NANOTECHNOLOGIA

WYKŁAD I:

1. Pojęcie, podział, budowa i specyficzne właściwości nanomateriałów.

Nanomateriałem nazywamy substancję polikrystaliczną, złożoną z ziaren o wielkości nie przekraczającej 100 nanometrów (nm). Wielkością tą może być średnica ziarna bądź też grubość warstw wytworzonych lub naniesionych na podłożu.

Podział nanomateriałów ze względu na strukturę przestrzenną:

1. Zero-wymiarowe (punktowe)- materiały nieheterogeniczne, zbudowane z osnowy, w której rozmieszczone są cząstki o wymiarach nanometrów,

2. jedno- lub dwu- wymiarowe np. warstwy o grubości nanometrów typu jednofazowego lub wielofazowego,

3. trójwymiarowe (nanokrystaliczne)- złożone z krystalicznych ziaren i klasterów odpowiednich faz o wymiarach rzędu nanometrów,

Podział nanomateriałów ze względu na rodzaj materiału:

1. metaliczne,

2. szklano-metaliczne,

3. dla elektroniki,

4. funkcjonalne materiały gradientowe,

5. polimerowe,

6. biomateriały do zastosowań medycznych.

Budowa nanomateriałów ze względu na kształt ziaren:

1. słupkowe,

2. warstwowe,

3. jednoosiowe.

Budowa ze względu na skład chemiczny:

1. kryształy i granice ziaren charakteryzujące się takim samym składem chemicznym

2. kryształy charakteryzujące się różnym składem chemicznym

3. ziarna oraz fazy w granicach ziaren posiadające różne składy

4. w osnowie rozmieszczone są manometryczne ziarna o innym składzie

Materiały nanokrystaliczne mogą składać się z fazy krystalicznych, krystalicznych i amorficznych oraz z krystalicznej lub amorficznej osnowy. Cechą niekorzystną nanomateriałów jest ich metastabilny charakter. W podwyższonej temperaturze następuje obniżenie energii swobodnej układu przez redukcję granic ziaren, co powoduje rozrost ziaren.

Przedrostek Nano- 10^-9m

Frymnman: There’s plenty of room at the bottom.

Elektron- 0,003 nm

Atomy- 0,1 nm

Molekuły- 1 nm

Nanotechnologia- do 100 nm

Nano od greckiego nanos, czyli karzeł

Nanotechnologia zajmuje się badaniem, produkcją i stosowaniem struktur mniejszych od 100 nm.

Epitaksja- nakładanie warstw atomów na siebie.

Metoda Czochralskiego: polega na topieniu piasku i wydobywaniu czystego krzemu. W tym celu należy dotknąć od góry stopionej krzemionki (wytworzy się zarodek) i powoli wyciągać do góry krzepnący słup krzemu.

Technologie Nano:

- ciecze reologiczne i magnetoreologiczne (ciecze smart);

- Nano-stal;

II. Miejsce, rodzaj i cechy charakterystyczne nanomateriałów stosowanych w przeszłości.

Zastosowanie nanotechnologii w starożytności:

1. Farby ze strukturami Nano (dokładnie zmielone w moździerzach barwniki), które utrzymują długo kolor.

Cząsteczki z Au o średnicy 4 nm mają kolor jasno-różowy a o średnicy 30 nm czerwony.

1. Nanoceramika z XV wieku. Naczynia pokryte opalizującą emalią.

2. Spajanie murów z wapnem, piaskiem, jajkami i serem w Europie lub kleistym ryżem i białkami jaj w Chinach.

3. Podać przykłady i cechy charakterystyczne „nanomateriałów” w przyrodzie (liść lotosu, gekon, małże, nanotechnologicznej sztuki spajania, nanotechnologia liści roślin - rybosomy, nanobiomineralizacja, biomineralizacja okrzemek, mikrosoczewki - łuska pancerza, bakteria magnetyczna, zwierciadło wielowarstwowe

Nanotechnologia w przyrodzie, zastosowanie w życiu codziennym:

1. Budowa gekona: odrastający ogon oraz narzazy czepne w łapach (włoski)

Na włoski gekona działa siła Van der Waalsa, siła międzycząsteczkowa, która pozwala utrzymać ciężar gekona na płaskiej, pochylonej powierzchni. Włoski zbliżają się na kilka nanometrów do podłoża i wchodzą w zasięg działania siły.

