Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů, polymerní nanokompozity, využití NT.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů, polymerní nanokompozity, využití NT."— Transkript prezentace:

1 Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů, polymerní nanokompozity, využití NT

2  Nanokompozity založené na jílových minerálech ◦ Interkaláty  Pilarizace ◦ Nosiče nanočástic  Polymerní nanokompozity  Primární aplikace nanotechnologií  Další aspekty nanotechnologií

3

4  Umístění různých molekul do mezivrství ◦ Organické molekuly ◦ Polymery ◦ Komplexní ionty  Modifikace struktury ◦ Hostitelská struktura ◦ Host  Cíle ◦ Změna fyzikálních a chemických vlastností

5  Přírodní jílové minerály ◦ Ca 2+, Na +, K +, Mg 2+ ◦ Voda  Interkaláty ◦ Komplexní molekuly hosta (iontovýměna) ◦ Původní mezivrstevné kationy + polární neutrální molekuly hosta (ion-dipólová interakce)  Vlastnosti řízeny koncentrací a druhem hosta  Interkalační reakce ◦ Laboratorní a vyšší teploty ◦ Normální / zvýšený tlak ◦ Mikrovlné pole

6  Především vznik organicko-anorganických kompozitů  Vývoj nových materiálů s předem danými vlastnostmi  Často interkalace polymery  Označení: Jílový nanokompozit  Různé typy nanokompozitů

7  Anorganické ◦ Monoiontové formy ◦ Kysele aktivované materiály ◦ Komplexní kationy ◦ Pilarizace

8  Anorganické ◦ Katalyzátory ◦ Porézní materiály ◦ Sorbenty ◦ Molekulová síta

9  Organické ◦ Kationy  Tenzidy  Barviva ◦ Polymery

10  Metody přípravy ◦ In-situ polymerizace ◦ Interkalace z roztoku ◦ Interkalace tavením ◦ Srážení polymeru a jílu  Delaminované struktury ◦ Homogenní rozptyl jílu

11  Selektivní sorbenty a katalyzátory ◦ Velké komplexní kationy ◦ Selektivita řízena velikostí kationu  Nosiče opticky aktivních látek ◦ Organizovaný uspořádaný 2D supramolekulární systém ◦ Fotoluminiscence ◦ Fotochromní systémy ◦ Nelineární optické efekty ◦ Řízení vlastností volbou páru host-hostitel

12  Nejčastější mechanismus ◦ Kationtová výměna – anorganické a organické kationy  Vlastnosti JM ovlivňující aplikace ◦ Čistota ◦ Chemické složení ◦ Velikost specifického povrchu ◦ Kationtová výměnná kapacita ◦ Hustota a rozložení náboje  Tloušťka vrstev JM < 1 nm

13  Hustota rozložení náboje ◦ Uspořádání interkalátů

14  Organické barvy ◦ Interkalace organických barviv ◦ Mayská modř – indigo interkalované do palygorskitu nebo sepiolitu ◦ Zkoumány optické vlastnosti barev v průběhu interkalace (fotokatalýza) ◦ Použití různých druhů barviv  Kationtová  Porhyriny  Azosloučeniny

15  Organické barvy ◦ Zvýšení stability organických barviv ◦ Kov-organické komplexy  Přechodné kovy v mezivrství  Interkalace aromatických a dalších molekul ◦ Použití i pro charakterizaci jílů  MB – povrchy, CEC  Povrchová kyselost/zásaditost ◦ Fotosenzitivní vlastnosti ◦ Rhodaminy – laserová technika

16  Nosiče nanočástic ◦ Ag ◦ ZnS, CdS ◦ Magnetické ◦ TiO 2  Velký povrch a porozita – i interkalace ◦ Fotokatalýza ◦ Magnetické nanokompozity ◦ Antibakteriální materiály

17

18  Kompozit – materiál z více komponent  Kompozity s jíly ◦ Polymerní matrice ◦ Vkládání nanočástic na nanomateriálů do této matrice ◦ Lepší účinek úpravy než u ostatních kompozitů ◦ Zlepšení mechanických a tepelných vlastností kompozitů při malém obsahu jílu ◦ Nárůst velikosti povrchu ◦ Nové vlastnosti polymerů  Optické a mechanické

19  Různé systémy pro kompozity s jíly ◦ Vinylové polymery ◦ Kondenzační polymery ◦ Polyolefiny ◦ Speciální polymery  Polypyroly, polyaromáty ◦ Biodegradabilní polymery  Mechanické vlastnosti ◦ Pevnost, tvrdost, pružnost, tepelná stabilita, snížená hořlavost

