Dr hab. Waldemar Nowicki Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii UAM gwnow@amu.pl

1. Pomiędzy fizyką kwantową i klasyczną Dr hab. Waldemar Nowicki Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii UAM gwnow@amu.edu.pl http://main.amu.edu.pl/~gwnow

2. M 1 m L 104 m ? S XL 107 m XS 10-10 m XXL 1021 m

3. 3 m ~ l Masa

4. 2 S ~ l Powierzchnia

7. S 3 = V r 2 1 m 12,6 m 2 0,5 m 100,2 m 2 0,25 m 804 m 1 mm 1260 ha

8. D = g D w S = g F l Napi ęcie powierzchniowe

10. Efekt Marangoniego

11. Nartnik Gerris sp.

12. D ługość obwodu powierzchni 1 kontaktu z wod ą ~ l 3 Ci ężar owada (pajęczaka) ~ l

13. Topik

15. Czysta woda 0.002 M SDS 0.003 M SDS 0.004 M SDS 0.005 M SDS

16. Woda-rtęć-n-heksanol a – 400 mV b – 550 mV c – 1300 mV d – 1450 mV

17. Powierzchnia kontaktu kończyn z podłożem ~l2 Ciężar owada ~l3 • Adhezja – siły międzycząsteczkowe: • oddziaływania jonowe • oddziaływania Keesoma • oddziaływania Debye’a • oddziaływania Londona • wiązanie wodorowe • oddziaływania Borna

18. W wyniku fluktuacji • gęstość cząsteczek w określonym małym obszarze zmienia się w czasie • gęstość cząsteczek w określonym momencie jest różna w różnych obszarach układu Średnia gęstość jest równa gęstości makroskopowej We fragmentach układów przedstawionych powyżej obserwuje się znaczne odchylenia od II zasady termodynamiki

19. Fluktuacje gęstości Liczba cząsteczek w określonej objętości dana jest rozkładem Poissona Efekt Tyndalla

20. Fluktuacje ciśnienia A = 6.023·1023 mol-1 R. Brown (1828) A. Einstein (1905) M. Smoluchowski (1906) J. Perrin (1909) Ruchy Browna

21. Średnia droga swobodna elektronu w złocie ~ 50 nm Średnica koloidalnej cząstki złota ~ 15 nm plasmon – kolektywne wzbudzenie skwantowanych oscylacji elektronów w metalu Dualizm korpuskularno-falowy Skwantowanie poziomów energetycznych

22. Czy cząsteczki fullerenów to fale? Eksperyment Younga Dualizm korpuskularno-falowy Zasada nieoznaczoności Heissenberga C60

23. „Dziwne siły” Sprężyna entropowa Fluktuacje próżni Próżnia Depletion effect F~A/d4 Siły Casimira F~x

24. W mikroświecie dominują następujące zjawiska: • napięcie powierzchniowe • oddziaływania międzycząsteczkowe – siły adhezji • ustawiczne ruchy termiczne – ruchy Browna • rozpraszanie światła – efekt Tyndalla • niektóre efekty kwantowe Fizykochemia układów zdyspergowanych (koloidalnych)

25. Nanotechnologia Technologia: dyscyplina, która skupia się na nowych surowcach, wyrobach, a także na metodach ich wytwarzania. Nano – 10-9

26. Zadania Feynmana (1959) Działający i dający się regulować silnik elektryczny o rozmiarach nie przekraczających 0,4 mm Rozwiązanie – (McLellan 1960) Wydrukowanie Encyclopedia Britanica na łebku od szpilki – wydrukowanie jednej jej strony w skali 1:25000 Rozwiązanie – strona powieści C. Dickensa, „Opowieść o dwóch miastach” rozdzielczość 512x512 punkt – rozmiar liniowy 60 atomów (Newman 1985)

28. Trzy problemy nanotechnogii • trwałość wyrobów • metody otrzymywania • źródła energii

29. Ciśnienie nad zakrzywioną powierzchnią (równanie Kelvina): Energia odpychania Coulomba:  Jak trwałe są nanocząstki?

31. Metody chemiczne

32. Cząstki Janusa

33. 2D

34. Nanoprzewody elektryczne  nanorurki (fullereny) liniowe agregaty cząstek złota „druty polimerowe” np. poliacetylen

35. Nanotechnologiczny silnik? Uwaga! II zasada termodynamiki Przykład asymetrycznych ruchów termicznych: pompy jonowe w ścianach komórkowych

37. Pomiędzy fizyką kwantową i klasyczną Dr hab.Waldemar Nowicki Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii UAM gwnow@amu.edu.pl http://main.amu.edu.pl/~gwnow

38. „Ujemna” guma Współczynnik Poissona:

39. Współczynnik dyfuzji klasyczny „kwantowy” dla cząstki o promieniu 10 nm i gęstości 2 g/cm3, temperatura pokojowa