Zastosowanie: sztuczne włoski poliamidowe w ściereczkach z mikrofibry.

1. Spajanie w naturze: podczas zranienia, leukocyty wydzielają lepkie cząstki, które opóźniają ruch czerwonych białych krwinek oraz płytek krwi wzdłuż ścian naczynia krwionośnego.

Zastosowanie: lakiery samochodowe, stal nierdzewna automatycznie się naprawia poprzez wnikanie tlenu w strukturę.

1. Małże: aby przykleić się do skały małż wyrzuca z kanalików na stopie strumień klejących kropelek, miceli. Micele rozrywają się tworząc lepką poduszkę. Małż przytwierdza się do tej poduszki za pomocą elastycznych nici bisiu.

2. Liście lotosu: za pomocą mikrowłosków (meszka) tworzą się kuliste kropelki wody.

Zastosowanie: farby ścienne, szyby (pokryte warstwą CVD lub PVD), ceramika sanitarna.

1. Forysomy- nanotechnologia liści: są to mikroskopijne mięsnie, które otwierają lub zamukają kanały, gdy roślina została uszkodzona.

Zastosowanie: Mikroskopijne silniki liniowe lub w płytce chipowej (lab on a chip).

1. Rybosomy: opracowanie leków, które blokują rybosomy bakterii, jako metoda walki z rakiem.

2. Nanobiomineralizacja:

Masa perłowa małży składa się z drobnych kryształów wapnia w postaci minerału argonitu, które w muszli są ze sobą połączone bardzo elastycznymi białkami. 3% wagowo tego białka wystarczy aby muszla była 3000 razy trwalsza od kalcytu. Jeże morskie używają tej technologii w swoich kolcach.

Koszyczek Kwiatowy Wenus- gąbka, Nazwę swoją zawdzięcza strukturze wewnętrznego szkieletu swojej otoczki. Składa się on z tkanki drobnych igiełek krzemionkowych, ażurowej jak wiklinowa plecionka na oparciu krzesła. Tkanka ta jest poprzeplatana zarówno w sieci prostokątnej jak i po przekątnej. Podstawowe elementy budulcowe z krzemionki (dwutlenek krzemu) o średnicy trzech nanometrow łączą najpierw komórki gąbki w cieniutkie plastry. Następnie są one zwijane tak, aby utworzyć igły krzemionkowe, stanowiące podstawowy element plecionki, wytrzymałej na duże zmiany ciśnienia.

Technologia ta jest wykorzystywana w szkliwie zęba trzonowego nornika.

Zastosowanie: stosując nanocząsteczki fosforu wapnia (apatyt) i białka kanaliki w zębach można zakleić 10 razy szybciej niż za pomocą zwykłych preparatów apatytowych. Warstwa ta osiada wszystkie właściwości naturalnego szkliwa.

Okrzemki- te mikroskopijne stworzenia zabezpieczają się pancerzem krzemionkowym, ktorego głownym składnikiem jest SiO2, czyli dwutlenek krzemu. Podobnie jak szkło kwarcowe, ktore rownież składa się z dwutlenku krzemu, pancerze krzemionkowe są stosunkowo odporne na wiele roztworow kwaśnych i zasadowych.Z tego powodu nanotechnolodzy widzą możliwość wykorzystania ich jako naczyń reakcyjnych dla wytworzania kryształow o rozmiarach nanometrycznych. Jeden ze sposobow otrzymywania nanocząstek polega na ograniczeniu objętości reakcji. Po zużyciu materiału reakcyjnego kryształki uzyskane w wyniku reakcji nie będą się powiększać. Pancerzyki okrzemek posiadają wiele takich nanoskopowych otworow, pełniących rolę nanoreaktorow.

