Post on 06-Feb-2018
hDescoperiţi secretele
lumii Nanolumii Nano
Image courtesy of Dr James Bendall, University of
Cambridge, UK.
‘Nano’ a devenit un termen la modă în cultura
populară şi înseamnă ‘mic’.
Pentru a înţelege nanotehnologia trebuie
să ne gândim mai întâi la scală.să ne gândim mai întâi la scală.
Un nanometru este unitatea de
măsură folosită în nanoscală.
C este o
Destul de puţini nanometri aici!
C60 este o nanoparticulă deoarece diametrul său are puţin peste 1 nm
Lungimea unui purice este
de 10-3 m sau 1,000,000 nm
Diametrul celulelor sângelui este
de 10-5 m sau 6000 nm
Lungimea unui câine este de
100 m sau 1,000,000,000 nm.
de 10 m sau 6000 nm
Diametrul ADN-ului
este de 10-8 m sau
2.5nm.
O nanoparticulă are 10-9 m.
O dimensiune între 1 şi 100
nm.
O moleculă de apă care măsoară
aproximativ 0,5 nm este la fel de mare în
raport cu un măr, aşa cum este un măr în
raport cu planeta Pământ.
E drum lung până la scala nanometrică!
Nanoparticulele sunt doar bucăţi
mici dintr-un material mai mare,
dar ce se întâmplă când creezi
aceste bucăţi mici? aceste bucăţi mici?
Images of gold nanoparticles courtsey of Paul Rhatigan,
Cambridge University.
Bucăţi mici = mai multă…….
Aria suprafeţei
4cm
2cm
1cm
1cm
3cm12cm2
3cm6cm2
Nanoparticulele au o suprafaţă mai mare. Acest lucru le face mai reactive, deoarece reacţiile chimice au loc pe suprafaţă. Mai reactiveînseamnă potenţial mai utile.
Într-un centimetru cub de material, unul din 10
milioane de atomi se află pe suprafaţă, dar în cazul unui nanometru cub, 80%
din atomi se află pe suprafaţă şi sunt gata să suprafaţă şi sunt gata să
reacţioneze.
Images courtesy of Dr Colm Durkan, Cambridge University.
Aici cheia este mărimea! Pe scala nanometrică proprietăţile unui material se pot schimba dramatic. Acestea ar putea fi punctele lor de fierbere, solubilitatea sau activitatea catalitică. Doar prin reducerea mărimii lor, materialele pot Doar prin reducerea mărimii lor, materialele pot avea noi proprietăţi, proprietăţi pe care ele nu le au atunci când sunt la o scală mai mare sau la o macro scală. Legile normale ‘clasice’ ale fizicii nu se mai aplică!
MACRO
• De exemplu, uneori doar schimbarea mărimii
unei particule îi poate modifica culoarea.
Schimbarea culorilor
Telurură de Cadmiu
AurMACRO
Mărirea dimensiuniiNanoparticule de CdTe.
A. Eychmüller , Universitatea Tehnică, Dresda
Aur
MACRO
Chiar şi proprietăţile mecanice şi electrice pot fi
influenţate de mărime!
Grafena este
casantă şi
neconductoare
Nanotuburile de carbon sunt ca
şi foile grafenice, dar făcute sul...
totuşi ele au proprietăţi total
diferite.
Ştiaţi? Nanotuburile de carbon sunt mult
mai puternice decât oţelul, dar mai uşoare şi
pot fi conductoare.
Aşadar, cum lucrează oamenii de ştiinţă la o scală atât de mică? scală atât de mică?
În primul rând, datorită faptului că microscoapele au devenit mai
sofisticate. Primele microscoape au fost create în jurul anului 1665 şi au deschis o lume cu totul nouă pentru oamenii de cu totul nouă pentru oamenii de ştiinţă. Pentru prima dată celulele şi structurile din natură cu care suntem familiarizaţi, au devenit acum vizibile. Opinia publică se temea de acest voiaj în lumea microscopică nevăzută. Micrographia 1665.
Acum avem microscoape care pot vedea chiar în profunzimea acestei lumi, de fapt până la nivelul atomilor, care reprezintă chiar unitatea de bază a lumii vii.
Aceste microscoape mai sofisticate sunt cunoscute de sofisticate sunt cunoscute de toată lumea ca microscoape cu sonde de scanare sau SPM-uri.
Un microscop cu sondă de scanare foloseşte o sondă cu vârful extrem de fin (uneori terminându-se în doar câţiva atomi) şi trece peste o suprafaţă atingând contururile şi formele.
