| CATEGORII DOCUMENTE |
| Bulgara | Ceha slovaca | Croata | Engleza | Estona | Finlandeza | Franceza |
| Germana | Italiana | Letona | Lituaniana | Maghiara | Olandeza | Poloneza |
| Sarba | Slovena | Spaniola | Suedeza | Turca | Ucraineana |
DOCUMENTE SIMILARE |
|
TERMENI importanti pentru acest document |
|
Uplynulo již 42 let od památné přednášky laureáta Nobelovy ceny fyzika Richarda Feynmana 'There is plenty room at the bottom' (Tam dole je spousta místa), kterou přednesl na výročním zasedání American Physical Society v California Institute of Technology (Caltech), a ve které předpověděl možnost vytváření materiálů a mechanizmů na úrovni atomů a molekul. Feynman tehdy naznačil, že to bude možné, až bude k dispozici experimentální technika, která umožní manipulovat s 'nano'-strukturami a měřit jejich vlastnosti. V osmdesátých letech byly takové přístroje vynalezeny. Tyto přístroje, jako např. rastrovací tunelový mikroskop (STM), mikroskop využívající atomových sil (AFM), optický rastrovací sondový mikroskop blízkého pole (NSOM) apod., umožňují zkoumání nanostruktur.
Souběžně
probíhající expanze kapacity počítačů pak dovoluje sofistikované simulace
materiálových vlastností v nanorozměrech (1-100 nm ->0,000001-
Přesto lze současnou úroveň poznatků, postupů a technologií v oblasti nanotechnologií přirovnat k situaci v elektronice, výpočetní technice a telekomunikacích koncem čtyřicátých a na začátku padesátých let minulého století, krátce po vynálezu tranzistoru. Teprve začínáme rozumět podstatě zákonitostí, kterými se řídí fyzikální, chemické, biologické a jiné procesy v nanorozměrech. Vlastnosti hmoty v 'nano' měřítku nejsou totiž vždy předvídatelné na základě zkoumání ve větších rozměrech. Významné změny chování materiálů jsou způsobeny nejen plynulou modifikací jejich charakteristických vlastností se zmenšujícími se rozměry, ale působením jevů jako jsou např. kvantové jevy, převažující vliv povrchových jevů atd.
Jakmile bude možné řídit rozměry a tvar nanostruktur, bude rovněž možné zlepšit materiálové vlastnosti a účinnost zařízení za hranice ležící mimo naše představy. Nanostrukturami, které v současné době známe, jsou např. uhlíkové nanotrubice, proteiny, DNA, jednoelektronové tranzistory, ale i prášky a vrstvy o rozměrech nanometrů. Racionální vytváření a integrace materiálů a zařízení v nanorozměrech ohlašuje novou vědeckou a technickou revoluci, za podmínky, že objevíme a plně využijeme nám dosud neznámé principy a zákonitosti.
V posledních deseti letech je vyvíjeno enormní úsilí v oblasti základního výzkumu, zejména v oblasti nanoelektroniky, ale i v ostatních oblastech. Některé objevy ve fyzice, např. objev obří magnetické rezistence ve vrstvách rozměru nanometrů (1988), vedl již za 8 let k praktickému využití jevu při konstrukci harddisků nové generace. Nanotechnologie je oblast výzkumu, která zahrnuje velké množství vědních disciplín jako jsou fyzika, chemie, biologie, elektronika, inženýrství atd. Z toho vyplývá, že tato oblast vyžaduje interdisciplinární přístup k řešení problémů. Před deseti - patnácti léty se vědci všech vědních disciplín začali postupně s narůstající intenzitou zaměřovat na nanotechnologie a nanomateriály. Skrytý potenciál problematiky byl rozpoznán a v řadě států byly vyhlášeny výzkumné programy zaměřené na tuto oblast. Pozadu nezůstaly i nadnárodní aktivity, jako např. 6. rámcový program výzkumu a vývoje EU, program COST, programy European Scientific Foundation (ESF) atd. Prioritní orientaci na nanotechnologie nalezneme v tématickém zaměření 6. rámcového programu výzkumu a vývoje EU. Na oblast nanotechnologií a nanomateriálů je rovněž v rozsáhlé míře soustředěna i institucionální podpora výzkumných pracovišť, vznikají sítě zaměřené na různé vědní obory v oboru nanotechnologií, vydává se množství monografií a na oblast nanorozměrů se orientují nově vzniklá periodika i klasické časopisy.
Nano“ je řeckým
výrazem pro maličkost. Fyzikálně se jedná o 10-
Definice pojmu 'nanotechnologie' se v jednotlivých programech a u různých autorů poněkud liší. Nanotechnologie je studium a použití materiálů, zařízení a systémů o rozměrech řádově nanometrů. Nanotechnologie je populární termín pro vytváření a využití funkčních struktur s minimálně jedním charakteristickým rozměrem měřeným v nanometrech. Nanotechnologie si lze představit jako všezahrnující popis aktivit na úrovni atomů a molekul, které mají uplatnění v reálném světě . Nanotechnologie je rozvíjející se obor výzkumu a vývoje zaměřený na řízení struktury materiálů v nanorozměrech (0,1 - 100 nm, alespoň v jednom rozměru). Nanotechnologie je rovněž skupina rozvíjejících se technologií (technologie v pevném stavu, biotechnologie, chemické technologie aj.), které metodami shora dolů (top-bottom) a zdola nahoru (bottom-up) konvergují k nanorozměrům. V současné době sestává nanotechnologie ze čtyř hlavních oblastí: nanoelektroniky, nanomateriálů, molekulární nanotechnologie a mikroskopů pracujících s rozlišitelností v nanometrech . Nanotechnologie je v podstatě nauka o materiálech o rozměrech nanometrů. Název tohoto oboru pochází od měřítka, ve kterém se pracuje. Tím jsou prozatím stovky až tisíce nanometrů. Do 1 nm se přitom vejdou zhruba 3-4 atomy. Pro představu o stupni miniaturizace: virus je velký zhruba 100 nm, lidský vlas má průměr plných 200 mikrometrů.
Nanomateriály se vyznačují následujícími společnými znaky:
a) stavebními jednotkami jsou nanočástice s definovanými vlastnostmi: rozměry, tvarem, atomovou strukturou, krystalitou, mezifázovým rozhraním, homogenním/heterogenním složením a chemickým složením. Rozměry jsou limitovány v oblasti od molekul k pevným částicím menším než 100 nm. Vlivem malých rozměrů v některých případech počet povrchových atomů převyšuje počet atomů ve vnitřním objemu.
b) tyto stavební jednotky jsou uspořádané v makroskopických multi-klastrových materiálech s velmi různorodým topologickým pořádkem. Chemicky identické částice mohou být těsně uspořádány a kompaktovány za vzniku hranic zrn. Částice mohou být oddělené nebo spojené koalescencí nebo podložkou a mohou vytvářet nanodrátky, nanotrubice, nanokompozity, keramické nebo jiné tenké filmy nebo vrstvy.
c) stavební jednotky a jejich topologie mohou sloužit pro vytváření rozměrnějších materiálů vhodných pro technické aplikace.
Nanomateriály (nanostrukturní materiály) jsou ty, jejichž nové vlastnosti jsou určeny charakteristickými znaky (částice, klastry, dutiny) o rozměrech mezi 1-100 nm, přinejmenším ve dvou rozměrech .
Využití nanotechnologií a nanomateriálů je velmi rozsáhlé, již v současnosti nalézají uplatnění v mnoha oblastech běžného života jako je elektronika (paměťová média, bioelektronika, kvantová elektronika), zdravotnictví (cílená doprava léčiv, umělé klouby, chlopně, náhrada tkání, desinfekční roztoky nové generace, analyzátory, ochranné roušky), strojírenství (supertvrdé povrchy s nízkým třením, samočisticí nepoškrábatelné laky, obráběcí nástroje), stavebnictví nové izolační materiály, samočistící fasádní nátěry, antiadhezní obklady), chemický průmysl (nanotrubice, nanokompozity, selektivní katalýza, aerogely), textilní průmysl (nemačkavé, hydrofóbní a nešpinící se tkaniny), elektrotechnický průmysl (vysokokapacitní záznamová média, fotomateriály, palivové články), optický průmysl (optické filtry, fotonické krystaly a fotonická vlákna, integrovaná optika), automobilový průmysl (nesmáčivé povrchy, filtry čelních skel), kosmický průmysl (katalyzátory, odolné povrchy satelitů), vojenský průmysl (nanosenzory, konstrukční prvky raketoplánů), životní prostředí (odstraňování nečistot, biodegradace, značkování potravin).
V posledních deseti letech je vyvíjeno enormní úsilí v oblasti základního výzkumu, zejména v oblasti nanoelektroniky. Některé objevy ve fyzice, např. objev obří magnetické rezistence (GMR) ve vrstvách rozměru nanometrů, vedl již k praktickému využití jevu při konstrukci senzorů nové generace při nádorových onemocněních mozku, proudových senzorů nebo tenzometrů.
Nanotechnologie zahrnují oblasti vědy a technologie, jejichž cílem je přesné ovládání jednotlivých atomů a molekul tak, aby vznikl nějaký objekt (např.: čip, tisíckrát menší než struktury vyráběné doposud běžnou technologií) a nebo struktura s novými vlastnostmi (elektrickými, optickými, fyzikálními apod.), které lze pochopit a ovládnout. Nanotechnologie se nezabývá pouze výrobou miniaturních robotů (taková výroba je zatím ještě hudbou budoucnosti), ale především a hlavně produkcí částic známých prvků nebo sloučenin, jejichž velikost je zvláštní technologii zmenšena na velikost jednotlivých molekul a atomů. Při takové velikosti dostávají známé látky nové vlastnosti. Mnohdy slibné, často nepředpověditelné a někdy nebezpečné.
Základním stavebním prvkem MNT (molekulární nanotechnologie) je atom. Různým uspořádáním atomů se mohou měnit vlastnosti výsledného produktu. Tak například přerovnáním atomů v uhlí lze stvořit diamant. Úpravou a přerovnáním atomů písku zase křemíkovou destičku - základní polotovar pro výrobu polovodičových součástek.Je ovšem otázkou, nakolik bude křemík v dalším vývoji důležitý. Prozatím vše nasvědčuje tomu, že tím nejpodstatnějším prvkem bude uhlík, na jehož bázi je ostatně stvořen i život na zemi. Diamant se totiž osvědčil nejen pro svou odolnost a pevnost, ale i proto, že uhlíku je v našem světě opravdu dostatek. Patří mezi nejrozšířenější prvky, 90 % všech známých substancí obsahuje uhlík. Je rovněž součástí DNA
Např. zlato, které je za normálních okolností téměř neslučitelné s jiným prvkem, je při nano-velikostech svých částí silně reaktivní - asi jako draslík.
Nanočástice Fe2O3, Fe3O4 a FeO přinášejí kvalitativní skok do mnoha oborů pro jejich elektrické, magnetické a optické vlastnosti, které jsou odlišné od klasických mikročástic. Významné jsou i jejich katalytické vlastnosti, zejména pro schopnost pokrýt z gramu látky relativně velkou plochu a pro jejich chemickou stabilitu (na rozdíl od nanočástic čistých kovů). Využívají se proto jako pigmenty laků, barev a nátěrových hmot, dále v kosmetice, v lékařství, jako UV filtry, katalyzátory, absorbery, senzory, ferity, jako abrazivo atd.
Podpora výzkumu a vývoje ve Spojených státech dosahuje 2,8% HDP ročně. Z toho stát přispívá z veřejných prostředků částkou ve výši cca 0,9% HDP. V roce 2000 vzrostly výdaje USA na výzkum a vývoj na 264 mld.USD. Od roku 1994 je to růst v průměru 6% ročně. Z uvedené částky připadá na základní výzkum 17,2%, aplikovaný výzkum 21,5% a vývoj 61,3% . Systém podpory je velmi diverzifikovaný. Rozhodující část finanční podpory federální vlády na výzkum a vývoj je přidělována prostřednictvím řady agentur, z nichž nejvýznamnější jsou tyto:
Ø Department of Defence - DOD (Ministerstvo obrany), rozděluje cca 54% prostředků
Ø Department of Energy - DOE (Ministerstvo energetiky), 9%
Ø Department of Commerce - DOC (Ministerstvo obchodu), 2%
Ø Department of Transportation - DOT (Ministerstvo dopravy), 1%
Ø National Institutes of Health - NIH (Národní ústavy zdraví), 16%
Ø National Aeronautics and Space Administration - NASA (Národní správa pro letectví a kosmos), 13%
Ø U.S. Environmental Protection Agency - EPA (Národní agentura pro ochranu životního prostředí), 0,7%
Ø National Science Foundation - NSF (Národní nadace pro vědu), 3%
Institucionálně se podporuje činnost výzkumných a vývojových center, které jsou administrativně spravovány určenou organizací (např. Los Alamos National Laboratory spravuje University of California) a universit. Účelově se výzkumně-vývojová činnost podporuje prostřednictvím programů.
Podpora výzkumu a vývoje v Německu se pohybuje okolo 2,4 % HDP ročně. Oblast výzkumu a vývoje lze v Německu rozdělit na dva sektory: sektor, který výzkum provádí a sektor, který výzkum financuje.
Výzkum se provádí na vysokých školách, ve státních a soukromých neziskových organizacích a hospodářské oblasti (průmysl, zemědělství, doprava, zdravotnictví, služby atd.). Na celkových hrubých nákladech na výzkum a vývoj se výzkum na vysokých školách podílí cca 20% (z toho je věnováno na výzkum v oblasti přírodních věd 28%, medicíně 26%, v technických vědách 19% atd.), ve státních a soukromých neziskových organizacích 15% (z toho 36% spotřebovávají tzv. 'Velká zařízení').
V hospodářské oblasti se jednotlivé organizace podílejí na podílovém financování projektů a podporují se vlastní výzkumné a vývojové ústavy, např. působící u velkých společností (Bayer, Siemens, Thyssen-Krupp apod.) V oblasti státních a soukromých neziskových organizací působí výzkumná zařízení na úrovní jednotlivých spolkových zemí či regionů a rezortní ústavy (např. Bundesanstalt für Materialforschung und - prüfung (BAM), Berlin a Physikalisch-technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, dále 'Velká zařízení' (Grossforschungseinrichtungen-GFE), Max-Planck-Gesellschaft-MPG, Fraunhofer-Gesellschaft-FhG, ústavy 'Blaue-Liste'-BLE, Akademie věd a některá soukromá zařízení (musea, knihovny atd.). V rámci programu BMBF 'Nové materiály pro klíčové technologie 21.století' byl na období 9/2000- 2003 vyhlášen podprogram 'Biomimetické materiály' s následujícími tématickými okruhy:
Ø Biofunkcializované povrchy (koroze, tribologie, schopnost samočištění apod.)
Ø Využití biomorfních, hierarchických struktur v syntetických látkách
Ø Biohybridní materiály
Ø Biominerální materiály
Ø Nosné materiály s bioanalogickými (enzymatickými) funkcemi, např. membrány, filtry, katalyzátory
Ve Francii se podporuje výzkum a vývoj ve výši cca 2,3% HDP, z toho z veřejných prostředků ve výši 0,89 % (1999). Za oblast výzkumu a vývoje zodpovídá Ministerstvo výzkumu, zřízené v roce 1997. Řízení výzkumu je rozděleno na dvě oblasti: 'výzkum' (zejména základní výzkum) a 'technologie' (zejména aplikovaný výzkum, inovace atp.).
