nano 2009/1. -...

NANO 2009/1.

Út a tudományhoz pályázat 2.oldal

BEVEZETŐ

Üdvözli minden olvasóját ez a különleges kiadvány, amely középiskolás diákok írásait

tartalmazza a nanotechnológiáról, elsősorban középiskolás diákok számára. A tanulóknak,

akiktől a bevezetőt követő hasábok származnak, alkalmuk volt bepillantást nyerni a

nanotechnológia világába, és most saját tapasztalataikat osztják meg társaikkal. Írásaik

remélhetőleg minden érdeklődőnek segítenek egy kicsit tágabb képet alkotni erről a

forradalmian új tudományról. A nanotudományok sokoldalúságából adódóan lehetetlen ennyi

oldalban összefoglalni a nanotechnológia eddigi eredményeit, a NANO így inkább a cikkírók

által érdekesnek ítélt tudományterületeket ragadja ki, és ezekről közöl írásokat. Ha valaki az

adott témában mélyrehatóbb ismeretekre vágyik, illetve valamely itt nem tárgyalt

nanotudomány iránt érdeklődik, annak e sorok írója egy kis önálló kutatást ajánl az internet

segítségével, amely garantáltan meghozza majd gyümölcsét.

Manapság a hétköznapi ember is egyre többet találkozhat a nanotechnológia

fogalmával. De hogy ez az idegennek tűnő kifejezés valójában mit is rejt magában, az már

kevésbé közismert. Általános értelemben a 100 nm alatti mérettartományban működő

technológiákat hívjuk nanotechnológiának. A nanométer a méter

egymilliárdod része, vagy a hajszál vastagságának százezred része.

A mikroelektronika is eljutott már ebbe a mérettartományba, hiszen

egy Pentium chip 70-80 nm-es áramköri elemek milliárdjait

tartalmazza. De mégsem önmagában a parányi méret a

leglényegesebb újdonsága a nanotechnológiának. A nanométeres

mérettartomány már az atomok és molekulák birodalma. A

nanovilágban lehetővé válik egy újfajta, a korábbiaktól gyökeresen

eltérő megközelítés, nevezetesen, hogy alulról építkezve,

atomokból és molekulákból kiindulva hozzunk létre működőképes

eszközöket, molekuláris gépezeteket. Ez az újfajta megközelítési

mód az, ami a nanotechnológia igazi újdonságát adja. Azon

alapvető koncepció, hogy az anyagokat „alulról felfelé”, az atomi

szinttől kezdve építjük fel, korlátlan lehetőségeket rejt magában:

képesek leszünk anyagot tervezni, teljesen új anyagokat létrehozni.

A nanotechnológia egyben magában hordozza a határtudományok ismereteinek bővülését is.

Fizika, biológia és kémia még sosem került ennyire közel egymáshoz, határterületeik intenzív

kutatása egy új tudományos korszak kezdetét jelenti.

HB

A NANOTECHNOLÓGIA RÖVID TÖRTÉNETE

1959: Richard P. Feynman Nobel-díjas fizikus „Enciklopédia egy tű hegyén” című

előadásában elsőként vetette fel az atomi szintű építkezést.

1974: Norio Taniguchi a Tokiói Tudományegyetemről bevezette a nanotechnológia

kifejezést.

1981: Gerd K. Binning és Heinrich Rohrer feltalálják az alagútmikroszkópot. A mikroszkóp

segítségével lehetővé vált a kutatók számára az anyag atomi szintű szerkezetének

feltérképezése és manipulációja. A feltalálók 1986-ban fizikai Nobel-díjban

részesültek.

1981: Erich Drexler molekuláris nanotechnológiáról szóló cikket publikált a „Proceedings of

the National Academy of Sciences” folyóiratban.

A mi építőmunkásaink nem

egészen így néznek ki

NANO 2009/1.


1985: A kb. 1 nanométer méretű Buckminster-fullerén felfedezése. A

felfedezők (Robert F. Curl Jr., Harold W. Kroto és Richard E.

Smalley) 1996-ban mindhárman kémiai Nobel-díjban

részesültek a felfedezésért)

1989: Először a világon betűket írtak le atomokkal. Az IBM kutatói 35

xenon atommal írják le a cég logóját.

