1 / 62

Nanotehnologija

Nanotehnologija. “Pitanje o samoreplicirajućim robotima nije pitanje šta ako...nego kada”. Šta je nanotehnologija ?. 1945. A tomska bomba 1969. P rvi čovek sleteo na mesec 1970. P ojava mikroprocesora. Nanotehnologija S manjivanje veličine računara. S redina 90. 1950. 1980.

iolani
Download Presentation

Nanotehnologija

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Nanotehnologija “Pitanje o samoreplicirajućim robotima nije pitanje šta ako...nego kada”

  2. Šta je nanotehnologija ? • 1945. Atomska bomba • 1969. Prvi čovek sleteo na mesec • 1970. Pojava mikroprocesora

  3. Nanotehnologija • Smanjivanje veličine računara Sredina 90. 1950. 1980. Svakih 18 meseci se smanji veličina tranzistora za 50%, a brzina čipova udvostruči

  4. Kompjuterska (integralna) kola • Mali delovi poluprovodnog materijala koji sadrže električno kolo • Najčešće se koriste u kompjuterskoj tehnologiji • Sadrži i do milion tranzistora (mikroprocesor, memorija, RAM, modem...) • 1897. vakumska cev-preteča tranzistora • 1947. čvrsti tranzistori od metala ili poluprovodnika-manji, izdržljiviji, manje se greju • 1998. CNT tranzistori-još manji, troše manje energije i još manje se greju Nanotehnologija se koristi za smanjivanje veličine tranzistora Integralna kola predviđena za standardnu upotrebu imaju temperaturni opseg rada od 0 do +55 stepeni Celzijusa, dok je za vojne potrebe taj opseg širi -15 do +70 Celzijusa

  5. Definicija • Nanotehnologija je mogućnost upravljanja materijalima u nanoveličini da bi se mogle stvoriti strukture koje imaju nova svojstva zbog svoje veličine, oblika i sastava • Novi materijali, jači, lakši, jeftiniji • Povećavanje nutricionističke vrednosti hrane • Usporavanje procesa starenja • Efikasnije lečenje • Prečišćavanje vode, vazduha

  6. Pojava nanotehnologije će imati za posledicu: • samostalno sklapanje upotrebne robe, • nano medicina ( kraj bolestima, starenju, smrti), • prestanak zagađenja i automatsko čišćenje postojećeg zagađenja, • molekularna sinteza hrane ( kraj oskudice i gladovanja), • bilion puta brži računari, • ekstremno novi izumi (neizvodljivi danas), • pristup superiornom obrazovanju za svaku osobu na zemlji, • rekonstrukcija većine od izumrlih biljaka i životinja, • sigurno i dostupno putovanje svemirom, • naseljavanje sunčevog sistema.

  7. Primenananotehnologije Autoindustrija Informaciona tehnologija Medicina Nanotehnologija Energetika Prehrambena industrija Vojna industrija

  8. POJAM NANOTEHNOLOGIJE • “Nannos” – patuljak • Nanotehnologija – istraživanje i manipulacija materijom u sferi ispod 100 nm 1 nm = 10-9 m

  9. Dabismorazumeliveličinu O koliko velikom (malom) govorimo ? • 1 nanometar (nm) je približno širina 10 vodonikovih atoma, 30 atoma metala ili 1 molekul šećera • 1nm = 1/1000 širine tipične bakterije • 1nm = milioniti deo glave čiode • 1 nm = 1/50000 deo ljudske dlake

  10. http://www.powersof10.com/film 106m 105m 104m 103m 100m 10-1m 102m 101m

  11. http://www.powersof10.com/film 10-2m 10-3m 10-4m 10-5m • 10-2m 10-6m 10-7m 10-8m 10-9m

  12. 1 metar source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  13. 10 centimetara source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  14. 1 centimetar source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  15. 100 mikrometara source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  16. 10 mikrometara source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  17. 1 mikrometar source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  18. 100 nanometara source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  19. 10 nanometara source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  20. 1 nanometar source: CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

  21. Bitna je veličina !!! Nije važno koliko je nešto veliko !!! Već šta možemo uraditi s tim !!!

  22. Richard Feynman : “Why can’t I write the entire 24 vols of the EncyclopediaBrittanica on a pin head?” • Glava čiode je oko 0.15 cm • Uvećajmo glavu čiode 25,000 puta • to je jednako površini svih 24 toma enciklopedije Britanika • Sve što treba je smanjiti veličinu 25000 puta • Svaka tačka na strani enciklopedije ima prečnik oko 204mm. Smanjenjem 25000 puta daje prečnik od oko 8.2nm ili oko 30 atoma u tipičnom metalu (koji se koristi za čiode). • Richard Feynman : “So there’s plenty of room to write Britannica on a pin head. No problem !!!”

