Nanotechnologia Nanomateriały Nanomateriały Wykład dla studentów kierunku Biotechnologia dr Jerzy Peszke.

Prezentacja na temat: "Nanotechnologia Nanomateriały Nanomateriały Wykład dla studentów kierunku Biotechnologia dr Jerzy Peszke."— Zapis prezentacji:

1 Nanotechnologia Nanomateriały Nanomateriały Wykład dla studentów kierunku Biotechnologia dr Jerzy Peszke

2 Nanomateriały - wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. nie przekraczającej 100 nanometrów. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czy grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu. W praktyce granica poniżej której mówi się o nanomateriałach jest różna dla materiałów o różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się to z pojawieniem szczególnych właściwości po jej przekroczeniu. Zmniejszając rozmiar uporządkowanych struktur materiałów można uzyskać znacznie lepsze właściwości fizyko- chemiczne, mechaniczne, itp. Nanomateriały można podzielić na następujące trzy grupy: nanomateriały zerowo-wymiarowe (nanomateriały punktowe) zbudowane z osnowy, w której rozmieszczone są cząstki o wymiarach nanometrów; nanomateriały jedno- bądź dwuwymiarowe, np. warstwy o grubości nanometrów typu jednofazowego lub wielofazowego; nanomateriały trójwymiarowe (lub nanokrystaliczne), tj. złożone z krystalicznych domen i klasterów faz o wymiarach rzędu nanometrów. Nanomateriały mają odmienne właściwości fizyczne w porównaniu z materiałami tradycyjnymi. Technologie stosowane do wytwarzania nanomateriałów pozwalają otrzymać tworzywa o składzie i właściwościach niemożliwych do uzyskania metodami dotychczas znanymi. Wiele struktur biologicznych (np. skóra), jest w istocie rodzajem nanomateriałów.

3 Najwazniejsze grupy nanomateriałow - nanometale - nanoproszki tlenków metali - nanomateriały węglowe - połprzewodniki - nanokompozyty

4 Nanozłoto Nanocząstki złota o wielkości kilku nanometrów (miliardowych części metra), po wzbogaceniu związkami chemicznymi o odpowiednich właściwościach fizykochemicznych, potrafią w kontakcie z białkami re- aranżować kształt ich cząsteczek: cząsteczki białka z formy nieuporządkowanej przechodzą w ściśle określoną strukturę alfa helisy

5 Nano-złoto koloidalne stosuje się w kosmetologii do zabiegów upiększania: złoto zmniejsza powstawanie zmarszczek regeneruje już istniejące, a ponadto nawilża skórę i likwiduje przebarwienia skórne. Nano-złoto koloidalne działa na zasadzie pompy jonowej: przyspiesza migrację składników aktywnych, wymianę jonową (głównie mikroelementy), stymuluje proces oczyszczania organizmu drogą skórną. Stymuluje syntezę kolagenu, przyczyniając się do rekonstrukcji tkanki skórnej. Działa kojąco i antybakteryjnie. Uzyskuje się dzięki niemu wrażenie rozświetlonej, pełnej blasku cery. Wykazuje silny wpływ przeciwtrądzikowy. Jest niezwykle skuteczne przy leczeniu rozległych oparzeń. Leczenie goścca stawowego – choroby autoimmunologicznej gdzie wykazujące nadmierną aktywnosc limfocyty atakują tkankę chrzęstną stawów powodujac stan zapalny – polega na podawaniu soli złota. Jony złota redukuja sie w tkance chrzęstnej do nanocząstek złota, które z kolei silnie hamuja aktywnosc limfocytów oraz wydzielanie cytokin – substancji wydzielanej przez limfocyty a powodującej powstawanie stanu zapalnego. Nanozloto powoduje wygaszanie nadmiernej aktywności limfocytów

6 Nanosrebro Jony srebra Ag+ oraz oraz nanosrebro znane już jest od czasów starożytnych. Nanocząstki (o rozmiarach poniżej 500 atomówń w nanocząstce) posiadają właściwości bakterio- i grzybobójcze. Zjawisko to znane jest już od ponad 5000 lat. W Starożytnym Babilonie do przedłużania trwałości mleka używano naczyń srebrnych lub ceramicznych do których wkładano srebrene monety. W Średniowieczu konserwowano żywność w solance i naczyniach srebrnych. W póżniejszym czasie zaczęto uzywać masowo srebrnych zastaw jako chronicych przed zatruciem. W XVIII i XIX wieku chemia jako nauka rozpoczęła swój podbój. Odkryto wiele związków chemicznych o własnościach bakteriobójczych. Sulfonamidy, diazoaminy, związki chloroorganiczne, fenole zostały użyte do sterylizacji oraz jako leki. W XX wieku odkryto najskuteczniejszą broń przeciw bakteriom - antybiotyki. W XXI wieku – ta broń już traci na efektywności..... Kończy nam sie arsenał środków antypatogennych..... Może spójrzmy wstecz....

