1 / 58

Nanotechnologijų raidos istorija

Jelena Tamulienė Vilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos institutas. Nanotechnologijų raidos istorija. Kodėl atsirado nanotechnologijos. Apie ką. Kas tai yra nanotechnologija ; Truputis istorijos ( Kokia nauda ); Nanotechnologijų kryptis ; Ką turime ;.

washi
Download Presentation

Nanotechnologijų raidos istorija

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. Jelena Tamulienė VilniausuniversitetoTeorinėsfizikosirastronomijosinstitutas Nanotechnologijų raidos istorija Kodėl atsirado nanotechnologijos

  2. Apie ką Kas tai yrananotechnologija; Truputisistorijos (Kokianauda); Nanotechnologijųkryptis; Kąturime;

  3. Nanotechnologijayramoksliniųišradimųiratomųirmolekuliųištekliųpraktinispritaikymassukuriantkokįnorsdaiktą, kuriodidumasbūtųnanometrodydžio Technologija?

  4. Nanotechnologijųkitos “žaidimotaisyklės” Metrinėskalė Nanoskalė

  5. AntikinėNanotechnologijųistorija (?) • ~400 pr.m.e, Atomai[Democritas] • ~ prieš 2000 – nanokristalusnaudojograikaiirromėnaiplaukųdažymui. • prieš 1000 m. auksonanodalelėsnaudojamosstiklomozaikai. • 1661 m. - elementai[Boyle] • 1803 m. - atominėteorija[Daltonas] • 1869m. - periodinėlentelė[Mendelejevas] • 1915m. - Bornoatomomodelis[Bohr]

  6. Šiuolaikinėnanotechnologijųistorija • 1959 m. - Feynmanokalba“There is plenty of room at the bottom” • 1965 m. - Moorostraipsnis • 1974 m. – pavartotasterminas“Nanotechnology” [Taniguchi] • 1981 m. – IBM pagamino “Skanavimo-tuneliavimomikroskopą” • 1985m. - atrastifulerenai Smalley • 1990 m. - IBM atomaisužrašė “IBM” • 1999 – “Nanomedicine” – 1-moji nanomedicinosknyga [R. Freitas] • 2000 –Nacionalinė nanotechnologijų iniciatyva

  7. Nanotechnologijų “Tėvas” • Nanotechnologijųkoncepcijąiškėlė Richard P. Feynman (1918-1988) • Paskaičiavo, kadenciklopedijostomas, galėtųtilptiįsegtukogalvutę. • Numatėkeletąnanotechnologijoskrypčių: Ateitiesmikroskopai Naujųmetodųsukūrimas Galimasatomo-atomosavaiminissusijungimas – naujųstruktūrųsudarymas

  8. Nanodydžioefektas • Prietaisųirsistemųminimizacijairjųgalimybiųišplėtimas; • Paviršiausploto, palyginussutūriuišplėtimas; • Naujireiškiniaiirnaujossavybėstokioskaip: Fizikinės ( pvz. lydymosi T), Cheminės (pvz. reaktyvumas), Elektrinės (pcz. laidumas), Mechaninės (pvz.stipris)

  9. Nanotechnologijųpoveikisekonomikai Numatomarinkosdalis (dekadomis)* $340B/metamsMedžiagos $300B/metamsElektronika $180B/metamsFarmacija $100B/metamsChemijospramonė $ 70B/metamsKosmosopramonė $ 20B/metamsĮrankiai $ 30B/metamsSveikatosapsauga $ 45B/metamsApsauga $1 Trillijonasper metus2015 *2007 m duomenimis, šaltinis: NSF

  10. Nanotechnologijųpoveikisekonomikai Remiantis“The Nanotechnology Opportunity Report (NOR),” 3rd Edition Cientifica Ltd., atspausdinta2008 Liepą “Produktų, kuriems sukurti naudojamasi nano-technologijų rinka pasieks JAV $ 263.000.000.000 iki 2012 m.” “"Didžiausi augimo tempai bus biologijos ir nanotechnologijų sveikatos priežiūros bei farmacijos sektoriuose.”