INSERM,
Národní centrum lékařského výzkumu a výzkumu zdraví, bylo založeno v roce
Ø Potřeby populace a organizace zdravotní péče
Ø Duševní zdraví a patologická psychiatrie (biologické mechanismy, klinický výzkum, faktory zranitelnosti a ochrany)
Ø Experimentální modely a nové psychologické a psychopatologické metody
Ø Nová léčiva a terapeutické strategie
Ø Buněčná terapie, genetika, transplantace a vakcinologie
Ø
Biomateriály, biomechanika, mikroinvazivní chirurgie a
robotika
Finsko
patří k státům s největší podporou výzkumu a vývoje. V roce 2000 činila celková
podpora 3,1% HDP. Z veřejných prostředků to bylo cca 1%. 2/3 podpory pocházejí
ze soukromého sektoru, zejména z elektrotechnického a elektronického průmyslu.
41% veřejných prostředků je přidělováno Ministerstvem školství, vědy a kultury,
a to prostřednictvím Finské akademie (Academy of Finland). Prostředky jdou na
základní výzkum prováděný především na 21 univerzitách (cca 80% prostředků).
36,6% veřejných prostředků je přidělováno Ministerstvem obchodu a průmyslu,
a to prostřednictvím Centra pro technologický rozvoj (TEKES). Další menší prostředky
rozdělují Ministerstvo zemědělství a lesnictví, Ministerstvo sociálních věcí a
zdravotnictví a Ministerstvo obrany. Adresáty podpory výzkumu a vývoje
jsou vysoké školy (institucionální podpora), dále se podpora provádí
prostřednictvím národních výzkumných programů, národních technologických
programů a zdroje jsou alokovány rovněž na základě veřejné soutěže. V létech
1997-1999 probíhal program 'Nanotechnologie' s rozpočtem
Program Strategický výzkum nukleových kyselin (SNAR) byl zahájen v roce 1998 a má dobu trvání 5 let a je zaměřen na základní oblasti chemie, struktury a biofyzikálních vlastností nukleových kyselin a modelových systémů, molekulární funkci RNA a enzymatickou syntézi DNA prekursorů. Programu se účastní 22 výzkumných pracovníků z 8 vysokých škol. Program sestává z následujících oblastí: nukleové kyseliny-interakce a identifikace; inženýrství nukleárních kyselin-syntéza a struktura; biologie RNA-struktura, funkce a aplikace; biosyntéza DNA enzymů. Výzkum strukturální biologie (SBNet) je organizována sítí výzkumných pracovišť zaměřených na výzkum, výchovu studentů a doktorandů, organizování workshopů a konferencí, studijních pobytů atd. Centrum sítě je na Uppsala University. Síť sdružuje strukturální biology z univerzit i průmyslu, kteří se zabývají: biomolekulární rtg. krystalografií, NMR spektroskopií biomakromolekul s vysokou rozlišitelností, elektronovou mikroskopií biomakromolekul s téměř atomovou rozlišitelností a počítačovým modelováním biomakromolekul. Program je pětiletý a byl zahájen v roce 1998.
V návaznosti na realizaci programu 'Vytváření Evropského výzkumného prostoru' navrhla Komise EU v květnu 2001 vyhlásit na období 2002-2006 6 . rámcový program výzkumu, technického rozvoje a demonstrací. Jedna ze tří hlavních aktivit - 'Integrovaný výzkum' - je rozdělena do sedmi tématických oblastí:
Ø Genomika a biotechnologie pro zdraví
Ø Technologie pro informační společnost
Ø Nanotechnologie, inteligentní materiály, nové výrobní procesy
Ø Letectví a kosmický výzkum
Ø Bezpečnost potravin a zdravotní rizika
Ø Trvale udržitelný vývoj a globální změny
Ø Občané a vládnutí v evropské znalostní společnosti
S výzkumem nanotechnologií a nanomateriálů se uvažuje především v tématických oblastech genomika a biotechnologie pro zdraví, technologie pro informační společnost a nanotechnologie, inteligentní materiály a nové výrobní procesy.
V rámci tématické oblasti se uvažuje s následujícími výzkumnými prioritami:
Ø Základní poznatky a nástroje funkční genomiky
Výzkumná činnost by měla zahrnout studium intenzity uplatnění (exprese) genů a proteomiky, strukturální genomiku, srovnávací genomiku a genetiku populace a bioinformatiku. Výzkum by měl probíhat v nanorozměrech při studiu funkcí a interakcí proteinů, třírozměrné struktury proteinů a makromolekul atd.
Ø Aplikace genomiky a biotechnologie pro zdraví
Cílem této priority je podpora konkurenceschopnosti evropského biotechnologického průmyslu a dosažení pokroku v biotechnologiích. Bude podporována spolupráce akademické sféry s průmyslovou (technologické základny) a inovativní výzkum genomiky v začínajících (start-up) firmách.
Ø Aplikace v lékařství a zdravotnictví
Výzkumná činnost by se měla zaměřit především na boj s rakovinou, kardiovaskulárními chorobami a s vzácnými chorobami a rovněž na výzkum vzrůstající odolnosti patogenů proti lékům. Další významnou oblastí je studium mozku a boj s chorobami nervového systému a rovněž studium lidského vývoje a procesů stárnutí. Zejména v této poslední oblasti bude výzkum probíhat rovněž studiem rozhodujících molekulárních a buněčných činitelů, působících na procesy stárnutí.
Ø Konfrontace s hlavními nakažlivými chorobami, které vedou k chudobě
Strategickým cílem této priority je konfrontace se světovým ohrožením způsobeným třemi hlavními nakažlivými chorobami : HIV/AIDS, malárií a tuberkulózou. Předpokládá se široce založený výzkum zahrnující rovněž základní molekulární výzkum, využití mikrobiální genetiky atd.
Normalizační oblast má ohromný potenciál. Normalizační organizace CEN, CENELEC a ETSI podporují cíle politiky EU. Normy mohou zlepšit fungování vnitřního trhu EU, který nyní zahrnuje 25 zemí a 450 milionů lidí.. V oblasti bezpečnosti, která je těsně spjata s obranou, by měla být dána priorita ochraně infrastruktury, přístrojům pro včasné varování, dekontaminaci a nesmíme zapomenout na boj proti mezinárodnímu organizovanému zločinu. V oblasti nanotechnologií může normalizace přispět k podpoře širokého zavádění těchto technologií a ke stimulaci inovací.
Zástupce Networking požádal o interview předsedu pracovní skupiny při Technickém výboru CEN 166 'Nanotechnologie' Dr. Petra Hatto, který je ředitelem výzkumu u společnosti Ionbond Ltd, součásti Ionbond AG, vedoucího dodavatele povlaků z tenkých filmů a nanášecích zařízení. Byl zapojen do řady vývojových prací v oblasti povlaků s nanostrukturou a bude předsedat vědecké komisi nastávajícího Integrovaného projektu rámcového programu 6 Evropské komise o nanokompozitních filmech.
Networking: Co jsou nanotechnologie?
Peter Hatto: Nanotechnologie, jak její název říká, se zabývá používáním a využíváním technologií v nanoměřítku – v podstatě tedy měřítku délky mezi 1 a 100 nanometrů (1-100 biliontin metru). To je 1 000 krát menší než tloušťka lidského vlasu.
Co je fascinující na nanotechnologiích je příležitost, kterou dávají udržitelným a nízkonákladovým technologiím. Díky nim mohou být počítačová zařízení mnohem rychlejší, výkonnější a kompaktnější ,diagnostika podávání léků a biozdravotnická zařízení přesnější, ochrana životního prostředí a léčebné systémy lepší. A to, že žijeme v éře takové rychlé a významné změny, je skutečným privilegiem.
Networking: Proč je potřebná normalizace v oblasti nanotechnologií?
Hatto: Vzhledem k tomu, že se tyto technologie pohybují mimo lidské měřítko, je stále obtížnější měřit kritické charakteristiky s ní spojené a stejně tak i zajistit kontrolu použitých procesů. Používání charakterizace a analytických metod je mnohem složitější, je více závislé na kontrolních technologiích a nemusí být dokonce ani k dispozici. Kalibrace systému může být založena na různých či nových principech kvalifikace a certifikace postupů a tím je komplikovanější.
Vše, co bylo výše uvedeno, podtrhuje nutnost normalizace nanotechnologií. Vyvstává i naléhavá potřeba společně dohodnout a přijmout terminologii, která umožní přesný a jednoznačný popis nanomateriálů a systémů.
Networking: Není nanotechnologie už více oblastí pro zákonodárce?
Hatto Potřeba regulace a legislativy v oblasti nanotechnologií bude záviset na existenci jasných a dobře zdůvodněných norem. A samozřejmě normy mají mnohem širší pokrytí než oblasti vyžadující regulaci a legislativu.
Networking: Vyžaduje relativně nová a neobjevená oblast zvláštní přístup v normalizační práci?
Hatto: Nejsem si jistý , že je vyžadován nový přístup, ale určitě máme novou příležitost vypracovávat normy, které pomohou podporovat vývoj technologií a nejen trh. Myslím si však, že bude nutné vyhodnotit volby normalizačních produktů a přitom nemyslet pouze v rámci evropských norem. Rovněž bude potřeba posoudit riziko a vliv na společnost , a to ve všech etapách tvorby norem.
Jestliže existuje něco poučného z mezinárodního fiaska v oblasti genetického inženýrství, tak je to fakt, že se 'experti' a průmysl potřebovali spojit s veřejností a jejich 'kvazi- zástupci' do lobbystických skupin. Neuvážené zamítnutí nanotechnologií na základě nedostatečných informací je již v některých skupinách patrné a myslím, že normalizační komunita může hrát důležitou úlohu v čelení těmto argumentům tím , že prokáže , že podporujeme sociálně odpovědný vývoj a používání technologií.
Networking: Jak jste se zapojil do evropské normalizace Vy jako ředitel výzkumu ve společnosti IonBond – výrobce povlaků ve Velké Británii.
Hatto: Do normalizace jsem se zapojil na základě požadavku mé společnosti vypracovat specifikace pro keramické povlaky, které již byly královstvím mikrotechnologie a z nichž některé zahrnují záměrně sestavené rysy nanoměřítka. Současně společnost (v té době známá jako Multi-Arc) začala s certifikací podle ISO 9000 na všechny své vypracovávané normy, které poskytují základ technologického vývoje, aplikaci a vývoj výrobku.
Návrhy indikují, že pokroky v osvětlování založené na nanotechnologii sníží celosvětovou spotřebu energie o 10%, což povede k úsporám 100 miliard dolarů za rok. Bill Joy – spoluzakladatel a hlavní vědecký pracovník Sun Microsystems – odhaduje, že kombinace informačního a fyzikálního použití nanotechnologie vytvoří hodnotu více než 700 trilionů Euro- tím, že přidá ekvivalent 100 ekonomik USA ke světovému trhu.
Networking: Jak rychle budou normy v nanotechnologii použitelné v průmyslu?
Hatto: Ve skutečnosti již existuje několik norem relevantních pro nanonotechnologii, které jsou k dispozici průmyslu, například EN 725-6 (stanovení specifické plochy povrchu keramických prášků), ačkoliv tyto normy jsou založené spíše na zkušební metodě než na metrologii či výrobku.
Networking: Jaké normy by měly být vypracovány nejdříve?
Hatto: Multidisciplinární povaha předmětu klade určité důležité otázky. Je jasné, že zpočátku jsou nutné normy, které poskytnou zdravý základ pro rozvíjející se průmysl. Tyto normy spadají do tří oblastí – terminologie, základní metrologie k podpoře norem a záležitosti ochrany zdraví a sociální záležitosti – jinými slovy musíte být schopen 'to' popsat, musíte být schopen 'to' změřit a musíte znát jaký dopad 'to' bude mít na zdraví a životní prostředí.
Networking: Proč by měla být evropská normalizace v nanotechnologiích?
Hatto: Díky práci na evropské úrovni jsme schopni zaměřit se na potřeby v
rámci Evropy a je snadnější pro nás dosáhnout konsensu. To rovněž nabízí velké
příležitosti pro evropský průmysl, pokud budou ovšem normy rychle zavedeny.
Silné evropské normy mohou poskytnout základ mezinárodním normám. Je jasné z
jiných iniciativ, např. v USA, že některé oblasti nanotechnologie, zejména
terminologie, potřebují být řešeny spíše na mezinárodní úrovni než na
regionální nebo místní úrovni.
V této konkrétní oblasti Evropa již podnikla důležitou iniciativu pověřující
Velkou Británii vypracováním Veřejně dostupné specifikace (Publicly Available
Specification (AS) – národní formou dohody z pracovní konference CEN – pro slovník
v nanočásticích. Tato Veřejně dostupná specifikace má být hotova uprostřed roku
Networking: Kdo se účastní práce v pracovní skupině 166 pro nanotechnologie?
Hatto: Členství v pracovní skupině je převážně z národních normalizačních orgánů a národních expertů pro nanotechnologii, což představuje určitá omezení při technické úrovni diskuse. Rozsah odbornosti je značný. Je pro mne velmi důležité zajistit, aby každý v pracovní skupině 'stačil' na různé záležitosti. Abychom dobře odhadli rozsah práce, uvedli jsme na našich třech zasedáních, které jsme dosud měli, různé prezentace uvádějící různá hlediska. V létě 1998 jsem byl vyzván, abych se stal předsedou pracovní skupiny 5 v technické komisi CEN/TC184 (Progresivní technická keramika – zkušební metody pro keramické povlaky) a kostky byly vrženy! Můj zájem o normalizaci v nanotechnologiích se skutečně datuje do doby, když pracovní skupina 5 začala projednávat záležitost měření v nanostupnici. To vedlo k přípravě návrhu Technickému ústředí CEN na zřízení pracovní skupiny. Většina expertů souhlasí, že pravděpodobně to bude trvat čtyřicet let, než se nanotechnologie stanou vyspělými, ale k mnoha aplikacím a průlomovému vývoji dojde zcela jistě již před tím.
Networking: Jaký rádius má nově založená pracovní skupina CEN 166 zabývající se nanotechnologií?
Hatto: Práce pracovní skupiny je definována jejím názvem a oblastí působnosti . Název nanotechnologie (množné číslo) spíše než nanotechnologie (jednotné číslo) byla zvolena po uveřejnění technické zprávy Královské akademie 'Nanověda a nanotechnologie:příležitosti a nejistoty' (https://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm), která došla k závěru, že nanotechnologie (množné číslo) je vhodnějším termínem než nanotechnologie (jednotné číslo) pro 'široký rozsah nástrojů, metod a potenciálních aplikací '. Oblast působnosti pracovní skupiny zahrnuje tři prvky:
vývoj strategie normalizace v oblasti nanotechnologií pro Evropu (plán);
monitoring a koordinaci prací v oblasti;
spolupráci s ostatními evropskými iniciativami ve vztahu k nanotechnologiím.
Proto pracovní skupina nemá samotný program prací tvorby norem, ale jistě si umíte představit, kolik práce ji čeká. Dosud jsme provedli studii čtyř různých kategorií zainteresovaných stran – průmyslových a neprůmyslových (národních) organizací, relevantních technických komisí CEN a 'pan-evropských' organizací a skupin, např. Evropských obchodních asociací a Evropských sítí v nanotechnologiích. Tato konzultace byla nyní dokončena a právě začínáme analyzovat výsledky. Tyto výsledky vytvoří základ našeho návrhu strategie, který bude posuzován na našem příštím zasedání v dubnu s konečnou verzí, která má být předložena Technickému výboru CEN ke konci června.