W jaki sposob powstają te czasami niezwykle piękne okrzemki? Pierwsze wskazowki są już znane. Badacze z uniwersytetu w Regensburgu stwierdzili, że „poliaminy”, należące do znanej grupy białek, mogą wytwarzać – przy odpowiednim stężeniu kwasu krzemowego – nanocząstki o zadanej średnicy w granicach od 50 do 900 nanometrow. Dzieje się to zupełnie samoistnie, pod wpływem sił samoporządkowania. Według prostych modeli wzrostu okrzemki powstają w rownie samoistny sposób.

Inne zastosowanie: ziemia okrzemkowa samoistnie wchlania nitroglicerynę i tym samym powstrzymuje samoistna eksplozję.

Ophiocoma wendtii, kosmata rozgwiazda o wielkości talerza, przez długi czas stanowiła zagadkę. Stworzenie to, o opancerzonym korpusie w kształcie krążka, z którego wyrasta pięć ramion, chowa się przed zbliżającym się niebezpieczeństwem, choć na pozor nie ma oczu. Odkryto je w końcu w wapiennym pancerzu stworzenia, ktory wysadzany jest skupiskami doskonałych mikrosoczewek, zamieniając całe ciało kosmatej rozgwiazdy w jedno złożone oko. Nanotechnologia? Poszczegolne soczewki są tak skrystalizowane, że nie występuje zjawisko charakterystyczne dla kalcytu: podwojny obraz. Mamy tu do czynienia z kontrolą krystalizacji na poziomie nanometrycznym. Soczewki są również skorygowane pod względem „aberracji sferycznej”, poprzez nieznaczny dodatek magnezu, co pozwala uniknąć niepożądanych kolorowych prążkow.

1. Naśladowanie nanoprzyrody:

Bakteria magnetyczna może syntezować łańcuchy nanomagnetyków i może być wykorzystywana jako igła kompasowa.

Euprymna scolopes posługuje się wielowarstwowymi lusterkami zbudowanymi z białek zwanych reflektytami a światło pochodzi od świecacych bakterii.

Zastosowanie: zakrzywione zwierciadło wielowarstwowe do analizy rentgenowskiej, kompozyty magnetyczne w technice.

3. Przykłady i parametry mikromechanizmów - film.

Film:

Miniturbina- krzemowa mikromechaniczna pompa.

W filmie zostały poruszone następujące kwestie:

1. Transmisyjne mikroskopy elektronowe, skaningowe i sił atomowych,

2. Kropki kwantowe badane przez mikroskop sił atomowych,

3. Płytki krzemowe modyfikowane w piecach dyfuzyjnych, w których nakładane są kolejne warstwy atomów.

Następnie metodą fotolitografii (za pomocą kolumny fotolitograficznej) tworzona jest płytka o długości 15 cm i grubości 0,1 ludzkiego włosa.

Następnie wytrawia się płytki (746 otworów na płytce o średnicy mniejszej niż 1mm)i tworzy ścieżki prowadzące.

1. Zastosowanie: wykrywanie gazów niebezpiecznych, czujniki ciśnienia oraz trwałe łączenie elementów krzemowych ze szkłem,

2. Minipompa bezzaworowa (mikroelektronika zintegrowana): podnoszenie cieczy do 170 cm. Zastosowanie medycynie, biotechnologii, biochemii, automatycznym chłodzeniu układów scalonych.

WYKŁAD II:

Nano-kwiaty powstają podczas zmiany temperatury i cieśnienia w trakcie nakładania krzemu. Ich wymiary to ok. 1-5 qm.

