Co mají tyto věci společného?

1. Co mají tyto věci společného?

2. Projektová hodina - Nanotechnologie a nanometeriály Autor: Bc. Petra Svobodová

3. Nanotechnologie • Definice: • Nanotechnologie je výzkum a technologický vývoj na atomové, molekulární nebo makromolekulární úrovni, v rozměrové škále přibližně 1–100 nm. Je to též vytváření a používání struktur, zařízení a systémů, které mají v důsledku svých malých nebo intermediárních rozměrů nové vlastnosti a funkce. Je to rovněž dovednost manipulovat s objekty na atomové úrovni

4. Nanotechnologie • Předpona nano- pochází z řečtiny ze slova nanos a značí trpaslík, drobnost, malost • Z vědeckého pohledu se jedná o vyjádření 1 miliardtiny celku, tj. 10-9 • Zabývá se světem mezi atomy a molekuly • Délková jednotka je 1 nm • Oblast velikostí stavebních částí 1 nm – 100 nm • Šířka lidského vlasu je přibližně 0,02 mm, což je 200.000 nm, velikost buňky červených krvinek je 5µm, velikost bakterií je přibližně 1µm a jednotlivých virů zhruba 100nm.

5. Nanotechnologie Základní oblasti: • chemie a materiály • zdraví a nanobiochemie • nanonástroje a metrologie • informace a komunikace • doprava a vesmír • energie • věda • společenské otázky • bezpečnost a životní prostředky • spotřebitelské výrobky • strategie • ekonomika • zemědělské potraviny • riziko

6. Nanotechnologie ukázka interaktivního nanostromu 1 ukázka interaktivního nanostromu 2

7. Historický vývoj • První zmínky o nanotechnologiích: • Písemné zmínky ze staré Číny a Říma • Lykurgovy poháry 4. století n. l. • Skláři přidávaly do skla různé kovové prášky, aby docílili zvláštnosti a výjimečnosti jejich výrobků. Jednalo se zejména o prášky selénu, zlata, stříbra a kadmia. • Pojmenování získaly podle mytologického thráckého krále Lykurga, který je zobrazen na vlysu na pohárech. • poháry v odraženém, např. denním světle, jsou zelené, pokud je však zdroj světla umístěn dovnitř pohárů, jsou červené.

8. Historický vývoj Lykurgův pohár v odraženém denním světle – zeleně zbarvený Lykurgův pohár se světlem umístěným uvnitř – červeně zbarvený

9. Historický vývoj • Glazovaná keramika • Vyráběna ve 13. až 16. století našeho letopočtu v Evropě, převážně v Itálii • Keramika s vysokým leskem • Lesk vyvolává dekorativní kovový film o tloušťce 200 – 500 nm, obsahující stříbrné a měděné nanokrystaly • Zvláštností je, že stříbrné nanokrystaly jsou odděleny od měděných a vytváří agregáty o průměru 5 – 100 nm. • Jedná se zřejmě o prvním kovový nanostrukturní filme reprodukovatelně vyráběným člověkem. • Technologie výroby byla popsána v knize italského autora CiprianaPiccolpassa z roku 1557: „Li trelibridell'artedel vasal (Tři knihy o umění hrnčířském): „Soli mědi a stříbra se smíchaly s octem, okrem a jílem a touto směsí se natřely nádoby, které již na svém povrchu měli jednu vypálenou vrstvu glazury.

10. Historický vývoj • 19. století • Objev koloidních systémů chemikem Thomasem Grahamem • Objev dialýzy, která je využívána dodnes • 20. století • 1959 – Přednáška Richarda PhilipseFeynmana „Tam dole je spousta místa“ 1. myšlenky o manipulaci s atomy a molekulami, se kterými přišel • 1985 – objev fullerenů (Buckminsterfullerenů) • 1990 – fy. IBM zapsala logo své fy. na niklový plát 35 izolovanými xenonovými atomy • 21. století • 2000 – rozluštění lidského genomu – 1. motorek na bázi DNA • 2003 – v ČR vyvinut NanospiderTM • 2004 – objev grafenu

11. Hlavní představitelé Richar Philips Feynman • Žil v letech 1918 – 1988 • Studoval na Massachusetts Institute of Technology a Princeton Univerzity • 1959 – Přednáška na téma „Tam dole je spousta místa“ • 1965 – Nobelova cena za fyziku za kvantovou elekrodynamiku • Považován za jednoho z průkop- níků vědní disciplíny zabývající se nanotechnologiemi. • Známé jsou jeho „Feynmanovi diagramy“

12. Hlavní představitelé KimEricDrexler • Narodil se v roce 1956* • Známý americký inženýr a vědec • Známý především popularizací Feynmanových myšlenek • Koncem 70. letech se začal zabývat molekulární biologií a genetickým inženýrstvím • 1986 – vydal knihu „Stroje stvoření: Nástup éry nanotech- nologie“

13. Hlavní představitelé Doc. RNDr. Oldřich Jirsák CSc. • Narodil se v roce 1947* • Autor více než 40 patentů v oborech vlákna a netkané textilie • V roce 2003 pracovní tým katedry netkaných textilií pod jeho vedením vyvinul, jako 1. na světě, technologii umožňu- jící průmyslovou výrobu nano- vlákenné textilie. Přístroj poj- menovalNanospiderTM

14. Hlavní představitelé NanospiderTM • Unikátní technologie vyvynuta technickou univerzitou Liberec v roce 2003 • Umožňuje výrobu netkaných textilií tvořených vlákny o průměru 200 – 500 nm • Využití materiálu: • k filtraci • ve zdravotnictví • stavebnictví • automobilovém průmyslu • kosmetice a dalších.