  11. Elektronika • Mažesnis, greitesnis, ekonomiškasenergijosnaudojimas, dideliesapimtiesskaičiavimai, irkiti IT pranašumai.

  12. 1920-1930 m. detektoriniaiarbavienodiodo, kuris vadinamasdetektoriumi, radijoimtuvai. Markonifirmos 1920-1930 m radijoimtuvas 1930-1940 m radijoimtuvas 1950-1960 m radijoimtuvas

  13. Pirmųjų kompiuterių trigeris, galintis įrašyti 0 arba 1 ir įrenginys formuojantis reikiamą impulsą, kuris sklinda trigeriu. Šie įrenginiai buvo 1961 metų laidos kompiuteriuose. Spinta, kurioje sudėta 1000 tokių trigerių. Tokių spintų kompiuteriuose buvo ne viena. Trigeriai buvo nuolat tikrinami, ar jie gerai įrašo nulį ir vienetą . Ši darbą atlikdavo inžinierius.

  14. Įvedimo įrenginį. Įvedama informacija būdavo surašoma kortose. Čia kompiuterio išvedimo įrenginys. Tokiu būdu buvo pamatomas sprendžiamo uždavinio atsakymas. Pirmasisnešiojamaskompiuteris „Obsorne 1 Portable“. Jisbuvosukonstruotas 1981 m. Šiskompiuteristurėjonormaliąklaviatūrąirekraną. Naudotisjuogalėjotikprofesionalai. Luste gali “tilpti” 25 enciklopedijos tomai. Kuo mažesnis lustas, tuo daugiau informacijos jame telpa. “Laimima” dar ir tuo, kad ši informacija greičiau sklinda prietaisu.

  15. Energija • Didesnioefektyvumoirpigesnėselektrosenergijosgamybostechnologijos: • Saulėselementai; • Vandeniliokurocelės; • Baterijos; • Bio kuras

  16. Konarka, įmonėDresdene • Fulerenųpagrindugaminami POLIMERINIAI saulėselementai. www.konarka.com • Skaidrūs; • Lankstūs; • Lengvi; • Veikiairnuoatspindėtossaulės šviesos; • Galibūtitvirtinamivertikaliai

  17. Buitis • Maistasirgėrimai; Pakavimomedžiagos, sensoriaimaistokokybėstikrinimui; • Įrankiaiirtekstilė: drėgmėsnepraleidžianti,apsaugantinuovėjo, garinantiprakaitą. • Namųapyvakosįrankiaiirkosmetika. • Savi-išsivalantysirnesibraižantyspaviršiai.

  18. Medicina • Vėžiogydymas • Vaistųgabenimas • Apetitokontrolė • Vaistųkūrimas • Medicinosįrankiai • Diagnostikostestai • Vaizduokliai

  19. Nanomedicina:Greitas širdies ir kraujagyslių gydymas;Gydymos patogeniškos ligos ir vėžys;Nauji metodai suteikiant pirmąją pagalbą fizinių traumų metu; Chirurgija ir skubi pagalba ar intensyvi slauga;Stuburo atstatymas ir smegenų gydymas (nanostruktūros);Mityba ir virškinimas;Lyties pakeitimai;Kosmetika;Sportinės ir rekreacinės – įrangos gerinimas;Veterinarija ir kosmoso medicina;Senėjimo procesų kontrolė;Žmogaus svorio kontrolė.

  20. Gydymas

  21. Diagnostika • Nano įrenginyspadedantisnustatyti, kuryraišdėstytosvėžioląstelės. Kanalassunanostruktūrapadedančianustatytiararyrarizikasusirgtivėžiu.

  22. angliesvamzdeliaiyranaudojamiperneštivaistamsžmogausorganizme, mikroschemoseirpluoštuose, kuriuosgalimasuvytiįlengvas, itinstipriasvirves. Jaudabarangliesvamzdeliaigalitransportuotipeptidus, artaipvadinamągenetinęmedžiagą. Išgrafenolakštųpagamintosplonosplėvelėsleidžiamanyti, kadjasgalimabūtųnaudotipermatomųirlaidžiųskystųjųkristalųekranųirSaulėsenergijoselementųgamybai

  23. Iš cinko oksido nanovamzdelių yra sukurta nauja medžiaga, galinti automobilių variklių skleidžiamą šilumą paversti elektros energija Mašinų paviršiai, padengti nanodalelėmis yra tvirtesni ir lengvesni Nanoplėvele padengti langai neapšąla. Rūbai ir mašinos neišsipurvina. Į rūbus įmontuoti lengvi ir nepastebimi davikliai praneša, kad ligoniui reikia pagalbos, Gasrininkas turi pasitraukti iš gaisro vietos, nes jis gali nudegti.