Nano-druty mogą mieć zastosowanie w powłokach wodoodpornych i nowej generacji ogniwach fotowoltaicznych.

Nanonauka to badanie zjawisk i manipulacja elementami materii na poziomie atomowym w zakresie 1-100 nm, gdzie właściwości materii różnią się w sposób istotny od materii w normalnej skali.

3. Wymienić obszary badawcze nanonauki i nanotechnologii oraz przykłady zastosowań.

OBSZARY BADAWCZE W DZIEDZINIE NANONAUKI I NANOTECHNOLOGII

1. Zjawiska i procesy w nanoskali:

np.: Modelowanie własności obiektów w skali Nano. Informacja, szum i fluktuacje w nanoskali . Tarcie i zwilżanie, nanoprzepływy i dyfuzja powierzchniowa. Granice miniaturyzacji Zjawiska samogromadzenia i samoorganizacji;

np.: Modelowanie struktury molekularnej i właściwości chemicznych nanocząstek i nanostruktur. Aktywność chemiczna nanoczastek i nanostruktur . Fizykochemiczne podstawy powstawania układów samoorganizujacych sie;

1. Nanofizyka,

2. Nanochemia,

3. Nanomechanika,

4. Nanobiologia,

5. Nanoinformatyka.

1. Nanostruktury:

np.: Nanokryształy, kropki kwantowe i materiały porowate;

1. Nanoczastki,

2. Nanodruty, nanowłókna, nanorurki,

3. Nanostruktury powierzchniowe,

4. Nanostruktury trójwymiarowe.

1. Nanomateriały i kompozyty:

np.: Nanomateriały magnetyczne i dla spin troniki. Nanomateriały dla elektroniki i optoelektroniki. Nanomateriały dla optyki i fotoniki. Nanomateriały dla medycyny. Nanomateriały na sensory. Nanomateriały na ogniwa i baterie. Nanomateriały dla katalizy. Nanomateriały tekstylne;

np.: Nanomateriały metaliczne. Nanomateriały ceramiczne. Nanomateriały polimerowe. Materiały nanohybrydowe;

1. Nanomateriały funkcjonalne,

2. Nanomateriały konstrukcyjne

1. Nanoelektronika i nanomagnetyzm:

np.: Magnesy z pojedynczych molekuł. Nanomagnesy molekularne o wysokim spinie;

1. Elektronika molekularna,

2. Elektronika polimerowa,

3. Pamięci masowe,

4. Nanotechnologia półprzewodnikowa,

5. Nanolitografia,

6. Nanomagnesy,

1. Nanooptyka:

np.: Kryształy fotoniczne. Światłowody fotoniczne. Jednofotonowe źródła światła i źródła fotonów skorelowanych;

np.: Światłowody plazmonowe. Molekularne czujniki plazmonowi;

1. Nanofotonika,

2. Optoelektronika,

3. Optyka kwantowa,

4. Powierzchnie optyczne manometryczne,

5. Plazmonika,

6. Nowe źródła i detektory promieniowania.

1. Urządzenia w nanoskali:

Np. Sensory i biosensory- biotekstylia, które diagnozują i monitorują stan zdrowia: temperaturę, wilgotność, tętno. Wykorzystywane w medycynie i w wojsku.

1. Jednoatomowe urządzenia

2. Manipulatory molekularne,

3. Sensory i biosensory.

1. Nanoanalityka i nanometrologia:

np.: Przyrządy i oprogramowanie do pomiarów metodami mikroskopowymi. Mikroskopy próbników skanujących. Elektronowe mikroskopy skaningowe. Mikroskopy prześwietleniowe (transmisyjne). Nanopróbniki składu chemicznego. Urzadzenia manipulacji pojedynczymi obiektami w nanoskali;

np.: Metody wykorzystujące promieniowanie synchrotronowe i promieniowanie laserowe na swobodnych nośnikach. Metody analityki w skali nano;

1. Urzadzenia,

2. Metody.

1. Nanobio:

1. Sensory subkomórkowe i nanotracery,

2. Biomembrany,

3. Nanokapsuły,

4. Obiekty biomimetyczne,

5. Modyfikatory genetyczne.

1. Nanomedycyna:

Np. walka z chorobami nowotworowymi wycelowana w pojedyncze komórki chorobotwórcze.