1991: Sumio Iijima Japánban felfedezi a többfalú szénnanocsöveket.

1993: Warren Robinett a North Carolina Egyetemről és R. Stanley

Williams a California Egyetemről pásztázó

alagútmikroszkóphoz csatlakoztatva egy olyan virtuális valóság

rendszert hoztak létre, amely a kutatók számára lehetővé teszi az

atomok megjelenítését és „megérintését”.

1993: Létrehozták az első nanotechnológiai laboratóriumot

az USA-ban, a Rice Egyetemen.

1997: Megalapítják az első nanotechnológiai céget (Zyvex).

1998: A Delft Műszaki Egyetem kutatói előállították az első

szénnanocső-tranzisztort.

2000: A 2000. évet az USA-ban a nanotechnológia évének

nyilvánítják.

2000: A Lucent és Bell laboratóriumok, az Oxfordi

Egyetemmel együttműködve létrehozták az első DNS

motort, amely a biotechnológia és a nanotechnológia

egymáshoz közelítéséből eredt.

2001: Szénnanocsövekből nanométeres logikai áramköröket

fejlesztettek ki számítógépek építéséhez.

2001: Mitsu cég Japánban kidolgozta a szén-nanocsövek

tömegtermelésének módszerét.

2002: A nanotechnológusok megoldották az

1 trillió bit/hüvelyknégyzet (6,45 cm2) adattárolási

sűrűséget, amely 100 gigabájtos meghajtónak felel

meg. Ez lehetővé teszi 25 millió nyomtatott könyvlap

tárolását egy postai pecsét nagyságú felületen.

2002: Az IBM közzétette egy új elektronmikroszkóp kifejlesztését, amely felbontóképessége

kisebb, mint egy hidrogénatom sugara.

Persze kicsit megtévesztő ez a kronológia, mivel a

nanotechnológia valójában egy ősi technológia, amely a

gyakorlatban több mint négymilliárd éve működik a

Földön. Hogy mit is értek ez alatt? A természetben az elő

szervezetek nanotechnológiát alkalmaznak, alulról

építkeznek, bennük fehérjékből és nukleinsavakból

felépülő molekuláris gépezetek működnek. Ez megkönnyíti

a tudósok helyzetét, van honnan ellesni a molekuláris

építkezés fortélyait. Ez pedig egy teljesen új világot nyit fel

előttük. Most pedig vessünk arra egy pillantást, milyen

csodákat is rejt magában ez az új világ.

HB

A nanovilág focilabdája: a

fullerén

Japán apróság

Szép, új világ

NANO 2009/1.


A fény kívülről zöld utat mutat... ...de belülről más a helyzet

HOL LEHET HASZNA A NANOTECHNOLÓGIÁNAK?

Ha valaki úgy gondolja, hogy a nanotechnológia „apróságai” nem képesek jelentős

változásokat hozni életünkbe, akkor az illető bizony csukott szemmel jár a világban. Például

az autógumikat a korom nanorészecskék már a XX. század kezdete óta teszik feketévé.

Hasonlóan az üveget is már évszázadok óta nanoméretű arany- és ezüstrészecskékkel

„szennyezik”, ezáltal létrehozva a kívánt színt (a mellékelt képpáron látható Lycurgus kehely

jó példa erre - kívülről megvilágítva zöld, míg belülről megvilágítva piros).

A nanotechnológia, azaz az anyag atomi szinten történő manipulálása K. Eric Drexler

1986-ban megjelent könyve óta rohamosan fejlődik. A nanotechnológiai kutatások

előrelépéséhez nagyban hozzájárult a fullerének, a szén nanocsövek, a fémoxid alapú

kvantumgömbök és az atomerő mikroszkóp (AFM) felfedezése. A tudomány új megközelítése

új eszközöket adott a kutatók kezébe.

