Czy nanotechnologie zmienią świat na lepsze?

1. Paweł Szewczyk PolitechnikaŚląska Czy nanotechnologie zmienią świat na lepsze?

2. Wstęp: Pojęcia i definicje Właściwości w skali nano Szanse zastosowań Problemy rozwoju Wymiar społeczny Podsumowanie i wnioski Agenda

3. Wstęp: Pojęcia i definicje

4. Definicje: Nanotechnologie definiowane są jako: ‘ projektowanie, charakterystyka, produkcja i zastosowanie struktur, urządzeń i systemów poprzez kontrolowanie kształtu i wielkości w skali nanometrycznej – od 1 nm do 100 nm.’ Wstęp

5. Przedział wielkości 1 – 100 nm jest umowny. Nanoskala odnosi się w zasadzie do rozmiarów, przy których podstawowe właściwości materiałów są związane zarówno z wielkością powierzchni jak i z efektami kwantowymi, które mogą wpływać na właściwości fizyczne, optyczne, elektryczne i magnetyczne. Wstęp, 2

6. Obecnie nanotechnologie to w większości chemia Dla większości osób nanotechnologia utożsamiana jest z gotowym produktem zawierającym nanomateriały Wstęp, 3

7. Skale wielkości

8. Plan wystąpienia

9. proton ma masę = 1.673 · 10−24 g

10. Elektrony na orbicie - 299,339 km /sec

11. Film – ruch elektronu na orbicie

12. Nanotechnologia

13. Właściwości w skali nano

15. Zwiększona powierzchnia względna • Efekty kwantowe • Wzmocnienie właściwości: - reaktywność - wytrzymałość - charakterystyka elektryczna Nanomateriały – główne cechy

16. Nanosystemy mieszczą się w zakresie przejściowym między cząsteczkami /atomami, których nie można zobaczyć ze względu na ich znikome rozmiary, a materiałami w skali makroskopowej o poznanych właściwościach. Efekty nanoskali

17. Ogólnie wiadomo, że barwa i temperatura topnienia substancji nie zależą od ich masy czy wielkości cząstki: 1 gram czystego złota i 1 kilogram tej substancji mają tę samą barwę i ulegają stopnieniu przy tej samej temperaturze. Efekty nanoskali, 2

18. W świecie nano jest inaczej. Wraz z malejącą wielkością cząstek temperatura topnienia substancji może się obniżać, zaś jej barwa może zależeć od wielkości cząstek. Efekty nanoskali, 3

19. Cząstki złota o rozmiarach od 5 do 20 nm, występujące w postaci zawiesiny w cieczy, zmieniają barwę od fioletowej do czerwonej. Natomiast temperatura topnienia złota maleje wraz z rozdrobnieniem, jak przedstawiają to poniższe rysunki. Efekty nanoskali, 4

20. Wzrost i reakcje katalityczne zachodzą na powierzchni Cząstki o średnicy 30nm mają 5% atomów na swojej powierzchni O średnicy 10nm – 20% O średnicy 3nm – 50% Nanomateriały - reaktywność

21. Materiały w skali nano – dominują efekty kwantowe • Efekty kwantowe wpływają na właściwości: - optyczne - elektryczne - magnetyczne • Materiały występują w postaci - punktów kwantowych - laserów ze studnią kwantową Nanomateriały – efekty kwantowe

23. Melting Point of Gold Melting point - 1064 C Source: K.J. Klabunde, 2001

24. Lycurgus Cup - British Museum

27. Co już wiemy ... ? DIAMENT FULEREN C60 GRAFIT NANORURKA

29. Co już wiemy ... ?

30. Pracownicy koncernu IBM ułożyli logo firmy za pomocą 35 atomów ksenonu (Xe) na powierzchni monokryształu niklu (Ni), co zajęło im 22 godziny pracy przy temperaturze operacji -269 0C. Manipulowanie atomami

32. Obrazy z mikroskopu tunelowego Struktury pod mikroskopem tunelowym

33. „Zagroda kwantowa” (ang. „Quantum Corral”) Dona Eiglera, IBM. Fale wewnątrz zagrody odzwierciedlają prawdopodobieństwo napotkania elektronu.

37. Instrumenty – skaningowy mikroskop tunelowy

38. Nie tylko manipulacje… Końcówki SPM Scanning Probe Microscope J. Hafner et al, Nature 398, 761 (1999) Końcówki AFM • duża smukłość • odpowiednie zakończenie • odporność

39. Obraz pojedynczych atomów uzyskany zapomocą układu pomiarowego STM (mikroskop tunelowy STM - scanning tunnelling microscope). Atomy są zilustrowane jako wysepki zaś w tlewidoczne jest podłoże.

40. Szanse zastosowań

42. Ciekawostka/eksperyment

44. Problemy rozwoju

45. Rozwój nauki i technologii nie występuje w próżni społecznej (np. energia jądrowa, biotechnologia rolnicza, komórki macierzyste) Nanotechnologie, pojedynczo lub zbieżnie z innymi technologiami, mogą dostarczać rezultatów zarówno pożądanych jak i niepożądanych Problemy rozwoju technologii

46. Szeroka akceptacja nanotechnologii zależy od: - czynników technicznych i inwestycyjnych - wyboru konsumentów i szerszej zgody publicznej - decyzji politycznych i makro-ekonomicznych - ram prawnych i regulacji Problemy rozwoju technologii , 2

47. Trudno określić jak, pod wpływem oddziaływań zmieniającego się społeczeństwa i wyłaniających się nowych kwestii społecznych i etycznych, będą się rozwijać nanotechnologie Problemy rozwoju technologii , 3

49. Korzyści oczekiwane z nanotechnologii • Potencjalne obszary niepewności: - ludzkie zdrowie - środowisko - ryzyko eksplozji • Luki wiedzy – wymagane badania Nanotechnologia – ocena oraz kontrola ryzyka