Transcript prezentace ve formátu PPT

Investice do rozvoje vzdělávání
Inovace profesní přípravy budoucích
učitelů chemie
CZ.1.07/2.2.00/15.0324
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Investice do rozvoje vzdělávání
Nanotechnologie
Mgr. Daniel Šrajbr
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Nanotechnologie
- v současnosti jedno z nejzajímavějších odvětví vědy
- studium a využitím materiálů o velikosti částic od 1 do 100 nm
(10-9 – 10-7 m)
- materiály s částicemi na úrovni nanometrů mají výrazně odlišné
vlastnosti od klasických materiálů
- zasahují do současných oborů a dnešního průmyslu (např.
sportovní průmysl, elektronika nebo automobilový průmysl)
Srovnávací měřítko
Nanotechnologie
- srovnání jedné částice o velikosti nanometru s velikostí
fotbalového míče je stejné, jako srovnání velikosti
fotbalového míče a Země
Velikost nanočástice
Nanotechnologie
Historie
- pigmenty maleb v jeskyních pravěkých lidí
- barva Lykúrgových pohárů a skla obecně (nanočástice Au)
- vitrážová okna kostelů (nanočástice Au)
Malba z jeskyně Lascaux (nanopigment)
Kostelní
s
Likúrgovyvitráž
poháry
nanočásticemi Au
Nanotechnologie
Historie
-1959 – Richard Feynman - přednáška
na téma:
„Tam dole je spousta místa“
Richard Feynman
-1974 – poprvé slovo „nanotechnologie“
použil (Norio Taniguhi)
- architekt Buckminster Fuller – podle něj získaly název
„fullereny“, které mají podobnou konstrukci
jako konstrukce jeho kupolí
Norio Taniguhi
≈
Fulleren
Kupolovitá střecha
Nanotechnologie
Metody studia
AFM (Atomic Force Microscopy)
- funguje na základě van der Waalsových sil
- přístroj obsahuje:
• tenký hrot na ohebném nosníku
• odrazovou plošku na ohebném nosníku
• zdroj laserového paprsku
• záznamovou destičku
- hrot se pohybuje po povrchu vzorku v linkách
- postupně se vykreslují jednotlivé křivky na záznamovou
destičku
- křivky se v počítači poskládají vedle sebe a vytvoří tak pomocí
softwaru počítače 3D snímek
AFM Snímek
Nanotechnologie záznamová destička
Metody studia
AFM
ohebný nosník s hrotem
odrazová
ploška
AFM Snímek
zkoumaný povrch
- výsledný AFM snímek barevně neodpovídá
reálnému povrchu!
- intenzita zvolené barvy pouze dokládá
intenzitu přijatého signálu
Nanotechnologie
Metody studia
Tyndallův jev
- nastává v nehomogenním prostředí (např. roztok
nanočástic, ale ne jen jejich)
- svazek světelných paprsků (fotonů) se po dopadu
na částice v roztoku rozptýlí a při bočním pohledu
vytváří viditelný kužel, v případě malých částic
(např. nanočástic) jen difuzní světelný pruh
- důkaz malých částic (nejen nano) v roztoku
Difuzní světelný pruh
Elektronový mikroskop
- využíváno zobrazení pomocí elektronů
- elektrony mají menší vlnovou délku = mohou zobrazit drobnější
předměty a struktury
- příkladem je SEM = skenovací elektronový mikroskop
Nanotechnologie
Příprava
top-down
z velkých částic nanočástice
X
bottom-up
z roztoků nanočástice
- příklad přípravy metodou bottom-up:
- 5ml roztoku AgNO3
(0,005 mol/dm3)
- 5 ml NH3
(0,025 mol/dm3)
- 10 ml NaOH
(0,025 mol/dm3)
zamíchat
- 5 ml glukózy
(0,05 mol/dm3)
přidat najednou a ostře míchat 5 minut (proto, aby vznikaly
malé částice)
 z čirého roztoku vznikají nanočástice stříbra!!!
Nanotechnologie
Nanočástice uhlíku
-výroba např. kondenzací uhlíku (ty vznikají působením laseru na grafit)
Fullereny  z 50 až 70 atomů C
- jméno dostaly podle architekta Buckminstera Fullera
- existují nejen umělé, ale i přirozeně v zemské kůře
- složené z pravidelných pěti a šestiúhelníkových cyklů
Fulleren 2
Fulleren 3
Nanotechnologie
Nanočástice uhlíku
Nanotrubičky
- lehké, ale zároveň 1000x pevnější než ocel!!!
- složené z šestiúhelníkových kousků
- např. výroba odlehčeného sportovního
vybavení
Nanovlákna
Nanotrubička
- vlákna o velikosti 20 až 500 nm
- velký povrch, nízká hmotnost, mnoho malých pórů
- vyráběny z různých polymerů podle budoucího použití
- 2003 - tým prof. Oldřicha Jirsáka vyvinul přístroj pro průmyslovou výrobu
nanovláken „Nanospider“
Nanospider
Nanospider 1
Nanospider 2 (tvorba vláken z tekutého
polymeru)
Nanotechnologie
Některé odlišné vlastnosti nanočástic od klasických materiálů
- barva
Ag – žluto-černá
Au – barvy závislé na
tvaru/velikosti nanočástic
Barva nanočástic stříbra
Barva nanočástic zlata
Různě velké částce absorbují různé vlnové délky světla a různé
vlnové délky proto také emitují. Tím je způsobeno jiné zbarvení
roztoku.