Manapság a japánok mindent miniatürizálnak, bár ők pontosan a nanotechnológia

alulról építkező megközelítési módjával ellentétes szemléletmódot használnak. Az egyre

intenzívebben fejlődő nanotechnológia a közeljövőben komoly konkurenciát jelenthet a ma

még elterjedten használatos, már nanoszinten dolgozó miniatürizált mikrotechnológiáknak. A

mikroelektronikában a nanotechnológia olyan új memóriaelemeket ígér, amelyek néhány

elektronnal működnek majd, s minden tulajdonságukban felülmúlják a jelenlegieket.

De a nanotechnológia nem csak az informatikában jeleskedhet. A szakemberek jóslatai

szerint körülbelül öt-tizenöt éven belül nemcsak új memória, hanem új üzemanyagcellák és

fejlettebb energiatakarékos fényforrások látnak napvilágot a nanotechnológiának

köszönhetően. A környezetvédelemben olyan nanorészecskék alkalmazása várható, amelyek a

napenergia felhasználásával képesek ártalmatlanítani a veszélyes anyagokat. A

nanotudományok az űrkutatásban, az anyagszállításban, az

energetikában és a nemzetbiztonságban is hasznunkra válhatnak. A

nanotechnológia az élet szinte minden aspektusára hatással lesz

majd, kezdve az új, víz- és koszlepergető tulajdonságú textilektől a

hatalmas teherbírású, ugyanakkor könnyű karbon-szálakon át új, a

molekulák egyenkénti érzékelésére képes biológiai szenzorokig.

De a hétköznapi életünket érintő legnagyobb áttörés az

orvostudomány területén várható: a nanotechnológiával

létrehozott, célzott hatóanyag-leadású gyógyszerek az

egészségügyi ellátás forradalmát jelenthetik. S talán nem is olyan

sokára képesek leszünk parányi nanorobotokat előállítani, amelyek Okos gyógyszer

NANO 2009/1.


a vérbe jutva folyamatosan figyelik testünk állapotát, megtalálják a hibásan működő sejteket

és molekuláris szinten javítják ki bennük a hibákat.

AG

FŰBEN, FÁBAN, NANORÉSZECSKÉBEN AZ ORVOSSÁG

A nanobiológia az életfolyamatok nanoskálán történő vizsgálatával, a sejtekben működő

nanogépezetek megismerésével foglalkozik. Története csupán néhány évre tekint vissza, de a

tudományág rendkívül gyorsan fejlődik. Minthogy az élő szervezetek nanotechnológiát

alkalmaznak, hatékony gyógyításuk csak molekuláris szinten lehetséges. A nanotechnológia

alkalmazása az orvoslásban, azaz a „nanomedicina” kutatása világszerte egyre nagyobb

jelentőségű. A fő alkalmazási területek a nanogyógyszerek, implantátumok, protézisek

készítése, valamint új diagnosztikai technikák

kifejlesztése. Az elmúlt évtizedben 38 új,

nanotechnológiát alkalmazó gyógyszer került

a piacra.

A nanorészecskék gyógyászati

alkalmazásának többféle célja lehet: a

gyógyszer hatásosságának növelése, a

hatóanyag-bevitel javítása, bizonyos gátak

(sejtfal, vér-agy gát) leküzdése,

immunreakciók elkerülése, a leadási sebesség

szabályozása, stb. Mindezen célok elérhetők a

nanotechnológiával.

A gyógyszerhordozó nanorészecskék

10-200 nanométer nagyságúak, vagyis egy

baktériumnál vagy egy vörösvérsejtnél akár

százszor kisebbek. Hasonló méretűek, mint a vírusok. A vírusokhoz hasonlóan könnyen

áthatolnak a bőrön, a sejtfalon, így beléphetnek a véráramba, nyirokrendszerbe. A különbség

csak annyi, hogy a nanogyógyszerek nem kárt okoznak, hanem óriási nagy hasznot.

A nanogyógyszereket többek között a rákterápiában, az idegrendszeri terápiában és a

cukorbetegség kezelésében alkalmazzák. A gyógyszerhordozó nanorészecskéket

szerteágazóan felhasználhatjuk:

Az inzulint szabályozott hatóanyag leadású nanorészecskékbe ágyazva lehetővé válik,

hogy a cukorbetegséget injekciózás helyett

tablettával kezelhessük.

