nadhernl/nanotechnologie

Obsah > Nanotechnologie

Vytvořeno: 08/2006

Co je nanotechnologie?

Nanotechnologií se obecně označuje technický obor, jehož úkoly jsou porozumění a ovládání hmoty o velmi malých rozměrech [6] [7] [9], a to od 1 do 100 nanometrů (10 ^-9 m), a kde jedinečné jevy umožňují nové aplikace.

Nanotechnologií zkrátka rozumíme vědu, inženýrství a technologii v rozměrech nanometrů. Tento obor zahrnuje zobrazování, měření, modelování a manipulaci s hmotou v těchto rozměrech. Na úrovni nanometrů se fyzikální, chemické i biologické vlastnosti materiálů výrazně liší od vlastností jednotlivých atomů a molekul nebo objemového materiálu. [1] [2] [3] [6]

Slovo nanotechnologie

Název tohoto oboru pochází od měřítka, ve kterém se pracuje. Tím jsou prozatím stovky až tisíce nanometrů. Do 1 nm se přitom vejdou zhruba 3-4 atomy. Pro představu o stupni miniaturizace: virus je velký zhruba 100 nm, lidský vlas má průměr plných 200 mikrometrů. [7] Jeden ze zakladatelů tohoto odvětví, byť neoznačil ho slovem "nanotechnologie" se jmenuje Richard Feynman [6] [7]

Stinná stránka

Nanotechnologie se nezabývá pouze výrobou miniaturních robotů [8] (taková výroba je zatím ještě hudbou budoucnosti [13] [9] ), ale především a hlavně produkcí částic známých prvků nebo sloučenin, jejichž velikost je zvláštní technologii zmenšena na velikost jednotlivých molekul a atomů. Při takové velikosti dostávají známé látky nové vlastnosti. Mnohdy slibné, často nepředpověditelné a někdy nebezpečné. Např. zlato, které je za normálních okolností téměř neslučitelné s jiným prvkem, je při nano-velikostech svých částí silně reaktivní - asi jako draslík. [8]

Uhlíkové nanotrubičky

Od uhlíkových nanotrubiček se očekává široká škála zajímavých vlastností. Teorie pohlíží na jejich elektronovou strukturu a jejich mechanické vlastnosti. Zbývá je již otestovat.
K vyzkoušení vlastností těchto struktur je potřeba trubička s jasně definovaným tvarem, délkou, tloušťkou a počtem soustředných vrstev (viz obrázek). Běžná syntéza uhlíkovým obloukem dává vzniknout řadě typů trubiček. Zvláště většina výpočtů se týkala jednovrstvých trubiček, zatímco syntéza uhlíkovým obloukem vytvoří téměř zcela vícevrstvé trubičky. Toto se týká syntézy vydatných jednovrstevných trubiček s průměrem okolo jednoho nanometru. Zatímco vícevrstevné nanotrubičky se tvoří na uhlíkové katodě, tyto jednovrstevné rostou v plynné fázi. Elektronová difrakce ze samotné trubičky nám potvrzuje spirálovité uspořádání uhlíkových pravidelných šestiúhelníků, které byly vydedukovány z předchozích vícevrstevných nanotrubiček. [1] [9]

Model fullerenu (vlevo nahoře)
Modely jednovrstvých uhlíkových nanotrubiček z různých pohledů
Model vícevrstvé uhlíkové nanotrubičky (vpravo)

Potenciální využití nanotechnologií v blízké budoucnosti je opravdu bohaté:

Displeje z organických světlo emitujících diod (OLED)
Fotovoltaické tenké vrstvy přeměňující světelné záření v elektrický proud
Povlaky odolné vůči poškrabání a se samočistící schopností
Textilie odolné vůči zašpinění mající schopnost regulovat teplotu [6]
Inteligentní oděvy schopné monitorovat puls a dýchání
Lehké a pevné trubkové rámy
Kyčelní náhrady z biokompatibilních materiálů [7] [13]
Nátěry chránící před korozí obsahující nanočástice
Termochromní skla regulující intenzitu procházejícího světla
Magnetické vrstvy pro paměťová média
Palivové články využívající uhlíkové nanotrubice
Kochleární implantáty (pro neslyšící) [7] [11]
Polovodičové čipy a mikroelektronické aplikace
Katalýza chemických procesů (analýza pomocí Au)
Keramika, lehké slitiny, oxidy kovů a jiné kovové sloučeniny, ferity, magnety
Pokrytí, barvy, pigmenty, plasty, plniva, obaly propotraviny, nesmáčivá úprava povrchů
Polymerní kompozitní materiály s vylepšenými mechanickými vlastnostmi(antibakteriální plasty,antibakteriální boty)
Transparentní kompozitní materiály, UV filtry s TiO ₂, ZnO
Spalovací komory, plynové senzory, bateriové elektrody
Nanočárový kód
Hroty pro mikroskopy se skenující sondou
Čištění enzymů a farmaceutik
Medicínské aplikace, kontrastní látky, hypertermie, cílená likvidace tumorů,detoxikacekrve [7] [13]
Enviromentální aplikace -čištění vod
Senzorika a bezpečnostní problematika - tlakové a tepelné senzory ve stavebníchmateriálech
Elektronika - vysokokapacitní záznamová média
Fotomateriály, fotočlánky, palivové články, vysokokapacitní baterie
Automobilový průmysl - palivo pro airbagy, super-tvrdé, nepoškrabatelné laky
Stavebnictví - izolační materiály nové generace, samočisticí fasádní nátěry
Kosmický průmysl - katalyzátory, odolné povrchy satelitů

[3]

Molekulární nanotechnologie Další rovina nanotechnologie, o nic méně důležitá, bývá označována jako „molekulární nanotechnologie“ (molecular nanotechnology, MNT). Její výzkumné pole (stejně jako oblasti potenciálního využití) spočívá v kombinaci poznatků chemie a mechaniky k produkci přesných „molekulárních strojů“ v měřítku nanometru. [7] [13] [15]

Příkladné použití: Kouzelné ponožky - chytrá textilie [6] Ponožky nanosilver jsou bavlněné, s přídavkem lycry a impregnované nanočásticemi stříbra; vstřebávají pot, likvidují bakterie a eliminují zápach nohou i po celodenním nošení. Stříbro je mimo jiné bezpečné a účinné antibiotikum. [6] [10] [11] [12] Ionty stříbra ovlivňují látkovou výměnu buněčného systému bakterií, potlačují dýchání a bazální metabolismus na elektronové úrovní a dopravu substrátu v buněčné membráně. Antibiotický a fungicidní účinek nanostříbra je dán jeho přímým průnikem do bakterie a jeho reakcí s -SH skupinami oxidačních metabolických enzymů bakterie a tím k jejímu udušení. Další antibakteriální účinek je způsoben vytvářením aktivního kyslíku. Bakterie navíc nezískávají rezistenci vůči těmto kovům, což je výhoda proti klasickým antibiotikům. [5] [14]

Reference: