Rozwój Nanotechnologii w Polsce - Szanse i Możliwości Współpracy Paweł Czaja Fundacja NANONET
1959 There is plenty of room at the bottom 1981, Gerd Binnig and Heinrich Rohrer of IBM s Zurich Research Laboratory create scanning tunneling microscope (STM), 1985, Robert F. Curl Jr., Harold W. Kroto, and Richard E. Smalley Odkrycie fulerenów struktury węglowe w kształcie piłki futbolowej o średnicy ~ 0.7nm.
1nm = 10-9 m Atomy wodoru Atomy krzemu
Nanotechnologia: Obejmuje zakres badao i rozwoju technologii w zakresie od 1 do 100 nm, tworzy i używa struktury, które dzięki swoim niewielkim rozmiarom mają nowe właściwości, umożliwia kontrolę i manipulację w skali atomowej. The United States' National Nanotechnology Initiative
austenite SADP L2 1 [010] _ 202 000 002 202 004 100 nm martensite SADP 10M [010] 0010 β=93 0 000 200 200 nm Badania własne
1985 odkrycie fulerenów C 60 Ważniejsze właściwości: nadprzewodniki i półprzewodniki, mogą służyd jako kapsuły dla mniejszych cząstek, dodawane do środków smarujących poprawiają ich własności.
1991 odkrycie nanorurek Ważniejsze właściwości: najwytrzymalszy i najsztywniejszy ze znanych materiałów, mogą mied właściwości półprzewodnikowe lub metaliczne, bardzo dobre przewodniki cieplne właściwości izolujące w poprzek
3rd Tech, Inc., nanomanipulator Przystawka force-feedback pen umożliwia manipulowanie obiektami w skali nano (obrót, zginanie) nanorurki węglowe, DNA, wirusy. MIT nanomanipulator HexFlex. Przemieszcza obiekty na odległośd 3 nm. Nie zawiera łączeo, płaski element aluminiowy poruszany przez wywieranie nacisku na krawędzie. (MicroHexFlex 1 mm redukcja strat energii w światłowodach poprzez poprawę ułożenia komponentów. Fat fingers, Sticky fingers - Richard E. Smalley, 1996 Nobel
UE Nanotechnology and Nanoscience, Action Plan for Europe 2005-2009, Towards European Strategy for Nanotechnology Siódmy Program Ramowy priorytet tematyczny: Nanonauki i nanotechnologie, materiały, nowe technologie produkcyjne. PL Proponowane kierunki rozwoju nauki i technologii w Polsce do 2020 roku, Założenia polityki naukowej, naukowo-technicznej i innowacyjnej paostwa do 2020 r. Narodowy Plan Rozwoju na lata 2007-2013.
UE - 3,5 mld Euro 2007-2013 Z 231 programów technologicznych utworzonych na szczeblu europejskim dwa były dedykowane wyłącznie nanoelektronice i nanomedycynie: - Nanotechnologies for Medical Application /NanoMedicine/; - European Nanoelectronics Initiative Advisory Council /ENIAC/. Nanotechnologia była obecna także w innych projektach, m.in. : - Advanced Engineering Materials and Technologies /EuMaT/; - European Construction Technology Platform /ECTP/; - Future Manufacturing Technologies / MANUFUTURE/; - Future Textiles and Clothing /FTC/; - Hydrogen and Fuel Cell Platform /HFP/; - Innovative Medicines for Europe /IME/; - Photonics 21.
Nakłady w dziedzinie nanotechnologii na świecie w 2004 r. Nanonauka i Nanotechnologia Narodowa Strategia dla Polski Raport (2006)
Projekty o tematyce nano zatwierdzone do finansowania w latach 1994-2006 Nanonauka i Nanotechnologia Narodowa Strategia dla Polski Raport (2006)
Udział temetyczny nanoprojektów w latach 2000-2005 Nanonauka i Nanotechnologia Narodowa Strategia dla Polski Raport (2006)
Obszary badawcze w dziedzinie nanotechnologii
Obszary badawcze w ramach sieci współpracy w UE z zakresu nanotechnologii Nanonauka i Nanotechnologia Narodowa Strategia dla Polski Raport (2006)
Nanotechnologia w przemyśle samochodowym: - nanododatki do tworzyw, aluminium i innych materiałów stosowanych do produkcji samochodów powoduje zmniejszenie ciężaru elementów przy jednoczesnym wzroście wytrzymałości - zmniejszenie spalania oraz zwiększenie bezpieczeostwa; - zwiększenie wydajności silnika i zmniejszenie zużycia paliwa dla samochodów zasilanych benzyną, poprawa efektywności zużycia paliwa (10-15%);- nanosmary pomagają zredukowad tarcie i ściernie; - katalizatory, dodatki do paliwa, smary; większa ochrona środowiska ogniwa paliwowe, poprawa wydajności ogniw paliwowych samochodów napędzanych wodorem; nowe rodzaje energii, miniaturyzacja układów elektronicznych; w samochodach zasilanych energią elektryczną zabezpieczenie przechowywania energii, nowe rodzaje akumulatorów, wydłużenie żywotności akumulatorów, zwiększenie gęstości energii i mocy, skrócenie czasu ładowania, zmniejszenie rozmiaru i wagi przy jednoczesnej poprawie bezpieczeostwa i stabilności baterii;
- lepsza jakośd materiałów (dłuższa żywotnośd, mniejsza awaryjnośd komponentów, inteligentne materiały do samodzielnej naprawy- farby, - nanododatki do farb i lakierów oznacza lepszą przyczepnośd farb, dłuższą żywotnośd koloru, samo-naprawiające się lakiery, odporne na zarysowania, UV i inne; - zmiana szkła na tworzywa polimerowe o lepszych własnościach optycznych odpornośd UV, odpornośd na zarysowania; zastosowanie materiałów hydrofobowych samo-czyszczenie się elementów szyby, karoseria; - wykorzystanie nanomateriałów termoplastycznych zmniejszenie ciężaru o około 40% w porównaniu do tradycyjnych części podwozia ze stali; - zamiana platyny (katalizatory) na inne taosze materiały o większej wydajności elektrokatalicznej; -czujniki (dla samochodów wodorowych) gazu;
Ważnym elementem jest wykorzystanie katalizatorów wielkości nano (oczyszczanie gazów spalinowych). Wiele z nanomateriałów wykorzystuje się wewnątrz pojazdu w celu polepszenia komfortu i zwiększenia bezpieczeostwa min.: aplikacje biostatyczne np. tworzywa sztuczne, tekstylia. Nanorurki węglowe wykorzystuje się do produkcji : -mat grzejnych min. do siedzeo w samochodach; - filtrów powietrza (antyalergiczne); - systemy elektroniczne; - materiały termoelektryczne; -zastosowanie nanomaterałów do produkcji super lekkich kondensatorów wykorzystywanych w procesie rekuperacji; - ogniwa słoneczne na dachach samochodów; - nowe źródła światła.
Au nanocząstki - Utlenianie CO ogniwa paliwowe zasilane wodorem powstającym pokładzie samochodu Reforming parowy: CH 4 + H 2 CH 4 + 3H 2 (Ni) WGS (Cu, Fe) Emisja NO x New Jersey USA Charles E. Baukal et al. Wiley InterScience
PK MPK H. E. Karaca, I. Karaman, B. Basaran, D. C. Lagoudas, Y. I. Chumlyakov, H. J. Maier, Acta Mater. 55 (2007) 4253-4269.
Lampa przeciwmgielna włączona przesłona otwarta wyłączona przesłona zamknięta Zawór kontrolujący przepływ oleju wpływa na zmniejszenie emisji spalin oraz na poprawę komfortu pracy silnika (Mercedes-Benz).
System podnoszenia maski samochodu Honda Legend, Jaguar SX, Citroen C6. Silnik termiczny General Motors ładowanie akumulatorów napędu hybrydowego. Praca gaźnika sprężyna PK: zawór zamknięty przy niskiej temperaturze zatrzymuje parujące paliwo w gaźniku, natomiast otwarty przy wysokiej temp. zapobiega zalaniu. Wspomaga to osiągi silnika i zmniejsza zużycie paliwa. Zaciski tarcz elektromagnetycznych, zaciski osłony czujnika Tlenu, mocowanie kół zębatych na wale, grupowanie i ściskanie elementów przez nacisk.
Centra nano Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CAMAT IPPT PAN Centrum Zaawansowanych Technologii i Materiałów dla Opto- i Mikroelektroniki przy Instytucie Fizyki PAN Główne obszary badao: nanometale, synteza nanoproszków, kataliza, nanokompozyty, nanowarstwy i pokrycia, nanomedycyna, zjawiska i procesy w nanoskali, nanomateriały dla elektroniki, spintroniki, optoelektroniki, nanolitografii.
Finansowanie
INNOTECH jest programem wsparcia nauki i przedsiębiorstw w zakresie realizacji innowacyjnych przedsięwzięd z różnych dziedzin nauki i branż przemysłu (ścieżka programowa In-Tech), ze szczególnym wskazaniem na obszar zaawansowanych technologii (ścieżka programowa Hi-Tech). GEKON zwiększenie innowacyjności polskiej gospodarki poprzez rozwój technologii proekologicznych; opracowanie i wdrożenie nowego instrumentu finansowego do wspierania rozwoju technologii proekologicznych; opracowanie i wdrożenie nowych, innowacyjnych technologii proekologicznych w polskiej gospodarce; pobudzenie współpracy sektora przedsiębiorstw z jednostkami naukowymi.
ZASTOSOWANIA: Zawory i tłoki w silnikach spalinowych, tarcze i klocki hamuclowe, sprzęgła. Nanokompozytowe samosmarujace powłoki do minimalizacji tarcia współpracujących elementów takich jak sworznie, łożyska ślizgowe.
Literatura źródłowa: Nanonauka i Nanotechnologia Narodowa Strategia dla Polski Raport (2006) Program Badao Stosowanych PBS NCBiR Nanotechnology for Dummies, Richard Booker and Earl Boysen, Wiley Publishing, Inc. Catalytic Gold-Nanoparticles, M. B. Cortie, E. van der Lingen, Materials Forum 26 (2002) 1-14. Olefin epoxidation and catalysis, Paweł Czaja LAP 2012 ISBN 978-3-659-20450-0 Actuation and Fastening with Shape Memory Alloys in the Automotive Industry, Metall Wissenschaft + Technik 7 (1992) 668-672. Proceedings of the International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies, Pacific Grove, California (2000) 171-182.
Dziękuję za uwagę.