  23. Kako se može “videti” na nano nivou ? • Feynman, 1959 : “Nemamo standardne tehnike da to uradimo” • “Elektronskimikroskopnijedovoljnodobar, maximalnarezolucija je 1nm a nama je potrebnodavidimojasnijeod toga, bilo bi najboljedaimamo 100 putaboljurezoluciju”

  24. Richard Feynman : Kako možemo “videti” nananonivou? • “Talasna dužinaelektrona kod takvog mikroskopa je oko 5 pm (pm=10-12m) tako da bi bilo moguće videti pojedinačne atome” ovo bi pomoglo da neke oblasti biologije i hemije veoma brzo napreduju samo kad bi se mogli videti molekuli i lanci i kako se vezuju jedni za druge” • Danas, imamo nove bolje uređaje, i možemo dobro da “vidimo” pojedinačne atome : • STM - scanning tunneling microscope. • AFM -atomic force microscope- može da pomera pojedinačne atome

  25. Naučnici IBM – a su iz zabave ređali atome ksenona i ispisivali slova(snimljenopomoću STM )

  26. ISTORIJA NANOTEHNOLOGIJE • Periodi naglog industrijskog razvoja u prošlosti su uvek započinjali pronalaskom novih materijala - legura gvožđa i čelika, polimera, lakih legura, kompozitnih materijala, poluprovodnika, keramike, nanomaterijala Struktura materije • Ako je sve sastavljeno od atoma i molekula, da li je moguće samo uzeti odgovarajuće atome i molekule i samo presložiti ? • Nanomašine

  27. Da li je moguće presložiti atome grafita i dobiti dijamant ? dijamant transparentan tvrd veoma slab provodnik grafit crn mek dobar provodnik a) dijamant b) grafit c) lonsdeilait d)-f) fulereni g) amorfni ugljenik h) CNT ugljenične nanotube

  28. Richard P. Feynman – Nobelovanagradazafiziku 1965.praotac nanotehnologije 1959.U govoru na godišnjem sastanku Američkog društva fizičara govori o mogućnostima razvoja nanotehnologije, i tvrdi: “Može se cela enciklopedija Britanika ispisati na glavi čiode”

  29. Richard Feynman : “A Nanotechnology Can Exist “ “There’s Plenty of Room at the Bottom” - 29.december 1959. • predvideo mogućnost izrade minijaturnih sistema - “ jer principi fizike ne govore o nemogućnosti pomeranja materije atom po atom” • i diskutovao o problemima koji postoje: • Kako možemo da manipulišemo na nano nivou? (način) • Kako se može skladištiti informacija u malom? • Potreba za boljim mikroskopima da bismo mogli bolje da “vidimo” tj. na nano nivou

  30. K. Eric Drexler - 1981 “Akoželitedaviditemašinenanotehnologije, pogledajte se u ogledalo.” Podstakao razvoj nanotehnologije koja se temelji na konceptu kontrole pozicioniranja atoma i ostvarivanja samoumnožavanja molekularnih mašina. Cilj – stvaranja bilo koje željene molekularne strukture u skladu sa zakonima fizike i hemije postavljanjem svakog pojedinačnog atoma na odgovarajuće mesto Pomenuo asemblere – nanomašine sa minijaturnim robotskim rukama koje bi mogle (povezane sa računarom) da pomeraju atom po atom "Zatošto je to moguće... Pogledajtesamokako to prirodaradi”

  31. Engines of Creation – 1986 Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnology and Nanosystems PART ONE - THE FOUNDATIONS OF FORESIGHT 1 - Engines of Construction 2 - The Principles of Change 3 - Predicting and Projecting PART TWO - PROFILES OF THE POSSIBLE 4 - Engines of Abundance 5 - Thinking Machines 6 - The World Beyond Earth 7 - Engines of Healing 8 - Long Life in an Open World 9 - A Door to the Future 10 - The Limits to Growth PART THREE - DANGERS AND HOPES 11 - Engines of Destruction 12 - Strategies and Survival 13 - Finding the Facts 14 - The Network of Knowledge 15 - Worlds Enough, and Time Termin nanotehnologija dobija današnje značenje

  32. Scanning tunneling microscope - STM1981. Gerd Binning i Gerhard Rohrer – istraživači IBMNobelova nagrada 1986. za fiziku Seeing is believing Omogućava da se vidi kako materija izgleda na nivou atoma Oštri metalni vrh koji završava samo jednim atomom

  33. Atomic Force Microscopy – AFM1986. Calvin Quate i Cristoph Gerber

  34. Fulereni – 19851996. Nobelovanagradazahemiju Robert F. Curl Jr. Richard E. Smalley Sir Harold W. Kroto

  35. IBM - 1985

  36. Ugljenične nanocevi - Carbon nanotubes – CNTIjima 1991 Single-walled carbon nanotubes SWCNT Sumio Ijima Multi-walled carbon nanotubes MWCNT

  37. Timeline 0 • 1959.Feynman-ov govor u kome je istražio mogućnosti minijaturizacije • 1968.Alfred Cho iJohn Arthur pronašli molecular – beam epitaxy (MBE), tehniku za taloženje jednoatomskih slojeva na površinu • 1981.Gerd Binnig iHeinrich Rohrer izumeli STM koji može videti pojedinačne atome - Nobelova nagrada • 1985.Robert Curl, Harold Krotoi Richard Smalley otkrili fulerene koji su oko 1 nm u prečniku • 1986.K. Eric Drexler objavljuje knjigu “Engines of Creation” , futurističku knjigu o nanotehnologiji • 1989.Donald Eigeriz IBM piše “IBM” atomima

