Nanotechnologia

Nanotechnologia jest to zestaw technik tworzenia struktur na poziomie nanocząsteczkowym. Każda nanostruktura ma wymiar do 100 nm czyli 10-9m. Dla porównania ludzki włos ma około 50 μm = 50 000 nm. Należałoby przeciąć włos. 500 razy aby uzyskać strukturę nanometryczną.

TL;DR

Nanotechnologia to techniki tworzenia struktur na poziomie nanocząsteczkowym. Nanomateriały, takie jak grafen, fulereny i garmanen, mają szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w przemyśle zbrojeniowym, medycynie i kosmetologii. Nanotechnologia pozwala na tworzenie lżejszego i wytrzymalszego sprzętu wojskowego, skuteczne przeciwbakteryjne i przeciwwirusowe leki oraz kosmetyki ochronne przed promieniowaniem UV.

Historia nanomateriałów

Już w starożytności uważano że materia która nas otacza składa się z małych cząsteczek których nie jesteśmy w stanie zauważyć. Pierwszym odkrywcą był Amerykanin Richard Feynman. W 1959 roku przedstawił możliwość łączenia pojedynczych atomów wybranych pierwiastków i budowanie wybranej materii. Wówczas nazwane to zostało inżynieria małej skali. Terminu nanotechnologia po raz pierwszy użyto dopiero w 1974 roku na uniwersytecie w Tokio. Erick Drexter w 1977 roku nawiązując do słynnej teorii Feynman’a przestawił możliwości jakie dają procesy fizyczne - dzięki temu stworzono specjalny mikroskop który pozwalał dostrzegać atomy, a następnie układającego je według zadanego programu. Kolejnym etapem rozwoju nanotechnologii było stworzenie specjalistycznego mikroskopu tunelowego - umożliwiał on uzyskanie obrazu z bardzo dużą rozdzielczością struktur atomowych . Po odkryciu fulerenów na uniwersytecie Sussex w Anglii podjęto kolejne działania w wytwarzaniu nanocząsteczek i nanostruktur. Dziś możemy oglądać nanomateriały przy użyciu specjalnych mikroskopów. Przy obecnej technologii możemy nimi również manipulować tworząc nowe struktury o pożądanych właściwościach. Opracowane materiały stosowane w wielu dziedzinach zaczęto traktować jako nowej jakości materiały.

Materiały nano stworzone przez człowieka

Do nanomateriałów stworzonych przez członwieka należą :

1. Grafen - jest to płaska struktura atomowa złożona z atomów węgla. Atomy są połączone ze soną w postaci sześciokątów. Cała struktura przypomina plaster miodu. Grafen jest świetnym przewodnikiem, jest wytrzymały na rozciąganie oraz może tworzyć membranę do filtracji wody.
2. Fulereny - są to cząsteczki nano składające się z parzystej liczby atomów. Tworzą one bryłę zamknięta pusta w środku. Maksymalna ilość atomów węgla którą mogą zawierać to aż 1500. Są to ciała stałe o metalicznym połysku mają wiele zastosowań w chemii.
3. Garmanen - alotropowa odmiana grafenu. Oznacza to że jest Garmanen jest w tym samym stanie skupienia natomiast ma inne właściwości fizyczne i chemiczne. Struktura jest bardzo podobna do grafenu. Ma wiele właściwości fizycznych i optycznych.

Zastosowanie nanomateriałów

Nanomateriały w dzisiejszych czasach mają bardzo szerokie zastosowanie. Dzięki temu, że człowiek potrafi zmieniać niektóre struktury nanomateriałów i dostosowywać do pożądanych właściwości coraz więcej branż sięga po nanomateriały. Każdy z tak stworzonych materiałów ma unikalne i często niepowtarzalne właściwości.

Zastosowanie w przemyśle zbrojeniowym

W przemyśle zbrojeniowym nanomateriały są stosowane do wytwarzanie nowoczesnych hełmów i odzieży ochronnej dla żołnierzy, ma to na celu zwiększyć bezpieczeństwo i ograniczyć ilość ofiar. Nowoczesne umundurowanie znacznie lepiej chroni, ponieważ jest przystosowane do trudnych warunków. Dzięki zastosowaniu nanotechnologii ciężar całego ekwipunku jest znacznie mniejszy, niż w przypadku zastosowania normalnych materiałów. Dzięki nanotechnologii można również wyprodukować broń i inne oprzyrządowanie żołnierzy. Dzięki tej technologii staje się bardziej wytrzymałe, mniejsze i lżejsze. W opracowaniu są tarcze które mają stanowić ochronę przed pociskami.

Zastosowanie w medycynie

Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii medycyna jest jedną z najszybciej rozwijających się branż. Nanomateriały również przyczyniają się do rozwoju tej dziedziny. Bardzo szerokie zastosowanie mają nanocząsteczki srebra. Działają świetnie działanie przeciwbakteryjne, dzięki zastosowaniu nanotechnologii zostało wzmocnione. Nano srebro ma również silne działanie grzybobójcze i wirusobójcze. Szerokie zastosowanie w medycynie maja również cząsteczki nano złota. Dzięki plastyczności tych cząsteczek można im nadawać różne kształty. Wykorzystywane są w leczeniu chorób nowotworowych za pomocą terapii fototermicznej. Miedź jest również wykorzystywana w postaci nanomateriału w medycynie. Są stosowane w jako neutralizator zakażeń szpitalnych. Ich działanie antybakteryjne jest natomiast słabsze niż nano srebra. Cząsteczki z nano miedzi mogą być wykorzystywane przeciwwirusowo dla wirusów z grupy 1 tylu SARS .

Zastosowanie w kosmetologii

Dzięki szerokiemu zastosowaniu nanomateriałów wykorzystywane one są również w kosmetologii. Kosmetologia chętnie sięga po nowoczesne rozwiązania. Najczęściej stosowane są substancje chroniące przed promieniowanie UV. Świetnie sprawdzają się w tym dwutlenek tytanu czy tlenek cynku w postaci nanocząsteczek wykorzystywanych w kremach przeciwsłonecznych .

Nanotechnologia — artykuły polecane

Drukarka 3D — Kamień węgielny — Ruby — Test driven development — Liofilizacja — SmallTalk (język programowania) — Fracking — Ethereum — Uczenie maszynowe

Bibliografia

• Czerwińska M. (2014), Zastosowanie nanomateriałów w przemyśle zbrojeniowym, Chemik, numer 68
• Dębek P., Feliczak-Guzik A., Nowak I. (2017), Nanostruktury - ogólne informacje. Zastosowanie nanoobiektów w medycynie i kosmetologii, Postępy Hig Med Dosw (online), numer 71
• Geoghegan M., Hamley I., Kelsall R. (2008), Nanotechnologie, wydawnictwo PWN
• Rzeszczuk J., Matysiak M., Czajka M., Sawicki K., Rachubik P., Kruszewski M., Kapka-Skrzypczak L. (2014), Zastosowanie nanocząstek i nanomateriałów w medycynie, Hygeia Public Health, numer 49 (3)

Autor: Karolina Boryczko