Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie CZ.1.07/2.2.00/15.0324

1. Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemieCZ.1.07/2.2.00/15.0324 I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2. Nanotechnologie I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Mgr. Daniel Šrajbr Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

3. Nanotechnologie • v současnosti jedno z nejzajímavějších odvětví vědy • studium a využitím materiálů o velikosti částic od 1 do 100 nm (10-9 – 10-7 m) • materiály s částicemi na úrovni nanometrů mají výrazně odlišné vlastnosti od klasických materiálů • zasahují do současných oborů a dnešního průmyslu (např. sportovní průmysl, elektronika nebo automobilový průmysl) Srovnávací měřítko

4. Nanotechnologie • srovnání jedné částice o velikosti nanometru s velikostí fotbalového míče je stejné, jako srovnání velikosti fotbalového míče a Země Velikost nanočástice

5. Nanotechnologie • Historie • pigmenty maleb v jeskyních pravěkých lidí • barva Lykúrgových pohárů a skla obecně (nanočástice Au) • vitrážová okna kostelů (nanočástice Au) Malba z jeskyně Lascaux (nanopigment) Kostelní vitráž s nanočásticemi Au Likúrgovy poháry

6. Nanotechnologie • Historie • 1959 – Richard Feynman - přednáška • na téma: • 1974 – poprvé slovo „nanotechnologie“ • použil (NorioTaniguhi) • architekt Buckminster Fuller – podle něj získaly název • „fullereny“, které mají podobnou konstrukci • jako konstrukce jeho kupolí „Tam dole je spousta místa“ Richard Feynman ≈ Norio Taniguhi Fulleren Kupolovitá střecha

7. Nanotechnologie • Metody studia • AFM (Atomic Force Microscopy) • funguje na základě van der Waalsových sil • přístroj obsahuje: • • tenký hrot na ohebném nosníku • •odrazovou plošku na ohebném nosníku • • zdroj laserového paprsku • • záznamovou destičku • hrot se pohybuje po povrchu vzorku v linkách • postupně se vykreslují jednotlivé křivky na záznamovou destičku • křivky se v počítači poskládají vedle sebe a vytvoří tak pomocí softwaru počítače 3D snímek AFM Snímek

8. Nanotechnologie záznamová destička • Metody studia • AFM laser ohebný nosník s hrotem odrazová ploška • - výsledný AFM snímek barevně neodpovídá reálnému povrchu! • intenzita zvolené barvy pouze dokládá intenzitu přijatého signálu zkoumaný povrch AFM Snímek

9. Nanotechnologie Metody studia Tyndallův jev - nastává v nehomogenním prostředí (např. roztok nanočástic, ale ne jen jejich) - svazek světelných paprsků (fotonů) se po dopadu na částice v roztoku rozptýlí a při bočním pohledu vytváří viditelný kužel, v případě malých částic (např. nanočástic) jen difuzní světelný pruh - důkaz malých částic (nejen nano) v roztoku Elektronový mikroskop - využíváno zobrazení pomocí elektronů - elektrony mají menší vlnovou délku = mohou zobrazit drobnější předměty a struktury - příkladem je SEM = skenovací elektronový mikroskop Difuzní světelný pruh

10. Nanotechnologie • Příprava • X • příklad přípravy metodou bottom-up: • - 5ml roztoku AgNO3 (0,005 mol/dm3) • - 5 ml NH3 (0,025 mol/dm3) • - 10 ml NaOH (0,025 mol/dm3) • zamíchat • - 5 ml glukózy (0,05 mol/dm3) • přidat najednou a ostře míchat 5 minut (proto, aby vznikaly malé částice) • zčirého roztokuvznikají nanočástice stříbra!!! bottom-up z roztoků nanočástice top-down z velkých částic nanočástice

11. Nanotechnologie • Nanočástice uhlíku • výroba např. kondenzací uhlíku (ty vznikají působením laseru na grafit) • Fullereny z 50 až 70 atomů C • jméno dostaly podle architekta BuckminsteraFullera • existují nejen umělé, ale i přirozeně v zemské kůře • složené z pravidelných pěti a šestiúhelníkových cyklů Fulleren 3 Fulleren 2

12. Nanotechnologie • Nanočástice uhlíku • Nanotrubičky • lehké, ale zároveň 1000x pevnější než ocel!!! • složené z šestiúhelníkových kousků • např. výroba odlehčeného sportovního • vybavení • Nanovlákna • vlákna o velikosti 20 až 500 nm • velký povrch, nízká hmotnost, mnoho malých pórů • vyráběny z různých polymerů podle budoucího použití • 2003 - tým prof. Oldřicha Jirsáka vyvinul přístroj pro průmyslovou výrobu nanovláken„Nanospider“ Nanotrubička

13. Nanospider Nanospider 1 Nanospider 2 (tvorba vláken z tekutého polymeru)

14. Nanotechnologie • Některé odlišné vlastnosti nanočástic od klasických materiálů • barva • Ag – žluto-černá Au – barvy závislé na tvaru/velikosti nanočástic • Různě velké částce absorbují různé vlnové délky světla a různé vlnové délky proto také emitují. Tím je způsobeno jiné zbarvení roztoku. Barva nanočástic zlata Barva nanočástic stříbra

