kudy do nanosvěta

Transkript

kudy do nanosvěta

21.10.2013
ÚVOD DO NANO- A MIKROTECHNOLOGIÍ
Nanosvět
KUDY DO NANOSVĚTA
K. Záruba
Nanosvět
Nanosvět
nanotechnologie
nanověda
molekulární
pinzety
nanočástice
kvantové
tečky
pseudoatomy
tunelový
efekt
fotonika
spintronika
self-assembly
(sebeskladba)
a spousta dalších...
1
21.10.2013
top - down
Význam nanotechnologií
nanomanipulace
informační
technologie
bottom - up
nové
materiály
instrumentace
výroba a
skladování
energie
medicinální
aplikace
životní
prostředí
bezpečnost
Cesta „zhora dolů“
(top-down approach)
Litografie
• fotolitografie
• fotocitlivé polymery
• omezení vlnovou délkou záření
• litografie svazkem elektronů
http://pages.unibas.ch/phys-meso/Education/Projektstudien/Lithographie/Litho-M1-Lithography.html
http://www.almaden.ibm.com
2
21.10.2013
Litografie - UV
Litografie - elektrony
http://maepro.uta.edu
http://www.almaden.ibm.com
Litografie - UV
Litografie - UV
ASML 193nm ArF Stepper/Scanner
http://www.lrsm.upenn.edu/~frenchrh/lithography.htm
http://www.lrsm.upenn.edu/~frenchrh/lithography.htm
3
21.10.2013
Cesta „zdola nahoru“
(bottom-up approach)
• spontánní tvorba ultratenkých vrstev
Ultratenké vrstvy
Kontrola vlastností povrchu na molekulární (atomární) úrovni
• sebeskladba (self-assembly)
• vrstvy na rozhraní g – l (LB filmy)
• tvorba nanoobjektů v roztoku a na povrchu
• vrstvy na rozhraní g –s (sebeskladné monovrstvy)
• zkoušíme to, co příroda běžně používá
LB filmy
LB filmy
• Langmuir, Blodgettová
4
21.10.2013
LB filmy – amfifilní deriváty
LB filmy
O
H2C
O
O
CH
O P
CH2 O
O
N
CO2H
O
O
NH
HO2C
N
N HN
CO2H
CO2H
LB filmy
SAM-thioly
• sorpce thiolů na zlatě, Nuzzo, Whitesides
Thin Solid Films 340 (1999) 265-270
http://gmwgroup.harvard.edu/research_surfacescience.html
5
21.10.2013
SAM-geometrie
SAM-geometrie
http://www.sigmaaldrich.com/etc/medialib/docs/Aldrich/Brochure/material_matters_v1n2.Par.0001.File.
tmp/material_matters_v1n2.pdf
SAM-změna smáčivosti
Shown is a pattern of hydrophobic squares in a checkerboard pattern fabricated by
microcontact printing a hydrophilic SAM on the surface. A droplet of colored water
rests upon each square. A hydrophobic SAM several microns in width separates the
hydrophilic squares (and thus the water droplets) from each other. Image courtesy of
Felice Frankel.
On the surface of things, Felice Frankel, Chronicle Books 1997
http://www.seas.upenn.edu/~chenlab/pdf/58_Alom%20Ruiz_SoftMatter2007.pdf
6
21.10.2013
Monovrstvy silanů
OH
OH
SAM-změna smáčivosti
OH
+
Si
Si
Cl
O
Si
O
Si
O
Science 1992 256 1539
Nanoobjekty
micely a dendrimery
nanočástice kovů
kvantové tečky
fullereny a nanotrubice
Nanotečky na povrchu
1. Příprava povrchu
sebeskladbou
vhodného polymeru
2. Růst nanokrystalů
pouze na ošetřených
místech (epitaxe)
65 miliard teček na čtverečním cm
polymerní templát
http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/33010241.stm
7
21.10.2013
Na velikosti záleží
S
V
r2
r3
r
S
V
1
6n2 12n 8
n3
6
N
1
1
3
2
N
1
8
3
6N
1
3
Size Matters: Why Nanomaterials Are Different. Roduner E.: Chem. Soc. Rev 2006, 35, 583-592.
Size Matters: Why Nanomaterials Are Different. Roduner E.: Chem. Soc. Rev 2006, 35, 583-592.
Source: Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001
Chem. Soc. Rev., 2008, 37, 1783–1791
8
21.10.2013
Příklady nanoobjektů
Anal. Chem. 2008, 80, 6560–6566
Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 900E © 2006 Materials
Research Society
Allotropické modifikace uhlíku
Fullereny
Vesmír, 2011
9
21.10.2013
Fullereny
Buckminster Fuller
www.uochb.cas.cz/Zpravy/PostGrad2004/7_Lhotak.pdf
Fullereny