A lipid nanogömbök a gyógyszermolekulák

célzott bevitelére alkalmazhatók kis méretük és

felületi tulajdonságaik miatt.

A „mesterséges vírus” (lipid burkolatú

nanogömb) belsejében DNS szállítható a

megfelelő helyre. Ez a génterápiában lehet

hasznos.

Nanorészecskék alkalmazásával különböző

gének és enzimek működését is

szabályozhatjuk.

Magnetitet tartalmazó szilícium-dioxid

nanogömbök segítségével megfelelő mágneses tér hatására csak a rákos sejtekbe jut el

a hatóanyag.

A csodálatos liposzóma

Dendrimer alapú, még okosabb gyógyszer

NANO 2009/1.


Nanorészecskék segítségével megvalósítható a hatóanyagok irányított célba juttatása. A

gyógyszerhordozó nanorészecskét úgy képzelhetjük el, mint egy tapasztalt sofőrt, aki az

utasát (jelen esetben a hatóanyagot) a legrövidebb úton a céljához szállítja, és csak ott engedi

kiszállni.

A felsorolt sokféle felhasználási lehetőség csak bevezető volt a nanotechnológia ezen

érdekes területére. És ki tudja, mit hoz a jövő? Ami tegnap fikció volt, mára már valóság, ami

ma elképzelés, holnapra már a jelen.

PE

NANOROBOTOK

A nanotechnológia a gyakorlatban széleskörűen

alkalmazható tudományág. Vívmányainak

legjelentősebb felhasználási területe az

orvostudomány és az érzékeléstechnika, de emellett

sok érdekes és gyakran humoros eredmény is születik

más tudományterületeken.

A nanotechnológiában az atomok és molekulák

olyanok, mint a LEGO játék építőelemei. Mit szokott

egy kisgyerek építeni LEGO-ból? Kisautókat,

robotokat! Valószínűleg ez ihlette a tudósokat, amikor

megalkották a nano-autót. Ez az aprócska szerkezet

külsőre valóban egy autóra hasonlít.

Hosszanti és keresztirányú tengelyei feltekert grafit-

rétegekből álló nanocsövek, míg kerekei 60 db szénatomból

felépülő, leginkább focilabdára emlékeztető fullerénmolekulák.

Adott felületre helyezve képes annak felszínén mozogni.

Sebességét és haladási irányát az útfelület melegítésével

befolyásolni lehet, hiszen a kocsi az energiát biztosító meleg felé

halad. A távlati tervek közt szerepel ennek a szerkezetnek a

továbbfejlesztése, hogy a nano-autó képes legyen más molekulák

és nanoszerkezetek szállítására. Így végeredményben egy

távirányítós molekuláris teherautót építethetünk.

Hasonlóan sokoldalú kis

szerkezetek a nanorobotok.

Bár a név nagyon fantasztikumnak hat, valójában a

természetben előforduló dolgokról van szó. Na persze

senki se nanofogaskerekekre, nanokarokra meg

nanolábakra számítson. A vírusok, sőt a szervezetünkben

megtalálható fehérjék némelyike is robotokra emlékeztető

működésre képesek.

Az egyik ilyen, a sejtjeinkben is jelenlévő kinezin

nevű fehérje. Rendkívül bonyolult szerkezete képessé

teszi arra, hogy kis energiabefektetéssel a sejtek belsejét

behálózó fehérjeszálakon szó szerint sétálgasson.

Külalakja leginkább a két lábon járkáló villanykörtére

emlékeztet. Ennek két alsó nyúlványa képes felváltva

előrelendülni és elfordulni, és ezzel járásra emlékeztető mozgást végezni. Felső része pedig a

génsebészet segítségével könnyen átalakítható, ezáltal egy molekuláris szállítóeszközt

(Nano)birodalmi lépegető - a kinezin

Virae Casuale egy közönséges vírus

Még nincs rá jogosítvány

NANO 2009/1.


kaphatunk. A kinezin motorfehérje nagyenergiájú ATP molekulák elbontásával 8 nm-es

lépésekkel halad, s másodpercenként akár 160 nm-t is megtehet.