Networking: Jaké je praktické použití normalizace v nanotechnologiich?
Hatto: Předtím než začne zavádění výrobků založených na nanotechnologiich., musí být řešena řada technických problémů. Většina expertů souhlasí, že to pravděpodobně bude trvat čtyřicet let než se nanotechnologie stanou vyspělými, ale jasně k mnoha aplikacím a průlomovým vývojům dojde již před tím. Odhaduje se, že nanotechnologie je v současnosti na úrovni vývoje počítačové technologie v letech 1950.
Avšak studie předpokládají, že do 10-15 let projektovaný celosvětový trh pro nanotechnologie bude více než 700 000 milionů Euro. Jak již bylo naznačeno, prací pracovní skupiny je vypracovat strategii pro Evropu spíše než samotná tvorba norem. Osobně bych řekl, že existuje silná podpora pro zřízení nové technické komise CEN v této oblasti a měli jsme již určité diskuse, jak by tato komise mohla být strukturována. Co je absolutně jasné je, že počáteční práce nové komise by měla být v záležitostech ochrany zdraví a rizika spojeného s nanočásticemi, síťovými zdroji a progresivními analytickými a znázorňovacími metodami pro nanomateriály.
Networking: Co je největší výzvou pro Vás jako předsedu této komise?
Hatto: Jako samotný technolog myslím, že největší výzvou při předsedání skupině je zajistit, aby názory všech zainteresovaných stran byly vzaty do úvahy. V současnosti nemáme skutečně nikoho, kdo by mluvil specificky za společenské záležitosti (ačkoliv se musí uznat, že všichni členové jsou rovněž členy společnosti a v žádném případě všichni z nich nejsou technokraté!), ačkoliv existují členové, kteří jsou aktivně zapojeni do některých 'společenských' oblastí, jako záležitostí ochrany zdraví a rizika.
Byl bych rád, kdyby se tato situace změnila před tím, než vypracujeme konečnou zprávu, tak, abychom se na problém dívali z různých úhlů. V komisi Velké Británie, jejímž jsem předsedou, jsme se začali zabývat sociálními a společenskými záležitostmi a na našem posledním zasedání jsme měli prezentaci vedoucího vědeckého pracovníka Greenpeace.
Networking: Jak jsou ovlivněni normalizací v této oblasti spotřebitelé?
Hatto: Nedovedu si představit, že vliv normalizace na spotřebitele v nanotechnologiích bude jiný než vliv normalizace v jakékoliv jiné oblasti, tj. povede k lepším konzistentnějším výrobkům vykazujícím zlepšenou spolehlivost při nízkých nákladech, atd. a povede k větší ochraně spotřebitelů a životního prostředí. Např. v oblastech ochrany zdraví a životního prostředí by mohly, při neexistenci normalizace, nastat negativní dlouhodobé účinky, o kterých můžeme v současnosti pouze spekulovat. Vím, že můžete namítnout, že toto je spíše královstvím předpisů než normalizace, ale dobrý regulatorní systém musí být založen na opodstatněných a jasných normách.
Networking: Jak je normalizace pro nanotechnologie financována?
Hatto: Obvykle je práce pracovní skupiny podporována národními normalizačními orgány a těmi organizacemi, které jsou přítomny na zasedáních,. Je to zajisté záležitost, která bude muset být řešena.
Networking: Jak se práce pracovní skupiny WG 166 shoduje se sdělením Evropské komise směrem k evropské strategii pro nanotechnologie ? Jak funguje spolupráce s Evropskou komisí v oblasti nanotechnologií?
Hatto: Dokument strategie Evropské komise uznává potřebu metrologie a tvorby norem a BT/WG (pracovní skupina při Technickém výboru) to podporuje. Dokument rovněž uznává, že 'bude zapotřebí značný přednormalizační výzkum a vývoj..', ačkoliv není přesně jasné, jak by tato práce měla být podporována. Proto v současnosti zkoumáme, kudy vede cesta. Avšak dokument 'vyzývá členské státy, aby prosazovaly a koordinovaly aktivity v metrologii, normách a podnikových normách s cílem posílit konkurenceschopnost evropského průmyslu' , což možná poskytne vhodné řešení.
Morální a etické záležitosti s nanotechnologiemi jsou více spojeny s technologickým vyloučením zemí třetího světa než s technologickou interferencí s životními procesy.
Networking: Existují jakékoliv náznaky, že nanotechnologie se vyvine do ontraverzního předmětu jako klonování?
Hatto: Myslím, že potřebujeme více porozumět rizikům spojeným s volnými nanočásticemi před tím, než se stanou všudypřítomnými a možná to je oblast, kde by výrobci měli používat dobrovolná omezení do té doby, než budou vypracovány protokoly toxikologického zkoušení a protokoly pro posuzování dopadu.
Ačkoliv některé organizace tvrdí, že nanotechnologie vyvolává stejné morální a etické problémy jako genetické inženýrství, myslím, že jsou tyto záležitosti skutečně odlišné. I když obě technologie obsahují záležitosti rizik, posuzování rizik, sdělování rizik a management rizik. Morální a etické problémy spojené s nanotechnologiemi jsou spíše spojeny s technologickým vyloučením zemí třetího světa než s technologickou interferencí s životními procesy.
Networking: Mohly by se nanotechnologie vyvinout do typu bubliny jako internetový boom?
Hatto: Celý problém nanotechnologií je, že jsou skupinou podpůrných technologií a ačkoli v některých oblastech mohou být považovány za rozkladné, v jiných jsou skutečně přínosem. Jak naznačujeme názvem pracovní skupiny, nemluvíme o jedné technologii, ale o spoustě technologií a metod, které umožní průlomový vývoj v některých oblastech, zatímco v jiných budou zlepšení méně významná, i když dosud důležitá. Přesto v některých oblastech, jako u pneumatik vozidel, se výrobky založené na nanotechnologiich užívají dosti značnou dobu!
Některé orgány hovoří o tom, a já s nimi souhlasím, že skutečné změny nastanou konvergencí nano-, bio-, info-, a kogno - 'technologií' (kogno-technologie – kombinace biotechnologie, nanotechnologie a informační technologie pro dálkové ovládání mozkových funkcí a ovlivňování názorů). Většina expertů tvrdí , že to bude ve čtvrtém desetiletí tohoto století, kdy nanotechnologie vyspějí.
Prostřednictvím SPM lze nejen spatřit atomovou strukturu látek., ale i mapovat polohu jednotlivých atomů a umísťovat je na jednotlivá místa. Na tenký hrot při ní působí jemné meziatomární síly, přičemž tento pohyb se detekuje pomocí laseru. Díky SPM tak lze nejen určit polohu jednotlivých atomů, ale dokonce i umisťovat atomy či molekuly na předem stanovená místa. Jediné, co dosud dělá mnohým nanokonstruktérům těžkou hlavu, je zatím značná nepřesnost této technologie. Musíme si totiž uvědomit, že při vytváření těchto systémů technici nesmí chybovat více než v jednom případě z miliardy, což je zhruba přesnost, s jakou se kopíruje DNA při dělení buněk.
Obr.1 - Schematický nákres uspořádání mikroskopu je vidět na obrázku, kde jsou zakresleny jeho hlavní funkční části. Každý mikroskop SPM se skládá z mechanické části - stolku s polohovacím zařízením, umožňujícím pohyb ve třech rozměrech, z nosníku s hrotem a z elektrické části - napájení, zpětné vazby, sběru signálu a ovládání pohybu. Důležitou vnější části mikroskopu je vybavení k tlumení mechanických vibrací. Mikroskop může být dále vybaven dalším pomocným vybavením, jako je např. vakuová komora apod.
Ø atomární rozlišení, zobrazení v přímém prostoru
Ø trojrozměrný obraz v reálném čase, možnost studia dynamických procesů
Ø možnost použití v různých prostředích, vhodné především pro zobrazování biologických vzorků in vivo a in vitro
Ø vzhledem k malé velikosti SPM hlavy ji lze vestavět do zařízení pro jiné typy mikroskopických technik
Ø není zapotřebí žádného externího zdroje částic (jako třeba elektronů v elektronové mikroskopii či světla ve světelné)
Ø lokální interakce (nestředované veličiny)
Ø není třeba speciálních úprav vzorku (někdy potřeba vodivého pokrytí či fixace)
Ø velký rozsah zvětšení, nicméně při malých zvětšeních nese obraz informaci pouze o místě těsně pod hrotem
Ø vlivem lokálnosti neobsahuje obraz informaci o zbytku povrchu
Ø z naměř. hodnot není zpravidla možno přímo určit strukturu, lze jen porovnat s očekávanými z modelu a ten případně opravit
Ø citlivost k vibracím a teplotním driftům
Ø je citlivá pouze na pár povrchových vrstev (často na jednu)
Ø velké množství artefaktů (falešných obrazů), zvláště hrot se vzorkem si mohou vyměnit roli
Ø vliv adsorbované vody na povrchu vzorku
Ø obtížnost opětovného zobrazení téhož místa na vzorku
Ø není obecně citlivá na chemickou podstatu atomů, určit typ atomu lze jen z doplňujících metod a úvah
Ø může být necitlivá k některým typům absorbátů na povrchu, nemají-li vhodné energetické hladiny
Ø metoda registruje zvlnění určité fyz. vlastnosti (např. plochy konst. hust. náboje), které ovšem klesá se vzdáleností od povrchu
Čistý uhlík je znám ve dvou molekulových formacích: diamant a grafit. V molekulové mřížce diamantu je uhlík čtyřmocný, svými vazbami vytváří nesmírně pevnou síť. V normálním grafitu bývá uhlík třímocný přičemž vytváří šestiúhelníkovou mřížku s mnohem slabšími vazbami. V roce 1985 zjistil britský chemik Harry Kroto, že ve vzdáleném vesmíru se vyskytuje ještě další forma uhlíku. Brzy se podařilo tuto formu vytvořit i laboratorně. Jde o molekulu tvořenou desítkami atomů, nejčastěji je těch atomů v jedné molekule právě šedesát. Molekula vypadá přesně jako fotbalový míč. Je tvořena střídavě šesti a pětiúhelníky. Ukázalo se, že struktura je neobyčejně stabilní. Nazvali ji podle exponátu na Mezinárodní montrealské výstavě v roce 1967 navrženém architektem Buckminstereme Fullerem buckminsterfullerene, později jméno zkrátili na buckyball. Chemicky je značena C60. V roce 1996 dostal Kroto spolu s kolegy Curlem a Smalleym za tento objev Nobelovu cenu.
Nová forma uhlíku, grafen, byla objevena fyziky z Machestru a od té doby je námětem stovek vědeckých prací.
Graphen má strukturu rovinné sítě vzájemně propojených atomů uhlíku uspořádaných do tvaru šestiúhelníků, podobně jako u pláství medu. Tvoří základ všech ostatních uhlíkových struktur. Grafit si můžeme představit jako mnoho graphenových vrstev na sobě, uhlíkové nanotrubičky jako srolovaný graphen a fulleren jako graphen zmačkaný do kuličky o rozměrech nanometrů.
Všechny tyto formy uhlíku byly izolovány dlouho před graphenem, ale jejich elektrické, magnetické i mechanické vlastnosti vycházejí z graphenu. Možnost měnit rychlost elektronů v graphenu otevírá cestu k ultrarychlým elektronickým součástkám o rozměrech pouhých atomů. To je hlavní důvod obrovského zájmu o graphen jako materiál pro technologie blízké budoucnosti.
V graphenu je chování elektronů zcela zvláštní. Zvláštní interakce mezi elektrony a plástvovitou mřížkou způsobují, že se elektrony chovají, jako by neměly žádnou hmotnost. Jednu takovou částici, která se také chová, jako by neměla hmotnost, již známe. Jsou to neutrina. Neutrina ale nenesou elektrický náboj, a proto nevykazují silnou interakci se žádným druhem hmoty. Naproti tomu elektrony v graphenu nesou jednotkový elektrický náboj a mohou být ovládány elektrickým polem. Protože manipulace s elektrony uvnitř materiálu je srdcem moderní elektroniky, mohou nám unikátní vlastnosti elektronů v graphenu pomoci překonat omezení, která na příklad limitují polovodičové technologie založené na křemíku.
Hallův jev spočívá v odchylování toku volných elektronů v materiálu přiloženým příčným magnetickým polem. Vzniká pravoúhlý skok potenciálu, přičemž poměr velikosti potenciálového skoku a protékajícího proudu, takzvaný Hallův odpor, je úměrný velikosti přiloženého magnetického pole. Pro dvojrozměrný elektronový plyn při teplotě v blízkosti absolutní nuly je tato veličina kvantována, to znamená, že může nabývat pouze diskrétních hodnot. A právě tento jev výrazně odlišuje graphen od normálních kovových materiálů. V graphenu může mít kvantový Hallův odpor velikost pouze lichých celých čísel.
Zatímco tato anomálie představuje v oblasti teorie pouhou kuriozitu, jiné vlastnosti graphenu s tím související mohou mít významný praktický dopad. V normálním kovu rozptyluje jakákoliv krystalografická porucha nebo příměs elektrony a způsobuje tak energetické ztráty. V graphenu je ale elektrický odpor na jejich množství zcela nezávislý. Znamená to, že elektrony se mohou pohybovat na vzdálenost mnoha tisícin milimetru, aniž by se přitom srazily s nějakou poruchou, a to právě dělá z graphenu ten zázračný materiál, vhodný pro vysokorychlostní elektronické spínací prvky, kterým se zatím říká balistické tranzistory.
Graphen není jen slibným materiálem pro budoucí pokročilé technologie, může sloužit i jako názorná učební pomůcka pro zkoumání a ověřování základních interakcí hmoty. Umožňuje vidět relativistické efekty, které nebyly nikdy dříve pozorovány. Rychlost šíření elektronů v graphenu v porovnání s rychlostí šíření světla nabízí nový pohled na velikost některých základních fyzikálních konstant. Ukazuje se na příklad, že elektron není tak elementární částice, jak si většina lidí myslí. Jde spíše o posloupnost interakcí s daleko komplikovanějšími stupni volnosti, které nejsou v současné době zatím experimentálně dostupné.
Je ještě mnoho problémů fundamentální fyziky, které graphen pomáhá objasňovat. Jde například o hádanku rozbití chirální symetrie. Chiralita částice udává, zda se liší od svého vlastního zrcadlového obrazu jako třeba pravotočivá a levotočivá spirála. V graphenu existují pravotočivé a levotočivé částice, které se chovají naprosto stejně. To je ale v ostrém kontrastu s jinými částicemi, například s neutriny. Zjištění, je-li možno rozbít chirální symetrii částic v graphenu, může pomoci pochopit, jak se rozbíjí stejná symetrie v částicové fyzice.
Společnost Arkema ve spolupráci s Výzkumným ústavem Paula Pascala při CNRS v Bordeaux zahájila letos v lednu poloprovozní výrobu uhlíkových nanotrubiček. Kapacita výrobní jednotky má být deset tun této speciální suroviny za rok
Produkce bude prozatím určena především pro potřeby výzkumných pracovišť. Studují se však i další aplikace jako například makrovlákna na bázi nanotrubiček, využitelné v průmyslové praxi.