15. Vybrané druhy nanomateriálů Fulleren • objeven v roce 1985, za objev udělena v roce 1996 Nobelova cena • čtvrtá čistá forma uhlíku (diamant, grafit, uhlík, fulleren) • mají více či méně kulovitý tvar • skládají se z pěti- a šestiúhelníků • nejznámější a neprozkoumanější je fulleren C60, který má tvar fotbalového balónu (na obrázku)

16. Vybrané druhy nanomateriálů Uhlíkové nanotrubice: • jde o tenké trubičky, jehličky o šířce několik nm a délce několik mikrometrů • mohou být na konci otevřené nebo uzavřené • teoreticky můžou být vnitřkem neseny, jako potrubím, atomy jiných látek (např. léčiv) • ukázka nanotrubic vpravo, na horním obrázku PC animace, na spodním obrázku svazek nanotrubic

17. Vybrané druhy nanomateriálů Grafen: • lze si představit jako list uhlíkového papíru • jde o 2D objekt, ze kterého lze teoreticky vyrobit i nanotrubice • objeven byl v roce 2004 a v roce 2010 byla za objev udělena Nobelova cena • je tvořen pouze šestiúhelníky a při pohledu na něj vypadá jako včelí plástev (obr. vpravo)

18. Inspirace z přírody • příroda zná nanotechnologie od nepaměti • nezná omezení kontinenty • člověk se přírodou vždy nechával inspirovat • nejdříve napodoboval různé tvary • poté pohyb (např. let ptáků, pohyb hada, plavání ryb) • snažil se o napodobení efektu lotosového květu, pavoučího vlákna, optických vlastností chobotnic a dalších

19. Inspirace z přírody – lotosový efekt • listy lotosu jsou samočistící, nesmáčivé a nečistotám odpudivé • pro své vlastnosti je symbolem čistoty v řadě náboženství (zejména hinduismus a budhismus) • nesmáčivý efekt je využíván v řadě odvětví (oděvní průmysl, automobilový průmysl, chemický průmysl, letecký průmysl, architektonika a další)

20. Inspirace z přírody – lotosový efekt lotosový efekt ukázka kapky vody na hydrofobním povrchu

21. Inspirace z přírody – pavoučí vlákno • pavoučí vlákna jsou velmi pružná a pevná • v tahu jsou silnější než ocelové lano • až 3x pevnější než kevlar • jemnější než hedvábí • složené z bílkovin • využití převážně v textilním průmyslu Pavučina v korunách stromů v texaském parku LakeTawakony Nephiliamaculata

22. Inspirace z přírody – pavoučí vlákno • Francouz Bon de Saint-Hilaire nechal pochytat tisíce pavouků Nephiliamaculata, zavřel je do uzavřeného prostoru, zajistil jim potravu, ale vláken se nedočkal, neboť se do pár dní navzájem požrali. Dalším pokusem bylo pavouky uzavřít každého zvlášť do samostatné klícky. Důmyslným mechanismem byly přichyceny v úzké štěrbině mezi hlavohrudí a zadečkem a vlákno navíjeno na cívku, která se neustále otáčela. Tímto bylo získáno „dostatek“ vlákna na výrobu 3 lamb. Tyto byly věnovány královně. Pavoučí vlákna se také zkoušely sbírat in natura, ale tyto vlákna byla velmi znečištěna a šli velmi těžko použít.

23. Inspirace z přírody – Gekoni • drobný plaz o délce 25 – 35 cm • mají adhesivní polštářky na prstech, jimiž se pevně přidržují podkladu a rychle a lehce lezou po svislých stěnách a kmenů stromů • Gekoní tlapka je ze spodní strany tvořena keratinovými chloupky - setami o velikosti 30 - 130µm. Na čtverečním mm je přibližně 5 000 set a na celé tlapce okolo 1 000 000set. Sety jsou dále rozděleny do menších útvarů (400- 1000), které se nazývají spatulae a mají rozměr okolo 100nm Seta v biologii označuje pojem štětina, jde o malé chloupky (podobné vlasům), vyskytujícím se u živých organismů, sloužících zejména k přilnutí k povrchu.

24. Inspirace z přírody – Gekoni

25. Výrobky s nanotechnologií Ošetřeno nanostěrači Video co dokáže moderní display http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=kJEHp15Hoo0

26. zdroje a použitá literatura: • Hošek, J., Úvod do nanotechnologie, České vysoké učení technické, Praha: 2010, ISBN:978-80-01-04555-8 • http://nanotechnologie.vsb.cz/Historie/nano_historie.pdf • L. Bartovská; M. Šisková: Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav, VŠCHT, Praha 1999 • http://home.tiscali.cz:8080/vianpage/informatika/nanotechnologie.htm • Feynman, R. P., There´s Plenty ofRoomattheBottom, online [cit. 2011-06-23], dostupné z WWW: http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html • http://www.elmarco.com/technology/technologie-nanospider%3Csup%3Etm%3Csup%3E/ • http://clanky.regeneracnecentrum.sk/wp-content/uploads/2010/07/Nanotechnologie-Kvasnickova.pdf • www.nanoforum.org • http://www.youtube.com/watch?NR=1&feature=endscreen&v=w0hycPsIFUA • http://vtm.zive.cz/aktuality/kapka-vody-na-hydrofobni-plose-neuveritelne-video • http://codeasi.blogspot.com/2010/06/byl-leonardo-da-vinci-geek-nebo-nerd.html • Děkuji za pozornost