Akinek ezek a nanoszerkezetek lassúak, azoknak

figyelmébe ajánlom a baktériumok mozgásáért felelős

bakteriális flagellumokat. A majdnem kimondhatatlan

név egy rendkívüli szerkezetet takar. A baktérium a

belsejében termelődő fehérjék a sejtmembránban

önmagukat mérnöki pontossággal rendezve egy

villanymotorra hasonlító szerkezetet hoznak létre,

amelyik egy a sejtből ostorszerűen kinyúló

filamentumot propellerként forgatva tolja előre a

baktériumot. Ez az alig 50 nanométeres parányi

szerkezet képes túlszárnyalni korunk legmodernebb

Forma I-es versenyautóit a maga 100.000 fordulat/perc sebességével. És ebből persze nem

csak egy található egy baktériumban.

Gyakorta jó dolog, ha az ember odafigyel a környezetében található érdekességekre, és

azokat a nanotechnológia eszközeivel a saját oldalára állítja. Bár ezek a szerkezetek szemmel

nem láthatóak, mégis hozzájárulnak ahhoz, hogy a tudósok az atomoktól indulva szinte a

semmiből teremtsenek valamit. Valamit azért, hogy a mindennapi életünk könnyebb legyen.

KL

NANOTECHNOLÓGIÁVAL A RÁK ELLEN

A rák, mint napjaink legalattomosabb betegsége, fokozott figyelmet érdemel minden

orvostudománnyal kapcsolatos kutatásban. Bizonyára mindenki képes felfogni ennek a

problémának a súlyosságát és jelentőségét.

Mint kortárs kérdezem: van-e olyan ember, akiben nem bujkál ott a félelem, hogy vajon

ott hordozza-e magában kódoltan a halálos kór sejtjeit, vagy hogy ha igen, vajon mikor jön el

az idő, mikor az előtörő kór az illető egész addigi életét felforgatja. Az szinte biztos, hogy ha

közvetlenül nem is, közvetve - rokoni vagy ismeretségi köre által - már mindenki találkozott

ezzel a kegyelmet nem ismerő szóval.

A problémára, úgy tűnik, létezik megoldás: századunk csodatevőjét úgy hívják, hogy

nanotechnológia, amelynek a számtalan lehetősége között ott szerepel a rák gyógyítása is.

Valójában hogyan tudja mindezt ez a miniatűr, láthatatlan részecsketudomány? -

kérdezhetitek jogosan. Lássuk hát a választ:

A tudósok megtalálták a módját, hogyan akadályozhatják

meg a rákos daganatok tápanyaggal való ellátását, illetve

továbbterjedését a szervezeten belül. Megfigyelték, hogy a

daganatokban speciális fehérjékkel borított hajszálerek

képződnek. Lemásolták a vérsejtek, azaz a vérlemezkék

működésének elvét, és olyan nanorészecskéket hoztak létre,

amelyek képesek ezeket a fehérjéket felismerni és hozzájuk

tapadni, s alvadékot képezve meggátolják a vér eljutását a

daganatokba. Ezek az apró részecskék arra is alkalmasak,

hogy a kemoterápiás gyógyszereket eljuttassák a megfelelő

területekre. A kutatást, amelyet az Amerikai Tudományos

Akadémia folyóiratában publikáltak, egereken hajtották végre. A kísérletek során a

szakemberek a parányi elemeket arra használták, hogy a tumorokhoz vezető véredények

A világ leggyorsabb motorja

a bakteriális flagellum

Nanorészecske a javából

NANO 2009/1.


tápanyaggal és oxigénnel történő ellátását a minimálisra szorítsák vissza. A nanorészecskék

potenciális ereje abban rejlik, hogy képesek rendkívüli célpontokra is odatalálni a testen belül.

A részecskék tájolási képességének vizsgálatakor a tudósok egerekbe fecskendezték a

nanoszemcséket, és azt tapasztalták, hogy azok kizárólag a daganatot ellátó vérhálózatot

korlátozták. A rögképződés során a részecskék vérsűrűsödést idéznek elő, amely még több

nanorészecskét odavonz, hasonlóan a vérlemezkék alvadást előidéző folyamatához. A teszt

azt mutatta, hogy az injekciót követő néhány órán belül a mesterséges vérlemezkék elzárták a

tumor ellátását anélkül, hogy az egészséges szövetekben kárt tettek volna.

