NANOTECHNOLOGIE

Porovnání velikosti poměr velikosti 100 nm kopací míč zeměkoule

Nano = řecky TRPASLÍK 1 nm = 1000x menší než vlas

Lidský vlas a nanovlákna

1 nm = přírůstek nehtu za 1 sekundu

Nanotechnologie Se zabývá výrobou nanočástic a využitím technologií v měřítku řádově nanometrů obvykle cca 1–100 nm - tzn. 10−9 m (miliardtiny metru) přibližně tisícina tloušťky lidského vlasu NANOMATERIÁLY mají nové VLASTNOSTI Na nanočástice NEPŮSOBÍ GRAVITACE !!!

ROZDĚLENÍ NANOTECHNOLOGIE Mokrá (wet) - biologické systémy Suchá (dry) - na bázi C– fulereny,nanotrubičky, - na bázi Si a jiných materiálů - používá se u kovů - má vliv na jejich vlastnosti: ELEKTRICKÉ MAGNETICKÉ OPTICKÉ MECHANICKÉ

Nanostroje

Základní formy uhlíku grafit Diamant

Formy uhlíku Diamant Tuha – grafit Fulereny fulleridy Nanotrubice nanopěna

Nanotrubičky

Uhlíkové nanotrubičky trubičky z čistého C s průměrem 1 až 30 nm dlouhé až 1 mm Podle struktury - polovodiče - elektricky vodivé látky (1000xlépe než měď) - tepelně vodivé (2x lépe než diamant) - 20x pevnější než ocel - ohebné atd.

POUŽITÍ FULERENŮ NEJPEVNĚJŠÍ MATERIÁLY 100 X PEVNĚJŠÍ, NEŽ OCEL PŘI MALÉ PEVNOSTI SUPERPEVNÉ MATERIÁLY SUPERLEHKÉ MATERIÁLY

Fullerid

POUŽITÍ FULERENŮ AUTOMOBILOVÝ PRŮMYSL LETECTVÍ STAVEBNICTVÍ MEDICÍNA POČÍTAČOVÝ PRŮMYSL MONITORY A TELEVIZNÍ OBRAZOVKY FILTRY NA ŠKODLIVÉ LÁTKY

Nanopěna

VYUŽITÍ NANOTECHNOLOGIÍ MEDICÍNA INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE VÝROBA A AKUMULACE ENERGIE – např. VODÍKOVÉ PALIVOVÉ ČLÁNKY, SOLÁRNÍ ČLÁNKY, IZOLACE, ÚČINNĚJŠÍ OSVĚTLENÍ, ÚSPORY ENERGIÍ NOVÉ MATERIÁLY –vyšší ochrana před poškrábáním, oxidací, kyselinami, zvýšení sterilnosti

Použití v medicíně Kapsle léku – mikrobublinky putují krevním řečištěm k nádoru sledovány ultrazvukem nebo magnetickou rezonancí Když dorazí do nádoru - cílený ultrazvukový paprsek je „odpálí“ Mikrobublinky prasknou a léky se uvolní mezi rakovinné buňky Zbytek bublinek organismus vyloučí

Nanotechnologie ve strojírenství supertvrdé povrchy s nízkým třením samočisticí nepoškrabatelné laky Povlaky obráběcích nástrojů automobilový průmysl - nesmáčivé povrchy, filtry čelních skel

Česká nanotechnologie Vědci liberecké Technické univerzity vyvinuli technologii, která umožňuje průmyslovou výrobu nanovláken – pomocí nanospiderů profesor Oldřicha Jirsák

Nanospider vytváří nanovlákna z kapalinových polymerů působením silného elektrického pole

Využití nanovláken Filtrace Zdravotnictví zvuková izolace Stavebnictví automobilový průmysl ochranné a bariérové oděvy pro armádu i sportovce materiály pro alternativní zdroje energie extrémně pevné a lehké konstrukční materiály

Nanovlákno - hlavní materiál třetího tisíciletí v biomedicíně pěstovat buňky lidské tkáně Textilie se osází buňkami pacienta a vypěstuje se na ní mimo tělo nemocného jeho vlastní plnohodnotná tkáň. Může to být kostní či nervová tkáň, chrupavka i jaterní buňky

Způsoby výroby nanočástic Metody Top-Down , odshora dolů Bottom up - Odspoda nahoru

Metody Top-Down - odshora dolů fyzikální metody 1. Nanomletí : produkce nanočástic <5 nm kuličky 2. Válcování (rozklepávání): rozklepání do tenkých vrstev - Au do tloušťky plíšku 50 nm 3. Protahování: Vysokým tlakem se materiál přivede do plastického stavu -nanodrátky Bi 4. Ultrajemné řezání -např. diamantové pilky plátky <100 nm 5. Elektrostatické zvlákňování

Bottom up - Odspoda nahoru CVD (Chemical Vapour Deposition) : produkce povlaků z plynné fáze Spalování - spalováním SiH4 se vytvoří nanočástice Si Litografie - výroba integrovaných obvodů

Povlaky TiN

CVD - Chemical Vapour Deposition K přenosu chemické látky dochází pomocí nosného plynu k substrátu, kde se chemicky rozkládá

CVD - Chemical Vapour Deposition Povlakováním se zvýší tvrdost, tloušťka vrstvy 10nm –10μm.

Plazmová nanolitografie

LITOGRAFIE Na Si desku se nanášejí a vyleptávají vrstvy Před každým krokem se deska pokryje citlivým materiálem a připraví se průsvitná maska s motivem, který chceme nanést Maska funguje jako negativ – prosvítíme desku v těch místech, kam dopadne světlo Na desce zůstane motiv, jako byl na masce

EPITAXE JEDEN ZA ZPŮSOBŮ PŘÍPRAVY NANOMATERIÁLŮ VÝSTAVBA KRYSTALŮ NA Si deskách Není to napařování nebo naprašování!!!! Krystalický proces, při kterém se na podložce = Si desce vytváří vrstva atomů

Plynná epitaxe Používá se na velmi tenké vrstvy = POVRCHOVÉ VRSTVY BRUSNÉ PLOCHY VRTÁKŮ, FRÉZEK… VELMI TVRDÉ VRSTVY nitridů TiN ŘEZNÉ KERAMIKY REFLEXNÍ VRSTVY ZRCADEL INFRAČERVENÁ ZRCADLA NA BUDOVY A SKLENÍKY

Epitaxe atomových vrstev růst tenkých krystalických vrstev na povrchu krystalu (podložky), při němž krystalická mřížka vrstvy navazuje bezprostředně na mřížku podložky

Nanotrubičky ve vrstvě mění indexu lomu dopadajícího světla

Ochranná vrstva autoskla

ANTI reflexní sklo pro zřetelné navýšení výkonu kolektoru až o 10%

POVRCHY MATERIÁLŮ S NANOVRSTVOU ZVĚTŠENÍ ENERGETICKÉ ÚČINNOSTI VZNIK NOVÝCH VLASTNOSTÍ DELŠÍ ŽIVOTNOST POVRCHŮ VRSTVY S MALÝM TŘENÍM VRSTVY S VELKÝM TŘENÍM FRIKČNÍ MATERIÁLY S VELKOU TEPELNOU ODOLNOSTÍ