Uhlíkaté nanotrubičky objevené v roce 1991 jsou mikroskopické válečky o průměru několika tisícin mikrometru a délce několika mikrometrů. Jsou dobrými vodiči elektřiny i tepla a mají výborné mechanické vlastnosti. Zatím se však vyrábějí ve formě prášku.
Hlavním cílem současné výzkumné spolupráce firmy Arkema a Výzkumného ústavu CNRS je vyrobit z nanotrubiček makroskopické vlákno, aby se tak daly lépe využít vlastnosti základních stavebních jednotek, tj. nanotrubiček. Tato forma by také měla být snadněji slučitelná s jinými typy materiálů ať už s textiliemi, kabely či kompozitními materiály. Současně testovaná experimentální vlákna vyrobená z uhlíkových nanotrubiček vykazují vynikající mechanické vlastnosti, které v některých parametrech předčí i ta nejkvalitnější přírodní i syntetická vlákna. Například síť utkaná z jednoho kilogramu 'nanovláken' zastaví automobil jedoucí stokilometrovou rychlostí.
Další výhodou výrobní jednotky firmy Arkema mají být i stabilní a definované vlastnosti jejich produktu a přijatelná prodejní cena. Výzkumné ústavy dosud totiž používají nanotrubičky vyráběné v různých částech světa a tedy proměnlivé kvality a vlastností, které jsou navíc velmi drahé (až několik set eur za jeden gram látky). Navíc, jak již bylo zmíněno, má být část produkce určena k výrobě 'nanovláken' vyhovujícím požadavkům na spřádací technologie.
Řadu let se věřilo, že uhlíkové nanotrubice způsobí revoluci v nanotechnologiích. Zatím se bohužel tento předpoklad nevyplnil. Důvody jsou různé, například potíže při přípravě nanotrubic definovaných rozměrů nebo vysoký kontaktní odpor na spojích s dalšími obvody. Fyzici spolu s technology jsou přesvědčeni, že s graphenem dokáží tyto překážky překonat. Použitím elektronové litografie je možno potřebné obrazce z graphenu 'nakreslit' přímo do obvodů a jejich elektrické vlastnosti je možno řídit vnějším elektrickým polem. Narozdíl od prakticky jednorozměrných nanotrubic je graphen kontinuální medium a ohřívání v blízkosti kontaktů je minimální. A samozřejmě již dříve zmíněná vysoká rychlost elektronů a nízký odpor materiálu skýtá mnoho dalších.
Nanomedicína může být definována jako sledování, opravování, stavba a kontrola nad člověkem na molekulové úrovni biologickým systémem, který je tvořen z nanosoučástek a nanosystémů.Nanotechnologie by mohla hrát v medicíně významnou roli. Např. pomoc při diagnostice, bioimplantáty, možné léčebné schopnosti nanorobotů , to jsou nejběžnější uplatnění v moderní medicíně. Např. lékařští nanoroboti o velikosti do 1000 nm by se injektovali do lidského těla (několik miliard nanorobotů řádově odpovídá 1 cm3). Tam by mohli pomáhat imunitnímu systému, podílet se na procesech látkové výměny, provádět nějaké opravné úkony, případně se shlukovat do větších celku a vytvářet složitější a výkonnější systémy. Jednoho takového nanorobota navrhl Drexler. Jeho základní součásti lze vidět na obrázku 1. Důraz je kladen na malou velikost. Počítač i stavitel dosahují molekulových velikostí.
Stavitel má dva hlavní podsystémy:
Co se týče velikosti, 10000 základních logických systému (dost, aby vytvořilo malý procesor) by zabralo krychli o hraně maximálně 100 nanometrů a při práci na frekvenci 1 GHz by se spotřebovalo méně než 10 -9 wattu. Takové zařízení by se dalo použít například pro ničení rakovinotvorných buněk. Vybavené počítačem a zásobou jedu schopného zabít buňku rakoviny by cirkulovalo lidským tělem a kontrolovalo předem pevně stanovená kontrolní místa. Po 'kontrole' místa by se předal profil počítači, který by jej porovnal s rakovinovým profilem místa a pokud by se shodovaly, byl by vypuštěn jed. Zabiják buněk by svoji polohu určoval podle příjmu akustických signálu z několika makroskopických zdrojů těchto signálu. Zjistil by například, že se nachází v palci u nohy, pokud bylo jeho cílem zničit rakovinotvorné buňky v tlustém střevě, jed by nebyl vypuštěn. Zařízení by bylo přeprogramovatelné (samozřejmě uvnitř těla pomocí akustických signálu) a mohlo by tak napadat různé cíle, což by ve výsledku zabránilo rozšiřování nechtěných struktur (bakteriové infekce apod.).
Nanoroboti by se dali využít i v kryobiologii a kryonice, vědních oborech zabývajících se možnostmi uchování a konzervace tkání tak, aby v budoucnu bylo možno tyto tkáně nějakým způsobem opět použít. Právě nanoroboti by oživovali a opravovali zmrazenou tkáň.
Základní nanosoučástky, zkonstruované enzymy a ostatní biologické produkty, budou pravděpodobně brzy enormně využívány v lékařských aplikacích, nicméně tomu všemu bude předcházet mnohaletý výzkum a testování.
Pro biologii je největším přínosem metody možnost zobrazovat v libovolném okolním prostředí, což zabrání např. vysychání struktur a umožňuje zobrazit i živé organizmy (např. bakterie, často se zobrazuje DNA). Problémem při těchto měřeních je nalezení vhodného podkladového povrchu (nejčastěji se používá čistý pyrolitický grafit pro STM a slída pro AFM), fixace vzorku a zajištění jeho vodivosti (pro STM) nebo volba vhodné síly (pro AFM). Velkým problémem však zůstává interpretace naměřených výsledků.
Lidské tělo je tvořeno ze 7 x 1027 atomů, které jsou uspořádány ve vysoce aperiodické struktuře. V lidském těle lze najít 41 chem. prvků (viz tabulka níže). Celých 87% lidského těla jsou atomy vodíku nebo kyslíku. Atomy nejsou v těle jako jednotlivé elementy, ale jsou v kombinované formně jako molekuly anebo ionty.
Zatímco synchronizované zásobovací cesty propouští ionty skrz blánu v termodynamickém spádovém směru, aktivní pumpy užívají zdroje volné energie k přesunu molekul a iontů proti tomuto spádu. V biologii je obvykle zdrojem této energie foton světla. Ovšem v lidském těle se energie získává z více různorodých energetických zdrojů.
Molekulové pumpy pracují většinou ve čtyřech fázích:
Rozpoznávání a vázání vst. substrátu
Jeho přemístění přes vnitřní strukturu
Uvolnění substrátu
Vrácení do původního stavu (zotavení)
Toto zařízení je opět schopno selektivně vázat specifické molekuly a transportovat je proti koncentračnímu spádu. Vstupní materiál se váže na jednotlivé lopatky a pak je přenesen do cílové oblasti. Tam je násilně z 'lopatek' uvolňován. Tento model může být navržen z asi 105 atomů(včetně hnacího systému).
Na dalším obrázku je kaskádní verze předchozího případu. Prvním článkem může projít kromě požadovaných molekul i malé množství molekul nežádoucích. Celý systém pak omezí množství těchto látek na výstupu celé soustavu.
Tento mechanizmus může skvěle posloužit, pokud chceme určitou látku přesunout z jednoho do druhého zásobníku. Princip je dobře patrný z obrázku.
Mozkem nanorobotů je molekulární počítač. Spíše než stroji na bázi polovodičů, jak známe počítače dnes, se podobá viktoriánskému Babbagovu diferenciálnímu stroji. Pracuje na mechanickém principu za pomoci táhel, pák, vahadel a ozubených soukolí. Mechanický počítač má totiž menší nároky na prostor (ekvivalent tranzistoru je velký jen 5 krychlových nanometrů) a protože se nezahřívá tokem elektronů, nepotřebuje chlazení. Má také nižší spotřebu energie a je dostatečně rychlý (změna stavu trvá zhruba 50 ps).
Protože první roboty budou disponovat ještě velmi omezenou inteligencí, je vhodné zajistit, aby mohly jejich počítače přijímat instrukce zvenčí. Ty budou dávat podněty ke změně činnosti, funkce nebo tvaru. Merkle počítá s jednosměrnou akustickou komunikací v megahertzových frekvencích. Za tím účelem by měl být každý stroj vybaven tlakovým snímačem, který by zastával funkci přijímače. Vzhledem k určité specializaci robotů v pracovní skupině by každý reagoval jen na tu svou část plošně vysílaných signálů. Pokud by se signály vysílaly v pravidelných intervalech, mohla by být činnost nanorobotů řízena skokově.
Počítač by se naprogramoval na jednoduchou činnost a vykonával by ji tak dlouho, dokud by nedostal další podnět nebo dokud by nesplnil zadaný úkol. V záložní paměti by měl uloženy pouze dva programy - vrozenou specializaci a možnost autoreprodukce. Tento přístup by mu umožňoval pracovat ve dvou základních režimech. V reprodukčním režimu by každý stroj vyráběl své kopie tak dlouho, dokud by nedostal povel k jiné aktivitě. Pak by přešel do aktivního režimu, ve kterém by setrval buď do splnění úkolu, nebo do dalšího povelu.
Základním prvkem molekulárního stavitele je manipulátor, přičemž jeden robot jich může mír i několik. Manipulátor slouží nejen k práci, ale i ke komunikaci a ke spojování s ostatními stroji. Tak mohou z miniaturních stavebních prvků vznikat struktury, které dokážou v čase měnit svůj tvar i funkci. Spojením své výpočetní kapacity zároveň získávají vyšší inteligenci, takže mohou plnit složitější úkoly. V současnosti jsou vyvíjeny manipulátory podobající se lidské ruce. Tak může robot při stavbě své kopie nebo při jiné požadované činnosti 'přerovnávat' atomy tak, jak právě potřebuje. Aby se atomy zase nerozbíhaly a aby na ně nepůsobilo neznámé okolní prostředí, je potřeba - po vzoru přírodních molekul - vytvořit kolem nich obal. Protože je ovšem třeba přenášet materiál mezi vnitřkem molekuly a jejím okolím, navrhují vědci tři v sobě vložené válce nebo koule vybavené otvory. S tím, jak by se pohyboval prostřední plášť, otvíral by propusti mezi vnější a střední nebo mezi vnitřní a střední vrstvou.Vznikaly by tak jakési přechodové komory bez použití složitých mechanických uzávěrů.
Nanoroboti budou ke své činnosti potřebovat dva základní prostředky - stavební materiál a energii. Nabízejí se přirozeně dvě základní cesty. Menší závislost na podpoře zvenčí zaručí adaptace stroje na okolní prostředí. V tom případě by za stavební materiál používal vše, co se nachází bezprostředně kolem něj. To samozřejmě vyžaduje větší 'znalosti', protože robot bude muset umět rozebírat molekuly a vybírat si z nich jen ty atomy, které potřebuje. Zároveň ovšem musí dbát na to, aby 'odpad' nijak neškodil. V nejlepším případě by jej měl umět využít jako zdroj energie pro svou práci.
Jednodušší přístup z hlediska návrhu robota je dodání potřebných látek zvenčí. Tak by byl například nemocnému do žil kromě nanostrojů vpraven i výživný roztok a další látky obsahující potřebné stavební prvky, které se v danou chvíli v lidském organizmu nenachází.
Přirozenou vlastností všech těchto strojů by měla být i možnost vlastní reprodukce. A to nejen z důvodu rychlejšího plnění úkolů a záruky přežití v nehostinném prostředí, ale i kvůli dalšímu vývoji. MNT totiž v současnosti uvažuje spíše o vývoji shora dolů. To znamená, že první generace robotů (vyrobená člověkem) by byla podstatně větší než požadovaný cílový stav. Každá další generace by pak vytvářela svou kopii o něco menší. Po několika generacích by vznikl stroj, který je již pro lidské nástroje ovládané člověkem příliš malý.
Konstrukčním materiálem nanomotoru se stal syntetický polymer azobenzenu, jehož molekula obsahuje pár dusíkových atomů s benze-novým jádrem navázaným na každé straně. Svébytný dusíkový můstek mezi jádry je zkroucený, ale jakmile na něj začne působit světlo určité vlnové délky, narovná se, a tím prodlouží molekulu. Světlo o jiné vlnové délce jej opět vrátí do staženého stavu. Vědci zkusili využít tento vratný pohyb ke konání užitečné práce.
Nejprve chemicky navázali jednu stranu molekuly azobenzenu na vrstvičku nanesenou na skleněný podklad. K jejímu druhému konci rovněž chemicky připojili droboučkou páku a vzniklý mechanismus připojili ke speciálnímu mikroskopu (AFM) umožňujícímu měřit vznikající atomové síly. Pomocí ultrafialového záření o vlnové délce 420 nanometrů pak molekulu natáhli do delšího stavu. Následně použili ultrafialové záření o délce 350 nm, kterým dosáhli zkrácení molekuly zhruba o pět procent.
Dokázali tak, že lze opakovaně přepínat mezi zkráceným a prodlouženým
stavem. Připojením zátěže v okamžiku, kdy se molekula zkracovala, a odpojením v okamžiku,
kdy se prodlužovala, přinutili mechanismus při každém taktu konat práci.
'Právě tak pracuje motor ve vašem automobilu,' liboval si v časopise
New Scientist biofyzik Hermann Gaub z vědeckého týmu mnichovské univerzity. Nanomotůrek
podává neskutečně nízký výkon: při každém taktu se vyvine práce jen 4,
Zatím však nanomotor zůstává ideou, byť velmi lákavou. Vědci totiž jeho výkon nepoužili k pohonu nějakého nanostroje. Považují jej pouze za první zjevnou ukázku světlem řízeného mechanického pohybu v systému tvořeném jedinou molekulou. Ukazuje, kam až může věda pokročit v nanoměřítcích, tedy na konečných hranicích výroby a měření.
Nanomotor bude muset být výhledově odolnější a také účinnější než při prvních laboratorních pokusech. Biofyzik Hermann Gaub to komentuje takto: 'Potřebovali byste čas a hluboké kapsy, než tím vyděláte peníze. Pak to ovšem pravděpodobně budou velké peníze.'
Společnost IBM oznámila
Základem čipu je v tomto případě uhlík, respektive jeho grafitová modifikace. Ta dle okolností může pracovat jako vodič nebo polovodič. V rámci přípravy tranzistoru se přitom může jedna část nechat 'spálit' účinkem elektrického proudu v kyslíkové atmosféře a zůstane pouze struktura s vlastnostmi polovodiče.
Ke konstrukci se využívají tranzistory řízené elektrickým polem. Dosud připravené tranzistory z uhlíkovým nanotrubiček byly typu P, tedy šlo o děrovou (elektronově deficientní) vodivost. Ke konstrukci složitějších systémů je však třeba kombinovat tranzistory P a N (elektronová vodivost). Pro převedení tranzistoru P na N se používalo dosti komplikovaného postupu, který vyžadoval přidání dalšího prvku, draslíku -- ten je jako alkalický kov možným zdrojem elektronů. Nyní je možné jednodušeji provést inverzi i tím způsobem, že budeme nanotrubičku zahřívat ve vakuu a poté ji opět necháme vychladnout v kyslíkové atmosféře. V obou případech dostaneme kombinaci N a P tranzistorů tak, že tranzistory, které chceme uchovat v původní P podobě, vhodným způsobem chráníme. Používá se k tomu vrstvička ochranného nátěru označovaná jako PMMA.
