Capitolul 1‐Introducere în Nanoştiinţă şi

Nanotehnologii Obiectivul capitolului: definirea noţiunilor de “nanoştiinţă”, “nanotehnologie” şi “nanomaterial”.

Ce este nanoştiinţa? Reprezintă studiul fenomenelor şi prelucrarea materialelor la scară atomică, moleculară şi macromoleculară; proprietăţile acestora diferă semnificativ, comparativ cu cele determinate la scară mare.

Exemplu: Acelaşi material (de ex. aurul) la scară nano poate avea proprietăţi optice, mecanice, electrice, care sunt diferite (chiar opuse) de cele înregistrate la scară macro.

Ce este nanotehnologia?

Reprezintă orice tehnologie al cărei rezultat finit e de ordin nanometric: particule fine, sinteză chimică, microlitografie avansată etc.

Ce este scara nanometrică?

Scara nanometrică indică în mod conveţional, de la 1 – 100 nm.

Un nanometru reprezintă un miliard dintr-un metru (10‐9 m).

Exemplu:

Ce este “nanomaterial”?

Un obiect care are cel puţin o dimensiune în scara nanometrică.

Nanomaterialele sunt caracterizate conform dimensiunilor lor, după cum urmează:

Exemple:

‐ capul unui bold are în diametru 1 milion nm;

‐ firul de păr uman are în diametru 80.000 ;

‐ o moleculă de ADN are lăţimea de 1‐2 nm;

‐ tranzistorul procesorului Pentium Core Duo este de 45 nm.

Ce caracteristici determină ca ‘nanomaterialele’ să fie speciale?

1.proprietăţi ca greutatea, conductivitatea electrică, culoare se modifică atunci când materialul atinge scara nano. De exemplu, acelaşi metal poate deveni un semiconductor sau un izolator atunci când ajunge la scară nano;

2.acestea pot fi fabricate atom cu atom, cu ajutorul unui proces numit –”bottom‐up”;

3. acestea au coeficientul suprafaţă/volum mult mai mare decât la scară mare (coeficientul suprafaţă/volum (sa/vol sau SA:V) este suprafaţa raportată la volum (de ex. Un cub are suprafaţa 6a2 şi volumul a3. Coeficientul suprafaţă/volum are valoarea 6/a).

Există în natură sute de exemple de nanomateriale naturale:1.nanoparticule rezultate în urma eroziunii şi din activitatea vulcanică;2.minerale, cum sunt argilele, alcătuite dintr-un amestec de silicaţi şi din fragmente de cuarţ, mică etc; Experimentul A3.materiale mineralizate natural , aşa cum sunt cochiliile, coralii şi oasele. Acestea sunt formate din cristale de carbonat de calciu , şi se pot lega, în mod natural de alte materiale naturale cum ar fi polimerii, formând figuri tridimensionale uimitoare;4.materiale cum sunt pielea, cleştii insectelor, ciocul şi penele păsărilor, coarnele animalelor, părul. Aceste materiale conţin proteine flexibile, elastină şi colagen;

Nanoştiinţa în natură

5.hârtia şi bumbacul – ambele conţin celuloză. Rezistenţa mare, durabilitatea şi proprietatea de absorbţie a bmbacului sunt datorate aranjamentului fibrelor componente la scară nano;

6.aripile insectelor - culorile văzute pe aripile fluturilor au legătură cu nanostructura acestora care acţionează ca un obstacol de difracţie şi induce iridiscenţa;

7.pânza de păianjen – este materialul cu rezistenţa cea mai mare , de cinci ori mai mare decât rezistenţa unei greutăţi egale de oţel. Proprietatea se datorează în mare măsură, proteinelor prezente în conţinut (în principal fibroin);

8.Frunza de lotus şi Nasturtium - nanostructura prezentă în frunză determină ca suprafaţa acesteia să nu adere la apă şi să aibă şi proprietatea de “auto-curăţare”;

Nanoştiinţa în natură

Nanoştiinţa în natură

9.piciorul şopârlei – datorită nanostructurei acestuia, şopârla poate merge pe orice suprafaţă verticală, împotriva gravitaţiei, chiar dacă suprafaţa este umedă sau murdară.

Domeniul din inginerie care încearcă să fabrice materiale artificiale, care imită pe cele naturale se numeşte biomimetică. Nanoştiinţa este o componentă de bază a acesteia.

Nanoştiinţa în natură

Câteva exemple de materiale biomimetice sunt menţionate în tabelul de mai jos:

Concluzie:

Faţă de resursele oferite de nanotehnologii, există o atitudine generală de a acţiona la toate nivelurile. Probabil, pentru prima dată în istorie , cercetători, instituţii de acreditare, organizaţii non-profit, organizaţii de consumatori, organizaţii de comerţ sunt parteneri activi în stabilirea reglementărilor,

planurilor de acţiune şi protocoalelor, necesare folosirii potenţialului furnizat de nanotehnologii. Aceasta se va realiza protejând siguranţa consumatorului şi a mediului. În mod clar, este un efort uriaş, munca este complexă şi de abia se află la început.