1 / 85

NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA. “nannos”-patuljak “nano” je prefix u međunarodnom sistemu jedinica za 10 -9 Dimenzionalno područje iznad 1 nm do 100 nm predstavlja okvir za proučavanje i dizajniranje materijala u oblasti Nanotehnologija. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA.

coen
Download Presentation

NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • “nannos”-patuljak • “nano” je prefix u međunarodnom sistemu jedinica za 10-9 • Dimenzionalno područje iznad 1 nm do 100 nm predstavlja okvir za proučavanje i dizajniranje materijala u oblasti Nanotehnologija.

  2. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

  3. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Jedan nanometar je milijarditi deo metra! Mont Blanc nadmorska visina - 4.810 m (približno 5 km) x 1 000.000 Smeđi mrav dužine oko 5 mm x 1000.000 Nanočestica dužine oko 5 nm

  4. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologija je nauka o materijama na atomskom ili molekularnom nivou. NAUKA • Multidisciplinarna nauka koja uključuje fiziku, hemiju, biologiju, nauke o materijalima i širok skup inženjerskih disciplina. • Proučava fizičke, hemijske i biološke osobine molekula i atomskih čestica. TEHNOLOGIJA • Primenjuje istraživanja iz navedenih nauka i različite inženjerske discipline za proizvodnju materijala i funkcionalnih sistema sa posebnim, jedinstvenim osobinama.

  5. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Nanotehnologija kao inženjerska disciplina, odnosi se na tehnike i proizvode koji uključuju strukture nanometarskih dimenzija, u rangu od 1 do 100 nanometara, a naročito one koje transformišu materiju, energiju i informaciju, upotrebom nanometarskih komponenti sa precizno definisanim molekularnim osobinama. Krajem 1980-ih, pojam nanotehnologija opisujeone tehnologije koje su bazirane na molekularnim mašinskim sistemima dizajniranim tako da budu sposobni da konstruišu složene proizvode sa atomskom preciznošću. Od polovine 1990-ih, upotreba koncepta se proširila na instrumente, procese i proizvode čije su ključne dimenzije u rangu između 1 do 100 nanometara.

  6. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologija je bilo koja tehnologija čije su polje djelovanja veličine reda milijarditog dijela metra. To su tehnologije koje manipulišu sa pojedinačnim atomima bazirana na dizajnu, sintezi i primjeni materijala i uređaja reda veličine nano. • Nanotehnologija je vještina pravljenja ili rada sa uređajima tako malim da ih je moguće posmatrati samo pomoću najjačih mikroskopa. To je takođe i sposobnost pravljenja veoma malih mašina (čije su dimenzije 100 nanometara ili manje) uz pomoć računarske tehnologije, atom po atom. (Da se naglasi ovaj smisao, često se nanotehnologija naziva i molekularna nanotehnologija).

  7. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Jedna od prepreka dostizanja nanotehnologije je nedostatak efikasnog načina da se naprave mašine na molekularnoj skali. Jedna od Drexlerovih ranih ideja je bila "assembler", nanomašina koja bi imala "ruku" vođenu računarom koja bi bila programirana da pravi naredne mašine. To do sada nije učinjeno. Vođene su mnoge rasprave o budućem uticaju nanotehnlogije. Nanotehnologija ima potencijal da napravi mnoge nove materijale i uređaje sa širokim spektrom primjene, u medicini, elektronici, biomaterijalima i proizvodnji energije. Sa druge strane, sa nanotehnologijom se postavljaju ista pitanja kao kod svakog uvođenja nove tehnologije, uključujući brigu o toksičnosti i uticaju nanomaterijala na okolinu, kao i njihovog potencijalnog uticaja na ekonomiju. Postoje i spekulacije oko različitih scenarija totalnog uništenja. Ove zabrinutosti su vodile do debata između zagovorničkih grupa i vlada, o tome da se na neki način osigura posebna regulacija za nanotehnologiju.

  8. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Progres u nanotehnologiji se može posmatrati preko mnogih parametara, uključujući preciznost, složenost, isplativost i izbor proizvoda. • Dugoročni ciljevi nanotehnologije su atomskapreciznost, složenost nanostruktura, ušteda u proizvodnji i masovna proizvodnja. • Tipični proizvodi nanotehnologije su nanočestice, fibrilii filmovi različitih materijala i struktura. Tu su takođe litografske nanostruktureza elektronskaintegralna kola, strukture nastale spontanim dodavanjem molekula, odnosno autosklapanjem, kao i čvrsti hrapavi, ili porozni nanomaterijali.

