Biomimetyka przyroda inspiruje naukowców

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Biomimetyka przyroda inspiruje naukowców"

Barbara Maria Chrzanowska
8 lat temu
Przeglądów:

1 Jerzy Haber Institute of Catalysis and Surface Chemistry Polish Academy of Sciences Leading National Research Centers Biomimetyka przyroda inspiruje naukowców Ewelina Jarek Dni otwarte 2015 Kraków

National Research Centers Biomimetyka przyroda

2 W nauce i technologii pomysły i nowe idee pojawiają się w wyniku uważnego studiowania natury

3 Biomimetyka to coś więcej. (Otto Schmita 1950) Inaczej bionika, biomimikra, inżynieria bioniczna to dział nauki zajmujący się naśladowaniem zachowania i funkcjonowania natury, a jej celem jest konstruowanie lepszych maszyn lub materiałów poprzez użycie rozwiązań wytworzonych przez naturę w toku milionów lat ewolucji. Badanie powstawania, struktury i funkcji substancji biologicznych i materiałów (np. enzymów lub jedwabiu) oraz mechanizmów i procesów biologicznych ( np. syntezy białek lub fotosyntezy) w celu stworzenia podobnych produktów przy użyciu sztucznych procesów, które naśladują procesy naturalne. Transfer rozwiązań ze świata przyrody do technologii i poszukiwanie dla nich nowych funkcji

konstruowanie lepszych maszyn lub materiałów poprzez użycie rozwiązań wytworzonych przez naturę w toku milionów lat ewolucji.

4 Tajemnica jedwabiu sztuczny jedwab 1884 Hilaire Bernigaud de Chardonnet

5 Leonard da Vinci

6 Szybowce inspirowane nasionami projektant i konstruktor Igo Etrich Alsomitra macrocarpa

7 Velcro materiał inspirowany owocostanami łopianu wymyślony przez szwajcarskiego inżyniera Georges'a de Mestrala w 1941 Najpierw wykorzystywany przez NASA do produkcji odzieży do poruszania się w przestrzeni kosmicznej

Mestrala w 1941 Najpierw wykorzystywany przez NASA do

8 Powierzchnie superhydrofobowe inspirowane powierzchnia liści lotosu

9 Powierzchnie superhydrofobowe nie są zwilżalne przez wodę Zwilżalność powierzchni Zdolność do pokrywania danej powierzchni warstwą cieczy powierzchnie całkowicie zwilżalne Ciecz: woda powierzchnie całkowicie hydrofilowe powierzchnie zwilżalne powierzchnie hydrofilowe powierzchnie niezwilżalne powierzchnie hydrofobowe i superhydrofobowe

zwilżalne Ciecz: woda powierzchnie całkowicie hydrofilowe powierzchnie zwilżalne

10 Jak kontrolować zwilżalność? Możemy modyfikować właściwości cieczy, bądź powierzchni.

12 Możemy zmniejszać napięcie powierzchniowe cieczy powietrze woda

13 Związki powierzchniowo czynne Związki amfifilowe Gromadzą się na granicy faz powietrze część hydrofobowa Zmieniają energię powierzchniową Silnie modyfikują własności powierzchniowe cieczy woda jon surfaktantu przeciwjon część hydrofilowa Jeśli pozwala im na to rozpuszczalność powyżej pewnego stężenia tworzą samoorganizujące się struktury tzw. micele

powierzchniowe cieczy woda jon surfaktantu przeciwjon część hydrofilowa Jeśli pozwala

14 Napięcie powierzchniowe [mn/m] Izoterma napięcia powierzchniowego czas Cmc, krytyczne stężenie micelizacji Roztwór właściwy Roztwór micelarny Stężenie surfaktantu

15 kuliste micele losowo zorientowane cylindryczne micele 1-3,5 nm pęcherzyk (ang. vesicle) H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O heksagonalnie upakowane odwrócone, cylindryczne micele heksagonalnie upakowane cylindryczne micele micele lamelarne (dwuwarstwy)

16 Możemy modyfikować samą powierzchnię

17 Inspiracja strukturą liści efekt lotosu 20 μm 50 μm 20 μm Za superhydrofobowość odpowiada tekstura i uwięzione na powierzchni pęcherzyki powietrza 20 μm C. NEINHUIS and W. BARTHLOTT Annals of Botany 79: 667±677, 1997

com/photo/11043743/nelumbo-nucifera-by-edwin-m 20 μm https://auntiedogmasgardenspot.

18 westonnurseries.com

19 Powierzchnie superamfifobowe nie są zwilżalne ani przez wodę ani przez oleje a. Nakładanie na powierzchnię szkła cienkiej (od 2 do 40 µm) warstwy sadzy b. Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) nałożonej warstwy c. Obraz SEM o wysokiej rozdzielczości pokazujący pojedyncze cząstki łańcuchów tworzonych ze sferycznych ziaren węgla o średnicy od 10 do 400 nm d. Obraz SEM nałożonych nanoziaren węgla pokrytych warstwą krzemową e. Obraz SEM o wysokiej rozdzielczości pokazujący klastery powstałe po usunięciu węglowych rdzeni przez wygrzewanie 2h w temp. 600 o C f.obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowegotem o wysokiej rozdzielczości klasterów po kalcynacji(wygrzewaniu) pokazujący dziury, w których wcześniej obecne były nanocząstki węgiel X. Deng, L. Mammen, H.-J. Butt, and D. Vollmer Candle soot as a template for a transparent robust superamphiphobic coating Science, 335, (2012)

Obraz SEM o wysokiej rozdzielczości pokazujący pojedyncze cząstki łańcuchów tworzonych ze sferycznych ziaren węgla o średnicy od 10 do 400 nm d.

20 Właściwości powierzchni superhydrofobowych Samoczyszczące się Antykorozyjne Antymgłoowe antylodowe Zmniejszające opór Szereg zastosowań: od anten satelitarnych, pokryć zewnętrznych w budownictwie i archtekturze, w fotowoltaice i panelach słonecznych po pokrycia mikrokanałów w miniaturowych użadzeniach budowanych w stystemie lab-on the chip

pokryć zewnętrznych w budownictwie i archtekturze, w fotowoltaice i panelach

21 Dziękuję za uwagę i poświęcony czas Zachęcam do uważnej obserwacji przyrody

Podobne dokumenty

Badanie właściwości związków powierzchniowo czynnych

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ ORGANICZNEJ I PETROCHEMII INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: Badanie właściwości związków powierzchniowo czynnych Laboratorium z