Nanotehnologia tehnologia la nivelul nanometrilor adic 10 9

Nanotehnologia - tehnologia la nivelul nanometrilor, adică 10 -9 m. Ce reprezintă aceste puteri ale metrului? Cum se schimbă lumea dacă micşorăm scala de 10 ori?

106 m 105 m 103 m 104 m

103 m 102 m 1 m 10 m

1 m 10 -3 m 10 -1 m 10 -2 m

10 -3 m 10 -4 m 10 -6 m 10 -5 m

10 -6 m 10 -9 m 10 -7 m 10 -8 m

Primii nanotehnologi Nanotehnolog modern Fără s-o ştie, alchimiştii medievali au fost primii nanotehnologi. F

Nanoparticulele de aur din vitralii şi farfurii pot avea diverse culori (roşu, purpuriu, verzui) care depind de forma şi dimensiunea lor.

La scală macroscopică: - proprietăţile fizice şi chimice nu depind de mărimea materialelor La scală nanoscopică: - toate proprietăţile (culoare, punct de topire, proprietăţi chimice etc. ) depind de dimensiune - nanoparticulele de aur nu se comportă ca şi o bucată masivă de aur -dacă le punem împreună, dar nu suficient de aproape ca să se combine, culoarea lor poate fi văzută cu ochiul liber. Nanoparticule de Cd. Se iluminate cu aceeaşi lungime de undă emit lumină cu diferite lungimi de undă în funcţie de dimensiunea lor.

Nanoparticulele sunt folosite la colorarea diferită a diferitelor formaţiuni din preparatele biologice Mitocondrii (albastru) microtubuli (roşu, verde) Histone nucleare, conţin ADN (roşu) filamente de actină (verde)

De ce nimeni nu s-a gândit cu ani în urmă la nanotehnologie? Nu existau instrumente. Nu numai nu se puteau manipula atomi invididuali, dar nici măcar nu puteau fi zăriţi. De ce acum în sec. XXI se vorbeşte de nanotehnologie? Acum avem instrumente să vedem, să măsurăm şi să manipulăm atomii. Discursul lui Richard Feynman prin care se puneau bazele nanotehnologiei, scris la scară nanoscopică.

Instrumente de scanare a probei Scanning Probe Microscope (SPM) Gerd Binnning şi Heinrich Rohrer (premiul Nobel 1986) Ideea: - când alunecăm cu degetul pe o suprafaţă putem deosebi catifeaua de oţel şi lemnul de smoală - diferite materiale exercită forţe diferite asupra degetului - degetul este proba cu care testăm materialul La SPM: - proba (un vârf de ac) de dimensiuni nanoscopice alunecă peste o suprafaţă - poate măsura diferite proprietăţi ale materialului

Tipuri de SPM: Atomic Force Microscope(AFM) - măsoară forţa exercitată asupra acului în timp ce alunecă peste suprafaţă Scanning Tuneling Microscope (STM) - măsoară curentul care trece între suprafaţă şi ac Magnetic Force Microscope (MFM) - determină structura magnetică a suprafeţei

Atomic Force Microscope

AFM se poate folosi nu numai la măsurarea suprafeţei, ci şi la scrierea ei, ca şi cum ar fi un stilou cu cerneală.

Cu ajutorul acestei tehnici au fost scrise la nivel atomic imaginile de jos.

Abac atomic. Micile dealuri sunt molecule de carbon-60 (fulerenă), care au aproximativ 1 nanometru lărgime. Cu ajutorul AFM, aceste molecule pot fi mutate precum bilele abacului.

Scanning tunneling microscope Microscopul cu efect tunel

Autoansamblarea Os artificial care se autoasamblează din componente moleculare. Ţesutul natural creşte pe partea exterioară a cilindrului.

LED-uri organice (OLED) În 1987 grupul lui Ching Tang de la Eastman Kodak Co. a reuşit să arate că moleculele organice se pot folosi la transformarea eficientă a electricităţii în lumină. Spre deosebire de ecranele cu cristale lichide care necesită o iluminare din spate, OLED-urile emit ele lumina în loc să moduleze lumina transmisă sau reflectată. Au început să înlocuiască ecranele la telefoanele mobile fiind mai strălucitoare, cu contrast mai bun, consumă mai puţină energie.

La nanodimensiuni începe să se manifeste ciudăţenia forţelor cuantice. Dacă punem o moleculă într-un focar al unui coral eliptic o scanare a suprafeţei ne arată că mai apare o moleculă-miraj în celălalt focar.

Magia elipsei

Paradoxul se explică prin aşa -numita dualitate undăcorpuscul. Molecula este în realitate ca o undă staţionară. Aceasta se reflectă de pereţii coralului şi interferă constructiv în celălalt focar producând o moleculă-miraj. Aceasta este în realitate aceeaşi moleculă iniţială care poate exista simultan (cu o anumită probabilitate) în diferite locuri din spaţiu.

Fenomenul de “miraj cuantic”