Kombinace izolačních a polovodičových částí může doopravdy vést k jednomolekulovým tranzistorům. Nyní je potřeba vyvinout mnohem komplikovanější molekulový design a pokusit se o jeho zapojení.
Hojení ran pomocí laserového paprsku je spojeno s profesorem Endre Mesterem. První zprávy o jeho pionýrském díle se objevily v roce 1967. K biostimulaci využíval koherentního světla He-Ne laserů (632,8 nm) o výkonu 50 mW. Mesterova skupina byla od začátku úspěšná, ale jen málo výzkumníků mohlo úspěch jejích experimentů s laserovou biostimulací (LLLT) zopakovat.
33 let poté, co byla odborné veřejnosti předložena formule biostimulace, byla do LLLT zavedena rovnice LILAB, která určuje biologické hranice dávky (hustoty energie) a intenzity světla. Nedávné laboratorní experimenty, které ukázaly, že různé individuálně používané vlnové délky laserového světla vyzářené s hustotou energie stejného řádu vyvolaly u krys srovnatelné biologické účinky, by mohly být vykládány jako dodatečný důkaz na podporu rovnice LILAB.
Na 1. konferenci NOA (Nearfield Optical Analysis - Optická analýza blízkého pole) se multidisciplinární skupina deseti vědců z Brazílie, Dánska, Finska, Francie, Izraele, Maďarska, Německa, Saúdské Arábie a USA zabývala otázkou validace účinků LLLT. Jednou z diskutovaných možností bylo provést prostřednictvím optické analýzy blízkého pole (NOA) přímý výzkum molekulárních mechanismů světlem navozených hojivých procesů, k nimž při LLLT dochází. Tato teorie byla natolik slibná, že se prezident ACS Attila Pavláth nakonec o podporu této skupiny začal osobně zajímat a ACS se rozhodla oficiálně sponzorovat 1. konferenci NOA, aby 'zkoumala molekulární mechanismy urychleného a normálního procesu hojení ran', čímž zcela pominula nepřekonatelnou bariéru, přetrvávající mezi teorií a možnostmi výzkumu. Optická analýza blízkého pole s pomocí Optické skenovací mikroskopie blízkého pole (NSOM) existuje již 10 let, ale nikomu se dosud ještě nepodařilo touto metodou vytvořit za fyziologických podmínek obraz živé buňky. Dosažení skutečného úspěchu zdánlivě bránily dvě konkrétní příčiny:
První problém byl vyřešen v Evropské Laboratoři pro optickou skenovací mikroskopii blízkého pole (ENSOMA) použitím biosenzorů s pláštěm nepropouštějícím vodu a tak mohl být tento milník představen na 1. konferenci NOA v listopadu 2000.
Optická skenovací mikroskopie blízkého pole vytvořila to nejvyšší optické rozlišení, jakého bylo dosud dosaženo, metodou, využívající přenos energie z hrotu optického tělíska (průměr hrotu > 20 nm), oscilující v charakteristickém rozsahu energetického přenosu (~ 10 nm) v blízkém poli povrchu, který má být analyzován. Ozařováním vyvolaný přenos energie mezi vybuzenými molekulami (zdroj) a molekulami receptoru (příjemce), umístěnými do blízkosti molekul zdroje, prostřednictvím molekul v prostoru byl experimentálně potvrzen (Kuhn, 1970). V průběhu 2. konference NOA v květnu 2001 v Johnsonově středisku kosmických letů v NASA v Houstonu v USA, ko-sponzorované organizacemi NASA a DARPA, jsme na cestě k vyřešení problému 'nízkého optického kontrastu' učinili další krok a demonstrovali jsme, že z nanobakterií ve vodním prostředí lze získat čisté obrázky, což byl povzbuzující úspěch. 2. konference NOA, které se účastnilo více než 40 předních mezinárodních fotobiologů, nesmírně pomohla jak LLLT i NOA v tom smyslu, že LLLT/LILAB se mohly během méně než 6 měsíců dočkat přijetí ve vědeckých kruzích ve třech oborech: v civilním, vojenském a kosmickém výzkumu. Vědecký průlom přišel právě před 3. konferencí NOA (Brazílie, červen 2002) v podobě zveřejnění čistých obrázků v nanometrovém měřítku, na nichž byl zachycen jednak lidský dentin ve vodním prostředí a jednak jako vůbec poprvé i živé endotelové buňky v prostředí tekuté buněčné kultury, čímž se otevřela optimistická perspektiva pro přímou analýzu mechanismů LLLT. Buňky přilnuly na leštěné titanové destičky a byly analyzovány pomocí optických biosenzorů s pláštěm nepropouštějícím vodu, které byly připevněny ke konvenčnímu NSOM mikroskopu. V současnosti se nacházíme v době, v níž se buněčné zobrazování a fotobiologie stávají pro disciplíny se širokým záběrem velice důležitými. Současný pokrok v oblasti NOA nám poskytuje technologii, která je nutná pro rozpoznání vztahů mezi buněčnou činností a různými světelnými podněty na Zemi i ve vesmíru. Zobrazování živých buněk pomocí NOA se ukázalo být ohromným přínosem zejména pro biomedicínské aplikace a pro tkáňové bioinženýrství. Pravděpodobně jen díky NOA dnes můžeme zevšeobecnit naši vizi takto: Čas vyřešil analýzu molekulárních mechanismů vyvolaných LLLT v živých buňkách s hustotami a intenzitami světelné energie a s různými vlnovými délkami koherentního a nekoherentního světla, které jsou v souladu s rovnicí LILAB, což nám dovoluje systematicky porozumět parametrům LLLT a optimalizovat je.
Tým holandských výzkumníku ukázal, ze DNA má zvláštní elektrické vlastnosti a může pracovat jako malinký elektrický drát. Vědci umístili malý fragment DNA (dlouhý 10 nm) mezi dvě elektrody. Aplikací napětí na elektrodách mohli vědci změřit, zda elektrický proud prochází přes DNA molekulu.
DNA se skládá ze 4 různých stavebních bloků nazývaných báze. Ty se párují dvěma způsoby: adenin (A) a thymin (T), guanin (G) a cytosin (C). Tyto zpárované báze pak tvoří typickou spirálovitou strukturu DNA. Při testech bylo použito umělé DNA tvořené 30 páry G - C. Při malém napětí se nic neděje. Při zvýšení napětí za prahovou hodnotu však prochází DNA proud. DNA se tedy chová jako polovodič. Tato vlastnost se dá využít v počítačovém průmyslu, lze tak nahradit křemík a vyrábět čipy o velikosti molekuly.
Jiný způsob využití čipu postavených na bázi znalosti DNA je detekce mutací a informací obsazených v genech. Na něčem podobném pracuje firma Affymetrix, která vyvinula DNA čip, který je schopen 'číst' genetickou informaci a rozpoznat různé mutace. Dr. Arnold J. Levine, odborník na léčbu rakoviny z Princeton University, k tomu poznamenal, ze tyto čipy, monitorující tisíce genu najednou, mohou velmi dobře posloužit v boji proti rakovině a dalším geneticky podmíněným nemocím. Firma již také nabízí speciálně upravené zákaznické čipy, které dokáží vysledovat mutace ve virech způsobujících AIDS, další podobné čipy pak rozpoznají změny v genu p53, který způsobuje některé druhy rakoviny.
Šéf genetického vývoje firmy Dr. Lockhart potvrdil, že je již k dispozici čip, který rozpozná 6500 lidských genů, jejichž sekvence byly již plně popsány a v dohledné době se plánuje výroba čipu, který by byl schopen detekovat až 50000 lidských genů. Nesmírnou výhodou pro konstruktéry těchto čipů je centrální genetická banka, kde se ukládají výsledky výzkumu všech laboratoří, které se zaměřují na dekódování lidských genů. Pomocí počítače a internetu jsou tedy výrobci čipu schopni ihned vložit do čipu nejnovější dekódované sekvence lidského genomu.
Pokroky v lékařské technologii nutně závisí na našem porozumění žijícím systémům. Je proto nutné je prozkoumat a analyzovat do mnohem větších detailů, než bylo v minulosti možné. Molekulové stroje, operující v lidském těle, by měly kontrolovat různé objekty a zjištěné informace uchovávat ve vnitřní paměti. Tyto stroje by pak byly filtrovány z krve a uložené informace analyzovány. Dostali bychom informace o zdravé či poškozené tkáni a tak získali nové přístupy, jak léčit nemocné a hojit zraněné.
Ralph Merkle a Charles Bauschlicher vyvinuli model vysokokapacitního systému pro uchování informací s použitím atomů fluoru a vodíku.
Další nanotechnologický průzkum by mohl ukázat, že je možné ukládat data na povrch diamantu takovým způsobem, který je 10 milionkrát hustší než kapacita paměti DVD disku, tedy asi 1015 bytu/cm2, přičemž DVD zapisuje zhruba 108 bytu/cm2
Stan Williams, vědec v laboratořích Hewlett-Packard v Palo Alto, si myslí, že tímto způsobem by se dal vyřešit exponenciální růst výkonu počítačů, který trvá už přes padesát let (Mooreuv zákon).'Nynější metoda výroby počítačových čipů leptáním jemnějších a jemnějších linek do křemíku pravděpodobně vyčerpá svůj potenciál asi do roku 2010.
Nanotechnologie nám mohou připadat jako něco, co snad ani nepatří do dnešní doby. Stále se o nich mluví, ale přesto se neví, co dokáží již dnes. Pomineme-li futuristické vize samoreplikujících se robotů a přesuneme víc k zemi, můžeme vymoženosti nanotechnologií začít využívat.
Jako první vás možná napadnou nanotrubičky čili nanotubes. Miniaturní trubičky o průměru několika nanometrů a délce až několik mikrometrů. Obvykle si je spojíme s úžasně pevným materiálem. Ale nanotrubiček je mnohem více druhů, než se zdá. Nejklasičtější jsou z obyčejného uhlíku – jedno či vícevrstvé. To jsou ty, které mají nevídanou pevnost (Nejméně 100GPa, což je 100x víc než kvalitní ocel. To vše při šestinové hmotnosti.) a zajímavé elektrické vlastnosti. Koupit si takové trubičky není žádný problém. Cena je lidová. Za gram kvalitních dáte 500 dolarů, ale když vám stačí nižší kvalita, dostanete se i na 50 dolarů. Můžete vyzkoušet třeba e-shopy – levnější a dražší. Při manipulaci s nimi si dejte pozor, když je vdechnete mohou se vám dostat do mozku a není jasné, co se potom stane. K čemu se vám budou takové nanotrubičky hodit? Jestli plánujete proniknout na trh se špičkovými tenisovými raketami, tak se bez nich již neobejdete. Jsou součástí kompozitních materiálů, ze kterých se vyrábí. Nebojte se, trubiček nebudete potřebovat hodně, vzhledem k tomu, že se cena špičkových raket pohybuje kolem 250 dolarů, moc se jich do ceny nevejde. A právě tenisová raketa je mezi deseti nejlepšími nanoprodukty roku 2003, které vyhlásil server Forbes. I moderní procesory se v budoucnosti naplní uhlíkovými trubičkami. Již byl vytvořen první integrovaný obvod s nanotrubičkovými tranzistory, ty by měly mít menší velikost a spotřebu. Trubičky by také mohly posloužit k propojování jednotlivých křemíkových vrstev v mikroprocesorech, jak navrhuje NASA. Oproti v současnosti používaným měděným nebo hliníkovým propojkám mají výhodu v lepší propustnosti elektrického proudu i při velmi malém průřezu. K takovému nasazení by mělo dopomoci i nedávné objevní způsobu, jak „zabudovat“ nanotrubičku do polovodiče.
Nejsou všechny nanotrubičky z uhlíku. Izraelští vědci je koncem ledna vyrobili ze zlata, stříbra a paladia. Nemají sice tak dobré mechanické vlastnosti jako uhlíkové, ale zato by měly mít výborné elektrické a optické vlastnosti. O jejich využití zatím mnoho nevím, snad by mohly sloužit jako senzory nebo katalyzátory.
Opustíme nanotrubičky a vrhneme se do relativně klidnějších vod nanotechnologií. Velkou perspektivu mají displeje vybavené FOLED (Flexible Organic Light Emitting Devices – Ohebná organická světlovyzařující zařízení). První vzorky již byly vyzkoušeny a komerční nasazení je předpokládáno do tří let. Potom si budete každý den rozbalovat jednu roličku papíru – či spíše nějakého polymeru, na které bude vždy aktuální výtisk novin. Součástí mobilu se stane svinovací obrazovka. Její zapracování do designu telefonu si představit zatím nedovedu.
Zatímco k osvětlení jedné reklamy u dálnice je třeba řekněme čtyř 400W žárovek, k iluminaci stejného obrazu pomocí složených nanodiod nebo fotosenzitivních funkčních nanopigmentů jich potřebujeme několik miliard. Jenže nanodiody a nanopigmenty mohou vydávat světlo různé barvy. Nápis i obrazy mohou být vytvořeny přímo jimi. Především však vystačí s energií, kterou nashromáždí v průběhu dne z denního světla, případně ji doplňují za tmy ze světel projíždějících automobilů. Když už nápisy a obrazy všude kolem nás musí z nějakých důvodů být, proč na jejich osvětlení mrhat elektrickou energií - konstatuje v Meteoru v seriálu o nanotechnologiích.
Na závěr se vrátím k deseti nejlepším nanoproduktům roku 2003. Mezi ně se mohly zařadit pouze ty výrobky, které lze běžně zakoupit. Tedy rozhodně ne laboratorní prototypy. Převážně se jedná o sportovní vybavení. Kromě již zmíněné tenisové rakety to jsou tenisové míčky, ze kterých neuchází vzduch, vzdušné a nepromokavé oblečení a také látky, které se nemačkají. Kosmetický průmysl se nenechal zahanbit a přinesl krém, který pronikne hluboko do pokožky a opalovací krém s nanočástečkami oxidu zinečnatého. Ten skvěle pohlcuje široké spektrum UV záření. Kodak prodává „low-end“ digitální fotoaparáty s OLED displejem (totéž co FOLED jen na pevném podkladu) – jeho výhodou je, že nepotřebuje podsvětlení, má větší pozorovací úhel a nižší spotřebu energie.
Jak vidíte, nanotechnologie prozatím ani zdaleka nepronikly do všech oblastí našeho života. Dá se říct, že se s nimi běžně nesetkáme. Podle toho, co dnes leží vědcům na stolech, se zdá, že se to v několika příštích letech změní docela razantním způsobem. Myslím, že se máme na co těšit.
Vyrábějí se také nesmáčivé dlažice a skla založené na oxidu titaničitém (v Rakovníku). Mediálně dobře známá je firma Elmarco spolupracující s Technickou univerzitou Liberec. Jejich hlavním produktem je stroj, který „nanovlákno“ vytváří – tzv. nanospider. Firma by nejraději prodávala tyto stroje na další články výrobního řetězce, k tomu však musí vymýšlet i koncové aplikace – zatím se vyrábí filtrační materiál, na obzoru by měla být i účinná zvuková izolace. Ve východní Asii se údajně uvažuje i o použitých těchto látek jako roušek pro tamějším pandemiím. (Jak vidno, obor ještě není zcela stabilizován, takže je třeba někdy pokrýt celý řetězec od myšlenky až ke spotřebiteli.)