A tudósok bíznak abban, hogy a nanorészecskék arra is használhatók, hogy gyógyszereket

szállítsanak a daganatokhoz. „Célul tűztük ki egy gyógyszer-szállító nanorészecske

kifejlesztését is, amely a tumorhoz vezető erekben felhalmozódik, és egyszerre zárja el az

ereket, valamint szivárogtatja az orvosságot is” - mondta a kutatást vezető Dr. Erkki

Ruoslahti.

Ezek az álmok valóban valóra válhatnak, már csak a kutatókon múlik, hogy egyszer

emberek millió lehessenek hálásak a nanotechnológiának, és azoknak a kitartó kutatóknak,

akik megvalósították az ezzel a technológiával gyógyító gyógyszereket.

Az emberiség és az orvostudomány már számos betegséggel, kórral és fertőzéssel nézett

szembe, majd győzte le őket. A nanotechnológia felhasználásával biztos vagyok benne, hogy

a rák elleni harc is hasonló eredménnyel fog zárulni.

Remélem sikerült ezzel az írással eléggé felkeltenem az érdeklődést, hogy egy kicsit

tovább kutakodjatok, és néhányan akár komolyan is elmélyüljetek a témában.

FÁ

A SZÉN-NANOSZERKEZETEK VILÁGA

A szenet az emberiség kétféle

megjelenési formában évezredek óta

ismeri. Az egyik a gyémánt, a másik

pedig a grafit. Mindkettő szénatomokból

épül fel, csak kicsit másképpen

kapcsolódnak össze ugyanazok az

atomok. Aztán 1985-ben kiderült, hogy a

szénből másféle szerkezetek is létrehozhatók. Felfedezték a

60 szénatomból álló fullerént, az 1 nanométer átmérőjű

focilabdát. Ennek örömére ne próbáljunk meg belerúgni,

úgysem sikerül, elvégre egy hajszál vastagságánál is

ötvenezerszer kisebb.

Nem sokkal később, 1991-ben fedezte fel egy japán kutató

a szén-nanocsöveket. Ezek egyik irányban hosszúra nyúlt

fullerénmolekulák, henger alakú, egy atom vastagságú

grafitrétegek, amelyek végén egy-egy fullerén félgömb

található. Vannak egyszeres és többszörös falúak, fémes-

valamint félvezető viselkedésűek. Később Y-szerűen elágazó

nanocsöveket is létrehoztak.

A szén-nanocsövek kiváló mechanikai és elektromos

tulajdonságokkal rendelkeznek. Könnyűek, tökéletesen

rugalmasak, de az acélnál mégis ötvenszer erősebbek, s akár

ezerszer akkora áramot képesek szállítani, mint egy hasonló

átmérőjű rézhuzal. A nanocsövekben szupergyorsan

Na vajon mi lehet...

Egyfalú szén nanocső

Fullerén: másodszorra

NANO 2009/1.


áramlanak a folyadékok, vagyis a folyadékrészecskék egy Forma I-es versenyautó

sebességének sokszorosával korcsolyáznak a nanocsövek belsejében, mivel azoknak a belső

felülete szinte súrlódásmentes. Ezen tulajdonságaik miatt a szén-nanocsövek az

orvostudománytól elkezdve a vegyiparon keresztül az elektronikáig rendkívül sokféle

területen alkalmazhatóak.

Az előállítás során keletkezett csövek különböző típusúak lehetnek.

Az előállítási technológia tökéletlenségéből származik a

nanocsövekhez fűződő remények teljes megvalósulásának egyik

legnagyobb akadálya, ugyanis nem sikerült még megoldani a

tökéletesen azonos típusú nanocsövek létrehozását. Az egyes típusokat

a sokféle keletkező típus közül kell kiválogatni, ami rendkívül

költséges eljárás. De nem akarjunk Hamupipőkévé válni, a

hosszadalmas válogatást meghagyjuk másnak, és „in medias res”

kezdjük el egy még érdekesebb szén-

nanoszerkezet vizsgálatát.