  9. Nekoliko primera struktura nanočestica:

  10. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Procjenjuje se da se u 800 pogona samo u SAD-u proizvodi više od 700 tipova nanomaterijala, od kojih su mnogi već u svakodnevnoj upotrebi. • Jedno od postignuća nanotehnologije koje najviše obećava je ugljična nanocev. Taj materijal je «jači od paukove mreže» i do 100 puta čvršći od čelika, ali cena proizvodnje od 80 eura za gram još nije isplativa, da bi se to dostiglo mora biti cijena od 1 euro za gram. Ako se postigne isplativa cena proizvodnje, u tom slučaju ne postoji granica primene. • Jedan od zanimljivijih načina primene nanotehnologije je u tekstilnoj industriji. Naime, izumljene su pantalone i majice otporne na mrlje i gužvanje.

  11. Primjena nanotehnologije u autoindustriji Nanotehnologija sprječava ogrebotine novom tehnologijom nanoboja, koje sadrže anorganske silikonske čestice povezane organskim polimerom. Znatno se povećava površinska tvrdoća boje i omogućuje veće individualiziranje automobila. Za razliku od obične boje, koja se sastoji od organskih molekula s dugačkim lancima ugljika, nanoboja sadrži anorganske čestice povezane organskim polimerom. Te je anorganske čestice nanotehnologijom moguće tako gusto povezati da površina laka postaje vrlo tvrda i otporna na ogrebotine. Jasno, to se ne odnosni na situacije kad netko namjerno želi zagrepsti boju, no i tada je brazdanje boje vrlo otežano. Nanoboje su i višestruko otpornije na koroziju od klasičnih boja. One na površini formiraju mrežu ćelija čija pigmentacija ovisi o naponu koji vlada u sustavu te se lako može mijenjati nijansa boje. Nova će boja biti znatno otpornija na prljanje za što postoji logično objašnjenje – površina klasičnog laka je, kako god izgledala glatko, vrlo hrapava. Na te neravnine hvata se nečistoća, a to je kod nanotehnologije nekoliko puta manje.

  12. Prednosti i nedostaci nanotehnologije Ono što je najveća prednost i glavna i fascinantna odlika nanotehnologije, ujedno je i njena najveća mana tj. opasnost, a to je veličina čestica kojima se bavi..Svijet nanotehnologije golom je oku nevidljiv, ali je njegov potencijalni učinak na naš svijet zapravo ogroman. O opasnostima nanotehnologije za zdravlje, sigurnost i okoliš, malo se zna, a rizik je velik i prilično zabrinjava mnoge znanstvenike, jer strah od nepoznatog jedan je od najneugodnijih. Zato predstavnici industrija i prvenstveno organizacija za zaštitu okoliša traže od vlasti u visokorazvijenim zemljama veća ulaganja u istraživanja sigurnosti primjene nanotehnologije, uz poseban naglasak na utvrđivanje jedinstvenih smjernica o procjeni potencijalnih opasnosti. Problem je u tome što se velike svote ulažu u razvoj nanotehnologije, a iznosi namijenjeni za istraživanje na području sigurnosti su višestruko manji. Tako je na primjer američka vlada u proračunu za 2006. namijenila 1,1 milijardu dolara za istraživanja na području nanotehnologije, od čega je samo 37 milijuna dolara predviđeno za istraživanje sigurnosti.

  13. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Pojmovi u nanotehnologiji • Nanokristal je nanoskopska čestica koja sadrži od nekoliko stotina do nekoliko desetaka hiljada atoma koji su uređeni u kristalnu strukturu. Alotrop ugljika "buckminsterfullerene" C60 Ugljična nanocev • Nanobot je imaginarna mašina (robot) na skali od nekoliko do nekoliko desetaka nanometara, dizajniran da obavlja specifične poslove.

  14. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Brojni fizički fenomeni počinju da se ističu, kako se veličina sistema smanjuje. • Ovo uključuje statističke mehaničke efekte, kao i kvantne mehaničke efekte, na primjer "efekt kvantne veličine", gde su elektronske osobine čvrstih tela drugačije u slučaju znatnog smanjenja veličine delića. Ovi efekti se ne primjećuju kod smanjenja sa makro, na mikro dimenzije. Čestice nano veličine Celovit materijal

  15. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Čestice nano veličine Celovit materijal • iznad 100 nm važe zakoni mehanike kontinuiteta (materija se ponaša kao ukupan deo, a ne kao pojedinačni delovi iz kojih je sastavljena. • Između 1…100 nm važe zakoni mehanike kontinuiteta i kvantne mehanike • Ispod 1 nm važe zakoni kvantne mehanike • Pri ovim dimenzijama fizička, hemijska, biološka, električna i magnetna svojstva se u osnovi razlikuju od svojstava celovitog materijala.