  38. Timeline 0 • 1991.SumioIijimaotkrio ugljenične nanocevi • 1993.Warren Robinetti R. Stanley Williams izumeli virtuelni realni sistem koji povezan sa STM omogućava korisnicima da “vide” i “diraju” atome • 1998.Delft Univ of Technologyiz Holandijekreira tranzistor od ugljeničnih nanocevi • 1999.James Tour i Mark Reed pokazali da pojedinačni atomi mogu delovati kao prekidači • 2000.Klintonova administracija formira NNI (National Nantotechnology Initiative) - ogromna sredstva za istraživanja u nanotehnologiji

  39. Nanotehnologija • Ima dugu istoriju • Ima solidnu teoretsku osnovu • Ozbiljno se razvija skoro 30 godina • Dakle, šta je nanotehnologija ? • Nauka • Tehnologija

  40. NAUKA • Multidisciplinarna nauka koja uključuje fiziku, hemiju, biologiju, nauke o materijalima i širok skup inženjerskih disciplina • Proučava fizičke, hemijske i biološke osobine molekula i atomskih čestica TEHNOLOGIJA • Primenjuje istraživanja iz navedenih nauka i različite inženjerske discipline za proizvodnju materijala i funkcionalnih sistema sa posebnim, jedinstvenim osobinama

  41. Zašto je fascinantna ? • Materijali koje poznajemo pokazuju bitno drugačija svojstva kada su smanjeni na nano veličine • Inertna Pt postaje katalizator • Stabilni Al postaje zapaljiv • Čvrsto Au na sobnoj temperaturi prelazi u tečno stanje • Silikoni – izolatori postaju provodnici • Uključuje naučno- fantastične koncepte – nanorobote • Skladištenje podataka – sve što je dosad napisano moglo bi se staviti u veličinu kocke šećera

  42. Šta je posebno na nano skali ? • Jedinstvene mehaničke, elektronske, fotonske i magnetne osobine nanomaterijala • Ne koriste se kvantni zakoni (mada važe) a sistemi nisu dovoljno veliki za klasične zakone • Hemijska reaktivnost materijala nanoskale veoma se razlikuju od makroskopskih • Ogromno povećanje površine po jedinici mase i do 1000 m2/gr • Nove hemijske forme običnih hemijskih elemenata npr. fulereni, nanocevi ugljenika, titanijum-oksida, zink-oksida i drugih slojevitih jedinjenja

  43. Osobine koje zavise od veličine čestica • Struktura materijala se menja sa veličinom • što može dovodi do različitih osobina u zavisnosti od veličine: • - Optičke osobine (emisija svetlosti) • - Fizičke (tačka topljenja, specifična toplota) • - Hemijske (reaktivnost) • - Mehaničke (jačina, otpornost) • - Električne (provodljivost) • Dobijanje materijala sa novim, boljim osobinama

  44. Kodvećine primena postoji optimalna veličina čestica: • Ukus butera od kikirikija zavisi od veličine čestica • Ekstremno fin amorfni SiO2 se dodaje da bi se kontrolisala tečljivost kečapa • Tablete (lekovi) se resorbuju u organizmu brzinom koja zavisi od veličine čestica • Veličina čestica pigmenatakontroliše zasićenje i sjaj boja • Efikasnost sredstava za uklanjanje mirisa zavisi od površine adsorbenata

  45. Odnos površina / zapremina 3 nm čestica gvožđa - 50% atoma na površini 10 nm čestica gvožđa -20% atoma na površini 30 nm čestica gvožđa - samo 5% atoma na površini J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142

  46. Nanoskala= Veliki odnos površina / zapremina Ponovljeno 24 puta Primer:kocka materijala zapremine 5 cm3– dužina strane oko1.7 cm–podeljena na 8 dela 24 puta daje kocke dužine strane 1 nm Njihovim ređanjem dobijemo sloj koji može pokriti fudbalsko igralište

  47. Boja • U klasičnom smislu do obojenosti materijala dolazi usled apsorpcije svetlosti od strane elektrona u materijalu što rezultira da materijal ima komplementarnu boju • Na metalnim površinama dolazi do potpune refleksije svetlosti tako da nema boje • Male čestice apsorbuju što dovodi do pojave boje tako da je ovo osobina koja zavisi od veličine čestica • Zlato ima različitu boju u zavisnosti od veličine čestica • - koristi se za bojenje stakla još od samih početaka proizvodnje stakla (crveno) • Srebro i bakar takođe daju atraktivne boje Nano - Au • Nosač lekova • Detekcija tumora

  48. Tačka topljenja Tačka topljenja čestica zlata znatno opada sa veličinom čestica ispod 5 nm

  49. Dodavanje nanočestica (neorganske gline ) gumi veoma poboljšava vek i otpornost na habanje • Zašto ? • Nanočestice se vezuju za krajeve polimernih molekula i sprečavaju njihovo rasplitanje

  50. Nanomašina - budućnost

More Related