  24. Šveicarijos ir JAV mokslininkai sukūrė pirmąjį mikroskopą ant lusto. • Šis mikroskopas ypatingas tuo, kad jame esančiame skystyje gali judėti ląstelės, ir tą vieną ląstelę galima “pamatyti". Naujasis mikroskopas tekainuoja 10 $USD dolerių. Nereikia elektros energijos. Tyrimo rezultatai gaunami akimirksniu gauni atsakymą, Šiuo metu panašūs tyrimai atliekami laboratorijose, kuriose stovi mikroskopai, kurių kaina 250000 $USD ir daugiau.

  25. Kasdar? • Sensoriaiteršalamsaptikti. • Geresnivaizduoklai – magnetiniųnanodalelių, kuriosnebūtųtoksiškos, panaudojimas

  26. Sveikaląstelė Ląstelėsugeležiesoksidonanodalele Ląstelėsugeliežiesoksidodalelepadengtaspecifinemedžiaga

  27. Nanoporųsensoriai NASA Ames nanotechnology

  28. DNA struktūrossudarymas DNR gijos tarp metalo gali veikti kaip molekulinės elektronikos prietaisas. Tokios molekulės ir nanodarinių naudojimas - perversmas elektronikoje. NASA Ames nanotechnology

  29. Angliesnanovamzdeliai

  30. Four-level CNT Dentritic Neural Tree • Neuronų medis su 14 simetriškai Y jungtimis, kuris veikia panašiai kaip biologinių neuronų tinklas;• “Nervų medis” gali būti mokomas atlikti sudėtingas perjungimo ir skaičiavimo funkcijas;• Ne tik tik elektroninių signalų, galimas naudoti garso, cheminius ar terminius signalus.

  31. Sportoinventorius

  32. Kosmetika, drabužiaiirmaistas

  33. Nauja duomenų saugojimo sistema, galinti sutalpinti 1015 baitų/cm2Šioje sistemoje H atomai būtų paskirta 0 ir F atomai kaip 1.“Adatėlė” gali atskirti 0 ir 1 sparčiai ir vienareikšmiškai. NASA Ames nanotechnology

  34. NASA misijųporeikiai - Galingas, kompaktiškas, mažas energijos suvartojimas, apsauga nuo radiacijos. • Didelio našumo skaičiavimo (Tera ir Peta apimties)- Palydovinių duomenų apdorojimas;               - Erdvėlaivių inžinierija;              - Klimato modeliavimas. • Itinpažangiosskaičiavimotechnologijos;• Modernūs, kompaktiški jutikliai, itin maži zondai;• Visų sistemų mažinamas;• Mikro erdvėlaiviai;• ”Mąstantys" erdvėlaiviai;• Mikro, nano žygiai planetų tyrinėjimams;• Naujos medžiagos naujos kartos erdvėlaivių gamybai.

  35. Daleliųstruktūra Geležiesdalelės ant variopaviršiaus Auksodalelės Sidabrodalelės Siliciokarbidas ant Gadalelės Angliesnanovamzdeliai

  36. Nanoprietaisųgamyba Rentgenospinduliai Išsklaidytirentgenospinduliai Detektorius Atomaikristale Kristalas Kristalas Nanoprietaisai Baltiejikraujokūneliai

