Nanotechnologia Przegląd własności Zespół: Adamus Mariusz Łabojko Bartosz Dras Jacek Pawłowska Milena Glapiak Małgorzata Wawrok Iwona Goncierz Małgorzata Wrębiak Krzysztof Horzela Daria

Definicja nanotechnologii Nanotechnologia to zestaw technik i technologii związanych z chemią, inżynierią materiałową, mikroelektroniką, informatyką, fizyką, biologią oraz biotechnologią stosowanych w produkcji obiektów o rozmiarach mniejszych niż kilkaset nm i w badaniach ich własności.

Współczesna technologia Uzyskanie miniaturowych obiektów nieodłącznie związane tu jest z „wykrajaniem” ich z większych form, a zatem ze stratami, zanieczyszczeniami i innymi podobnymi efektami ubocznymi.

Współczesna technologia

Nanotechnologia Nanotechnologia stosuje odwrotną metodę: od pojedynczych atomów i molekuł do bardziej złożonych struktur – nanoukładów o ściśle zaprogramowanych właściwościach, funkcjach i kształcie.

Nanotechnologia

Po co nam nanotechnologia? W skali nano ciała posiadają inne własności: chemiczne termiczne mechaniczne optyczne elektryczne, magnetyczne

Ciecze w nanoskali Woda w nanoskali nie jest swobodnie płynącą cieczą, do jakiej przywykliśmy w makroskali. Dla drobnych obiektów woda jest lepką cieczą, która przypomina syrop. W nanoskali lepkość jest decydującą właściwością cieczy.

Liczba Reynoldsa Liczba Reynoldsa wyraża relację między siłami bezwładności a tarcia: Im mniejsza wymiar L, tym mniejsza wartość Re, co oznacza dominację sił lepkości. Bakteria jest milion razy mniejsza niż człowiek, więc woda jest dla niej milion razy bardziej lepka niż dla nas.

Gazy w nanoskali Istnieje rozmiar graniczny owadów, poniżej którego nie jest możliwe latanie. Łatwiej zbudować Airbusa, niż obiekt latający wielkości pszczoły. Pyłki nasienne (~ 10mm) nie latają, tylko dryfują na wietrze. Dla małych obiektów powietrze jest ośrodkiem lepkim. Konieczna jest energia na pokonanie oporów ośrodka, na utrzymanie się w powietrzu, na nadanie lotowi właściwego kierunku. Skrzydła umożliwiają wznoszenie, ale nie w skali nano.

Ruchy Browna w nanoskali Przypadkowe ruchy małych cząstek – ruchy Browna – spowodowane są zderzeniami tych cząstek z otaczającymi je molekułami i atomami. Im mniejszy obiekt poddawany jest „bombardowaniu”, tym silniejszy jest efekt pojedynczego zderzenia – efekt będzie największy, gdy rozmiar obiektu jest porównywalny z wielkością „pocisku”. Dla bardzo małych obiektów ruchy Browna będą więc najsilniejsze. Ruchy Browna obserwuje się nawet w próżni – są spowodowane przekazem energii za pośrednictwem fotonów.

Elektromagnetyzm w nanoskali W nanoskali oddziaływania elektromagnetyczne są dominujące. W nanoskali możemy zaniedbać oddziaływania grawitacyjne – są około 1036 mniejsze od elektromagnetycznych. To oddziaływania elektromagnetyczne właśnie są źródłem tarcia. U podstaw wiązań cząsteczkowych jest elektromagnetyzm. Siły Van der Waalsa i efekt Casimira też, choć są to także zjawiska kwantowomechaniczne.

Topnienie w nanoskali

Tarcie w nanoskali Jedynym powodem, dla którego obiekty makroskopowe, takie jak wypolerowane szkło i metal, nie lepią się do siebie jest to, że ich powierzchnie są twarde i mikroskopowo nierówne. Tarcie jest oddziaływaniem na poziomie atomowym.

Mechanika w nanoskali W nanoskali oddziaływania elektromagnetyczne są dominujące. Makroskopowe własności materii są zdecydowanie inne niż własności pojedynczych atomów i cząsteczek. Struktury nano, jak np. nanorurki, mają zaskakujące właściwości fizyczne: rurka o średnicy 1/2 średnicy ołówka może wytrzymać obciążenie ponad 40 ton sztuczne „przylgi” z nanorurek – słabe oddziaływania atomowe umożliwiają wspinanie się po pionowych ścianach

Mechanika w nanoskali Kosmiczna winda to koncepcja połączenia satelity z Ziemią za pomocą wystarczająco długiej liny. Nazywana jest również satelitą na uwięzi. Zakotwiczona w przestrzeni kosmicznej, 100 000 kilometrowej długości wstęga zostanie zbudowana z węglowych nanorurek. Pnącze to będzie wyciągać ładunek i pasażerów w modułach, które będą poruszały się wzdłuż jej. Schemat działania windy kosmicznej 1 - orbita geostacjonarna, 2 - środek ciężkości całego układu, 3 - przeciwwaga (satelita na uwięzi), 4 - lina, 5 - wspinacz (pojazd), 6 - Ziemia.

Medycyna w nanoskali Obiekty w skali nano: Stosowane do detekcji i eliminacji pojedynczych komórek nowotworowych. Rozmiar 5-10 nm (aby mogły oddziaływać z markerami wewnątrzkomórkowymi). Pokryte antyciałami, oligonukleotydami, ligandami peptydowymi i lekami.