Pro čištění odpadních vod by se nově mohly používat i nanočástice založené na oxidech železa (zatím testováno v bývalém vojenském prostoru Ralsko nebo v ústecké Spolchemii). Také tento výzkum probíhá na Techniké univerzitě Liberec.
Fullereny už přes všechny problémy vstoupily do průmyslové výroby a na stolech se objevují i displeje, při jejich výrobě byly uhlíkaté nanotrubičky použity.
Nanočástice oxidu ceričitého by mohly výrazně snížit spotřebu nafty v motorech. Příslušný výzkum provádí firma, kterou jsme zde zmínili jako první – výrobce stříbrných ponožek. O propojení výzkumu a komerčního nasazení usilují tzv. nanoclustery, které jsou v ČR zatím dva. Podobné struktury, které do sebe zahrnují řadu institucí různého typu i z řady zemí, jsou preferovány v programech EU. Nicméně jen minimum českých firem má nanotechnologie prozatím jako hlavní/jediný zdroj svých příjmů.
V diskusi samozřejmě nemohla chybět témata politická. Všechny technologie jsou potenciálně zneužitelné a mají nějaká rizika. I tolik obdivované fullereny mohou být za určitých podmínek toxické (v diskusi padlo, že na vině jsou v tomto případě možná ani ne tak vlastní fullereny, ale spíše organická rozpouštědla používaná v těchto technologiích). Každopádně je žádoucí, aby se technofobním hnutím nepodařilo postavit šíření nanotechnologií takové překážky, jako k tomu došlo třeba v případě GMO (a že se hlasy proti nanotechnologiím již ozývají).
Protože nanotechnologie jsou prioritou jak v rámci vědní politiky ČR (program Nanotechnologie pro společnost zaštítěný AV), tak i v rámci evropských výzkumných programů (jedna z priorit 7. rámcového programu – v ČR existuje i speciální školení pro firmy, které jim má pomoci se k těmto prostředkům dostat), měly by mít cestu relativně vydlážděnou. Nicméně i tak několik možností, jak předejít problémům:
Ø vyhnout se možným průšvihům, které by pak posloužily jako argument odpůrcům. To je ovšem dost těžké, protože bouřlivý rozvoj zažívá tento obor třeba v Číně. Těžko kontrolovat, zda se zde nevyprodukuje něco, co se posléze ukáže zdravotně závadným.
Ø působit na veřejné mínění apod. (i když to připomíná agitaci na druhou stranu). V rámci kulatého stolu se objevili i členové skupiny Tatabojs se svým Nanoalbem (kde je v příběhu nanotechnologie prezentována ne jako příčina katastrofy, ale hrdina se naopak promění v malou potvoru, aby mohl putovat tělem své přítelkyně a vyléčit jí nádor)
Ø - pokusit se, aby nanotechnologie byly přijaty tak, aby nebyly vnímány
jako viník problémů některých zemích či průmyslových odvětvích. I to je ovšem
těžké. Pokud některé země budou z rozvinutějších nanotechnologií profitovat,
jiné budou nejspíš ztrácet. Řada oborů vzhledem k nástupu nanotechnologií
totálně změní svůj charakter nebo zcela zmizí ze světa.
Nanotechnologie nám dává možnost hrát si s krajními hračičkami, které nám příroda nabízí, tedy s atomy a molekulami. Všichni jsme z nich složeni. Možnosti vytvořit nové věci jsou neomezené,“ řekl Horst Stronger, nositel Nobelovy ceny.
Nanotechnologie slibují významné aplikace v lékařství, fyzice, chemii a třeba i v oblasti nových materiálů. Konečným produktem i v tomto případě musí být výrobek použitelný při konstrukci něčeho viditelného a funkčního: třeba přední cyklistická vidlice, součástky počítače nebo průhledné desky se samočisticím povrchem dokonale odpuzujícím vodu.
Abychom dosáhli mimořádné vlastnosti celku, musíme od samého počátku pracovat s molekulární přesností, tedy začít se stavbou od nanočástic, částic rozměru miliardtin metru. Z těch se skládají součástky, které tvoří další složky komplikovanějších systémů. Pokud by se velikost uspořádání částic při každém takovém kroku zdvojnásobila, od součástky velikosti jednoho nanometru se k součástce o velikosti jednoho metru dostaneme pouhými třiceti kroky. To je základní princip molekulárního neboli nanotechnologického strojírenství. Tímto způsobem se budou bezpochyby vytvářet kompozity, složené materiály unikátních vlastností. Doba, kdy rám kola nebo raketa na badminton budou utvářeny z materiálu sestaveného tímto postupem, není daleko. To jsou samozřejmě populární a nevýznamné aplikace. Představte si, jaká bude jejich úloha třeba při výzkumu vesmíru nebo při vývoji implantátů vsazovaných do lidského těla.
Novinka, ve které je co zlepšovat. I takto by se dala dnešní úroveň nanotechnologie charakterizovat. Dokonce i vysoce postavení vědci diskutují o jejím možném využití. Výsledky jejich diskusí občas připomínají písničky, které zpívají děti na Boží hod, ale přesto nemůžeme říci, že jsou to nesmysly. Současná situace na poli nanotechnologie by se dala přirovnat k roku 1820, kdy Christian Oersted provedl slavný pokus s magnetkou a přímým vodičem. Kdybyste v té době řekli, že za necelých 60 let budeme stavět elektrárny, pravděpodobně by Vás považovali za blázna.
Reálnější předpovědi uvádějí účinnější a bezpečnější léky (naopak smrtelnější jedy), levnější energii, čistší životní prostředí a výkonnější počítače. Stále více snílků popisuje přicházející utopii, s odhodlaností člověka starat se o životní prostředí, svět bez nemocí, chudoby, znečištění a stáří. Ti druzí samozřejmě předpovídají dysutopii: zruinovanou ekonomiku, neviditelné monitory na každém kroku a ničemné roboty demolující biosféru.
Jednou z hlavních tézí nanotechnologie je vytvořit věci způsobem, který dokáže pouze příroda, atom za atomem, molekulu za molekulou. Postup známe již od objevení molekulární struktury, takže bychom mohli vyrobit jakýkoliv materiál. Vezměme si uhlíkové nanotrubice, které jsou asi stokrát silnější než ocel a zároveň šestkrát lehčí. Díky různému uspořádání atomů můžeme vytvořit látku, která bude vodivější než měď nebo lepší izolant než diamant. Toto by mohlo být základem silnějších a lehčích karosérií, vesmírných lodí, sít pro filtrování bakterií z pitné vody nebo k výrobě nejmenších tranzistorů.
Malý znamená výkonný. Proč? Čím menší objekt, tím vyšší je poměr povrch-mohutnost. Některé chemické reakce se odehrávají na rozhraní povrchů, takže materiály vyrobené z nanočástic budou daleko více reaktivní než stejné množství stejného materiálu vyrobeného z větších částic. Výsledkem by mohli být výkonnější katalyzátory a citlivější senzory.
Hodně pokroků v nanotechnologii je svázáno s výpočetní technikou. Počítačové čipy a tranzistory byly zmenšovány po desetiletí a dnes existují tranzistory vyrobené z jediné uhlíkové nanotrubice, které jsou pouhým okem neviditelné.
Novinky v nanotechnologii se k nám valí proudem. Jak by se Vám líbilo relaxovat s vestavěným měřičem tlaku krve? A co nanostroje naprogramované k vývoji léků pouze proti rakovinným buňkám? Během několika desítek let chtějí laboratoře nahradit drahé, energeticky náročné masivní stroje, stroji založených na nanotechnologie, které způsobí převrat všeho od způsobu zabraňování přírodním katastrofám až k řešení cukrovky.
Jsou zde i stinné stránky? Ano, nějaké by se našly. Když se začalo bádat na poli nanotechnologie, vědci slibovali, že stráví hodně času přemýšlením nad sociálními, ekonomickými a mravními důsledky své činnosti. Slibů se ale moc nedrží, takže se musejí národní ústavy pro vědu zabývat pravidly a nebezpečími souvisejícími s výzkumem. To je další z problémů, že se jedná o velice rozsáhlou disciplínu a poměrně mladou, takže je velice těžké předvídat nechtěné efekty, které mohou při reakcích vzniknout. Kdybychom začali vyvíjet nanozbraně, byli by jejich účinky natolik katastrofální, že jaderné zbraně by se vedle nich zdály jako malá pistolka. Jedna chyba v laboratoři by mohla způsobit nenapravitelné škody. Na internetu je již velké množství fór zabývajících se nanotechnologií, jak pro vědce a inženýry, tak pro ty, kteří si chtějí jenom zafantazírovat.
Plánujeme-li diskutovat na otázky týkající se nanotechnologie, bude lepší nečekat moc dlouho. Nanotechnologie již znatelně prolíná ekonomiku. Národní vědecký ústav předpovídá, že v roce 2015 bude pro vývoj nanotechnologie uvolněn 1 bilionů USD. V Asii, Evropě a Severní Americe státní rozpočty ročně uvolní téměř 5 miliard USD pro výzkum a vývoj. Společností zabývajících se nanotechnologií je v současnosti kolem 1 200.
Na objektivech typu 'zoom' je možné běžně měnit ohniskovou vzdálenost v určitém rozsahu - to ale nic není proti speciální mikročočce, kterou sestrojil Hungrui Jiang z University of Wisconsin-Madison. Ta totiž dokáže bez problémů plynule měnit ohniskovou vzdálenost od minus nekonečna do plus nekonečna.
Optický prvek s těmito vlastnostmi nalezne celou řadu uplatnění od miniaturních analyzátorů přes lékařské přístroje až po speciální biooptické systémy.
'Mikročočky s proměnlivou ohniskovou vzdáleností menší než jeden milimetr už nějaký čas existují, ty ale potřebují externí ovládání, ' říká Jiangův spolupracovník David Beebe. 'Naše čočka je nová v tom, že žádný přídavný pohon nemá. Ohniskovou vzdálenost totiž mění sama v reakci na některé podmínky prostředí, v němž se nachází, například na elektrické impulsy, změnu kyselosti, přítomnost určitých látek a podobně.'
Základem konstrukce miniaturní superčočky jsou prstence z hydrogelu (podobného materiálu, jaký se používá v klasických kontaktních čočkách), jehož složení umějí chemikové 'vyladit' tak, aby reagoval smrštěním či roztažením na požadované typy chemických, biologických nebo fyzikálních podnětů zvnějšku. Takovým podnětem může být například nepatrná změna pH, styk s určitou sloučeninou atd.
'Hydrogel prostě reaguje na podnět, který nás z nějakého důvodu zajímá,' vysvětluje Jiang. Hydrogelové prstence svírají kapky vody oddělené vrstvičkami z dokonale průhledného oleje. Čelní povrchy tohoto optického systému tvoří tenké polymerové membrány, které mohou podle potřeby vodu buď odpuzovat nebo přitahovat. Jedním z možných způsobů využití jsou mikroanalytické čipy obsahující sady takových čoček vyladěných na přítomnost určitých látek v prostředí: elektrooptické prvky čipu vyhodnotí změny ohniskových vzdáleností. Stejně tak je možné čočky umisťovat do lékařských sond, katetrů a dalších zařízení.
Autoři ale uvažují i o jiných způsobech využití. Chtějí například mikročočky sestavovat do mozaiky, jaké jsou v očích hmyzu nebo některých korýšů. Tisíce takových prvků uspořádaných do sférické struktury, z nichž každý může libovolně měnit ohniskovou vzdálenost, nabízejí zobrazovací možnosti, o jakých se dosud žádnému optickému zařízení ani nesnilo - v mnoha ohledech by takový systém byl dokonalejší než oči vytvořené přírodou. Takový objektiv by mohl nejen pracovat ve velkém rozsahu hloubky ostrosti a ohniskových vzdáleností, ale plynule se měnit z dalekohledu v mikroskop, přesně vyhodnocovat pohyb sledovaných objektů v trojrozměrném prostoru a podobně. Podle autorů je navíc výroba těchto čoček velmi levná a rychlá.
Jedním z možných řešení energetické krize by mohl být částečný přechod na vodík jako palivo. K rozkladu molekul vody na vodík a kyslík se dá využít mimo jiné i sluneční záření. Existují k tomu tři metody.
V první řadě to jsou sluneční články, které mají nejvyšší účinnost, ale jsou relativně drahé. Další způsob je využívání mikroorganismů, které jsou sice levné, ale účinnost je malá. Množství vodíku, které se pomocí nich dá vyprodukovat, je mizivé. Třetí možností je fotokatalýza. Je to metoda, která k rozrušení chemických vazeb v molekule vody využívá volné elektrony v polovodiči, vznikající absorpcí energie slunečního záření. Elektrony, které se srazí s molekulou vody, nahradí vazební elektrony mezi molekulami vodíku a kyslíku. Tím se molekula vody rozloží a získá se plynný vodík. Fotokatalýza je méně nákladná než solární články a produkuje více vodíku než mikroorganismy.
Problém je, že fotokatalyzátor, který rozkládá vodu, musí pracovat ve vodním prostředí a může využívat pouze ultrafialové záření, které tvoří pouze asi 4 % celého slunečního spektra. Materiály, které absorbují větší část slunečního záření, mají tendenci se ve vodě rozkládat. Ve snaze zvýšit účinnost procesu se vědci obrátili k nanotrubicím z kysličníku titaničitého. Trubice jsou asi pětkrát účinnější než rovný film ze stejného materiálu, protože trubicovitý tvar prodlužuje dobu do rekombinace elektronu. Tím se také zvyšuje pravděpodobnost, že volný elektron rozloží molekulu vody. Pokud ale dochází k absorpci pouze ultrafialového záření, účinnost procesu je stále malá.
Proto nyní začali fyzici a chemici s výzkumem nanotrubic z kysličníku titaničitého, které by absorbovaly světlo ve viditelné oblasti spektra. Absorpční vlnovou délku se jim podařilo posunout přidáním uhlíku a účinnost se zdvojnásobila, pokud ovšem použili uměle vytvořenou směs ultrafialového a viditelného světla. Dalším krokem bude zvýšit účinnost pro viditelné světlo samotné.
Cílem vědců je
zvýšit účinnost rozkladu vody pomocí nanotrubic z kysličníku titaničitého do
roku 2010 nad 10%. Existuje odhad, podle něhož by se pokrytím střechy
průměrného amerického domu fotokatalyzátorem s 12% účinností vyprodukovalo
denně množství vodíku, ekvivalentní
Obzvláště slibnou aplikací uhlíkových nanotrubic jsou ploché panelové displeje. Využívá se zde jev kvantově mechanického tunelování, který činí nanotrubičky po přiložení elektrického pole velmi efektivním zdrojem elektronů. Fungují podobně jako katodová trubice, používaná v konvenčních displejích. Podstatný rozdíl je ale v tom, že tloušťka displeje s nanotrubiček je pouze několik milimetrů a při provozu spotřebovává pouze zlomek energie. V Jižní Koreji nyní vyrobili třicetipalcovou plochou televizní obrazovku založenou na tomto principu a jsou již blízko jejímu komerčnímu používání.
