POLITECHNIKA LUBELSKAWYDZIAŁ ZARZĄDZANIA I PODSTAW TECHNIKI

Katedra Podstaw Techniki

Prowadzący: prof. dr hab. inż. Michał Paszeczko

Temat: NanomateriałyTemat: Nanomateriały

Lublin 2009

NanotechnologiaNanotechnologia - to ogólna nazwa całego - to ogólna nazwa całego zestawu technik i sposobów tworzenia zestawu technik i sposobów tworzenia rozmaitych struktur o rozmiarach rozmaitych struktur o rozmiarach nanometrycznych (od 0,1 do 100 nanometrów), nanometrycznych (od 0,1 do 100 nanometrów), czyli na poziomie pojedynczych cząsteczekczyli na poziomie pojedynczych cząsteczek. .

Do ważnych osiągnięć technologicznych zaliczyć Do ważnych osiągnięć technologicznych zaliczyć można:można:

Odkrycie Odkrycie fullerenówfullerenów.. Odkrycie Odkrycie nanorurkeknanorurkek i badania własności i badania własności pojedynczych nanorurek.pojedynczych nanorurek. Metody wiązek molekularnych i wykorzystanie do Metody wiązek molekularnych i wykorzystanie do tworzenia tworzenia studni kwantowych, drutów kwantowych i kropek studni kwantowych, drutów kwantowych i kropek kwantowychkwantowych..

Właściwości Właściwości nanomateriałównanomateriałów większa twardość większa twardość (nanokrystaliczny nikiel jest równie (nanokrystaliczny nikiel jest równie

twardy co utwardzana stal), twardy co utwardzana stal), większa wytrzymałość większa wytrzymałość (np. nanokrystaliczny krzem jest (np. nanokrystaliczny krzem jest

znaczenie bardziej wytrzymały na rozciąganie niż stal) i znaczenie bardziej wytrzymały na rozciąganie niż stal) i występujący jednocześnie wzrost plastyczności, odwrotnie występujący jednocześnie wzrost plastyczności, odwrotnie niż ma to miejsce w materiałach tradycyjnych; w przypadku niż ma to miejsce w materiałach tradycyjnych; w przypadku niektórych nanomateriałów ceramicznych ma się do niektórych nanomateriałów ceramicznych ma się do czynienia ze zjawiskiem tzw. superplastyczności, materiały czynienia ze zjawiskiem tzw. superplastyczności, materiały te mogą ulegać odkształceniom plastycznym nawet do te mogą ulegać odkształceniom plastycznym nawet do 250%, 250%,

większa odporność na pełzaniewiększa odporność na pełzanie, co pozwala na wytwarzanie , co pozwala na wytwarzanie materiałów do stosowania w najwyższych temperaturach materiałów do stosowania w najwyższych temperaturach (np. nanometryczny węglik krzemu), (np. nanometryczny węglik krzemu),

nanomateriały mineralne,nanomateriały mineralne, nanotlenki metali, (nanotlenki metali, (tlenki tlenki

cynku, indu, cyny, ceru, tytanu, cynku, indu, cyny, ceru, tytanu, glinu, krzemu oraz innych metali)glinu, krzemu oraz innych metali)

nanorurki i fulereny.nanorurki i fulereny.

Podział nanomateriałówPodział nanomateriałów

Otrzymywane w wyniku Otrzymywane w wyniku mechanicznego rozdrobnienia do mechanicznego rozdrobnienia do mikroskopijnych rozmiarów, mikroskopijnych rozmiarów, dodawane do polimerów.dodawane do polimerów.

NanominerałyNanominerały

Rozdrabnianie -metoda dyspersyjna Rozdrabnianie -metoda dyspersyjna (proces „Top-down”). Dla jego (proces „Top-down”). Dla jego realizacji stosuje się urządzenia realizacji stosuje się urządzenia zwane młynami perełkowymi.zwane młynami perełkowymi.

Wytwarzanie nanoproszków Wytwarzanie nanoproszków

FulerenyFulereny (ang. (ang. fullerenfulleren od nazwiska R. od nazwiska R. Buckminster Fullera) to cząsteczki Buckminster Fullera) to cząsteczki

składające się z kilkudziesięciu, składające się z kilkudziesięciu, kilkuset a nawet ponad tysiąca atomów kilkuset a nawet ponad tysiąca atomów węgla, tworzące zamkniętą, regularną, węgla, tworzące zamkniętą, regularną,

pustą w środku kulę, elipsoidę lub pustą w środku kulę, elipsoidę lub rurkę. Są kolejną odmianą alotropową rurkę. Są kolejną odmianą alotropową

węglawęgla Fulereny występują w:Fulereny występują w:

w sadzy węglowej w sadzy węglowej otoczeniu wygasłych gwiazdotoczeniu wygasłych gwiazd w niektórych skałach. w niektórych skałach.