Przenośne urządzenia lab-on-a chip. Wszczepialne bioczujniki.

1. Terapia celowana,

2. Obrazy molekularne,

3. Biochipy- systemy diagnostyczne,

4. Inżynieria tkankowa,

5. Maszyny molekularne.

1. Procesy i urządzenia produkcyjne dla nanotechnologii

3. Nanomateriały - film.

Film:

Nanomateriały

W filmie zaprezentowano:

1. Materiały magnetyczne- produkcja magnetowidów,

2. Szkła metaliczne- struktura amorficzna, właściwości magnetyczne i mechaniczne. Zastosowanie: rdzenie transformatorów, głowice magnetyczne, paski magnetyczne zabezpieczające przed kradzieżą. Materiał wyjściowy do produkcji materiału nanokrystalicznego, który charakteryzuje się lepszymi właściwościami magnetycznymi.

3. Nanokrystaliczne materiały magnetyczne.

4. Piłki fullerenowe.

5. Nanorurki- połączenie w płaszczyźnie atomów węgla, własności wytrzymałościowe i elektryczne. Zastosowanie w mechanice.

6. Nanomateriał- nanodrobiny aluminium poprawiające wytrzymałość materiałów i ich przewodność elektryczną.

7. Wykrywanie bakterii za pomocą białka, które reaguje na działanie światła.

8. Detektory: czujniki amoniaku i innych gazów; zol żele( proszek o strukturze kulek, 200 obok siebie to średnica ludzkiego włosa; zabarwione kulki mogą mieć zastosowanie jako katalizatory.

9. Krzemionka i plastik: materiały odporne na zarysowania, nośniki katalizatorów, diody elektroluminescencyjne, znakowanie towarów, banknotów, aseptyczna pościel dla chorych.

10. Polimery modyfikowane nanocząstkami o zwiększonej wytrzymałości i aseptyczności: nanonapełniacze aseptyczne- pakowanie jogurtów nie zawierających konserwantów; elastomery pokrywające elementy maszyn pracujących w górnictwie; związki krzemu chroniące zabytki przed niszczeniem; zastosowanie od lotnictwa do przemysłu spożywczego.

WYKŁAD III:

Nanosrebro- substancja dezynfekująca.

Nanomateriały badane są na toksyczność (szkodliwy pył).

Kompozyt- zespół co najmniej dwóch różnych materiałów.

Nanobiologia- zajmuje się walką z nowotworami, z grzybami, skażeniami.

Nanoinformatyka- epitaksja elementów do przetwarzania informacji.

Nanostruktury powierzchniowe- grafen.

Materiały funkcjonalne- np. materiały z pamięcią kształtu wykorzystywane w medycynie (klamry na kręgi kręgosłupa; spendowanie żył)- materiał nikiel-tytan.

3. Technologie z użyciem próżni - film.

Film:

Zastosowanie sztucznej próżni

W filmie zaprezentowano:

1. Rozpędzanie cząstek w próżni.

2. Neony, urządzenia które wykorzystują próżnię(luminofory wzbudzane elektrycznie, świecenie par metali i innych związków chemicznych.

3. Wytwarzanie powłoki azotowo-tytanowej i nanodiamentów do zastosowań medycznych (protezy, klamry).

4. W mikroskopach elektronowych wiązka skupiona jest za pomocą soczewek elektrycznych w próżni (np. w mikroskopie w Berkley), dzięki czemu można obserwować poszczególne atomy w kryształach.

