskop (SEM) • lúč elektrónov dopadá na povrch vzorky, • z povrchu sa odrážajú elektróny, • zachytávajú sa detektorom, • vytvoria výsledný obraz. Skenovací tunelový mikroskop (STM) • využíva ostrý, vodivý elektrický hrot sondy, Tunelovací prúd • začne pretekať medzi hrotom a vzorkou ak medzi nich privedieme napätie, • jeho veľkosť závisí od vzdialenosti medzi hrotom a vzorkou. Atómový silový mikroskop (AFM) • môže skúmať aj biologické vzorky, ktoré nemusia byť elektricky vodivé, • citlivou fotodiódov sníma výchylku hrotu sondy, ktorú spôsobujú rôzne príťažlivé sily
NANOMEDICÍNA Nanodiagnostika • Biosenzory: miniatúrne zariadenia, dokážu v krátkom čase zistiť prítomnosť iónov molekúl alebo bielkovín (z malej vzorky biologického materiálu), využitie: alkotestery, glukomery, tehotenské testy • DNA čipy: umožňujú testovať vzorku na prítomnosť konkrétneho DNA reťazca, využitie: diagnostika chorôb, výskum liekov • Nanočastice: využitie v kontrastných látkach (röntgen) Nanoliečba • Nanofarmaceuticky výskum je zameraný na nove druhy liekov s vylepšeným mechanizmom Regeneratívna medicína • Tkanivové a biomatriálne inžinierstvo-zaoberá sa vytváraním nových tkanív v laboratóriu a umiestňovaním ich do tela pacienta
EXTRÉMNE MATERIÁLY • Nanotechnologické postupy umožňujú v súčasnosti vyrábať nové materiály s vylepšenými vlastnosťami • Aerogél- najľahší materiál na svete, najmenšia hustota, výborný tepelný izolant • Kovové sklá- nepriesvitné kovové zliatiny, chaoticky usporiadané materiály, magnetické, pevnejšie než bežné kovy • Buckypaper- flexibilný materiál, výborná vodivosť • Nanovlákna- vysoko účinné filtre, výborne absorbujú tekutinu • Nanocelulóza- čisto prírodný pôvod, priehľadný ľahký materiál, vysoká savosť, el. vodič, tvarovateľný, veľmi silný
NANO OKOLO NÁS • • • • V súčasnosti je na trhu viac ako 1000 produktov a) športové potreby (rakety, golfové palice. . ) b)potravinársky priemysel (vitamíny, ochucovadlá, ochrana potravín, senzory. . ) c)Kozmetické výrobky (transport vitamínov do pokožky, opaľovacie krémy. . ) d)čistiace, ošetrujúce prípravky e) nanotextílie (izolačné vlastnosti, odolnosť. . ) f)tenkovrstvové filmy na oknách g)autolaky h)pneumatiky i)prísady do oleja do auta j)betón k)ochranné nátery stien l)tenšie steny m)izolačné okná n)filtrácia
NANOELEKTRONIKA Počítačové čipy: • tranzistory – nanotechnológie ponúkajú postupy na ich výrobu v stále menších rozmeroch a zvyšovanie počtu na jednom čipe , čím sa zvyšuje výkon procesora. Procesory sa vyrábajú nanolitografickými technikami v extrémne čistých priestoroch pretože akékoľvek nečistoty môžu ovplyvniť ich funkčnosť. Fotonika: • Optické káble zvyšujú rýchlosť internetovej komunikácie – dáta sa prenášajú svetlom a nie elektrónmi ako v medených vodičoch. Pamäťové technológie: • SSD disky využívajúce flash tranzistory zaberajú menej miesta , majú nižšiu spotrebu, vyššiu odolnosť a rýchlejší prístup k uloženým dátam. Ďalšie koncepcie pamäťových technológií sú pamäte PRAM a magnetické pamäte MRAM. Displeje: • Technológie tenkých vrstiev organických molekúl (OLED) priniesli do elektroniky tenšie, ľahšie a flexibilné displeje s kvalitným obrazom a menšou spotrebou energie ako LCD displeje.