Vârful sondei
www.tut.fi
Vârful sondei
atingând formele
Exemplele includ:
Microscopul cu Forţă
Atomică,
Microscopul de Scanare cu
efect de Tunel
Un laser se reflectă din spatele consolei. În cazul în care consola deviază, atunci şi raza laser
Laserdetector
O consolă, asemănătoare cu o trambulină, este ataşată la vârful unui Microscop cu Forţă Atomică sau AFM. Totul se mişcă în sus şi în jos, deoarece vârful se mişcă peste dealurile şi văile la scară atomică de pe suprafaţa unui eşantion.
atunci şi raza laser deviază. Un detector dintr-un computer înregistrează mişcarea laserului şi transformă datele într-o imagine, ca în imaginile din dreapta.
computer Sample
Probe tip
Aceasta este diagrama unui Microscop cu Forţă Atomică sau
AFM
Images courtesy of T. Oppenheim,
Cambridge University
Microscop de scanare cu efect de tunel
Un microscop de scanare cu efect de tunel
funcţionează cu o sondă mică ce scanează de-a
lungul unei suprafeţe, detectând variaţiile fluxului de
sarcină electrică ce trece între ea şi atomii de pe
suprafaţă. Această sondă este fabricată dintr-un
material conductor (de obicei, Tungsten), iar capătul
ei nu este mai mare decât 1 atom!
Images courtesy of Cambridge university, Nanoscience Centre.
ei nu este mai mare decât 1 atom!
Un vârf de tungsten pentru imagistica STM
Aceste variaţii ale fluxului de
sarcină electrică sunt
transformate în imagini ca cele
din dreapta.
Vârfurile sondelor pot fi folosite şi la mişcarea atomilor individuali.
Imaginea arată atomi de fier
care au fost mutaţi individual. Imagine
creată iniţial
de Don
Eigler,de la
corporaţia
IBM.
Această idee de a construi lucruri pornind de la atomi şi de a le dezvolta este
interesantă pentru cercetători.Computerele şi telefoanele devin mai mici, dar mai puternice. Această tendinţă necesită componente din ce în ce mai mici, ajungând să fie făcute la scală nanometrică. Este logic să se poată crea aceste nano-dispozitive pornind de
‘TOP DOWN’
poată crea aceste nano-dispozitive pornind de la abordarea de tip ‘bottom up’, de jos în sus, decât de la abordarea de fabricare mai tradiţională de tip ‘top down’, de sus în jos.
Fabricarea ‘de jos în sus’ ar însemna mai puţină energie şi mai puţine deşeuri.
‘BOTTOM UP’
Deplasarea individuală a atomilor nu este încă o tehnică viabilă pentru crearea nanostructurilor, deoarece este prea lentă.Cu toate acestea, mai există un proces numit ‘AUTO-ASAMBLARE’, văzut deseori în natură, pe care oamenii de ştiinţă îl pot exploata.
Atomii, moleculele sau nanoparticulele se vor aranja singure în structuri mai mari dacă vor aranja singure în structuri mai mari dacă vor avea proprietăţile şi mediile potrivite. Acest proces joacă un rol esenţial la construirea ADN-ului, celulelor, oaselor şi virusurilor. Toate acestea se auto-asamblează singure.
Un alt mod prin care oamenii de ştiinţă pot crea dispozitive de mărime nanometrică este procesul numit litografie. El este folosit la fabricarea cipurilor pentru computere şi acţionează într-un mod foarte asemănător imprimării sau ca şi cum am pulveriza vopsea pe un şablon. Dar litografiafoloseşte lumină sau electroni în loc de tuş sau vopsea.
Aceasta este o structură finisată, creată cu ajutorul litografiei cu fascicul de electroni.
Foto-litografia foloseşte lumina şi astfel se pot crea
electroni. lumina şi astfel se pot crea structuri miniscule care au în jur de 20 nm. Dacă oamenii de ştiinţă vor să creeze structuri mai mici decât acestea (în jur de 5nm), folosesc electroni în loc de lumină, acest proces numindu-se litografie cu fascicul de electroni.
Images courtesy of Dr Atif Aziz and Dr Colm Durkan., Cambridge University.
Sunt mai puternice, dar considerabil mai uşoaredecât oţelul şi sunt flexibile. Se pot comporta ca metalele,dar şi ca semi-conductorii,
În această imagine fiecare literă este creată din sute de nanotuburi!