Nanotechnologie
Některé odlišné vlastnosti nanočástic od klasických materiálů
- antibakteriální účinky – ponožky s nanostříbrem
- pevnost materiálů
- voděodolnost
• např. omyvatelné nebo samočistící materiály,
díky nanovýběžkům, které zachycují vzduch mezi vodou a
povrchem a tím minimalizují dotykovou plochu
Ponožka se stříbrnými nanočásticemi
Voda na nesmáčivém povrchu 1
Voda na nesmáčivém povrchu 2
Nesmáčivé povrchy 1
Nesmáčivé povrchy 2
Nanotechnologie
Použití nanomateriálů a nanotechnologií
- odlehčené sportovní vybavení
- voděodolné povrchy a oblečení
- povrchy odolné poškrábání
Budoucí potenciál využití
- samoreplikační výrobní systémy (malé přístroje schopné výroby, ale
i obnovy sebe sama)
- čistší výroba malých přístrojů a zařízení bez odpadů
- vesmírný výtah na oběžnou dráhu Země (pás z nanotrubiček
vedoucí od povrchu Země až na obježnou dráho)
Boty ošetřené nanočásticemi
- bioobleky (např. nové obleky pro kosmonautiku)
Sportovní vybavení s nanomateriály
- nanopaliva
- rychlejší sekvenování DNA
- tetování pro stanovování obsahu cukru v krvi diabetiků
- doprava léčiv v těle na konkrétní místo
- nová generace elektroniky a mobilních telefonů
- čištění vody (výzkumem v tomto směru se zabývá i Katedra
Přípravek na auta s
fyziklání chemiePonožky
Univerzity
Palackého vstříbra
Olomouci
s nanočásticemi
nanomateriály
Telefon s povrchem z nanočástic
Nanotechnologie
UP v Olomouci provádí výzkum v olasti nanotechnologií
- prokázány nepříznivé účinky nanostříbra na organismus
octomilky obecné
- ekologická likvidace sinic nanočásticemi Fe
- současné studium oxidů železa v nanorozměrech
- studium imunonanotechnologií
Rizika nanotechnologií
- nutnost počítat s potenciálním nebezpečím!!!
- podle prvních studií se např. fullereny nezdají zcela neškodné
(nepříznivý vliv např. na perloočky)
- potenciální škodlivost „nanostříbra“ vymývaného z funkčního
oblečení na bakterie v přírodě
Poznámka:
S ohledem na prokázaný vliv na živé organismy je vhodná
opatrnost při užívání ale i při likvidaci nanomateriálů.
Investice do rozvoje vzdělávání
Konec
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Srovnávací měřítko
Literatura
Velikost nanočástice
Barva nanočástic stříbra
Barva nanočástic zlata
Ponožka se stříbrnými nanočásticemi
ponozky)
Nesmáčivé povrchy 1, 2
Voda na nesmáčivém povrchu 1
Voda na nesmáčivém povrchu 2
-
(http://www.umel.feec.vutbr.cz/vit/index.php?option=
com_content&view=article&id=567:nanotechnologie
&catid=85:aktualni&Itemid=95)
-
(http://www.nanoprodukt.cz/nanotechnologie.htm)
(http://www.kolumber.com/Ag.php)
(http://www.tecnicall.cz/clanek/2012-01-zlato/)
(http://www.termo-nanopradlo.cz/234-antibakterialni-
-
(http://www.envistore.cz/index.php?menu=nano)
(http://www.nanoshields.eu/)
(http://www.sto.sk/42891_SK-Fas%E1dne_farbyFas%E1dna_farba_s_lotosov%FDm_efektom%
AE.htm)
Malba z jeskyně Lascaux (nanopigment) Likúrgovy poháry
-
Kostelní vitráž s nanočásticemi Au
Richard Feynman
-
Norio Taniguhi
Fulleren
-
(http://www.quido.cz/objevy/archeologie.htm)
(http://www.prirodovedci.cz/chemik/clanky/postopach-davnych-nanotechnologu)
(http://www.kreativninapady.cz/tiffany-vitraze/)
(http://astroatom.wordpress.com/2011/03/09/somewisdom-from-richard-feynman/)
(http://www.euspen.eu/default.asp?ContentID=712)
(http://cs.wikipedia.org/wiki/Fullereny)
Kupolovitá střecha
(http://bfi-internal.org/dsnews/v11_no3.html)
AFM snímek
(http://webhost.ua.ac.be/mitac4/gr_news.html)
Difuzní světelný pruh v roztoku nanočástic
(http://www.kolumber.com/Ag.php)
Fulleren 2
(http://old.z-moravec.net/chemie/kovove-komplexypentahaptofullerenu.php)
Fulleren 3
(http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/uhlik2.html)
Nanotrubička
(http://www.profimedia.cz/creative)
Nanospider 1
(http://inovacnipodnikani.cz/aktuality/?id=453)
Nanospider 2 (tvorba vláken z tekutého polymeru)
(http://www.ft.tul.cz/depart/knt/web/index.php?option
=com_content&task=view&id=44&Itemid=44)
Přípravek na auta s nanočásticemi
(http://www.nano-line.cz/aktuality.php)
Sportovní vybavení s nanomateriály
(http://www.sportobchod.cz/head-mx-fire-elite12.htm)
(http://www.trekshop.cz/softshellove-bundy-kalhotyobleceni/softshell-bunda-x-avros-panska/)
Ponožky s nanočásticemi stříbra
(http://diskuse.dama.cz/d.php?d=5946)
Boty ošetřené nanočásticemi
(http://www.bio-nano.cz/nano-impregnace-povrchuinfo.html)
Telefon s povrchem z nanočástic
(http://www.mobinfo.cz/verzo-kinzo-pokus-o-ceskyiphone-recenze/)