5. Mikroskopy skaningowe badające druty kwantowe.

6. Spawanie wiązką elektronów: 0,1 bara to ciśnienie gazu występujące w spawarkach elektronowych. Łączone są miedziane szyny dla elektroenergetyki, filtry do gazu z ażurowego metalu, cienkie zwoje wirników, cienkie membrany, połączenia wzdłużne rurek.

7. Wiązka elektronów o średnicy ułamka milimetra umożliwia łaczenie aluminium i miedzi, stali z brązem, miedzi z wolframem i kobaltu z aluminium. Łączenie materiałów o temperaturze topnienia nawet 4000 st. C.

8. Próżnia 10^-12 milibara wykorzystywana do produkcji elektroniki, galanterii ozdobnej.

WYKŁAD IV:

Osiagniecia nauki w Polsce z zakresu nanotechnologii:

a) nanometale i nanokompozyty polimerowe: ubrania strażaków- spieniające się kompozyty w pobliżu źródła ciepła;

b) nanostruktury półprzewodnikowe i spintronika: nanocząstki jako ścieżki przewodnikowe w procesorach;

c) informatyka kwantowa: budowanie urządzeń na podstawie spintroniki;

d) syntezy nanoproszków- np. grafen trójwymiarowy na podłożu miedzianym, nanoproszki ceramiczne i metali, które się prasuje i wygrzewa;

e) modelowanie i synteza nanomateriałów do katalizy i sorpcji- przyspieszenie, ułatwienie lub umożliwienie reakcji chemicznej, katalizatory: złoto, platyna

f) fizykochemiczne podstawy powstawania układów samoorganizujacych się- małe roboty, które się komunikują ustalając parametry ruchu, nie uszkadzając się przy tym;

g) nanowarstwy i nanopokrycia: trwalsze powierzchnie na uszkodzenia, zachlapania i promieniowanie, nakładanie warstw metoda CVD i PVD.

Przewidywana sprzedaż produktów zawierajacych elementy powstałe w wyniki zastosowania nanotechnologii w 2015 roku wyniesie ok. 15% (w stosunku do całej produkcji).

3. Nanomateriały – klasyfikacja.

Nanomateriały- klasyfikacja:

1. Układy małowymiarowe

- kropki kwantowe, nanorurki, nanokapsułki, nanodruty, cienki warstwy, nanoproszki, materiały nanoporowate, zeolity;

2) materiały objętościowe:

- materiały nanokrystaliczne, materiały nanostrukturalne, materiały nanofazowe;

3. Metody badania nanomateriałów: dyfraktometr rentgenowski, mikroskop sił atomowych (AFM), skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) – przykłady użycia, transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM).

Metody badania:

1. Dyfraktometr rentgenowski:

Szybka ocena budowy materiału. Zastosowanie różnych katod, co wpływa na długość fali. Materiał częściowo krystaliczny- na wykresie widoczne są piki, które charakteryzują materiał (pierwiastek).

1. Metoda ATM (Atomic Force Microscope)- mikroskop sił atomowych.

Do powierzchni przykładane jest ostrze, które wykrywa nierówności w skali atomowej. Światło laserowe nakierowane jest na dźwignie ostrza (również możliwe wykorzystanie nanorurek). Światło odbija się i wpada do rejestratora zmian położenia dźwigni. Dokładność kilku mikrometrów.

1. Metoda SEM- skaningowy mikroskop elektronowy.

Strumień elektronów w próżni skanuje powierzchnię materiału, Dokładność do kilku mikrometrów

1. Metoda TEM- transmisyjny mikroskop elektronowy.

Strumień elektronów przechodzi przez strukturę materiału.

1. Metoda STM- Skaningowy mikroskop tunelowy.

Skanuje powierzchnię materiału piezoelektrycznym ostrzem. Przemieszczanie ostrza wywołuje zmiany napięcia.