A nanovilág királya és egyben legerősebb lakosa, amitől

még a méhek is ötletet koppintottak, a varázslatos grafén.

Ezzel a szén-nanoszerkezettel a tudósok 2003-ban kezdtek

foglalkozni. A grafén egyetlen atom vastagságú grafitréteg,

olyan, mint egy kitekert nanocső. Ahogy a méhek hatszög

alakúra építik a lép sejtjeit, úgy a grafénben is a szénatomok

egy hatszöges rács csomópontjain helyezkednek el.

Tulajdonságai sok tekintetben hasonlítanak a szén-

nanocsövekre. A grafén bámulatos anyag, amelynek létezését

a ’90-es évekig lehetetlennek gondolták, mert nem hitték,

hogy egyetlen atom vastagságú szénréteg stabil formában

létezhet.

Az előállításához nem is kevés mágia szükséges. A nagy

varázslók egymás mellé kényszerítik a rendetlen atomokat és

így készül az egyetlen atom vastagságú csodaanyag. Ez

szilícium-karbid felmelegítésével, majd kigőzölésével történik. A másik módszernél csupán

hagymapucoló tudásunkat kell elővenni és egyesével lehántogatni a grafit „nanozöldségről”

az atomnyi rétegeket.

Ha van, amire tényleg igaz a mondás: „kicsi a bors, de erős”, akkor az a grafén. A grafén a

vizsgált anyagok között az eddigi legerősebb. A vele végzett mechanikai kísérletet leginkább

úgy modellezhetjük, hogy egy kávéscsészét lefedünk fóliával és egy ceruzát próbálunk

beleszúrni. Ha a fólia helyett egy grafénlemezt alkalmaznánk, akkor a ceruza végére

ráállíthatnánk egy autót, azt is elbírná a kis vasgyúró.

Szilícium, vigyázz! A te időd lejárt! A grafén-tranzisztor százszor gyorsabb lehet a

szilícium-tranzisztornál. A grafént kivételes tulajdonságai a félvezetőiparban is hasznossá

teszik. A grafén alapú elektronika egyik ígéretes tulajdonsága, hogy az ilyen számítógépek

százszor több információval bombázhatnak bennünket.

Kicsiny beszámolónk véget ért. Én is „visszazsugorodom” eredeti méretemre. De

végkövetkeztetésképpen levonhatjuk: Rendkívül érdekes dolog ez a nanotechnológia!

PE

A grafént alkotó grafitrétegek,

avagy mit morzsolsz el a ceruzád végén

Többfalú szén nanocső

NANO 2009/1.


ZnO NANOSZERKEZETEK

A nanotechnológia másik, a nanogyógyszerekhez hasonlóan rendkívüli intenzitással

kutatott területe a ZnO nanoszerkezetek (ZnO nanorudak) világa.

A ZnO nanorudak kiemelt helyzete a nanotechnológiai kutatások korában egyedi fizikai

tulajdonságainak köszönhető. A ZnO nanorudak egyszerre mutatnak félvezető és

piezoelektromos tulajdonságokat (azaz mechanikai hatásra elektromos feszültség keletkezik

bennük), ezáltal a nanotechnológián belül alkalmazott elektronika (nanoelektromechanikai

rendszerek és nanopiezoelektromosság) fő résztvevői lehetnek. Maguk a ZnO nanorudak a

ZnO egykristály atomi kristályszerkezetének köszönhetően hatszög alapú hasábok, átmerőjük

500 nm körüli, magasságuk megközelítőleg 1500 nm. A nanorudak növesztésére többféle

eljárás is létezik, ez az írás az úgynevezett elektronsugaras litográfiát tárgyalja részletesebben.

