Czy nanotechnologie zmienią świat na lepsze?

Prezentacja na temat: "Czy nanotechnologie zmienią świat na lepsze?"— Zapis prezentacji:

1 Czy nanotechnologie zmienią świat na lepsze?
Paweł Szewczyk Politechnika Śląska

2 Agenda Wstęp: Pojęcia i definicje Właściwości w skali nano
Szanse zastosowań Problemy rozwoju Wymiar społeczny Podsumowanie i wnioski

3 Wstęp: Pojęcia i definicje

4 Wstęp Definicje: Nanotechnologie definiowane są jako: ‘ projektowanie, charakterystyka, produkcja i zastosowanie struktur, urządzeń i systemów poprzez kontrolowanie kształtu i wielkości w skali nanometrycznej – od 1 nm do 100 nm.’

5 Wstęp, 2 Przedział wielkości 1 – 100 nm jest umowny.
Nanoskala odnosi się w zasadzie do rozmiarów, przy których podstawowe właściwości materiałów są związane zarówno z wielkością powierzchni jak i z efektami kwantowymi, które mogą wpływać na właściwości fizyczne, optyczne, elektryczne i magnetyczne.

6 Wstęp, 3 Obecnie nanotechnologie to w większości chemia
Dla większości osób nanotechnologia utożsamiana jest z gotowym produktem zawierającym nanomateriały

7 Skale wielkości

8 Plan wystąpienia

9 proton ma masę = · 10−24 g

10 Elektrony na orbicie - 299,339 km /sec

11 Film – ruch elektronu na orbicie

12 Nanotechnologia

13 Właściwości w skali nano

14

15 Nanomateriały – główne cechy
Zwiększona powierzchnia względna Efekty kwantowe Wzmocnienie właściwości: - reaktywność - wytrzymałość - charakterystyka elektryczna

16 Efekty nanoskali Nanosystemy mieszczą się w zakresie przejściowym między cząsteczkami /atomami, których nie można zobaczyć ze względu na ich znikome rozmiary, a materiałami w skali makroskopowej o poznanych właściwościach.

17 Efekty nanoskali, 2 Ogólnie wiadomo, że barwa i temperatura topnienia substancji nie zależą od ich masy czy wielkości cząstki: gram czystego złota i 1 kilogram tej substancji mają tę samą barwę i ulegają stopnieniu przy tej samej temperaturze.

18 Efekty nanoskali, 3 W świecie nano jest inaczej Wraz z malejącą wielkością cząstek temperatura topnienia substancji może się obniżać, zaś jej barwa może zależeć od wielkości cząstek.

19 Efekty nanoskali, 4 Cząstki złota o rozmiarach od 5 do 20 nm, występujące w postaci zawiesiny w cieczy, zmieniają barwę od fioletowej do czerwonej. Natomiast temperatura topnienia złota maleje wraz z rozdrobnieniem, jak przedstawiają to poniższe rysunki.

20 Nanomateriały - reaktywność
Wzrost i reakcje katalityczne zachodzą na powierzchni Cząstki o średnicy 30nm mają 5% atomów na swojej powierzchni O średnicy 10nm – 20% O średnicy 3nm – 50%

21 Nanomateriały – efekty kwantowe
Materiały w skali nano – dominują efekty kwantowe Efekty kwantowe wpływają na właściwości: - optyczne - elektryczne - magnetyczne Materiały występują w postaci - punktów kwantowych - laserów ze studnią kwantową

22

23 Melting Point of Gold Melting point - 1064 C
Source: K.J. Klabunde, 2001

24 Lycurgus Cup - British Museum

25

26

27 Co już wiemy ... ? DIAMENT FULEREN C60 GRAFIT NANORURKA

28

29 Co już wiemy ... ?

30 Manipulowanie atomami
Pracownicy koncernu IBM ułożyli logo firmy za pomocą 35 atomów ksenonu (Xe) na powierzchni monokryształu niklu (Ni), co zajęło im 22 godziny pracy przy temperaturze operacji C.