3. Nanotechnologia w walce z graffiti - film.

Film:

Graffiti

W filmie zaprezentowano:

1. Środki impregnujące materiały budowlane:

- związki krzemoorganiczne (silikony) wnikające w mur i go zabezpieczające (gumy silikonowe, elektronika, budownictwo),

- związki hydrofobiczne odpychające wodę,

- połączenie różnych związków aby chroniły obiekty przed różnymi czynnikami,

- zwiększenie zwilżalności, łatwe usuwanie farby, ochrona przez 5 lat,

- oczyszczanie strumieniem wody lub gąbką,

- ochrona piaskowców, cegły mułowej przed niszczącym działaniem wody,

- wzmocnienie materiałów, spajanie materiałów.

2) Antigraf- środek ochronny wykorzystywany w metrze warszawskim

Wykład V:

3. Otrzymywanie nanomateriałów: duże odkształcenie plastyczne, skręcanie pod ciśnieniem (uzyskiwane parame-try), odlewanie odśrodkowe, przeciskanie przez kanał kątowy, nanokrystalizacja materiałów amorficznych.

4. Otrzymywanie nanomateriałów: metoda zol-żel (zol, żel, peptyzacja).

Metody otrzymywania nanomateriałów:

1. Procesy odkształcania mechanicznego:

- mechaniczna synteza,

- wysokoenergetyczne rozdrabnianie,

- prasowanie w stanie ciekłym SC,

- skręcanie pod ciśnieniem (od trzy do pięciokrotny wzrost twardości stopu Al₈₅Y₅Ni₅Cu₂, z 300 do 700 HV_0,2 500 Hv= 1500 MPa),

- duże naciski skręcające,

- przeciskanie przez kanał kątowy ECA,

- cykliczne wyciskanie ściskające CEC.

2) Odlewanie odśrodkowe (cztery razy bardziej rozdrobnione struktury stopu Al₈₅Y₅Ni₅Cu₂. Wirowanie z dużą prędkością oraz przechłodzenie ciekłego metalu tworzą ziarna wielkości 50 qm);

3) Procesy szybkiego chłodzenia MS;

4) Procesy krzepnięcia zaawansowanego ASP;

5) Synteza i osadzanie z fazy gazowej;:

- CVD (Chemical Vapour Deposition),

- PVD (Physical Vapour Deposition),

6) Nanokrystalizacja materiałów amorficznych (stopiony metal wylewa się na obracający się miedziany walec, tworząc magnetyczna taśmę; ziarna wielkości 15qm; właściwości: magnetyczność; prawie zerowa koercja, duża przenikalność, małe straty magnetyczne, temperatura Curie: 3500-950 st. C)

7) Synteza i osadzanie materiałów proszkowych;

8) Metoda zol-żel (Materiał wyjściowy przetwarzany jest w formę zolu w środowisku wodnym lub rozcieńczonego roztworu wodnego kwasu.

Usuwanie cieczy sprawia że substancja zamienia się w żel- można kontrolować kształt i rozmiar cząstek

Kalcynacja- jest to ogrzewanie żelu poniżej jego temperatury topnienia w celu uzyskania tlenku.

Żel to szczególny rodzaj układu koloidalnego, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej, będąc efektem koagulacji zolu, czyli łączenia się cząstek fazy rozproszonej w większe agregaty, tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze.

Peptyzacja to przechodzenie żelu lub świeżo wytraconego osadu koloidalnego w zol pod wpływem przemywania czystym rozpuszczalnikiem lub działaniem roztworów elektrolitów. Jest to proces odwrotny do koagulacji.);

1. Napromieniowanie cząstkami o dużej energii.

Nanorurki i fulereny:

- powstają przez zawinięcie pojedynczej warstwy grafitu,

- jednościenne i wielościenne,

- dobra przewodność elektryczna.

Zastosowanie:

- autentyczne pokrycia,

- elementy karoserii malowane metodą elektrostatyczną, ognioodporne napełniacze,

- w cienkich wyświetlaczach,

- w tranzystorach.