15. Nanotechnologie • Některé odlišné vlastnosti nanočástic od klasických materiálů • antibakteriální účinky – ponožky s nanostříbrem • pevnost materiálů • voděodolnost • • např. omyvatelné nebo samočistící materiály, • díky nanovýběžkům, které zachycují vzduch mezi vodou a povrchem a tím minimalizují dotykovou plochu Nesmáčivé povrchy 1 Ponožka se stříbrnými nanočásticemi Voda na nesmáčivém povrchu 1 Voda na nesmáčivém povrchu 2 Nesmáčivé povrchy 2

16. Nanotechnologie • Použití nanomateriálů a nanotechnologií • odlehčené sportovní vybavení • voděodolné povrchy a oblečení • povrchy odolné poškrábání • Budoucí potenciál využití • samoreplikační výrobní systémy (malé přístroje schopné výroby, ale i obnovy sebe sama) • čistší výroba malých přístrojů a zařízení bez odpadů • vesmírný výtah na oběžnou dráhu Země (pás z nanotrubiček vedoucí od povrchu Země až na obježnou dráho) • bioobleky (např. nové obleky pro kosmonautiku) • nanopaliva • rychlejší sekvenování DNA • tetování pro stanovování obsahu cukru v krvi diabetiků • doprava léčiv v těle na konkrétní místo • nová generace elektroniky a mobilních telefonů • čištění vody (výzkumem v tomto směru se zabývá i Katedra fyziklání chemie Univerzity Palackého v Olomouci Ponožky s nanočásticemi stříbra Přípravek na auta s nanomateriály Sportovní vybavení s nanomateriály Boty ošetřené nanočásticemi Telefon s povrchem z nanočástic

17. Nanotechnologie • UP v Olomouci provádí výzkum v olastinanotechnologií • prokázány nepříznivé účinky nanostříbra na organismus octomilky obecné • ekologická likvidace sinic nanočásticemi Fe • současné studium oxidů železa v nanorozměrech • - studium imunonanotechnologií • Rizika nanotechnologií • - nutnost počítat s potenciálním nebezpečím!!! • podle prvních studií se např. fullereny nezdají zcela neškodné (nepříznivý vliv např. na perloočky) • potenciální škodlivost „nanostříbra“ vymývaného z funkčního oblečení na bakterie v přírodě • Poznámka: • S ohledem na prokázaný vliv na živé organismy je vhodná opatrnost při užívání ale i při likvidaci nanomateriálů.

18. I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Konec Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

19. Literatura • Srovnávací měřítko - (http://www.umel.feec.vutbr.cz/vit/index.php?option= • com_content&view=article&id=567:nanotechnologie • &catid=85:aktualni&Itemid=95) • Velikost nanočástice - (http://www.nanoprodukt.cz/nanotechnologie.htm) • Barva nanočástic stříbra - (http://www.kolumber.com/Ag.php) • Barva nanočástic zlata - (http://www.tecnicall.cz/clanek/2012-01-zlato/) • Ponožka se stříbrnými nanočásticemi - (http://www.termo-nanopradlo.cz/234-antibakterialni-ponozky) • Nesmáčivé povrchy 1, 2 - (http://www.envistore.cz/index.php?menu=nano) • Voda na nesmáčivém povrchu 1 - (http://www.nanoshields.eu/) • Voda na nesmáčivém povrchu 2 - (http://www.sto.sk/42891_SK-Fas%E1dne_farby- • Fas%E1dna_farba_s_lotosov%FDm_efektom% • AE.htm) • Malba z jeskyně Lascaux (nanopigment) - (http://www.quido.cz/objevy/archeologie.htm) • Likúrgovy poháry - (http://www.prirodovedci.cz/chemik/clanky/po- stopach-davnych-nanotechnologu) • Kostelní vitráž s nanočásticemi Au - (http://www.kreativninapady.cz/tiffany-vitraze/) • Richard Feynman - (http://astroatom.wordpress.com/2011/03/09/some- • wisdom-from-richard-feynman/) • NorioTaniguhi - (http://www.euspen.eu/default.asp?ContentID=712) • Fulleren - (http://cs.wikipedia.org/wiki/Fullereny)

20. Kupolovitá střecha - (http://bfi-internal.org/dsnews/v11_no3.html) • AFM snímek - (http://webhost.ua.ac.be/mitac4/gr_news.html) • Difuzní světelný pruh v roztoku nanočástic • - (http://www.kolumber.com/Ag.php) • Fulleren 2 - (http://old.z-moravec.net/chemie/kovove-komplexy-pentahaptofullerenu.php) • Fulleren 3 - (http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/uhlik2.html) • Nanotrubička - (http://www.profimedia.cz/creative) • Nanospider 1 - (http://inovacnipodnikani.cz/aktuality/?id=453) • Nanospider 2 (tvorba vláken z tekutého polymeru) • - (http://www.ft.tul.cz/depart/knt/web/index.php?option • =com_content&task=view&id=44&Itemid=44) • Přípravek na auta s nanočásticemi - (http://www.nano-line.cz/aktuality.php) • Sportovní vybavení s nanomateriály - (http://www.sportobchod.cz/head-mx-fire-elite12.htm) • - (http://www.trekshop.cz/softshellove-bundy-kalhoty-obleceni/softshell-bunda-x-avros-panska/) • Ponožky s nanočásticemi stříbra - (http://diskuse.dama.cz/d.php?d=5946) • Boty ošetřené nanočásticemi - (http://www.bio-nano.cz/nano-impregnace-povrchu-info.html) • Telefon s povrchem z nanočástic - (http://www.mobinfo.cz/verzo-kinzo-pokus-o-cesky-iphone-recenze/)