20  Změna struktury samotných polymerů  Dendrimery ◦ Soustavy molekulových kaskád ◦ Vysoká uspořádanost

21  Houževnaté materiály  Odolné materiály  Ochranné vrstvy  Magnetické senzory  Katalyzátory

22  3 základní aplikační oblasti ◦ Nanorobotika (NEMS)  Samostatný vývoj a sebereprodukce  „hudba budoucnosti“ ◦ Materiálové inženýrství  Nové materiály ovlivnění molekulární struktury  Letecký a vesmírný průmysl  Stavebnictví, medicína  Samoopravné materiály  Uhlíkatá vlákna ◦ Molekulární nanotechnologie  Chemie + mechanika  Molekulární stroje – nanomotory, manipulátory  Biotechnologie

23 Nanotechnologie v elektronice  Oblast počítačů a sítí ◦ Vysokokapacitní záznamová média ◦ Logické obvody  Telekomunikace  Vysokokapacitní akumulátory  Nanovrstvy  Palivové články  Snaha o snížení energetických ztrát

24 Aplikace v elektronice  Nanosenzory ◦ Vysoce citlivé ◦ Kombinace s biotechnologiemi ◦ Fyzikální chemické a biologické účely ◦ Přírodní nanosenzory  Komunikace mezi organismy  Molekulární senzory – otáčení za sluncem ◦ Umělé biosenzory  Malé, rychle reagující  Senzory virů či proteinů  Identifikace extrémně nízkých koncentrací  Detekce krevní glukózy  Nanotubulární uhlík

25 Aplikace v elektronice  Nanotranzistory a čipy ◦ Molekulární tranzistory ◦ Nanotrubičky ◦ Vysoká pracovní rychlost (frekvence) ◦ Problémy se sériovou výrobou ◦ Vývoj i na bázi Si

26 Aplikace v elektronice  Spintronika ◦ Manipulace se spinovými proudy ◦ Spin – vnitřní moment hybnosti ◦ Spin spjat s magnetismem  Magnetotronika ◦ Vektor magnetického momentu elektronu je rovnoběžný se spinem ◦ Spintronická zařízení – usměrnění toku elektřiny pomocí spinu

27 Aplikace v elektronice  Spintronika ◦ Orientace spinů v externím magnetickém poli ◦ Změna elektrického odporu způsobená magnetickým polem ◦ Vysokokapacitní pevné disky ◦ 3 kategorie  Počítačové prvky na bázi kovů  Spin jako nosič informace  Manipulace se spiny – kvantové počítače

28 Aplikace v materiálovém inženýrství  Povrchy s nanovrstvami ◦ Zvýšená energetická účinnost ◦ Lepší užitné vlastnosti ◦ Delší životní cyklus ◦ Antiadhezivní vrstvy ◦ Vrstvy s nízkým nebo vysokým třením ◦ Frikční materiály s extrémní tepelnou odolností

29 Aplikace v materiálovém inženýrství  Vrstvy s nízkým koeficientem tření ◦ Náhrada kuličkových ložisek kluznými ◦ Vysoká spolehlivost ◦ Porézní kovy + PTFE v nanodisperzi ◦ Celková tloušťka vrstev v řádu mikronů ◦ Nanostruktura

30 Aplikace v materiálovém inženýrství  Materiály s velmi malým elektrickým odporem ◦ 2x lepší vodivost než měď ◦ Založeno na nanotrubičkách  Nanokompozitní materiály ◦ Základní materiál vyztužený na nanočásticemi ◦ Magnetické, optické a elektrické vlastnosti ◦ Mechanické, tepelné, chemické a biologické vlastnosti ◦ Polymerní nanokompozity  Vysoká tvarová a rozměrová stabilita

31 Aplikace v materiálovém inženýrství  Tenké filmy/vrstvy ◦ Ochranné filmy  Povrchová odolnost  Optické vlastnosti ◦ Tvrdé filmy ◦ Nanolitografie

32 Aplikace v materiálovém inženýrství  Samoopravné/replikující materiály ◦ Samo/sebereplikace  Inspirace v přírodě (např. brambor)  Foresight - nanotovárna ◦ Samoopravné materiály na bázi polymerů  Dokáže se sám automaticky opravit  Samoopravné laky v automobilovém průmyslu  Povlaky z nanočástic