3. Nanomateriały – klasyfikacja.

Nanomateriały- klasyfikacja:

1. Układy małowymiarowe:

- kropki kwantowe, nanorurki, nanokapsułki, nanodruty, nanoproszki, cienki warstwy, zeolity, materiały nanoporowate;

b) Materiały objętościowe:

- nanokrystaliczne, nanostrukturalne i nanofazowe;

3. Zastosowania nanotechnologii - przyszłe życie.

Zastosowanie nanotechnologii w przyszłości:

- konwersja energii i jej przechowywanie,

- leczenie i diagnostyka,

- katalizatory i motoryzacja,

- zaawansowane materiały,

- pokrycia i powłoki,

- bezpieczeństwo,

- bezpieczeństwo,

- czujniki,

- komunikacja,

- komputery,

- elektronika.

Wytrzymałość struktur Nano:

Narysuj wykres: Wykres rozciągania konwencjonalnego materiału i nanomateriału. Czterokrotnie wyższa wytrzymałość.

3. Przykłady parametrów wytrzymałościowych struktur zawierających nano – stopy Al i Cu.

Nanokrystaliczne stopy aluminium:

Otrzymywanie przez mielenie w warunkach kriogenicznych i wytłaczane.

Stopy Al. I generacji i II generacji: granica plastyczności 550-800 MPa, wydłużenie: 10%-5%, przeniesienie: 20%-10%. Zastosowanie: lekkie elementy konstrukcyjne np. w pompach paliwowych silników rakietowych, zastępując tytan.

Super-wytrzymała miedź:

Nawet 10- krotnie wyższa wytrzymałość na rozciąganie.

3. Nanotechnologia - ogniwa paliwowe (membrany PEM).

4. Nanotechnologia w domu.

Zastosowanie nanotechnologii w domu:

Nanomateriały maja średnio 5-8 krotnie większą wytrzymałość i odporność na pęknięcia a poza tym:

- wchłaniają wilgoć,

- łatwo zmywalne,

- farby zmieniające kolor,

-tapety video jako telewizja,

- kremy kosmetyczne,

- kolektory słoneczne na ścianach budynków,

- paliwo wodorowe (8000 km=64 kg wodoru=64x11m3, zast. bardziej pojemnych zbiorników),

- ogniwa paliwowe (Dwie elektrody połączone zewnętrznie przez układ elektryczny, oddzielone elektrolitem, są zaopatrywane w obecności katalizatora, jedna z w H2, druga w O2. Atom wodoru na anodzie rozpada się na proton H+ oraz elektron. Jon migruje przez elektrolit do katody, gdzie reaguje z tlenem tworząc wodę i emitując ciepło. Elektron płynie przez układ elektryczny tworząc prąd.

Magazynowanie cząstek H2 na nanorurce, nanonośnikach, czyli wykorzystanie fizysorbcji (słabe oddziaływanie powierzchnia-cząsteczka poprzez siły Van der Waals’a))

3. Właściwości nanostruktur i nanomateriałów:

- stopy metali posiadają wyższe właściwości mechaniczne i odporność korozyjną;

- zjawisko superplastyczności w przypadku stopów metali jaki i materiałów ceramicznych,

- higroskopijność jak też zwiększona hydrofobowość materiałów,

- materiały polimerowe z wbudowanymi cząstkami o wymiarach manometrycznych mają wysoką odporność na ścieranie i właściwości ślizgowe, przez co znalazły zastosowanie jako bezsmarne elementy maszyn.

- jako materiały gradientowe w układach elektronicznych lub jako materiały o gigantycznym i tunelowym magneto oporze,

- implanty z biomateriałów metalicznych, węglowych, tlenkowych zwiększają wytrzymałość protez i ich bioaktywność,

- nanocząstki o właściwościach aseptycznych w pojemnikach na żywność