A növesztés első része egy ún. rezisztréteg felvitele a

ZnO egykristályra. Jelen esetben folyékony plexiüveggel,

polimetil-metakriláttal (PMMA) dolgozunk. Az egyenletes

elterülés érdekében négyezres fordulatszámon forgatjuk a

PMMA-val borított ZnO hordozót, majd 170 Celsius fokon

tíz percig hevítjük. A hevítés után következik maga az

elektronsugaras litográfia, melynek során egy

elektronmikroszkópban elektronokkal pásztázzuk a mintát

(ez a folyamat olyan szinten irányítható, hogy pontosan előre

megtervezett helyeken pásztázhatunk). Ott, ahol a PMMA-t

elektronok érik, megbomlik az anyagszerkezete, így ha

ezután a minta egy előhívóoldatba kerül, az a fent említett

helyeken gyorsabban leoldja a megváltozott anyagszerkezetű

PMMA-t (az előhívó oldat után szükséges egy semlegesítő

oldatba is tenni mintát, nehogy a teljes PMMA réteg

lebomoljon). A végeredmény egy olyan kétrétegű minta,

amelynek a felső rezisztrétegén „lyukak” találhatóak. Ezeken

a „lyukakon” keresztül tudnak egymásra rakódni a ZnO

egykristályok egy megfelelő növesztő oldatban, létrehozva a

ZnO nanorudakat. A folyamat lényege tehát az, hogy egy

mintára helyezett réteggel kontrolláljuk a ZnO nanorudak elrendeződését, ezáltal tetszőleges,

szabályos mintázat hozható létre.

A ZnO nanorudak elsődleges

felhasználása a nanogenerátorokban

lehetséges. A nanogenerátorok olyan

eszközök, amely nanoméretű

szerkezeteket látnak el tartósan

elektromos árammal. Példa lehet egy

ilyen szerkezetre egy ember ereiben

keringő szenzor, amely folyamatosan

méri a beteg vércukorszintjét. De ezen

felül a ZnO nanorudak felhasználhatóak

biológiai gázérzékelőként is, illetve

képesek fénykibocsátásra, így

nanolézerként is működhetnek.

HB

ZnO nanorudak

növesztése...

Iskolánk legkisebb címere, avagy mivel szórakozik az unatkozó fizikus

NANO 2009/1.


LINKEK További információk:

http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/magyarul.html

http://nano.lap.hu

http://www.nano-ev.de

Források:

Országos Nanotechnológia Konferencia (Veszprém - 2008. november 20.)

Képek forrásai:

(a) http://www.ndhs-sites.org.uk/communicty/photo/462px-Bob_the_builder.jpg

(b, p) http://www.geographic.hu/images/napihirek/9228.jpg

(g) http://origo.hu/tudomany/elet/20050623rakos.html

(h) http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/lipos.gif

(j) http://www.kariahintikka.fi/matrixx/blogs/img/nanoauto-NanoCartriangle.jpg

(l) http://beszelo.c3.hu/files/images/2.bmp

(m) http://www.arn.org/docs/mm/flag_labels.jpg

(o) http://www.seilnacht.com/Lexikon/ElSi2.JPG

( r) http://www2.cnrs.fr/sites/en/image/nanotube_hd.jpg

(s) http://almos.vein.hu/~posfaim/tanitas/szerkezetek/grafit.jpg

(c, d, e, f, i, k, n, p, q, t, u) Saját készítésű és a Vonderviszt Professzor Úrtól kapott képek.

IMPRESSZUM NANO - Nem Annyira Nehéz Olvasmány

Készítették a nagykanizsai Batthyány Lajos Gimnázium tanulói Erdősné Németh Ágnes és

Horváth Balázs vezetésével:

Abonyi Gergő (AG - [email protected])

Ferenczy Ágota (FÁ - [email protected])

Horváth Balázs (HB - [email protected])

ifj. Konecz László (KL - [email protected])

Kovács István Nándor (grafika és design)

Patus Eszter (PE - [email protected])

Köszönet a segítségért: dr. Deák Andrásnak, PhD és dr. Volk Jánosnak, PhD (Magyar

Tudományos Akadémia Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet Kerámia és

Nanokompozitok Osztály)

Lektorálta: Dr. Vonderviszt Ferenc, DSc (Pannon Egyetem Műszaki Informatika Kar

Nanotechnológia Tanszék)

Szerkesztőség:KIN,HB,KL,ENÁ,NG,FÁ,AG,PE

nano 2009/1. -...

Documents