  16. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA U zavisnosti od veličine čestica menjase struktura materijala a sa tim i njegova svojstava i to najčešće: • Optičkasvojstva (emisija svetlosti) • Fizička (tačka topljenja, specifična toplota) • Hemijska(reaktivnost) • Mehanička(jačina, otpornost) • Električna (provodljivost)

  17. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Od makro-struktura do nano-struktura u drvetu • metrima se opisuje celo drvo, • centimetri opisuju strukturu unutar poprečnog preseka (srž, srčiku, beljiku i koru), • milimetri opisuju prstenove prirasta (rano i kasno drvo), • desetine mikrometara opisuju ćelijsku građu, • mikrometriopisuju slojevitu strukturu unutar ćelijskog zida, • desetine nanometaraopisuju konfiguraciju celuloznih fibrila u matrici hemiceluloze i lignina, a • nanometriopisuju molekulsku strukturu celuloze.

  18. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

  19. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

  20. 2011/12 NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Drvo • Što nam smeta? • Izgled? • Fizička svojstva; npr. gustoća,… • Mehaničkasvojstva? • Odziv prema vlagi/vodi – sorpciona svojstva? • Hemijskasvojstva? • Emisije? • Kako možemo poboljšati neka od tih nepoželjnihsvojstava?

  21. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Nanotehnologija pruža ogroman potencijal..! • Razvoj potpuno novih pristupa u proizvodnji inženjerskih proizvoda zasnovanih na biomasi. • Razvoj novih, boljih proizvoda ili poboljšanje postojećih proizvodakoji će zameniti neobnovljive materijale: metal, plastiku ili keramiku. • Smanjenje proizvodnih troškova i sa time smanjenje cene proizvoda • Otvaranje novih tržišta

  22. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Očekivanja..! • Transformacija drvne industrije u svim njenim aspektima - od proizvodnje novih sirovih materijala, preko novih polja primene kompozitnih proizvoda, do stvaranja nove generacije funkcionalnih lignoceluloznih nanomaterijala. Model slaganja kristalne nanoceluloze (CNC)

  23. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Kako? • Istraživanje i proučavanjem osnovnog materijala (drvo, drvne kompozite, …) • Nove tehnike istraživanja (razni mikroskopi, analitičke tehnike, nanoutiskivanje…) omogućavaju upoznavanje i razumevanje delovanja kompleksne celularne strukture drveta te kako građa drveta na nano nivou utiče na svojstva materijala • Aplikacija

  24. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Mogućnosti primene..! • Razvoj inteligentnih proizvoda na bazi drveta sa nanosenzorima. Primena: praćenje opterećenja, vlage, pritiska, temperature, hemijskih emisija, napada gljiva truležnica i dr. • Stvaranje funkcionalnosti na lignoceluloznoj površini u nanorazmeri. Primena: izrada farmaceutskih proizvoda, samo-sterilišućih površina i elektronskih lignoceluloznih uređaja. • Upotreba gradivnih blokova u nanorazmeri. Primena: slaganje funkcionlanih materijala i supstrata u proizvode znatno veće ćvrstoće i manje gustine, a uz smanjeni utrošak energije.

  25. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • i još..! • poboljšanje vlagootpornosti; • smanjenje energije sušenja; • modifikacija vlakana i iverja u cilju podešavanja svojstava materijala u procesu proizvodnje... • Tradicionalna proizvodnja u drvnoj industriji zasniva se na principu "od vrha na dole". Nanotehnologija podrazumeva manipulaciju molekulima u cilju stvaranja specifičnih i novih efekata od dna ka vrhu".

  26. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA NANOTEHNOLOGIJA I POVRŠINA • Šta želimo odnosno šta je potrebno poboljšati? • Izgled površine? • Otpornost površine? • Vlaga/voda • Delovanje raznih substanci • UV svetlost • Diskoloracija? • Čiščenje površine? • Kako odnosno čime? • Nano ćesticama • Silani (na bazi silicija – Si) • TiO2 • ZnO (http://blog.nanolia.com/what-is-nano/, 2012)

  27. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA NANOTEHNOLOGIJA I BIOLOŠKA OTPORNOST • Nano komponente na bazi cinka (ZnO) • Vodena disperzija 50% • 30 nm • Stabilnija disperzija • Veća koncentracija nano čestica • Veća otpornostprema gljivama i drugim mikroorganizmima • Smanjeno ispiranje (Clausen et al., 2010)

  28. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA NANOTEHNOLOGIJA I KOMPOZITI • Bubrenje • Formaldehid • Mehaničkasvojstva • Nano TiO2 • Bakrov sulfit • NaMMT (Na+montmorilonit) • SurfaPoreTMW (NanoPhos SA, Grčka) • Nano-vlakna celuloze (http://chemeng.mcmaster.ca/cranston.html, 2012) (http://www.sems.qmul.ac.uk/research/researchdetail.php?rid=394)

  29. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA DELOVANJE • Dimenzije nano čestica • Interakcija nano čestica • Međusobno • Prema drvetu, drvnom kompozitu, adhezivu, površinskom premazu, … • Površinska napetost • Zatvaranje lumena ćelija i otvora jamica (Zahedsheijani, et al., 2011)

  30. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Aktuelnost istraživanja lignoceluloznog materijala..! • Jedni od najzastupljenijih materijala u prirodi. • Poseduju nano-fibrilarnu strukturu, multifunkcionalnost i pružaju mogućnost kontrolisanog samo-spajanja. • Njihove interakcije sa drugim nanomaterijalima veoma su malo istražene. • Nove tehnike instrumentalne analize pružaju uvid u nove mogućnosti.