33 Aplikace v materiálovém inženýrství  Samouspořádané materiály ◦ Self-assembly ◦ Samooprava materiálů ◦ Skutečnost samouspořádání materiálů ◦ Struktura materiálů ◦ 3 základní pojmy  Brownian uspořádání – neuspořádaný pohyb molekul – afinity vazebných poloh  Interakce, kdy se složky spontánně uspořádavají  Proces jímž se systém s neživou chemickou stavbou stává živým biologickým systémem

34 Aplikace v materiálovém inženýrství  Samouspořádané materiály ◦ První impuls v přírodě (proteiny, DNA) ◦ V současnosti  Slitiny  Plasty  Polovodiče ◦ Vodíkové vazby, Van der Waalsovy síly, hydrofilní a hydrofobní interakce, dipólové interakce ◦ Monovrstvy

35 Aplikace v biomedicíně/nanomedicíně  Přesně kontrolované nanosytémy pro léčbu  Sledování, opravování, stavbu a kontrolu člověka na molekulové úrovni ◦ Nanoroboti ◦ Sebereplikace ◦ Samooprava ◦ Bioimplantáty - biokompatibilita ◦ Cílená doprava léčiv ◦ Desinfekce ◦ Kontrastní látky ◦ Hypertermie

36 Elektromechanické systémy  MEMS ◦ Kromě vrstevnatých struktur i mechanické části ◦ 1 mikron – 1 mm  NEMS ◦ Velikost pod 1 mikron  Top-down ◦ Litografie  Bottom-up ◦ Nanochemie

37 Elektromechanické systémy  Aplikovatelnost ◦ Mechanické oblasti ◦ Informačně komunikační oblasti ◦ Chemické a biologické oblasti

38 MEMS  Akcelerometry  Tlakové, proudové a plynové senzory  Lineární a rotační členy  Převody, motory  Trysky  Čerpadla  Chemické senzory

39 MEMS  BioMEMS – biočipy  Optická komunikační technika – WDM  Optické přepínače

40 NEMS  Příprava oběma přístupy nanotechnologií  Nanozařízení  AFM hroty  Biologické motory (DNA)  Měření extrémně malých obsahů a sil

41 Další aplikace  Vojenský průmysl  Textilní průmysl ◦ NanoSonic – kovová pryž ◦ NanoSilver prádlo ◦ Nanospider – vlákna – Liberec

42  Nanotechonologie neznamenají jen přínos, ale i rizika  Dopady výroby, využití, likvidace, dopravy  Sledování životního prostředí ◦ Až paranoidní – velmi nízké koncentrace ◦ Etické otázky ◦ Politické otázky  Pronikání nanočástic buněčnými stěnami

43 Hrozba nanočástic  Nanočástice ve vzduchu, vodě, i půdě  Vliv nanostrukturních látek na životní prostředí  Rochester (NY, USA) ◦ Potkani – zauhlení mozku při vdechování uhlíkatých nanočástic ◦ 35 nm velké částice v čichovém laloku mozku ◦ Nanočástice se nedostávaly z krve, ale přes čichový nerv

44 Hrozba nanočástic  Vodní živočichové ◦ Perloočky ◦ Vystavení fullerenům ◦ Do 48 hodin poškození mozku podobné Alzheimerově chorobě  Toxické účinky velmi málo prozkoumané ◦ Zplodiny dieselových motorů  25 milionů těchto částic s každým nádechem ◦ Nelze filtrovat ◦ Prostup membránami

45 Zneužití nanočástic  Vojenské aplikace ◦ Sebereplikace ◦ Nanoroboti ◦ Nové materiály – nové zbraně

46 Etické a sociální aspekty  Financování VaV  Interakce společnosti a technologického vývoje  Možnosti sledovat vývoj  Vývoj lidských postojů a potřeb – směrování inovací  Sociální aspekty ◦ Zavedení nanotechonologií do společenského života ◦ Zdraví, konkurence, rozvoj trhů ◦ Pokusy o eliminaci vlivu na společenský život

47 Etické a sociální aspekty  Přepracování zákonů ◦ Ochrana životního prostředí ◦ Bezpečnost zaměstnanců ◦ Kontrola výzkumu  Přepracování mezinárodních dohod

48 Financování nanotechnologií  V současnosti nedostatečné ◦ Vývoj by mohl být rychlejší ◦ Nedostatečná infrastruktura ◦ Nedostatečný počet školících pracovišť ◦ Nedostatečný transfer do aplikační sféry

49 Pro dnešek vše


Stáhnout ppt "Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů, polymerní nanokompozity, využití NT."

Podobné prezentace


Reklamy Google