Sunt o descoperire interesantă care ar putea
revoluţiona materialele viitorului.
dar şi ca semi-conductorii, fiind foarte bune transmiţătoare de căldură şi sunt asamblate din atomi de carbon. Cu astfel de proprietăţi ele ar putea juca
un rol esenţial în crearea de noi materiale şi electronice.
Chiar şi în cazul în care nanotuburile sunt complet
crescute, fiecare entitate este mai mică decât o celulă
de sânge uman.
Sursa imaginilor Stephan Hoffman,Universitatea
Cambridge
Natura este expertă în a crea structuri la scală nanometrică. De aceea,oamenii de ştiinţă caută în natură modele de inspiraţie atunci când cercetează modul în care să poată cercetează modul în care să poată construi la o scală atât de mică.
BioimitaţiaBio-mimetismul este termenul care desemnează faptul că
oamenii de ştiinţă copiază natura. Datorită studierii frunzelor
de lotus şi a structurii lor, oamenii de ştiinţă au creat materiale
impermeabile şi ferestre care se spală singure.
Datorită studierii aripilor
fluturilor şi a nanostructurilor
lor, oamenii de ştiinţă au
explicat cum interacţionează explicat cum interacţionează
lumina în mod diferit cu
suprafeţele. Acest lucru a
ajutat la crearea
hologramelor de securitate şi
a produselor pentru îngrijirea
părului!
Chiar şi nanostructura
ciocului unui Toucan a
oferit un mod de a
înţelege felul în care sunt
create componentele
ultra-uşoare ale unui
avion.
Aripile unui fluture
văzute la microscop
Picioarele şopârlei Gecko au nanostructuri
Picioarele unei şopârle Gecko sunt acoperite
cu structuri minuscule, ca firele de păr, numite
setaes. Aceste structuri pot ajunge atât de
aproape de suprafaţă încât interacţiunile
slabe, ‘lipicioase’ dintre molecule devin
semnificative. Rezultatul este aderenţa
puternică care se datorează în întregime Image credit: A.Dhinojwala, University of Akron
puternică care se datorează în întregime
forţelor Van der Waals. Oamenii de ştiinţă s-au
inspirat de la această nanostructură şi au creat
pansamente interne care aderă chiar şi într-un
mediu umed.
Natura are experienţă în a lucra la scală nanometrică, iar noi putem învăţa
multe din succesul ei în crearea nanotehnologiei naturale.
Image credit: A.Dhinojwala, University of Akron
Image credit: C. Mathisen, FEI Company
Image credit: A.Kellar, Lewis & Clark College
Nanotehnologia este deja în vieţile noastre.
Nanoelectronica a permis
miniaturizarea dispozitivelor
electronice care sunt
folosite zilnic.
Unele mingii de tenis
sunt rezistente mai mult
timp, datorită unui strat
interior nano-structurat. interior nano-structurat.
Unele rachete de tenis
sunt făcute dintr-un
nanocompozit pe bază
de carbon, care le
face mai puternice şi
mai uşoare decât au
fost vreodată.
Se crede că şosetele care
conţin nanoparticule de argint
antibacterian vă ţin picioarele
sănătoase şi fără să miroasă.
Unele textile sunt fabricate să fie foarte hidrofobe,
folosindu-se nanostructuri impermeabile care le
permit să fie rezistente la apă şi la pete.
Cosmeticele şi
Ochelarii de soare care
au un strat nano-
structurat sunt mai uşor
de curăţat, mai greu de
zgâriat, sunt antistatici,
Nanotehnologia este deja în vieţile noastre..
Cosmeticele şi
loţiunile pentru plajă
care conţin
nanoparticule pot
ajuta la o mai bună
protecţie şi confort.
zgâriat, sunt antistatici,
anti-ceaţă şi
antibacterieni.
Nanotehnologia este o materie multidisciplinară deoarece include mai multe domenii diferite ale ştiinţei şi industriei:
Chiar potenţialul Nanotehnologiei este cel care o face atât de interesantă. Unele domenii unde Nanotehnologia ar putea avea un impact mare sunt: Aplicaţiile Medicale ex. terapia cancerului Tehnologia Informaţiei ex. computere mai rapideSoluţii privind Energia ex. celule de combustibil şi Soluţii privind Energia ex. celule de combustibil şi celule solare mai economice
Domenii care au un impact asupra vieţilor noastre.
www.nanoyou.eu