NANOELEKTRONIKA Energia: • Vylepšovanie a hľadanie lacnejších a efektívnejších zdrojov elektrickej energie pomocou nanotechnológií: • • • Nové typy solárnych článkov - ľahšie, lacnejšie, flexibilné, priesvitné • • • Mems/Nems – mikro alebo nanoelektromechanické systémy: Vylepšené palivové články s vyššou efektivitou Výkonnejšie batérie s väčšou kapacitou a menšou hmotnosťou a superkapacitory Patria tu: spínače, motory, trysky a pumpy, senzory Ich bio. MEMS (biomedicínske aplikácie) zahŕňajú komponenty pre kardiostimulátory alebo chemické a biologické analyzátory (Lab-on-Chip).
CESTOVANIE V ČASE • Moderná história nanotechnológií: • 2006 - zostrojenie “nanoauta“ • 2004 - objav grafénu • 2002 - prvá molekulárna pamäť , v ktorej sa informácie zapisujú do jednotlivých molekúl čipu • 1998 - prvý tranzistor z nanorúrok • 1991 - objav uhlíkových nanorúrok • 1989 - prvá manipulácia s jednotlivými atómami pomocou STM mikroskopu • 1986 - kniha Erica Drexlera • 1985 - objav fulerénu • 1981 - zostrojenie STM mikroskopu schopného zobraziť jednotlivé atómy • 1977 - objav elektricky vodivých polymérov • 1974 - zavedenie termínu “nanotechnológia“ • 1959 - prednáška Richarda Feynmanna – vízia o možnostiach praktického využitia sveta atómov v budúcnosti
CESTOVANIE V ČASE • Novovek: • 1931 - zostrojenie elektrónového mikroskopu, ktorý dokáže zobraziť predmety menšie ako 1 nm • 1920 - objav techniky monovrstiev • 1888 - objav cholesterických kvapalných kryštálov • 1857 - prvá čistá vzorka koloidného zlata
CESTOVANIE V ČASE • Stredovek: • Zázračný elixír života (“Aurum Potabile“ ) z koloidného zlata na liečenie srdcový a pohlavných chorôb, dyzentérie, epilepsie a nádorov • • Tvorba rozmanitých farieb pomocou nanočastíc vo vitrážach v stredovekých chrámoch Výroba keramiky metalizovaných farieb vďaka glazúre s obsahom nanočastíc medi a striebra • Starovek: • lykurgove poháre s farebnými efektmi vďaka nanokryštálom zlata a striebra • Demokritos zaviedol pojem “atomos“ • farby na vlasy s nanočasticami galenitu • prvý umelý pigment s obsahom nanočastíc kremičitanu meďnatovapenatého
INŠPIRÁCIE Z PRÍRODY Superčistota: • Povrch listov niektorých rastlín tvoria nanoštruktúry, ktoré zabraňujú priamemu kontaktu vody s povrchom. Voda tvorí guľôčky, ktoré stekajú dole a berú so sebou aj rôznu nečistotu. Superfarby: • Nádherné sfarbenie krídel motýľov a opálov spôsobuje odrazené svetlo od nanoštruktúr na ich povrchu. Supersila: • Gekóny a pavúky sú schopné chodiť po rôznych povrchoch dole hlavou vďaka silám na povrchu steny a veľkým množstvom nanolopatiek a nanochĺpkov na ich nohách.
ZVLÁŠTNE VLASTNOSTI • Nanoveda je veda veľmi malých vecí, venuje sa zhlukom atómov a molekúl zhromažďujúcich sa do nanomateriálov, ktoré majú jeden rozmer medzi 1 nm a 100 nm. Reaktivita: • Povrchová plocha materiálu je oveľa väčšia ako keď rozdelíme teleso ma mnoho nanočastíc a jeho celkový objem sa nezmení. Mechanické a elektrické vlastnosti: • Štruktúra nanomateriálov ovplyvňuje ich mechanické a elektrické vlastnosti. Prírodný grafit je veľmi krehký materiál s výbornou elektrickou vodivosťou. Uhlíkové rúrky sú pevnejšie a ľahšie ako oceľ, môžu byť elektricky vodivé alebo polovodivé. Optické vlastnosti: • Charakterizujú odozvu materiálu na dopadajúce elektromagnetické žiarenie. Pre každý materiál platí, že dopadajúce žiarenie je materiálom čiastočne prepustené, čiastočne odrazené a čiastočne pohltené.
ĎAKUJEME ZA POZORNOSŤ
- Slides: 15