Najpopularniejszy fuleren, zawierający:Najpopularniejszy fuleren, zawierający:

- - 60 atomów węgla 60 atomów węgla (tzw. C60) ma kształt (tzw. C60) ma kształt piłki piłki futbolowej. futbolowej.

- 70 atomów węgla (C70) natomiast, posiada - 70 atomów węgla (C70) natomiast, posiada dodatkowy pierścień atomów węgla. dodatkowy pierścień atomów węgla.

NANORURKINANORURKINanorurki węgloweNanorurki węglowe są zbudowanymi z węgla są zbudowanymi z węgla cząsteczkami, które wykazują:cząsteczkami, które wykazują:

niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie unikalne własności elektryczne unikalne własności elektryczne znakomitą przewodność cieplną.znakomitą przewodność cieplną.

Strukturą przypominają fullereny, ale Strukturą przypominają fullereny, ale ich kształt nie jest sferyczny, tylko ich kształt nie jest sferyczny, tylko cylindryczny. Na ogół końce tego cylindryczny. Na ogół końce tego cylindra są zamknięte połówkami cylindra są zamknięte połówkami fullerenów. Ich nazwa oddaje dokładnie fullerenów. Ich nazwa oddaje dokładnie ich kształt i wielkość: ich średnica jest ich kształt i wielkość: ich średnica jest rzędu kilku nanometrówrzędu kilku nanometrów

Schemat struktury długiej Nanorurki

Zastosowanie nanorurek:Zastosowanie nanorurek: Obecnie nanorurki węglowe są Obecnie nanorurki węglowe są

jedynym znanym materiałem jedynym znanym materiałem mogącym posłużyć do konstrukcji mogącym posłużyć do konstrukcji windy kosmicznej.windy kosmicznej.

elektronikaelektronika (wytwarzania (wytwarzania tranzystorów, wyświetlacze (tranzystorów, wyświetlacze (FEDFED), ), nieulotne pamięci (nieulotne pamięci (NRAMNRAM), mające ), mające zastąpić w przyszłości dyski twarde)zastąpić w przyszłości dyski twarde)

Ogniwa PaliwoweOgniwa Paliwowe NanorurkiNanorurki porfirynoweporfirynowe mogą mieć mogą mieć

zastosowanie w technologii zastosowanie w technologii rozkładania wody na wodór i tlen pod rozkładania wody na wodór i tlen pod wpływem światła.wpływem światła.

Prawdziwym przełomem będzie: Prawdziwym przełomem będzie: 1. powstanie nanourządzeń 1. powstanie nanourządzeń

dostarczających porcje leków dostarczających porcje leków bezpośrednio do komórek dotkniętych bezpośrednio do komórek dotkniętych chorobą. chorobą.

2. Kropki kwantowe umieszczone w 2. Kropki kwantowe umieszczone w proteinowej otoczce należą do nowej, proteinowej otoczce należą do nowej, intensywnie rozwijanej klasy urządzeń intensywnie rozwijanej klasy urządzeń określanych skrótem bioMEMS. określanych skrótem bioMEMS.

Więc nanotechnologia znalazła największe Więc nanotechnologia znalazła największe zainteresowanie w dwóch dziedzinach:zainteresowanie w dwóch dziedzinach:

1.1. MedycynaMedycyna (największe) (największe)2.2. TechnikaTechnika

Obecnie trwają liczne badania nad Obecnie trwają liczne badania nad nanomedycyną, a dokładniej nad nanomedycyną, a dokładniej nad nanosondami - nanosensorami - i nanosondami - nanosensorami - i nanomaszynami, które miałyby badać nanomaszynami, które miałyby badać ciało człowieka i już w zarodku ciało człowieka i już w zarodku eliminować pojawiające się zagrożenia eliminować pojawiające się zagrożenia zdrowiazdrowia

Czy nanotechnologia może Czy nanotechnologia może rozwiązać problem głodu na rozwiązać problem głodu na

świecieświecie Wielu twierdzi, że już niedługo będzie Wielu twierdzi, że już niedługo będzie

można zmienić śmieci w jedzenie …jak?można zmienić śmieci w jedzenie …jak?

A więc przy użyciu nanorobotów można A więc przy użyciu nanorobotów można by było rozłożyć śmieci na pojedyncze by było rozłożyć śmieci na pojedyncze atomy a te z kolei złożyć w chleb, czy atomy a te z kolei złożyć w chleb, czy jeszcze inne produkty spożywcze.jeszcze inne produkty spożywcze.

wizje przyszłej wizje przyszłej nanotechnologii nanotechnologii

Inteligentna mgła zastępująca pasy Inteligentna mgła zastępująca pasy bezpieczeństwa w samochodzie. bezpieczeństwa w samochodzie.

Mechaniczny nanokomputer.Mechaniczny nanokomputer.

Maszyna do robienia dowolnej rzeczy. Maszyna do robienia dowolnej rzeczy.

Winda kosmicznaWinda kosmiczna