http://www.shimadzu.com.br/analitica/aplicacoes/cromatografos/lc_ms/lcms043.pdf
Fullereny
10
21.10.2013
Fullereny
Fullereny - nanotašky
Uhlíkové nanotrubice (CNT)
Murata et al. J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 7152-7153
Elektrická vodivost CNT
11
21.10.2013
Nanolusky
Molekulární elektronika
Uhlíkové cibule
„Electrospinning“
12
21.10.2013
Nanospider
Nanočástice kovů
Nanočástice kovů
Nanočástice zlata
• Redukcí solí kovů
K[AuCl4]
citrát
Au
• Nanočástice
Kovů (Au, Ag, Cu, Zn, Ni, Pt, Pd)
Oxidů (SiO2, TiO2)
Sulfidů (CdS)
Selenidů (CdSe)
Bimetalické (Ag/Au, Ag/Pt)
Snímek z TEM nanočástic zlata
získaných redukcí citrátem
různá velikost (tvar) nanočástic – různé vlastnosti
Polymerní (kopolymery, dendrimery)
13
21.10.2013
Nanočástice zlata a stříbra
Antibakteriální účinky koloidního stříbra
• desinfekce vody (studny) - AgCl
50 nm
• Nová kolekce Nanosilver®
Barvení skla koloidním zlatem a stříbrem:
Rubínová barva – koloid nanočástic zlata o
průměru ca 10 nm
Oranžová barva – koloid nanočástic stříbra
http://www.nanosilver.cz/
Příprava nanočástic
• Redukce soli daného prvku
Stabilizace koloidu nanočástic
Agregace
• působením přitažlivých van der Waalsových sil
• Redukční činidla: hydridoboritan, citrát, ...
• Snadno se oxidující rozpouštědla (např. ethanol)
mohou být sama o sobě redukčním činidlem
• Stabilizátor
14
21.10.2013
Stabilizace koloidu nanočástic
• Elektrostatická stabilizace
• Sterická stabilizace
Příklad – nanočástice palladia
stabilizované polymerem
Vodný roztok H2PdCl4 (2,0 mmol/l) připraven smísením
• 0,6 mmol of PdCl2
• 6,0 mL HCl (0,2 mol/l)
• 294 mL destilované vody
Steric stabilization using polymers
Příklad – nanočástice palladia
stabilizované polymerem
Ovlivnění distribuce velikostí
připravených nanočástic
• Reflux 15 mL roztoku H2PdCl4 (30 µmol Pd) a
• Množství of PVP from 0,333 mg to 133 mg
• x mL vody,
• y mL ethanolu
• (x + y ) 35 mL
• Koncentrace ethanolu ve směsi byla 10 - 70 obj. %
• Poly(vinylpyrrolidon) PVP (40 000 g/mol)
15
21.10.2013
Analýza výsledku
• UV-vis spektroskopie
(PVP-Pd částice jsou tmavě šedé, není zaznamenaná žlutá
barva prekurzoru [PdCl4]2- )
PVP-Pd nanoparticles TEM characterization and mean
diameter (Teranishi and M. Miyake5)
Výsledky
Reakční podmínky
Průměr (nm)
PVP/Pd = 10
[ethanol] = 70 obj. %
4,9
PVP/Pd = 1.0,
3,4
PVP/Pd = 10
2,4
PVP/Pd =10
2,2
• Ethanol jako redukční
činidlo
• Vliv množství ethanolu a
PVP na průměr částic
20-40 obj. % ethanolu s
přebytkem PVP vůči Pd
 Nejmenší NP
Mnoho různých způsobů přípravy
mnoha různých NP
např. přehledný článek
Sahoo, N. G.; Abbas, A.; Li, Ch. M. „Micro/Nanoparticles Design
and Fabrication for Pharmaceutical Drug Preparation and Delivery
Applications“, Current Drug Therapy, 3, 2, May 2008, pp. 78–97.
Vize – současné i budoucí
• výroba elektronických součástek po atomech
• modifikace na atomární úrovni v genetice, biotechnologii, …
• nanoroboti = nanoboti
... včetně dalších postupů jako příprava NP dispergací aglomerátů
(např. mokré mletí), nebo precipitací (např. vymrazováním nebo
vysolujícím činidlem)
16
21.10.2013
Kontrolní otázky
1. Jaké existují dílčí kroky při fotolitografii?
2. Popište strukturu sebeskladné monovrstvy alkylthiolu.
Na jakém podkladu dojde k jejímu vytvoření?
3. Jak je definována nanočástice?
4. Jakými dvěma postupy lze připravit nanoobjekty (stručně je
popište)?
5. Jaké znáte allotropické modifikace uhlíku?
17

kudy do nanosvěta

Transkript

Podobné dokumenty

Nanomedicína

Komplexy

nanočástice dobrý sluha, nebo zlý pán?

Přechodné kovy

Tabulace obsahu - Gymnázium Šumperk

Nástroje pro genomiku a proteomiku