  37. PERSPEKTYVOS

  38. NASA Nanotechnologijųplanai Galimybės Daugiafunkcinėsi-Funkcinėsmedžiagos Prisitaikančiossavi-taisančioskosminėįranga. Autonominiaierdvėlaiviai(40% mažesnėsmasės Daugkartinio naudojimo erdvėlaiviai (20% mažiau masės, 20% mažiau triukšmo) Kaosminiųlaivųvarikliai (20% lmažesnėsmasės, 20% mažiautrukšmo) Didelioatsparumomedžiagos(>10 GPa) Naujosdirbtinėsbiologinėsmedžiagos Sistemosprojektavimasirintegracija • Protingosios “odos” medžiagos • Biologiniųsistemųnaudojimasmedžiagųirmašinųkūrimui • Nanovamzdeliai • Nanovamzdeliųkompozitai • Paviršiausstruktūroskontrolė Medžiagos • Mažosgalioselektroniniaikomponentai • Molekuliniaikompiuteriai • Gedimamsspinduliavimuiatsparielektronika • Nano elektroninės “smegenys” Kosmose • Biologiniiaikompiuteriai Elektronika • Nano-zondaierdvėje • Nano skrydžiosistemųkomponentai • Integruotananosensoriųsistema • NEMS skridimosistemos@ 1 µW • Kvantinėsnavigacijossistemos Sensoriaikomponentai > 2002 2004 2006 2011 2016

  39. hn e- Kompiuteriųnašumas Nanoelektronika ir kompiuterija Poveikis kosminio transporto, kosmoso mokslui 2002 2005 2010 2015 Web Sensoriai Robotųkolonija Nano elektronikoskomponentai Europa Sub Ultra aukšotankioinformacijossaugojimokomponentai RLV Biomimetic, Radiacijaiatsparūselektronikoskomponentai Biologinėsmolekulės CNT Prietaisai Angliesnanovamzdeliųprietaisai

  40. Jutikliųgalimybės Nanosensoriai 2002 2005 2010 2015 Optiniaijutikliai 2020 SensoriaiWeb Nanovamzdelių jutikliaidiagnostikai Mars Robotų kolonija Daugiafunkciniai Sensoriai (Cheminiai, Optiniairbiologiniai) Europa Sub Biosensoriai Sharp CJV Kosminėsstotys Nanoporoskaipbiologiniaijutikliai 2003 ISPP 1999 DSI RAX Ankstyvasnanotechnologijųpoveikis

  41. NANO Medžiagos 2002 2005 2010 2015 Non-tacky temperature Tacky CNT ryšiai Savi-diagnstinėsmedžiagos RLV CryoTankas Gamybavienetinių CNT Savi-susdarančiosmedžiagos Daugiafunkcinėsmedžiagos Nanovamzdeliųkompozitai “protingosios” struktūros Nanotekstilė CNT =angliesnanovamzdeliai

  42. Gyvosiosgamtospavyzdžiusukurtossistemos 2002 2010 2020 2030 Savi-besiorganizuojančiosistemos embrionais Kosministransportavimas Biologinės kosminėssistemos Smegenųtipo kompiuterija Sensoriai Organizmai-ekstremalai GyvybėspaieškaMarse Odairkaulai Savi –taisančios Irtermiškaiapsisaugojančios sistemos DNA Kompiuterija Biologijosmegdžiojimas Dirbtinėsnanoporos Aukštaskiriamojigeba Biologinėsnanoporos Mažaskiriamojigeba

  43. Irdardaugiau Klausimai ?

  44. Rizika Nano toksiškumas Kelipavyzdžiai

  45. Nanodalelės gali prasiskverbti į ląsteles ir audinius; • Nanodalelės gali įlįsti į kapiliarų kraujagyslesplaučiuose; • Nanodalelės gali būti transportuojamos į kraują ir į kitus organus; • Nanodalelės gali sukelti ląstelių oksidacinį stresą (sukelti toksinius procesus ląstelėse); • Nanodalelės gali sukelti uždegiminius procesus ląstelėse.

  46. Fulerenaipažeidžialąstelėsmembraną Teoriniaityrimai. Fulerenopatekimasįląstelėsmembraną Vidutinisįsiskverbimolaikas -500 ps Teoriniaityrimai. Fulerenųgrupėspatekimasįląstelėsmembraną Vidutinisįsiskverbimolaikas 1 µs Fulerenųišsidėstymasmembranoje Pasikeičiamembranossavybės Nature nanotechnology (2008) , Vol. 3, pp 363

More Related