MOĆ NANOČESTICA - Svet fizike
Svet fizike

MOĆ NANOČESTICA

by on Sep.27, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

Ima puno prostora dole

 

 

Još je 1959. godine fizičar Ričard Fajnman u jednom istorijskom predavanju pomenuo i sledeće: „There is plenty of room at the bottom“ (Ima puno prostora dole) https://www.youtube.com/watch?v=4eRCygdW–c, zamišljajući već tada kako će celu enciklopediju „Britanika“ ugravirati na površini veličine iglene glave. Ipak trebalo je da prođe 26 godina pa da jedan inženjer (Tom Njuman) ostvari Fajnmanov izazov, tj. da sve informacije sadržane na stranici jedne knjige budu prenete na površinu koja je 625 miliona puta manja.

U prirodi se gotovo sve dešava na nanoskali – to jest na 100 nanometara i niže, gde je nanometar miloniti deo milimetra. Do 80-ih godina 20. veka, kada je konstruisan skenirajući tunel mikroskop (STM), ovaj minijaturni svet bio je nevidljiv. Sada imamo mikroskope koji mogu da prate najsitnije detalje u unutrašnjosti naših ćelija. To je podstaklo naučnike na svim poljima, od medicine do nauke o materijalima, da rade na mnogo manjim skalama.

Čestice, međutim, počinju da se veoma čudno ponašaju na nanoskali. Sasvim obični materijali, poput metala u prahu i brašna, počinju da eksplodiraju. Kod tako malih čestica događaju se čudni subatomski efekti, menjajući električno ponašanje i reaktivnost materijala. Upravo to nepredvidljivo ponašanje nametnulo je pitanje o bezbednosti upotrebe nanočestica. Uprkos tome, postoje mnogobrojni problemi za koje je nanotehnologija možda jedino rešenje – na primer, u praćenju potrebe za sve snažnijim kompjuterima ili u slanju lekova do obolelih ćelija u ljudskom organizmu.

Moć nanotehnologije dugo nam je nadohvat ruke, ali toga nismo bili svesni. Još 20-ih godina 20. veka automobilske gume presvlačene su materijalom zvanim gasna čađ da bi se smanjilo njihovo habanje; niko nije uvideo da su upotrebljene čestice ugljenika zapravo nano veličine. Vekovima su se nanočestice zlata upotrebljavale za proizvodnju crvenog i plavog stakla – što je još jedna osobina nanočestica: da se ne javljaju uvek u istoj boji kao njihovi veći pandani. Nanočestice zlata, poznate i kao koloidno zlato, upotrebljavaju se u razne svrhe, od bojenja stakla do lečenja artritisa. Naučnici takođe veruju da bi se mogle upotrebiti i za otkrivanje ćelija raka.

Od kada je Tom Njuman 1986. godine rešio Fejnmanov izazov, tj. da sve informacije na  stranici jedne knjige budu prenete na površinu koja je 625 miliona puta manja, nanotehnologija je prerasla u zasebnu nauku. Godine 1985. otkriven je bakminsterfulerin, oblik ugljenika, tzv. bakiloptice poznate po svojim šupljim, okruglim strukturama. One se javlja u čađi sveće, ali se dans komercijalno proizvodi na drugi način. Bakiloptice su sačinjene od 60 atoma ugljenika i imaju izvanredne osobine. Na primer, teško ih je razdvojiti čak i na visokoj temperaturi, a teško ih je i komprimovati. Bakiloptice su do sada malo primenjivane, ali je njihovo otkriće dovelo naučnike do povezanog, i jednako intrigantnog molekula – ugljenične nanocevi, koja je najverovatnije jedan od najpoznatnijih i najkorisnijih proizvoda nanotehnološke revolucije.

Modeli molekula ugljenične nanocevi otkrivaju strukturu sličnu kalemu bodljikave žice. Stoga je neverovatno utvrditi da su ove sićušne cevi 100 puta su jače od čelika. One su istovremeno vrlo lagane i mogu biti provodnici ili poluprovodnici, što su privlačne osobine za elektronske inženjere koji rade na konstruisanju jeftinih solarnih ploča i ekrana osetljivih na dodir. Lakoća i čvrstina ugljeničnih nanocevi su odlike koje ih čine pogodnim za izradu sportskih rekvizita: skija, dasaka za surfovanje, teniskih reketa, štapova za golf i hokej, obuće za atletičare, bicikle …….

U biologiji se sićušni fluoroscentni kristali zvani kvantne tačke već koriste za praćenje kretanja ćelija i molekula do najsitnijih detalja. Godine 2005. naučnici su pokazali da se neki kristali mogu zalepiti za viruse koji izazivaju respiratorne infekcije kod dece, što je dalo nadu da će se razviti novi dijagnostički testovi. Kristali su prepoznavali i lepili se za strukture u spoljnom sloju virusa. Kvantne tačke takođe bi mogle izvršiti revoluciju u kompjuterskoj industriji zato što se upotrebljavaju za povećanje prostora za čuvanje podataka i za brže preuzimanje podataka.