Další velký krok
kupředu představuje jednoduchý nápad usadit část displeje tvořenou
nanotrubicemi a produkující elektrické pole do matice z polymerů. Takový displej
je nejen plochý, ale i ohebný. Originalita metody tkví v primárních částicích
polymeru, které dokonale smáčejí jednotlivé nanotrubice ve sloupcích o průměru
Potenciálních aplikací ohebného displeje je celá řada. Představa elektronických novin, které se mohou po přečtení třeba srolovat, se nám zdá zatím poněkud žertovná. Do sféry magie by se dal zařadit nápad projekce okolí automobilu na jeho karoserii, která bude pokryta takovým displejem. Co to způsobí? Auto bude najednou neviditelné. A možná přijde i čas, kdy divadelní hvězda bude moci změnit svojí toaletu mezi scénami jednoduchým přeprogramováním. Určitě se ale najdou i mnohem praktičtější a smysluplnější způsoby využití.
Mohutný rozvoj nanotechnologií vede ke vzniku stále nových výrobních postupů a nástrojů pro práci v mikrosvětě. Málokdo si uvědomuje, že v nanosvětě je často třeba také svítit – a baterkou to rozhodně nejde. Americký institut pro standardy a technologie (NIST) vyvinul technologii výroby nanovláken emitujících světelné záření.
Světelný zdroj pro mikrosvět vyvinutý a testovaný v americkém institutu NIST pracuje na principu běžných LED nebo polovodičových laserů, má však podobu nanovlákna o průměru 30 až 500 nanometrů (podle požadovaného použití) a délce přibližně 12 mikrometrů. Minimální dosahovaný průměr je padesátkrát menší než u obdobných produktů jiných pracovišť, což znamená významný průlom ve snaze o zmenšování rozměrů. Jde o krystalická vlákna z galiumnitridu, která se pěstují ve vysokém vakuu ukládáním jednotlivých vrstev atomů na křemíkový krystal. Z něj pak vyrůstají vláknité struktury schopné po vybuzení elektrickým proudem či laserem emitovat viditelné nebo ultrafialové světlo - v závislosti na uspořádání vrstev a přimíchání dalších složek.
NIST je zatím jediné pracoviště na světě, které dokáže taková osvětlovací vlákna pěstovat bez použití kovových katalyzátorů. Díky tomu mají její produkty nejen podstatně menší průměr, ale také vyšší světelný výkon a lepší vyzařovací charakteristiky než dosavadní struktury tohoto druhu.
Světlo emitující nanostruktůry má před sebou skvělou budoucnost: předpokládá se například využití v 'laboratořích na čipu' schopných rychle identifikovat přítomnost chemických látek nebo biologických substancí, ve skenovacích mikroskopech s podstatně větším zvětšením a rozlišením, než mají ty dnešní, nebo v extrémně přesných nástrojích pro mikrochirurgii. Celá řada aplikací se samozřejmě nabízí i v průmyslu, komunikační technice a počítačích.
NIST v současnosti testuje celou řadu typů luminiscenčních nanovláken. Vývoj směřuje k jejich přenášení z křemíkových krystalů na jiné substráty (například safír) a k jejich modifikacím pomocí ovlivňování růstu elektrickým polem.
Pružné nanotrubičky
Pružné nanotrubičky mohou plnit úlohu tlumících porézních materiálů. Nanopružinky z oxidu zinečnatého pro zařízení mikrometrických rozměrů. Co způsobuje tvrdost perleti? Nanostruktura zvyšující odolnost materiálu.
Každý, kdo potřebuje ztlumit nějaký náraz, úder, prostě jakýkoli ráz dvou hmotných těles, má dnes na vybranou z řady tlumících porézních materiálů. Američtí vědci nyní prokázali, že uhlíkové nanotrubičky mohou plnit stejnou úlohu. Tenký film vytvořený z podélně orientovaných nanotrubiček vykazuje pozoruhodnou míru stlačitelnosti. Když na nanotrubičky vyvineme tlak kolmo k jejich podélné ose prohnou se a poskládají do jakési miniaturní tahací harmoniky. Takto stlačený film se ztenčí až na 85 % původní tloušťky. Když tlak uvolníme, nanotrubičky se velmi rychle vrátí do výchozího tvaru. I po několika tisících cyklech střídavého stlačování a uvolňování je zbytková deformace nanotrubiček nižší než 15 %. Tlumící povlaky z nanotrubičkového filmu jsou přitom lehké, pevné a odolné vůči působení různých chemických látek a mohly by tak s výhodou nahradit některé současné pěnové materiály.
Četné přístroje a zařízení potřebují ke své činnosti různě velké pružinky či perka. Pro zařízení mikrometrických rozměrů by pak nejlépe vyhovovaly nanopružinky. Právě tyto 'součástky' se nyní podařilo sestrojit americkým a čínským výzkumníkům, kteří vyrobili nanopružinky o rozměrech několika stovek nanometrů na bázi oxidu zinečnatého (ZnO). Ty vznikají spontánně, když páry ZnO ochladíme v argonové atmosféře. Badatelé zkoumali s pomocí elektronového mikroskopu mechanické vlastnosti těchto nanopružinek a prokázali, že jsou dostatečně pevné, aby mohly plnit svou funkci v různých mikrosystémech.
Za určitých podmínek vykazuje oxid zinečnatý navíc i piezoelektrické vlastnosti: při mechanickém tlaku se na jeho povrchu vytvoří elektrický náboj a naopak po vložení elektrického napětí se povrch deformuje. Pokud si uvedeným postupem vyrobené nanotrubičky zachovají piezoelektrické vlastnosti (což zatím zbývá prokázat), mohly by nalézt významné uplatnění v elektromechanických mikrosystémech, tzv. MEMS.
Co způsobuje tvrdost perleti? Ačkoli perleť, která pokrývá povrch některých schránek měkkýšů, tvoří z 95 % křehké 'keramické' materiály, její tvrdost je srovnatelná s tvrdostí křemíku. Pracovníci amerického Ústavu vojenských nanotechnologií v Massachusetts objevili na povrchu perleťových destiček miniaturní hrbolky a prohlubeniny, které destičkám do značné míry zabraňují, aby sklouzávaly jedny po druhých. Takováto nanostruktura významně zvyšuje odolnost materiálu při příčném namáhání. Někteří armádní nadšenci již uvažují o novém typu pancéřování založeném na syntetické perleti!
Boseův-Einsteinův kondenzát je exotický stav hmoty, v němž makroskopická část atomů obsazuje stav s nulovou hybností. V takovém stavu ztrácí atomy svojí identitu, jejich vlnové funkce se překrývají a celý kondenzát může být charakterizován jedinou makroskopickou vlnovou funkcí. Tento stav předpověděl jasnozřivý Albert Einstein již před mnoha lety, jenom experimentální potvrzení muselo počkat až do roku 1995. Tehdy se v Boulderu a v Cambridge podařilo realizovat řadu neobyčejně důmyslných experimentálních triků a vytvořit podmínky, za nichž může tento stav existovat. V principu jde o vyladění techniky laserového chlazení, uzavření díry v nejstudenějším místě magnetické pasti a ustavení tepelné rovnováhy na konci chlazení odpařováním. To jenom pro základní představu, protože jev makroskopické kondenzace v mnohačásticových systémech do stavu s nulovým impulzem nebo obecněji do jediného kvantového stavu je podstatně rafinovanější.
A nyní se ukazuje, že Boseův-Einsteinův kondenzát by pravděpodobně mohl být použit k určení kořenů náhodných polynomů. Náhodné polynomy se skládají ze součtu mocnin proměnné s koeficienty, které odpovídají Gaussově křivce rozložení pravděpodobnosti. Nalezení kořenů takových výrazů je velmi důležité pro teoretickou fyziku, nikomu se to ale zatím nepodařilo. Francouzští teoretici nyní ukázali, že rozložení turbulencí v rotujícím dvojrozměrném Boseově-Einsteinově kondenzátu může fyzikálně reprezentovat kořeny takových polynomů. Rychle rotující kondenzát tvoří takzvané kvantované víry. Vlnová funkce rotujícího kondenzátu tvořeného atomy, které navzájem neinteragují, může být popsána právě náhodnými polynomy. Víry vzniknou v místech, kde je vlnová funkce nulová, a ty pak mohou být přiřazeny hledaným kořenům polynomů. Využití Boseova-Einsteinova kondenzátu k určení kořenů polynomů je ve fyzice velmi vzácným příkladem exaktně řešitelného problému mnoha těles. Navíc matematická teorie náhodných polynomů a matic již našla ve fyzice řadu praktických aplikací.
Výzkum laserů na volných elektronech prožívá v současné době přímo explozi. Souvisí to především s rozvojem nanotechnologií, ale i se studiem dynamiky molekul, atomů a elektronů.
Tradiční lasery jsou schopny produkovat pulsy kratší, než je jedna femtosekunda (10 -15 s) o intenzitě v oblasti terawattů. Vlnová délka záření je ale kolem 800 nm a to je příliš mnoho pro přesné definování polohy atomu.
Lasery na volných elektronech mají tento zvláštní název proto, že stejně jako tradiční lasery produkují intenzivní svazek koherentního elektromagnetického záření, místo stimulované emise z atomů nebo molekul se zde ale produkuje světlo ze svazku volných elektronů. Je-li elektron urychlován nebo zpomalován, produkuje synchrotronové záření, to je netepelné záření, které vyzařují velmi rychlé elektrony v magnetickém poli.
Elektronový svazek v tomto laseru prochází periodickým magnetem, který se nazývá undulátor nebo zvlňovač. Elektrony se při průchodu zařízením pohybují ze strany na stranu jako při slalomu, dochází k urychlení a k emitování synchrotronového záření. Jednotlivé výrony záření vytvářejí velmi intenzivní svazek rentgenového záření, i když tento proces je do určité míry náhodný a výsledné záření není monochromatické. Proto musí být svazek elektronů maximálně monoenergetický, s malým příčným průřezem a velkou hustotou. Po několika metrech průchodu undulátorem se bude záření z takového svazku kumulovat, nebude docházet k rozptylu ani k vzájemnému rušení. Zbývá pomocí vhodného magnetu odsát původní elektrony a zbude koherentní svazek zesíleného záření. Vlnová délka svazku se dá řídit jednoduše nastavením energie elektronového svazku.
Idea laseru na volných elektronech byla známá již v polovině osmdesátých let, ale její realizace vyžaduje velmi výkonný lineární urychlovač. Tehdy existovalo pouze jedno zařízení, 3km urychlovač SLAC ve Stanfordu. V současnosti vycházejí nejintenzivnější svazky X-paprsků přibližně z padesáti experimentálních zařízení po celém světě. Využívá je k nejrůznějším experimentům několik tisíc vědců, včetně chemiků, biologů, a dokonce i historiků umění a archeologů.
Lasery na volných elektronech a konvenční lasery mohou navzájem umocňovat svoje schopnosti. Konvenční laser může být např. umístěn do elektronového svazku laseru na volných elektronech, aby se produkovaly krátkovlnné harmonické z původního laserového záření. Konvenční laser by mohl být použit i k řízení a tvarování elektronového svazku pro získání pulzů X-paprsků v řádu attosekund (10-18 s). Při takové rychlosti by bylo možno pořídit fotografie elektronů přeskakujících z jedné atomové roviny na jinou. Vše nasvědčuje tomu, že laser na volných elektronech, považovaný někdy za užitečný vedlejší produkt fyziky vysokých energií, se v blízké budoucnosti stane mocným nástrojem pro pochopení molekulární, atomové a elektronové dynamiky.
Tak málo stačí k tomu, aby voda tekla do kopce. Objev mezinárodního vědeckého týmu, který otevírá nové možnosti třeba pro chlazení počítačových mikroprocesorů, přiblížil časopis NewScientist.
Proč se kapky vlastně pohybují, to vědci zatím nedokáží přesně vysvětlit. Vedoucí výzkumného týmu Heiner Linke z univerzity v Oregonu však předpokládá, že se posouvají na parním polštáři. Nezáleží příliš na druhu kapaliny. Vědci pozorovali tento jev také u methanolu nebo kapalného dusíku.
Kráčející kapky
vznikají na mosazné destičce, která má zoubkovanou strukturu. Drážky jsou
vysoké zhruba desetinu milimetru. Kovová podložka se zahřeje na teplotu,
která převyšuje bod varu použité kapaliny. Konkrétně v případě vody je to
Neuspořádaný pohyb by se však nedal v praxi využít. Ke slovu se tak dostanou drážky, nebo chcete-li zoubky v mosazné podložce. Díky nim se pohyb kapiček uspořádá v jenom směru. Vědci předpokládají, že kapičky se pohybují na základě reaktivní síly. Kvůli zoubkům, totiž pára z kapiček může unikat jenom jedním směrem. Kapky se pohybují opačně. Je to analogie raketového motoru.
Překvapivě je vznikající síla natolik velká, že dokáže kapičky vystrkat i do kopce. Zvládnou zhruba desetiprocentní stoupání, navíc průběžně zrychlují. A jak daleko taková kapka dojede? Rekordmanka se může pochlubit metrovou dráhou, i když se průběžně zmenšovala, až se v cíli vypařila docela.
Linkeho tým věří, že kapky by mohly sloužit například ke chlazení mikroprocesorů. Chladicí okruh by pohánělo pouze odpadní teplo, které by udržovalo soustavné proudění chladicí kapaliny. Vzniklo by tak efektivní chlazení bez nároků na další energii. Vědci už si nechali svůj objev patentovat, ale sami tvrdí, že jeho praktická aplikace je ještě v nedohlednu.
Polovodičové
součástky nesmějí při činnosti překročit přípustné teplotní limity. Závěrná
vrstva polovodičového krystalu může dosáhnout nejvýše max. přípustné teploty.
Při jejím překročení se zničí přechod a tím celá polovodičová součástka. Přípustná teplota přechodu křemíkových
polovodičů je
Bez přídavného chlazení lze udržet teplotu přechodu na přípustné úrovni při nepatrných výkonech. Pro velké výkony musí být polovodičové prvky (tyristory, výkonové tranzistory), opatřeny chladiči, které vzniklé teplo odvádějí ð chrání součástku před tepelným zničením. Při provozu polovodičových prvků umístěných na chladičích je třeba uvažovat tepelný odpor od místa vzniku tepla na přechodu až po místo předání tepla do okolí.Vnitřní tepelný odpor se uplatňuje při předávání tepla z přechodu na pouzdro, přechodový při přenosu tepla z pouzdra na chladič a tepelný odpor chladiče z chladiče chladicímu médiu (vzduch). Pro zmenšení přechodového tepelného odporu lze použít tepelně vodivou pastu (silikonová vazelína).
Celkový tepelný
odpor je dán součtem jednotlivých tepelných odporů. Vnitřní odpor 
je neměnný, dán
konstrukcí ð ovlivnit lze tepelný odpor chladiče
ð tvar, velikost, materiál, povrchová úprava a způsob montáže. Pro výběr
vhodného typu chladiče je nezbytné brát v úvahu tvar pouzdra polovodičové
součástky, prostorové možnosti a , ten je nutné dimenzovat tak, aby nedošlo k překročení max.
přípustné teploty přechodu polovodičového prvku.
Příklad: Spočtete potřebný
tepelný odpor chladiče výkonového
tranzistoru, kdy max. teplota přechodu je dána křemíkem 
(
, přechodový tepelný odpor 
a ztrátový výkon 
. Teplota okolí je 
. Řešení: 
Pasivní chlazení (pasiv) – využívá přirozeného oběhu chladicího média.
