KCH/NANTM Přednáška 10 využití NT.

Prezentace na téma: "KCH/NANTM Přednáška 10 využití NT."— Transkript prezentace:

1 KCH/NANTM Přednáška 10 využití NT

2 Obsah Primární aplikace nanotechnologií Další aspekty nanotechnologií

3 Primární aplikace nanotechnologií
Houževnaté materiály Odolné materiály Ochranné vrstvy Magnetické senzory Katalyzátory

4 Primární aplikace nanotechnologií
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

5 Primární aplikace nanotechnologií
Nanotechnologie v elektronice Oblast počítačů a sítí Vysokokapacitní záznamová média Logické obvody Telekomunikace Vysokokapacitní akumulátory Nanovrstvy Palivové články Snaha o snížení energetických ztrát

6 Primární aplikace nanotechnologií
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 Kombinace NT s DNA

7 Primární aplikace nanotechnologií
Aplikace v elektronice Nanotranzistory a čipy Molekulární tranzistory Nanotrubičky Vysoká pracovní rychlost (frekvence) Problémy se sériovou výrobou Vývoj i na bázi Si

8 Primární aplikace nanotechnologií
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

9 Primární aplikace nanotechnologií
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

10 Primární aplikace nanotechnologií
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

11 Primární aplikace nanotechnologií
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

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

13 Primární aplikace nanotechnologií
Aplikace v materiálovém inženýrství Tenké filmy/vrstvy Ochranné filmy Povrchová odolnost Optické vlastnosti Tvrdé filmy Nanolitografie

14 Primární aplikace nanotechnologií
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

15 Primární aplikace nanotechnologií
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

16 Primární aplikace nanotechnologií
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

17 Primární aplikace nanotechnologií
Aplikace v biomedicíně/nanomedicíně Přesně kontrolované nanosytémy pro léčbu Sledování, opravování, stavba a kontrola člověka na molekulové úrovni Nanoroboti Sebereplikace Samooprava Bioimplantáty - biokompatibilita Cílená doprava léčiv Desinfekce Kontrastní látky Hypertermie

18 Primární aplikace nanotechnologií
Elektromechanické systémy MEMS Kromě vrstevnatých struktur i mechanické části 1 mikron – 1 mm NEMS Velikost pod 1 mikron Top-down Litografie Bottom-up Nanochemie

19 Primární aplikace nanotechnologií
Elektromechanické systémy Aplikovatelnost Mechanické oblasti Informačně komunikační oblasti Chemické a biologické oblasti

20 Primární aplikace nanotechnologií
MEMS Akcelerometry Tlakové, proudové a plynové senzory Lineární a rotační členy Převody, motory Trysky Čerpadla Chemické senzory

21 Primární aplikace nanotechnologií
MEMS BioMEMS – biočipy Optická komunikační technika – WDM Optické přepínače

22 Primární aplikace nanotechnologií
NEMS Příprava oběma přístupy nanotechnologií Nanozařízení AFM hroty Biologické motory (DNA) Měření extrémně malých obsahů a sil

23 Primární aplikace nanotechnologií
Další aplikace Vojenský průmysl Textilní průmysl NanoSonic – kovová pryž NanoSilver prádlo Nanospider – vlákna – Liberec

24 Další aspekty nanotechnologií
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

25 Další aspekty nanotechnologií
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

26 Další aspekty nanotechnologií
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

27 Další aspekty nanotechnologií
Zneužití nanočástic Vojenské aplikace Sebereplikace Nanoroboti Nové materiály – nové zbraně

28 Další aspekty nanotechnologií
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

29 Další aspekty nanotechnologií
Etické a sociální aspekty Přepracování zákonů Ochrana životního prostředí Bezpečnost zaměstnanců Kontrola výzkumu Přepracování mezinárodních dohod

30 Další aspekty nanotechnologií
Financování nanotechnologií V současnosti nedostatečné Vývoj by mohl být rychlejší Nedostatečná infrastruktura Nedostatečný počet školících pracovišť Nedostatečný transfer do aplikační sféry

31 Pro dnešek vše 