Autor: mr.sc.Vladimir Prister
Datum objave: 26.10.2017
Share


Izazovi suvremene znanosti

Nanotehnologija i novi materijali izvanrednih svojstava

Izazovi suvremene znanosti

•          Nanotehnologija i novi materijali izvanrednih

•          svojstava

Vrlo često možemo  čuti floskulu: budućnost je već počela! Ali, zaista je tako! Svakodnevno smo obasipani gomilom novosti sa svih područja znanosti, osobito onih koje znače potpunu prekretnicu prema ranijem stanju.

            Dovoljno je pogledati popis sadašnjeg stanja primjene nanotehnologije u suvremenim uređajima, pa da se uoče enormne prednosti koje nudi spomenuta tehnologija:

1.         Područje informatičkih znanosti i komunikacija

–          memorijski sklopovi

–          novi poluvodički uređaji

–          novi optoelektonički uređaji

–          prikazi

–          kvantna računala – jedan od najvećih izazova

2  Područje energetike

                 - smanjenje potrebe za tolikom količinom energije 

                             - povećanje efikasnosti pri proizvodnji energije

                             - recikliranje baterija

3.         Medicina

                             - dijagnostika

                             - doprema lijeka u organizam

                             - inženjerstvo tkiva

4.  Industrija

                            - avioindustrija

                            - građenje

                                         - nanotehlogija i građenje

                                         - nanodijelići i čelik

                                         - nanodijelići u staklu

                                         - nanodijelići u premazima

                                         - nanodijelići u zaštiti od požara

                                         - nanodijelići u zaštiti od požara

                                        -  rizici od korištenja nanodijelića u građenju

5.         Industrija vozila

6.         Roba široke potrošnje

                                         - hrana

                                                       - nanohrana

                                         - domaćinstvo

                                         - optika

                                         - tekstil

                                         - kozmetika

                                         - poljoprivreda          

           

Nanomaterijali zbog svojih briljantnih svojstava zavređuju našu punu pozornost. A oni se uglavnom temelje na ugljiku. No ne samo na ugljiku! Ugljiku koji se javlja u najmekšem I u najtvrđem obliku. Grafit je onaj najmekši, a dijamant onaj najtvrđi! 

Godine 1985. je grupa znanstvenika u kojoj su bili Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O'Brian i Harold W. Kroto sa Sveučilišta Rice otkrivaju veoma zanimljivu molekulu C60, za što su 1996. godine primili Nobelovu nagradu. Ova zanimljiva molekula nalik je nogometnoj lopti i nazvana je u čast arhitekta Fullera Buckminstera koji je dizajnirao geodetsku kupolu  (nazivaju ju “Bucky-balls”). Zatim su znanstvenici otkrili da, ovisno broju ugljikovijh atoma, mogu postojati strukture-lopte s više ali i manje atoma ugljika: 60, 70, 72, 74, dvije varijante  po  76 atoma, a postoji i 5 varijanti sa po 78 atoma. 

            Fulleren (u daljem izlaganju fuleren) se počeo masovno proizvoditi nakon što su 1990. nanstvenici Kratschmer i Huffmann otkrili metodu dobivanja pomoću električnog luka. Osobito je veliki uspjeh bila pojava dopiranih fulerena koji imaju supravodljiva svojstva. Bilo je to 1991. godine, a samo dopiranje bilo je obavljeno s kalijem.

            Iste godine japanski znanstvenik Sumio Ijima, koristeći se slikom dobivenom elektronskim mikroskopom, otkriva višestjenčane nanocijevčice ugljika. Bile su to MWCNT i DWCNT (“multi wall carbon nanotube” i “double-wall carbon nanotube”) s dimenzijama 2-50 nm u promjeru. Dvije gopdine kasnije uspjela je sinteza jednostjenčane nanocijevčice (“single-wall carbon nanotube” - SWCNT).

            Budući se nanocijevčice, taj čudesni suvremeni materijal, na višim temperaturama ponašaju superplastično (mogu se, naime, produljiti čak do 280%), uz istodobno stanjivanje do oko 15 puta, one predstavljaju vrlo zanimljiv materijal.

Navodimo vrste fulerena:

–          buckyball grozdovi: molekula s najmanjim brojem je C20, a najuobičajenija je C60

–          nanocijevčice: šuplje cijevčice veoma malih dimenzija, postoje one s jednostrukim zidom i one s višestrukim zidovima, a sve imaju mnoštvo aplikacija upravo u elektroničkoj industriji

–          megacijevi: većeg su promjera od nanocijevčica i već su spremne za korištenje prijenosa molekula raznih dimenzija

–          polimeri:  dvo i trodimenzionalni lanci polimera koji su izrađeni pri visokim temperaturama i pritiscima

–          nano “onioni”: čestice u obliku kuglica, zasnovane na višestrukim slojevima ugljika okruženima jezgrom od buckyball strukture (predlažu se za aplikacije podmazivanja

–          fulerenski prstenovi

            Ugljične nanonocijevčice i njihova svojstva započeo je koristiti Politehnički instititut Renssellar pri proizvodnji papirnih baterija, a osobito se velika ostvarenja očekuju na polju svemirskih tehnologija i to u proizvodnji ugljične užadi koja ima ekstremnu čvrstoću neophodnu pri proizvodnji svemirskih dizala.

            Ugljične nanočestice i proizvodi sazdani od njih prepoznatljivo odskaču u čvrstoći, tvrdoći, električnim, optičkim, termičkim i kinetičkim svojstvima.

            Ovdje moramo neizostavno spomenuti grafen! Grafen (graphene) kojeg su znanstvenici uspjeli sintetizirati 2004. godine odmah je prihvaćen; naime, odličan je vodič električne struje, topline,  no ima i vrlo visoko talište pa se zbog te činjenice može koristiti tamo gdje se silicij ne može! Povrh svega, grafen je ujedno jedan od najtvrđih materijala, a ponaša se i kao poluvodič. Na tu su važnu činjenicu upozorili znanstvenici s Berkeley instituta 2007. godine. 

No, vratimo se na trenutak fulerenu, a njegovo je otkriće u značajnoj mjeri povećalo broj poznatih alotropa ugljika. Naime, do tada je njihov broj bio ograničen  na grafit, dijamant i amorfni ugljik (tipični su predstavnici obični ugljen i čađa koju toliko obilno koristimo u industriji). I sad se pojavljuje fuleren i “kojekakve” lopte ili cijevčice! Međutim, njihova jedinstvena kemija, njihove brojne tehnološke aplikacije koje zbunjuju običnog čovjeka, a oduševljavaju znanstvenike u širokom rasponu od elektronike, preko medicine i kemije do onih koji se bave materijalima. Ali sve postaje jasnije ako se i kad se približimo veličinama manjim od 100 nanometara! Na tako malim dimenzijama prevladavaju pojave i objašnjenja koja vrijede kod kvantne fizike, a ne više one klasične! Pri svemu tome pojavili su se i potpuno novi uređaji poput analizirajućeg mikroskopa s tuneliranjem (Scanning Tunnneling Microscope – tzv. STM). Uz pomoć ovih novih moćnih pomagala omogućen je rad do dimenzija ispod 0, 1 nm! Dakle, nalazimo se u predvorju atoma. To nam daje potpuno novu sliku i naša su poimanja materije pa i svijeta drugačija!  

415
Kategorije: Kolumna
Developed by LELOO. All rights reserved.