31

32 Obrazy z mikroskopu tunelowego
Struktury pod mikroskopem tunelowym

33 „Zagroda kwantowa” (ang. „Quantum Corral”) Dona Eiglera, IBM
„Zagroda kwantowa” (ang. „Quantum Corral”) Dona Eiglera, IBM Fale wewnątrz zagrody odzwierciedlają prawdopodobieństwo napotkania elektronu.

34

35

36

37 Instrumenty – skaningowy mikroskop tunelowy

38 Nie tylko manipulacje…
Końcówki SPM Scanning Probe Microscope J. Hafner et al, Nature 398, 761 (1999) Końcówki AFM duża smukłość odpowiednie zakończenie odporność

39 Obraz pojedynczych atomów uzyskany za pomocą układu pomiarowego STM (mikroskop tunelowy STM - scanning tunnelling microscope). Atomy są zilustrowane jako wysepki zaś w tle widoczne jest podłoże.

40 Szanse zastosowań

41

42 Ciekawostka/eksperyment

43

44 Problemy rozwoju

45 Problemy rozwoju technologii
Rozwój nauki i technologii nie występuje w próżni społecznej (np. energia jądrowa, biotechnologia rolnicza, komórki macierzyste) Nanotechnologie, pojedynczo lub zbieżnie z innymi technologiami, mogą dostarczać rezultatów zarówno pożądanych jak i niepożądanych

46 Problemy rozwoju technologii , 2
Szeroka akceptacja nanotechnologii zależy od: - czynników technicznych i inwestycyjnych - wyboru konsumentów i szerszej zgody publicznej - decyzji politycznych i makro-ekonomicznych - ram prawnych i regulacji

47 Problemy rozwoju technologii , 3
Trudno określić jak, pod wpływem oddziaływań zmieniającego się społeczeństwa i wyłaniających się nowych kwestii społecznych i etycznych, będą się rozwijać nanotechnologie

48

49 Nanotechnologia – ocena oraz kontrola ryzyka
Korzyści oczekiwane z nanotechnologii Potencjalne obszary niepewności: - ludzkie zdrowie - środowisko - ryzyko eksplozji Luki wiedzy – wymagane badania

50

51 Kwestie regulacji Podejście do regulacji Przykłady regulacji:
- miejsce pracy - marketing i stosowanie chemikaliów - produkty konsumpcyjne

52 Miejsce pracy Miejsce pracy i laboratoria badawcze – główne miejsca narażenia na nanocząstki i nanorurki Istnieją regulacje odnośnie pracy z substancjami toksycznymi Potrzebne są przeglądy uregulowań w zakresie ich adekwatności dla nanomateriałów W UE – Komitet Naukowy ds. Pojawiającego się i nowo Zidentyfikowanego Ryzyka dla Zdrowia, SCENIHR; opinia SCENIHR /002/05 z dni września 2005

53 Marketing i stosowanie chemikaliów
Przemysł chemiczny – potencjalnie największy producent nanomateriałów W UE – rozróżnienie między substancjami istniejącymi na rynku (do września 1981), a nowymi (po tym terminie) 99% substancji chemicznych na rynku – substancje stare

54 Marketing i stosowanie chemikaliów, 2
Regulacje: - NONs – notyfikacja o nowych substancjach - REACH (rejestracja, ocena, dopuszczenie substancji do rynku) – system negocjowany z przemysłem chemicznym

55 Produkty konsumpcyjne
- zawierające wolne nanocząstki - zawierające nanocząstki związane Produkty z wolnymi nanocząstkami (tlenki cynku, tytanu, żelaza): - kosmetyki, kosmetyki barwne - preparaty do skóry - preparaty do włosów

56 Produkty konsumpcyjne, 2
Kosmetyk może zawierać dowolną, dopuszczoną do stosowania substancję chemiczną pod warunkiem orzeczenia przez producenta o braku zagrożenia ze strony wytwarzanego produktu

57 Produkty konsumpcyjne, 3
Produkty z nanocząstkami związanymi – problemy końca życia produktu W UE wprowadzono zarządzanie produktami likwidowanymi jako odpowiedzialność producenta, np.: dyrektywa dotycząca odpadów i urządzeń elektrycznych i elektronicznych (WEEE) oraz dyrektywa dotycząca pojazdów na końcu ich życia (ELVs)

58 Produkty konsumpcyjne, 4
W UE w roku 2003 wprowadzono Zintegrowaną Politykę Produktową (IPP) – z intencją obciążenia producentów odpowiedzialnością za likwidowane produkty innych rodzajów, niż wymienione wcześniej

59 Wymiar społeczny

60 Wymiar społeczny nanotechnologii
Komisja Europejska stwierdziła w Komunikacie „Towards a European Strategy for Nanotechnology” (2004), że postępowi technologicznemu musi towarzyszyć naukowa ocena możliwych niepożądanych efektów dla ludzkiego zdrowia, niesprawiedliwości społecznej lub ryzyka środowiskowego.

