Witajcie w nanoświecie
Czym jest nanotechnologia?
Nanotechnologia to, mówiąc bardzo ogólnie, manipulowanie obiektami w bardzo małej skali (nanometr (nm) to jedna miliardowa część metra, czyli 10 do potęgi -9!). Obserwując aktualną tendencję do zmniejszania wymiarów urządzeń mobilnych można odnieść wrażenie, że nanotechnologia jest jak najbardziej współczesną dziedziną nauki. Jednak pierwsze próby i doświadczenia w dziedzinie nanotechnologii pojawiły się znacznie, znaczenie wcześniej... Już we wczesnym Średniowieczu wytwarzano miecze z wykorzystaniem struktur węglowych o wymiarach nano, które utwardzały brzeg ostrza do stali. Jednak były one jedynie przypadkowym produktem młota i kowadła. Również w Średniowieczu alchemicy wytwarzali nanocząstki metali różnej wielkości, choć zupełnie nie zdawali sobie sprawy z tego, że zajmują się nanotechnologią. Cząsteczki złota rzędu nanometrów odpowiedzialne były za efekt czerwonego koloru szkła w witrażach.
Około 100 lat temu drzwi do świata atomów zostały nieco uchylone dzięki kwantowej teorii Maxa Plancka.
W połowie XX wieku, a dokładniej w 1959 roku znowu wrócił do tematu nanotechnologii. Jego słynny wykład pod tytułem "Tam na dole jest jeszcze dużo miejsca" stanowił wezwanie do szturmu na nieznany nam świat atomów i cząsteczek. Jednak termin "nanotechnologia" nie był jeszcze wówczas znany. Dopiero w 1974 raku wymyślił go japończyk Norio Taniguchi, który zaprezentował pionierski opis zastosowań materiałów o ultra małych rozmiarach mniejszych od miliardowej części metra. Wówczas już teoretyczne możliwości i wizja przyszłej technologii były już stosunkowo dobrze rozwinięte, ale ciągle brakowało "idealnego" narzędzia. Aż do 1982 roku kiedy to skonstruowano przełomowe nanonarzędzie w szwajcarskiej siedzibie firmy IBM - Skaningowy Mikroskop Tunelowy (STM), dzięki któremu atomy stały się widoczne i można je było zlokalizować. Za swój wynalazek Gerd Binning i Heinrich Rohrer otrzymali 4 lata później Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
W 1986 roku został skonstruowany kolejny, niezwykle użyteczny, Mikroskop Sił Atomowych (niejako udoskonaloną wersję STM), w którego powstanie mocno zaangażowany był również Gerd Binning. Tam gdzie wcześniej mikroskopy elektronowe mogły pracować w skali atomowej tylko pod określonymi warunkami, nowe narzędzia obserwacji dostarczały dokładnych zdjeć. To była naprawdę rewolucja w obrazowaniu! To, że mikroskop "mechaniczny" funkcjonuje o wiele lepiej niż optyczny było zaskoczeniem dla samego Binninga.
Pod koniec lat 90-tych Don Eigler stworzył logo firmy IBM w nanoskali wykorzystując do tego 35 pojedyczych atomów ksenonu rozmieszczonych na monokrystalicznej powierzchni niklu.
Trochę historii
Nanotechnologia na co dzień
W medycynie, nanocząstki dają możliwość rozwijania nowych metod diagnostyki i terapii. W walce z rakiem naukowcy i lekarze wykorzystują leki zawierające nanocząsteczki, dzięki którymmożłiwe jest precyzyjne atakowanie złośliwych komórek .
Nanomateriały
01
Nanoproszek tlenku cynku, który stosowany jest w filtrach przeciwsłonecznych, chroni przed poparzeniem słonecznym. Proszek odbija promieniowanie UV padające na skórę niczym maleńkie lustereczka.
/ KOSMETYKI
02
03
/ SCHOLARSHIP
Nanocząsteczki w specjalnych preparatach poprawiają płynność pracy silników diesla w zimie. Problemy z uruchomieniem silników podczas chłodu wynikają z tego, że olej zawiera cząstki wosku, tak zwane parafiny, z których w niskich temperaturach wytrącają się kryształy, co utrudnia przepływ oleju w przewodach.
Materiał, który jest rodzajem sztywnej piany o niezwykle małej gęstości. Na jego masę składa się w 90-99,8%powietrze, resztę stanowi porowaty materiał tworzący jego strukturę. Pierwsze aerożele, o niskiej trwałości, otrzymał Samuel Stephens Kistler w 1931, jednak bardzo długo nie znalazły one żadnego praktycznego zastosowania i zostały zapomniane.
Pomimo pozornej delikatności, wiele aerożeli ma wyjątkowo dobre własności mechaniczne, są one zwłaszcza odporne na ściskanie i rozciąganie. Wytrzymują nacisk rzędu 4000 razy większy od ich własnej masy. Aerożele krzemionkowe są stabilne do temperatury topnienia krzemionki, czyli ok. 1200 °C. Wykazują się jednak kruchością i niską odpornością na uderzenia, skręcanie i ścinanie.
To jednoatomowej grubości struktura zbudo-
wana z atomów węgla. Kształtem przypomina
plaster miodu. Ma jednoatomową grubość,
dlatego uważa się go za materiał dwuwymia-
rowy. Grafen jest przedmiotem zainteresowania przemysłu ze względu na różne właściwości, w tym elektryczne i mechaniczne.
Przejrzystość i znakomite przewodnictwo sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przejrzystych, zwijanych w rolkę wyświetlaczy dotykowych oraz do produkcjienergii odnawialnej z baterii słonecznych i magazynowania jej w wysokowydajnych akumulatorach czy superkondensatorach.
/ GRAFEN
01
/ AEROŻEL
02
To materiały chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.
Stanowią jeden z podstawowych budulców organizmów żywych. Z kolei polimery syntetyczne są podstawowym budulcem tworzyw sztucznych, a także wielu innych powszechnie wykorzystywanych produktów chemicznych takich jak: farby, oleje przemysłowe, kleje itp.
/ POLIMERY
03
Schemat działania Skaningowego Mikroskopu Tunelowego
Schemat działania Mikroskopu Sił Atomowych
/ MEDYCYNA
/ MOTORYZACJA
