Katedra materiálu ZASTOSOWANIE NANOMATERIAŁÓW

Transkrypt

1 Katedra materiálu ZASTOSOWANIE NANOMATERIAŁÓW

2 Treść wykładu Wstęp Co to są nanomateriały i nanotechnologia? Przykłady zastosowania nanotechnologii Zagrożenia związane z nanotechnologią puszka Pandory Wnioski 2

3 Wstęp średniowiecze x nano hartowanie = transformacja Fe a = 5 A Kowal Sadza -6M t/y Barwniki Zeolity Odpady 3

4 Wstęp - wizjoner Chciałbym opisać dziedzinę, w której do tej pory dokonano niewiele ale w zasadzie mozna w niej dokonać niesamowicie dużo. Więc dlaczego jeszcze nie potrafimy zmieścić 24-tomową encyklopedię Brytaniki na łepku od szpilki? W obszarze nano jest dużo miejsca - Richard Feynman,

5 Wstęp porównanie rozmiarów Obiekt Wielkość w [nm] Mrówka Średnica bakterii Wirus Grypy 100 Wirus HIV 90 Długość fali promieniowania ultrafioletowego Średnica spirali DNA 2,5 Wielkość cząsteczki wody 0,3 Atom wodoru 0,1 5

6 Load On Sample [mn] Intensity (arb. units) Wstęp technika eksperymentalna 2k Fe (ICDD card No ) -Al 2 O 3 (ICDD card No ) 1k Co K [deg] 2500 B Displacement Into Surf ace [nm] 6

7 Co to jest nanotechnologia? ultranowoczesna oraz rewolucyjna technologia zajmuje się zastosowaniem nanomateriałów we wszystkich dziedzinach ludzkiego życia Nanotechnologia jest zbiorem technologii (technologia inżynierskich materiałów, biotechnologia, technologia chemii itp.), które są konwertowane do nanorozmiarów. Obecnie nanotechnologia zajmuje się 4 głównymi obszarami: 1. nanoelektronika 2. nanomateriały 3. molekularna nanotechnologia 4. mikroskopy pracujące z rozdzielczością w skali nano 7

8 Co to jest nanotechnologia? Ochronne maski na twarz wytworzone z nanotekstylnych materiałów zwłóknionych za pomocą metody Nanospider, w których odległości między nanowłóknami wynoszą kilka nanometrów. 8

9 Co to jest nanotechnologia? Elementy o rozmiarach w skali nano nie wykazują właściwości typowych dla skali makro. Struktury obecnie odkryte takie jak węglowe nanorurki, molekularne silniki, kwantowe kropki i molekularne łączniki, i również nowe zjawiska takie jak, gigantyczna magnetorezystencja, wyznaczają nowe przyszłe zastosowania nanotechnologii. Niechodzi o następną fazę miniaturyzacji ale o wykorzystanie właściwości nowych materiałów. 9

10 Nanotechnologia Przy wytwarzaniu urządzeń w skali nano możliwe jest wykorzystanie dwóch technik top-down oraz bottom-up: 1) wytwarzanie mniejszych obiektów przy urzyciu metod wykorzystywanych w produkcji elementów o większych rozmiarach 2) synteza większych obiektów z mniejszych (metody chemiczne) 10

11 Zastosowania 11

12 Przykłady zastosowania nanotechnologii Obszar zastosowania nanotechnologii jest niezwykle rezległy. Możemy stwierdzić, że nanotechnologia znajduje zastosowanie w każdej dziedzinie życia: - medycyna - budownictwo - przemysł tekstylny - elektronika - przemysł kosmiczny - przemysł obronny... 12

13 Zastosowania Przemysł tekstylny tektylia odporna na zabrudzenie mająca zdolność regulacji temperatury, inteligentne ubrania monitorujące (puls, przepuszczalność powietrza) Środowiskowe zastosowania- oczyszczanie wody i powietrza atmosferycznego Chemia - kataliza chemicznych procesów (analiza za pomocą Au), tworzywa antybakteryjne, wkładki do butów odporne na kolonizację bakterii Budownictwo izolacyjne materiały nowej generacji, samoczyszczące farby elewacyjne, sensory ciśnienia i ciepła w budowlanych materiałach, termochromatyczne szkła regulujące intensywność przepuszczanego światła, przezroczyste kompozytowe materiały filtry UV z warstwami 13 TiO, ZnO

14 Zastosowania Energetyka fotowoltaiczne cienkie warstwy przetwarzające promieniowanie świetlne w energię elektryczną, ogniwa paliwowe wykorzystujące węglowe nanorurki, sensory gazu, elektrody baterii, fotomateriały, fotoogniwa, wysokopojemnościowe baterie Transport powłoki odporne na zarysowania posiadające zdolność samoczyszczenia, lekkie wytrzymałe ramy, farby chroniące przed korozją zawierające cząsteczki, katalizatory, Medycyna kontrastowe substancje, hipertermia, selektywne niszczenie komórek rakowych, detoksykacja krwi, implanty z biokompatybilnych materiałów, oczyszczanie enzymów, farmaceutyka. 14