61 Wymiar społeczny nanotechnologii, 2
To tak zwane zintegrowane bezpieczne i odpowiedzialne podejście stało się podstawą polityki Unii Europejskiej w zakresie nanotechnologii.

62 Poprawianie człowieka
Najbliższe zastosowania: - implanty ślimaka (słuch) - implanty siatkówki (wzrok) Niektóre grupy osób niepełnosprawnych protestują, gdyż nie wszyscy mogą skorzystać z poprawy swego stanu Szczególny rodzaj poprawiania to terapia genetyczna Dyskusje zahaczają o problemy sportowców

63 Gromadzenie informacji a swobody obywatelskie
Rozwój małych i tanich czujników: -wspomoże bezpieczeństwo - wyposaży biznes w środki śledzenia ruchu materiałów i produktów oraz ludzi

64 Podsumowanie i wnioski

65 The Next Big Step Societal Impacts Time Computers Automobiles Railways
Nanotechnology Computers Societal Impacts Automobiles Railways Steam Engines (Middle Ages) Time

66 Molecular Manufacturing Revolution Industrial Revolutions
Accelerated Impacts Molecular Manufacturing Revolution Societal Impacts Industrial Revolutions Time

67 Wnioski, 1 Zwiększając zrozumienie tego, w jaki sposób materia zachowuje się w nanoskali i używając tej wiedzy zarówno do doskonalenia istniejących technologii jak i do tworzenia nowych, innowacyjnych technologii, rokuje nadzieje uzyskania znacznych korzyści ekonomicznych i społecznych.

68 Wnioski, 2 W świecie, w którym potrzeby rosnącej populacji grożą wyczerpaniem kurczących się zasobów oraz pojawiają się globalne wyzwania – od choroby do głodu, do energii odnawialnej, a które nie znalazły rozwiązań, innowacje technologiczne są elementem krytycznym, aby zapewnić zrównoważoną przyszłość

69 Wnioski, 3 Inwestowanie w badania i rozwój jest zaledwie pierwszym krokiem w zapewnianiu odpowiedzialnych, istotnych i zakończonych powodzeniem rozwiązań technologicznych

70 Wnioski, 4 Od pięćdziesięciu lat z rosnącą pewnością można pracować z materią na poziomie atomów i cząsteczek, co zapewniło osiąganie wspaniałych postępów technologicznych Dzisiejsza nauka w nanoskali stwarza obietnice niewiarygodnych skoków do przodu w kolejnych dziesięcioleciach

71 Wnioski, 5 Nanotechnologia jest tylko jedną z platform technologicznych, zaś innowacje technologiczne, które prowadzą do nowych produktów i procesów zwykle pojawiają się na styku różnych platform

72 Wnioski, 6 Inne pojawiające się platformy technologiczne to platformy: biologii syntetycznej, technologii poznania, robotyki, chemii obliczeniowej, technologii informacyjnej, sztucznej inteligencji i interfejsu biologia/dane biologiczne

73 Wnioski, 7 Szerokie problemy komercjalizacji, bezpieczeństwa, wpływu na środowisko, korzyści i społecznej akceptacji muszą być rozpatrywane w kontekście pojawiających się technologii, a nie z perspektywy tylko jednej z nich

74 Wnioski, 8 Jest to jedyny sposób rozwiązania rosnących i komplikujących się problemów odnoszących się do zastosowań nanotechnologii i konsekwencji jej wdrażania w długiej perspektywie czasu

75 Agenda Wstęp: Pojęcia i definicje Właściwości w skali nano
Szanse zastosowań Problemy rozwoju Wymiar społeczny Podsumowanie i wnioski