Uprkos osnivanju novih katedri na univerzitetima širom sveta, potencijal nanotehnologije je i dalje neiskorišten. Prisutna je i zabrinutost zbog njene bezbednosti. Nanočestice se već koriste za boje otporne na prljavštinu, losione za sunčanje i za sportsku opremu, ali je teško ostvariti stalnu komercijalnu proizvodnju nanočestica.

Medicinska dostignuća podstakla su pojavu niza novih medicinskih aparata, uključujći nanomagnete. Oni se uspešno ubacuju u krvne ćelije miševa da bi pružile detaljne slike krvnih sudova pomoću magnetne rezonance (MRI).

Nanomašine, uključujući motore napravljene od DNK (genetskog materijala) i kompjutera na nanoskalama koji obavljaju jednostavne kalkulacije, mogle bi predstavljati osnov za sofisticiranije mašine na nano-skalama. Inženjeri sada rade na nanorobotima na sopstveni pogon, koji će jednog dana možda obavljati manje složene operacije bez hirurga.

 

ONE SU VEĆ MEĐU NAMA

 

Nanotehnologija se koristi u gotovo svakoj industriji. Potrošačka roba: odeća i razne tkanine, hrana, aparati za domaćinstvo, optika, sportska odeća i oprema, kozmetika. Građevina: boje, površinski slojevi i zaštita. Proizvodnja: vazduhoplovstvo, proizvodnja vozila, štampa i pakovanje, rafinerije. Medicina i zdravstvo: davanje lekova, dijagnostika, inženjering tkiva, nega kože. Hemija i zaštita životne sredine: filtracija, kataliza (ubrzavanje hemijskih reakcija), hemijski senzori, kvalitet vode. Elektronika: čuvanje memorije, računarstvo. Enegrija: goriva, solarne ćelije, baterije.

 

U BUDUĆNOSTI

 

U budućnosti bi nanotehnologija mogla proizvesti supersnažne implantate, izuzetno brze kompjuterske čipove i veštačke „kože“ osetljive na dodir za humanoidne robote. Nanosprave koje cirkulišu u krvotoku mogle bi pratiti ljudsko zdravlje iz unutrašnjosti tela. Superjaki a laki materijali mogli bi dovesti do revolucije u građevinarstvu, dok neki drugi nude ekonomičan i efikasan način čuvanja i upotrebe energije.

 

SENDVIČ FRIŽIDER

 

Naučnici su uspeli da naprave najmanji frižider na svetu – i prilično moćan (slika 6). Iako je veličine običnog mikročipa, u stanju je da ohladi neki predmet na temperaturu od neverovatnih –272,8ºC! Američki Nacionalni institut za standarde i tehnologiju, tvorac ovog noviteta dimenzija 25 × 15 mikrona je napravio „sendvič“ od normalnog metala, jednog izolatora i jednog superprovodljivog metala. Kada se struja propusti kroz sendvič, elektroni sa običnog metala tuneliraju kroz izolator ka superprovodniku. Tada temperatura u normalnom metalu dramatično opada, te crpi dodatnu toplotnu energiju iz predmeta koji zapravo treba ohladiti.

51


Slika 1.
Ilustracija skenirajuće tunel mikroskopa (STM).

http://www.personal.psu.edu/ewh10/ResearchBackground.htm

52

 

Slika 2. Ilustracija manipulacije atomima (bottom-up pristup) pomoću atomskog mikroskopa  (AFM),  AFM tip na slici  – „Olovkom“ građen novi svet !!!).

http://phys.org/news164996346.htm

 

53

 


Slika 3.
Ugljenična nanocev. Prečnika 1,3 nm, ova nanocev vidljiva je jedino pod skenirajućim tunl mikroskopom.

http://sh.wikipedia.org/wiki/Ugljeni%C4%8Dna_nanocev

 54

Slika 4. Godine 2005. bicikle s okvirima od ugljeničnih nanocevi vozili su biciklisti na Tur de Fransu. Osim što biciklu daju čvrstinu i krutost, nanocevi ih čine i krajnje laganim. Svaki ram bicikla težak je manje od 1 kg.

http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_carbon_nanotubes

 

55

 

Slika 5. Imaginarni nanorobot ili nanobot „servisira“ “ crvena krvna zrnca.

http://www.wifinotes.com/nanotechnology/what-is-nanorobotics.html

 56

Slika 6. Najmanji frižider na svetu.

http://www.b92.net/zivot/nauka.php?nav_id=184540

 

Literatura

  1. Hart-Dejvis, A., gl. i odg. urednik, NAUKA: sveobuhvatni vizuelni vodič, Mladinska knjiga, Beograd, 2011., str. 392.
  2. NANO, Prospekt izložbe Centra za naučnu, tehničku i industrijsku kulturu u Grenoblu, postavljene u Francuskom kulturnom centru u Beogradu od 02. do 20. septembra 2008. godine.

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prirodno-matematički fakultet u Kragujevcu

 

branko.cabric@gmail.com

 

 

Share

Leave a Reply

Looking for something?

Use the form below to search the site:

Still not finding what you're looking for? Drop a comment on a post or contact us so we can take care of it!

preporučite nas

Share