7 Nanosrebro

8 Nanoplatyna Nanocząstki platyny sa stosowane jako katalizatory w ogniwach wodorowych oraz katalizatorach samochodowych. Dzięki swojej bardzo wysokiej aktywnosci, rozbudowanej powierzchni w stosunku do masy są bardzo wydajnym materialem do zastosowania w przemysle chemicznym jako katalizatory reakcji.

9 Nanocząstki glinokrzemianów Glinokrzemiany sa przeważnie stosowane jako nanowypełniacze. Wprowadzenie ich do polimeru powoduje wyraźne zwiększenie modułu elastyczności, wyższą stabilność termiczną, zwiększone właściwości barierowe, odporność na rozpuszczalniki organiczne, wyższy współczynnik tłumienia ognia, lepsze właściwości optyczne oraz niższy współczynnik rozszerzalności liniowej. Te cechy tłumaczą wielkie zainteresowanie innowacyjnymi materiałami nanokompozytowymi. Negatywne aspekty występowania nanonapełniaczy to ich wysoki koszt, ograniczona dostępność i trudności z osiągnięciem odpowiedniego stopnia dyspersji w matrycy polimerowej.

10 Spieki tlenkow metali – nanoceramika, ceramizery Ceramizery – to nacząstki tlenków krzemu, glinu i innch metali w ktorych uwypuklono ich niebywala twardość co w polaczeniu z mozliwościa przyłaczania sie do powierzchni obniża tarcie a co za tym idzie i zużycie współpracujacych elementów. Zużyta zębatka skrzyni biegów po rajdzie 500 km (auto: Peugeot Rally)‏ Inna zębatka po rajdzie. Tym razem przed rajdem zastosowano ceramizery aby zapobiec zużyciu.

11 Tlenek Tytanu Tlenek tytanu jest powszechnie stosowany do farb kryjacych. Ziarna o rozmiarach nano odmiany rutylowej tlenku tytanu wykazują efekt fotokatalityczny. Oznacza to ze pod wplywem swiatła – np. slonecznego – rozszczepiają na swojej powierzchni czasteczki tlenu do jego reaktywnych form. Uklady te reaguja ze zwiazkami organicznymi powodujac ich utlenianie. Oprocz deodoryzacji – czyli niszczenia przykrych zapachow wykazuja rowniez efekt antyseptyczny Nastepnym krokiem bedzie wyprodukowanie szkla ktore oprocz efektu deodoryzujacego bedzie posiadalo ceche samoczyszczenia tzw.self cleaning

12 Nanorurki i fullereny

13 Kropki i druty kwantowe Kropka kwantowa – niewielki rejon przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach barierami potencjału, nazywany tak, gdy wewnątrz spułapkowana jest cząstka o długości fali porównywalnej z rozmiarami kropki. Oznacza to, że opis zachowania cząstki musi być przeprowadzony z użyciem mechaniki kwantowej, Drutem kwantowym nazywamy strukturę, w której elektrony poruszają się tylko w jednym kierunku, a ruch w pozostałych kierunkach jest niemożliwy (mówimy, że ruch jest skwantowany w tych kierunkach).

14 Nanokompozyty Nanokompozyty mozemy podzielic na dwie zasanicze grupy: - nanomaterialy bedace dodatkiem do juz isniejacych materialow podwyzszajacyh ich wlasnosci mechaniczne - nanokompozyty zbudowane od podstaw z nanomaterialow, laczace w sobie zalety wszystkich skladników

15 Podsumowanie Nanotechnologie stwarzaja mozliwości zmiany warunków życia i pracy czlowieka w skali i formie dotychczas niespotykanej. Praktyczne zastosowanie nanomaterialów róznego pochodzenia, przedstawione skrótowo w tej prezentacji, jest przeogromne i nie do końca mozliwe do zaprezentowania. Na dalsze odkrycia z tej dziedziny nauki przyjdzie nam jeszcze poczekać kilka lub kilkanaście lat.

16 Dziekuję za uwagę