15 Zastosowanie nanotechnologii w medycynie selektywne dostarczanie leku sztuczne stawy, zastawki sztuczna tkanka roztwory dezynfekujące kremy ochronne instrumentarium - nanoroboty 19/49 15

16 Materiały i warstwy: Funkcjonalne, nanostrukturalne materiały Warstwy ochronne - antykorozyjne - o niskim współczynniku tarcia - odporne na zużycie - z efektem samoczyszczenia 16

17 17

18 Możliwe zastosowania w przyszłości 18

19 Ryzyka nanotechnologii puszka Pandory Przedewszystkim nanocząsteczki ze względu na swoje małe wymiary mogą zachowywać się w sposób nieprzewidywalny. Mogą wystąpić techniczne problemy związana z procesami: - wytwarzania - utylizacji - stosowania - przechowywania - transportu Etyczne - DNA 19

20 Ryzyka nanotechnologii Monitorowanie pracowników mających kontakt z nanomateriałami. Świadomość potencjalnych ryzyk nanotechnologii, szacowanie ryzyka w każdym etapie stosowania produktu nano. Unikanie kontaktu nanocząsteczek z ludzkim mózgiem. Zagrożenia te mogą wzniknąć z dużym prawdopodobieństwem, nie można ich całkowicie wykluczyć dopóki nie zostanie udowodnione, że istnieją fizyczne bądź techniczne środki zabezpieczające nas przed ich wystąpieniem. 20

21 Ryzyka nanotechnologii Nanomateriały zachowują się zupełnie inaczej kdy tworzą jedną wielką część charakteryzują się nowymi funkcjami. Mogą przenikać przez fizjologiczne bariery do komórek oraz do mózgu. Dzięki wysoce rozwiniętej powierzchni są niezwykle aktywne chemicznie, co może prowadzić do uszkodzenia układów bilologicznych. Istnieje możliwoiść że mogą naruszać mechanizmy obronne żywych organizmów. 21

22 Ryzyka nanotechnologii Nanorurki odmienne toksykologiczne zachowanie niż materiał zawierający azbest. Poznanie wszystkich ryzyk wynikających ze stosowania nanomateriałów może trwać kilkadziesiąt lat. Jeżeli nie są natychmiast rozkładane w płynach ustrojowych mogą być niebezpieczne dla zdrowia. 22

23 Ludzkie zdrowie a możliwe ryzyka obszar zainteresowania: Toksokinetika dystrybucja w ludźkim ciele Przemieszczenie wewnątrz a pomiędzy komórkami, toksyczność komórkowa Ciśnienie tlenowe, wzbudzanie efektów, genotoksyczność Drogi oddechowe, system krwionośny oraz mózg Skóra, jelita i pozostałe organy Epidemiologia => Testowanie strategii oraz oszacowanie możliwości wystąpienia niebezpieczeństw dla ludzkiego zdrowia 23

24 Toksokinematyka Nanocząsteczki Mózg Nos Płuca Skóra Jelita Krew Szpik kostny Śledziona Śródbłonek Wątroba Serce Łożysko/płód 24

25 Ryzyka dla ludzkiego otoczenia w ziemi Efekty w wodzie w powietrzu => Konieczność testowania strategii oraz szacowanie niebezpiczeństw ekotoksylogicznych. 25

26 Podsumowanie Zastosowanie nanotechnologii w tradycyjnych materiałach oraz w obszrze cienkich warstw. Zastosowanie nanomateriałów umożliwi radykalne zmianu ich właściwości. Zastosowanie nanotechnologii w przemyśle przyniesie pozytywne efekty ekonomiczne i ekologiczne. Należy pamiętać o możliwych ryzykach związanych ze zdrowiem oraz ekologią. Nanotechnologia powinna stać się istotnym obszrem rozwoju przemysłowego. Nanotechnologia jest niezwykle perspektywiczną dziedziną, ponieważ rozwój nowoczesnego przemysłu wymaga innowacyjnych rozwiązań. 26

27 Wykorzystana literatura [1] Vacek J., Michl J.: Molekulární stavebnice, Vesmír, Vol 5 (2002), [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Louda P.: Materiály 21. století Nanomateriály, PowerPoint-prezentace, Liberec, 2005 [14] [15] [16] [17] [18] Fujishima A., Hashimoto K., Watamabe T.: TiO2 Fotokatalýza, základy a aplikace, Silikátový svaz, 2002 [19] [20] [21] [22] Ginder J. M.: Nanotechnology in Automotive Applications, Advanced Materials & Processes, Volume 163 (2005), [23] [24] [25] [26] [27] [28] Walkoviak B.: ústní sdělení, Łódź, [29] Characterising the potential risks posed by engineered nanoparticles, A first UK Government research report, London, 2005 A další

28 Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne v Koszalině! kontakt: petr.louda@tul.cz 28