  31. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Nanotehnologija danas..! • Istraživanje međudejstva bioloških i neorganskih sistema u nanorazmeri. • Korišćenje posebnih nanosvojstava drvnih lignoceluloznih materijala u cilju izrade unapređenih nanomaterijala. • Bitna odlika nanotehnologije danas jeste razumevanje tehnološke kontrole nano-struktura i njihove funkcionalnosti. Nije reč o novim materijalima, već o novim procesima, novim oblicima i novoj funkcionalnosti "starih" materijala. • Primena nanometroloških tehnika u rasvetljavanju nano-strukture drvnih vlakana.

  32. Mikroskopske tehnike Sadašnja zasnovanost istraživačkih instrumenata i metoda • Mikroskopi • Acoustic / Ultrasonic • Fluorescent / UV • Laser / Confocal • Polarizing • Portable Field • Scanning Electron Microscope (SEM) • Scanning Probe / Atomic Force (SPM / AFM) • Transmission Electron Microscope (TEM) • Scanning Near-Field Optical Microscope (SNOM)

  33. Mikroskopske tehnike Sadašnja zasnovanost istraživačkih instrumenata i metoda • Mikroskopi • Acoustic / Ultrasonic

  34. Mikroskopske tehnike • Mikroskopi • Fluorescent / UV

  35. Mikroskopske tehnike

  36. Mikroskopske tehnike • Mikroskopi • Laser / Confocal

  37. Mikroskopske tehnike • Mikroskopi • Polarizujući

  38. Mikroskopske tehnike • Mikroskopi • Portable Field

  39. Mikroskopi • Scanning Electron Microscope (SEM)

  40. Mikroskopske tehnike • Mikroskopi • Scanning Probe / Atomic Force (SPM / AFM)

  41. Mikroskopske tehnike • Mikroskopi • Scanning Probe / Atomic Force (SPM / AFM)

  42. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnološka revolucija..! • Broj objavljenih naučnih radova iz oblasti nanotehnologije značajno se uvećava iz godine u godinu.

  43. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologija sutrašnjice..! • Unapređenje gotovo svih procesa prisutnih u drvnoj industriji • Modifikacija drvnih vlakana u cilju postizanja naprednih strukturnih i funkcionalnih svojstava gotovog proizvoda. • Primena novih tipova adheziva i premaza koji pospešuju izdržljivost, vlagootpornost i vatrootpornost (neki od ovih tretmana već su danas dostupni). • Primena nanočestica u zaštiti drveta (postojeća sredstva zaštite stavljaju se van upotrebe u sve većem broju zemalja, usled štetnog uticaja po okolinu). • Razumevanje interakcije nanofibrila celuloze sa drugim drvnim materijalom u cilju rekonstrukcije drveta u nove oblike i za nove oblasti primene.

  44. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologija sutrašnjice..! • Novi postupci sinteze ojačanih vlakana, kompatibilnih sa vodom ili organskim tečnostima. • Uvođenje biohemisjkih i biomimetičkih tehnika u cilju poboljšanja performasi proizvoda i njegovog reciklovanja. • Dalje širenje primene drvnih nanomaterijala: • vodotporni mobilni telefoni; • napredne membrane i filteri; • aditivi za boje, lakove i veziva • i drugo...

  45. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Planovi istraživanja i razvoja (R&D)..! • Podela aktivnosti u odnosu na interesne grupe (2003)

  46. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Pravci istraživanja i razvoja nanotehnologije u drvnoj industriji..! • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali. • Samo-sastavljanje i biomimetika (oponašanje bio procesa). • Nanostrukture zidova ćelija. • Nanotehnologija senzora, procesa i procesne kontrole. • Analitičke metode za karakterizaciju nanostruktura.

  47. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali..! • Kombinovanje materijala na bazi drveta sa nano-materijalima u cilju razvoja novih, poboljšanih kompozitnih materijala sa jedinstvenim i multifunkcionalnim svojstvima. Karbonska i drvna vlakna zatopljena u plastičnoj matrici čine jedinstveni proizvod

  48. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali..! • Drvo kao prirodni kompozit: • Polimerni kompozit izgrađen od celuloze, hemiceluloza i lignina. • Strukturni kompozit izgrađen od nano- i mikrofibrila, traheja, traheida i parenhimatičnih ćelija.

More Related