I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie CZ.1.07/2.2.00/15.0324 I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Nanotechnologie I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í 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

Kostelní vitráž s nanočásticemi Au 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) Likúrgovy poháry Kostelní vitráž s nanočásticemi Au

≈ Nanotechnologie Historie 1959 – Richard Feynman - přednáška na téma: 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 „Tam dole je spousta místa“ Kupolovitá střecha Fulleren ≈

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 Metody studia AFM záznamová destička Metody studia AFM AFM Snímek laser ohebný nosník s hrotem odrazová ploška - výsledný AFM snímek barevně neodpovídá reálnému povrchu! intenzita zvolené barvy pouze dokládá intenzitu přijatého signálu zkoumaný povrch

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 X top-down bottom-up 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!!! top-down z velkých částic nanočástice bottom-up z roztoků nanočástice

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 Nanotrubička Nanočástice uhlíku Nanotrubičky lehké, ale zároveň 1000x pevnější než ocel!!! složené z šestiúhelníkových kousků např. výroba odlehčeného sportovního vybavení Nanovlákna 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 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 Různě velké částce absorbují různé vlnové délky světla a různé vlnové délky proto také emitují. Tím je způsobeno jiné zbarvení roztoku. Barva nanočástic stříbra Barva nanočástic zlata

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 Nesmáčivé povrchy 1 Voda na nesmáčivém povrchu 1 Nesmáčivé povrchy 2 Voda na nesmáčivém povrchu 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) bioobleky (např. nové obleky pro kosmonautiku) 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 fyziklání chemie Univerzity Palackého v Olomouci Boty ošetřené nanočásticemi Sportovní vybavení s nanomateriály Telefon s povrchem z nanočástic Přípravek na auta s nanomateriály Ponožky s nanočásticemi stříbra

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.

I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Konec Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Literatura Srovnávací měřítko - (http://www.umel.feec.vutbr.cz/vit/index.php?option= com_content&view=article&id=567:nanotechnologie &catid=85:aktualni&Itemid=95) Velikost nanočástice - (http://www.nanoprodukt.cz/nanotechnologie.htm) Barva nanočástic stříbra - (http://www.kolumber.com/Ag.php) Barva nanočástic zlata - (http://www.tecnicall.cz/clanek/2012-01-zlato/) Ponožka se stříbrnými nanočásticemi - (http://www.termo-nanopradlo.cz/234-antibakterialni-ponozky) Nesmáčivé povrchy 1, 2 - (http://www.envistore.cz/index.php?menu=nano) Voda na nesmáčivém povrchu 1 - (http://www.nanoshields.eu/) Voda na nesmáčivém povrchu 2 - (http://www.sto.sk/42891_SK-Fas%E1dne_farby- Fas%E1dna_farba_s_lotosov%FDm_efektom% AE.htm) Malba z jeskyně Lascaux (nanopigment) - (http://www.quido.cz/objevy/archeologie.htm) Likúrgovy poháry - (http://www.prirodovedci.cz/chemik/clanky/po- stopach-davnych-nanotechnologu) Kostelní vitráž s nanočásticemi Au - (http://www.kreativninapady.cz/tiffany-vitraze/) Richard Feynman - (http://astroatom.wordpress.com/2011/03/09/some- wisdom-from-richard-feynman/) Norio Taniguhi - (http://www.euspen.eu/default.asp?ContentID=712) Fulleren - (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-komplexy-pentahaptofullerenu.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-kalhoty-obleceni/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-povrchu-info.html) Telefon s povrchem z nanočástic - (http://www.mobinfo.cz/verzo-kinzo-pokus-o-cesky-iphone-recenze/)