Kovový (hliník, měď) chladič hvězdicového či žebrového tvaru (Obr. 6.25). Teplo se předává okolí díky přirozenému proudění vzduchu. Tímto způsobem se chladí převážně výkonové součástky menších a středních výkonů, pro vysoké hodnoty výkonů vychází rozměrově chladič obrovský. Chladič by měl být uzpůsoben tak, aby z hlediska své hmotnosti nabídl největší plochu vystavenou proudícímu vzduchu. Velkou roli hraje taktéž aerodynamika. Pasiv je na součástce nasazen, případně přišroubován a je teplovodně spojen s pouzdrem součástky pomocí tepelně vodivou pastou (Obr. 6.35), ta slouží k zarovnání a vyhlazení styčná plochy chladiče. Provedení chladičů je jedno či oboustranné. Patří sem chladiče (Folded Fin Heatsinks – Obr. 6.34), jejichž žebra jsou tvořena z jednoho kusu plechu a ten je následně spojen s hlavním masivem chladiče, resp. plechu je zohýbán dle potřeby a připojen na základnu chladiče ð vzduch prochází skrz celý chladič. Velké využití mají tyto typy chladičů v kombinovaném chlazení.
Heatpipe technologie (Obr.
Uhlíkové nanotrubičky– japonská firma Fujitsu vytvořila nový trend chlazení polovodičových součástek. Uhlíkové nanotrubičky jsou rozměrově v řádu 10tek nm a tepelné vodivosti 1400 W/m.K (pro srovnání měď má 390 W/m.K).
Ø Aktivní chlazení (aktiv) – využívá nuceného oběhu chladícího média.
V dnešní
době se používá téměř u všech součástek ve formě kombinovaného chlazení, kdy
je aktiv umístěn buď na pasivu, vedle
pasivu nebo uvnitř pasivu. (Obr. 6.28,
Chlazení ventilátory – el. motůrek otáčí lopatkami, fungují jako vrtule na letadle. Lopatky buď odvádějí teplo od chlazené součástky nebo foukají studený vzduch skrz žebra pasivu. Ventilátory zprostředkovávají výměnu vzduchu ve prostoru se součástkami (skříni) a ofukování pasivů. Liší se ve velikosti, otáčkách za minutu a typu ložisek. Z hlediska rozměrů, umožňují-li to prostory je výhodnější použít větší ventilátor, neboť ho lze provozovat na menších otáčkách a tím výrazně snížit vibrace a hluk. Otáčky se měří se v rpm (Revolutions Per Minute) ð počet otáček za minutu. Tendence maximalizovat průtok vzduchu za použití co nejméně otáček. Ložiska jsou kluzná a kuličková. Kluzná jsou levnější, menší hluk, menší životnost ð rotor se otáčí pomocí vazelíny, ta se časem zanese a vyschne, zvýší se hlučnost, až přestane fungovat. Zcela nové typy ložisek Rifle Bearing od Coolermaster či Arctic Cooling s keramickými ložisky ð nižší hluk a zvýšená životnost. Vyváženost rotoru výrazně ovlivňuje vibrace, hluk a životnost. Značným úskalím je všudypřítomný prach. Prachové částečky a zvláště cigaretový kouř jsou nebezpečné jak pro chladící části, tak pro komponenty samotné. Z hlediska chlazení dokáže prach během několika týdnech zanést žebra chladiče tak, že vzduch přes ně sotva pronikne a chladící účinek prudce klesne. Navíc částečky prachu pronikají do motorku ventilátorů, znečišťují je, nabalují se na vazelínu ð větší hluk ð větrák se zadře. Pro tichý chod je důležité zvolit odpovídající ložiska (kluzná), vhodně tvarované pasivy a aerodynamické mřížky pro nehlučný průchod vzduchu. Ventilátor se často používá v kombinovaném chlazení, kdy je umístěn na pasivu, vedle něj a nebo dokonce ve dvojitém (kombo) provedení. V současné době je nejrozšířenější varianta Box balení procesorů. Zajímavou variantou je větrný tunel, kdy je na součástku nasazena trubice obsahující vhodně rozmístěnou kaskádu ventilátorů. Nový trend zaručuje chladič s kolmým umístěním ventilátoru (AERO 7 od firmy CoolerMaster) ð tato koncepce chlazení procesorů spočívá v maximálním využití cirkulace vzduchu uvnitř pasivní části chladiče. Aktivní chlazení obstarává ventilátor. Díky umístění ventilátoru je tlak vzduchu a hluku soustředěn do celé pasivní části chladiče. Naopak klasické řešení chladičů hluk vyzařuje do okolí ð navíc proud vzduchu, kterým chladí pasív, nemůže být vždy rovnoměrně rozmístěn po celém heatsinku ð tam, kde je potřeba nejvíce (střed heatsinku Obr. 6.32). Rychlost otáček ventilátoru lze regulovat v rozmezí od 1900 do 4500 rpm pomocí potenciometru (lze vložit do 3.5“ místo FDD). Liší se zejména jedinečnou konstrukcí a zajímavým designem. Jeho silnou stránkou je především nulová hlasitost při nejnižších otáčkách a výborné výsledky chlazení. Nedostatkem je vysoká míra hlučnosti při 4500 rpm.
Vodní chlazení (vodník) – vodní okruh, odváděcí teplo od součástky protékáním speciálním blokem (waterblok), což je speciálně vyrobený dutý vodotěsný pasiv. Pasivem protéká voda, čerpaná externím čerpadlem. Voda se ochlazuje v chladiči, který je vyroben z mědi a kvůli odvodu tepla je složen z mnoha žeber. Voda je mnohem lepší vodič tepla než vzduch a díky promyšleným výměníkům tepla ji lze efektivně ochladit. Doporučuje se pro zvýšení chladícího účinku kombinace s větrákem. Výhody: chladící tělísko zajišťující odvod ztrátového tepla od součástky (procesoru) může být mnohem menší (lepší manipulace), je schopné odvést několikanásobně větší množství tepelné energie bez zvětšování rozměrů chladícího tělíska, chlazení kapaliny (odvedení tepla do okolí) lze provádět jinde než v místě chlazené součástky a tím neovlivňovat negativně (zahříváním) jiné součástky, chladič kapaliny (odevzdává teplo do okolí) může mít větší plochu ð větší chladící výkon. Chladič kapaliny je interní (umístěn uvnitř) či externí (umístěn mimo). Hlavním nedostatkem vodního chlazení byla donedávna nutnost časově náročné kompletace vodního chlazení a nutnost manipulace s kapalinou, dále pak skutečnost, že na standardních počítačových skříních nejsou vhodné otvory pro montáž vodních chladičů.
Chlazení tekutým dusíkem – jde o extrémní chlazení mrazicím okruhem, který je podobný mrazáku. Nízká teplota chladicího média a vysoká tepelná kapacita umožňují ochladit součástku hluboko pod teplotu okolí. V případě použití zřetězených systémů, tzv. kaskád (okruh součástky je ochlazován dalším mrazicím okruhem) lze dosáhnout teplot až – 100ºC. Tyto systémy jsou vysoce profesionální a konstrukce s požíváním vyžaduje odborné znalosti. Nejsou stavěny na dlouhodobý běh. Využití velmi řídké a spíše k experimentálním účelům. Navíc jsou kompresory velmi drahé a jejich provoz je hlučný a energeticky náročný.
Peltierovy články (Obr.
Budoucnost v oblasti chlazení
ko-design čip – spolupráce inženýrů navrhujících čip a inženýrů řešících chlazením, resp. vyřešit otázku chlazení již při návrhu, nikoliv až po výrobě čipu.
Změna tvaru součástky – malé krychle složené z vrstev tranzistorových obvodů prokládaných chladicími mikrokanálky s cirkulujícím médiem tlačeným mikropumpami a miniaturních zařízení s funkcí ledničky.
Odpojení části čipu – úplné odpojení částí čipů, aby zbytečně neprodukovaly odpadní teplo.
Iontový vítr (Obr. 6.37) – průtok iontů skrz negativně nabité kanálky (uhlíkové nanotrubičky), které pod napětím vybíjejí elektrony směrem k pozitivně nabitým elektrodám. Molekuly vzduchu jsou vlivem elektronů ionizovány, vzniká nerovnost v náboji přítomného vzduchu, vedoucí ke vzniku miniaturních blesků ð při napětí > 100V se v tomto miniaturním zařízení začne tvořit vzdušný proud.
Piezoelektrické vějíře (Obr. 6.38) – pracující na principu čínských vějířů. Využívá se střídavého napětí přiváděného na piezoelektrické elementy, ty se roztahují a smršťují, čímž ohýbají s plátkem a ten zajišťuje konvekci vzduchu. Velmi malé nároky na el. energii cca 2mW. Minimální rozměry. Bezhlučný s velkou životností.
Extrémní miniaturizaci heatpipe technologie – přímo v čipech.
Ve své práci jsem se zabýval problematikou nanotechnologií. Převážná většina nových výkonnějších technologií je zatím svázána pouze s lavinou slov. Nanotechnologie rozpoutala doslova hurikán. Bývá nazývána další průmyslovou revolucí, „ničivou“ technologií, která nahradí nebo změní všechny ostatní Vědcům a lékařům je čím dál víc jasnější, že vstup této technologie do lidského života na sebe zřejmě nedá dlouho čekat. Jak je vidět, nápadů je kolem nanotechnologií dost a dost. Teď záleží jen na lidských možnostech a schopnostech, kdy je bude možno uvést do praxe. Prozatím se můžeme setkat hlavně s počítačovými modely, i když první předvoj se již objevuje.
V poslední době se objevily výše zmiňované, molekulární motory. Nejsou však prozatím dostatečně účinné na to, aby se daly využít k pohonu něčeho jiného než vlastního rotoru. K vidění jsou také molekulární přepínače, které však dokážou změnit stav pouze jednou. Funkční příklady z mikrosvěta ovšem už existují, takže teď zbývá jen sestoupit v měřítku o pár řádů níž.
Zatím nanotechnologie zůstává jen relativně malým průmyslem s velkými překážkami. Možnosti budování dokonalých čipů pomocí nanotrubic zastiňují i etická znepokojení. Slučování lidí se stroji může být i nebezpečné. Pokročilá lékařská ošetření možná díky nanotechnologii budou jen pro bohaté, nanoroboti v našem těle 'zdivočí', nanozbraně budou nebezpečnější než jaderné zbraně (na druhou stranu obranná jednotka složená z nanorobotů by měla odrazit jakýkoliv útok), umožňuje všemožné zásahy do soukromí apod..
Na druhou stranu, nanotechnologie můžou lidem pomoci. Třeba přijde doba, kdy přijdete k lékaři a ten vám do těla „píchne“ nanoroboty, kteří vás vyšetří. Následně lékař v počítači přeprogramuje software a oni vás vyléčí. Nebo nosné konstrukce (mostů, mrakodrapů, a.t.d.) se budou vyrábět z nanotrubiček, které jsou 6x lehčí a 100x pevnější jak ocel.
Podle mě záleží na lidech, zda potenciál nanotechnologií využijí či zneužijí.
Obhájci i kritici jsou často postaveni před otázku 'kdy?'. Zde jsou tři možné odpovědi:
Možná, že když jste četli tuto práci, připadali jste si jak v nějakém sci-fi, ale to, co jsem zde napsal, nebyly výplody mé fantazie, nýbrž výsledky debat vysoce postavených vědců. Pokrok jde dál a nejde ho zastavit. Svět včera vypadal proti dnešku odlišně. Připraveni nebo ne, ten čas přichází - čas nanotechnologie.
Seznam použitých symbolů a zkratek
MNT - Molekulární nanotechnologie
SPM - Rastrovací Tunelové Mikroskopie (Scanning Probe Microscope)
GMR - obří magnetická rezistence (Giant Magnetic Razistance)
NM - nanomedicína
W - watt
max. - maximálně
el. - elektrický
r.p.m. - otáčky za minutu (revolutions per minute)
ps - za sekundu (per second)
m - metr
mm - milimetrů
nm - nanometrů
DNA - deoxyribonukleová kyselina
Zdroje informací
Literární publikace:
[1] Nano letters Cover Art 2001 – 2007 – American Chemical Society, Washington DC 2007
[2] Nanotechnology – NSTI nanotech, conference publication CD –set, 1998 - 2003
[3] Veridian MRJ Technology Solutions, Inc.:Molecular Nanotechnology in Aerospace: 1999
[4] Elektrotechnická zařízení, Ing. Kindrát Alexandr, 2006 Sokolov, učební text
Internetové zdroje:
[1] Obrazové přílohy https://www.google.com
[2] https://www.nanomedicina.cz/
[3] https://www. wikipedie.cz
[4] https://www.nanosilver.cz/nanotechnologie/
[5] https://nanotechnologie.vsb.cz/
[6] https://www.isste.cz/~kindrat/
Seznam použitého softwaru
[1] Microsoft Windows XP Professional
[2] Microsoft Office 2003
[3] Adobe Acrobat Reader 7.0 CZ
Seznam obrázků
Obr 1 nanorobot 7
Obr 2 vir 76
Obr 3 nanorobot 2 77
Obr 4 izolování viru 78
Obr 5 cévy 79
Obr 6 odstranění viru 1 80
Obr 7 odstranění viru 2 81
Obr 8 nanovodič 82
Obr 9 několika násobné spojení nanovodičů 83
Obr 10 nanotrubičky mezi vodiči 84
Obr 11 svazek nanotrubiček 85
Obr 12 nanotrubičky 86
Obr 13 Fulleren 87
Obr 14 molekuly jednotlivých prvků 88
Obr 15 Molekulová stavba grafitu 89
Obr 16 Nanoskop 90
Obr 17 Princip nanoskopu 91
Obr 18 Přetváření struktury atomů 92
Obr 19 Atomový nanoskop 93
Obr 20 Přetváření struktury atomů 2 94
Obr 21 Molekuly látek 95
Obr 22 Model atomu 96
Obr 23 Struktura molekuly látky 97
Obr 24 rozměrová stupnice 98
Obr 25 rozměrová stupnice 2 99
Obr 26 Brýle upravené nanotechnologií 100
Obr 27 ohebné CD 101
Obr 28 Povrch upravený nanotechnologiemi 102
Obr 29 Povrch upravený nanotechnologiemi 2 103
Obr 30 Povrch upravený nanotechnologiemi 3 104
Obr 31 Diamantové ložisko 105
Obr 32 Regulátor pro molekulární montáž 105
Obr 33 Jednoduché selektivní čerpadlo Neonu 105
Obr 34 Molekulová rozdílová převodovka 106
Obr 35 Planetární molekulová převodovka (nová verze) 106
Obr 36 Planetární molekulová převodovka (starší verze) 106
Obr 37 Vysokokapacitní systém 107
Obr 38 Princip termočlánku 108
Obr 39 Peltierovy články 108
Obr 40 Provedení Peltierova článku 108
Obr 41 Princip Peltierova článku 109
Obr 42 Princip Peltierova chladiče 109
Obr 43 Princip tepelného čerpadla 110
Obr 44 Porovnání energetické bilance 110
Obr 45 Příklady pasivů 111
Obr 46 Využití heatpipe s pasivem 111
Obr 47 Schéma funkce heatpipe 112
Obr 48 Kombinované chlazení aktiv na pasivu 112
Obr 49 Příklad ventilátoru 112
Obr 50 Kombinované chlazení aktiv uvnitř pasivu 113
Obr 51 Chladič s kolmým umístěním ventilátoru 114
Obr 52 Porovnání účinků chlazení 2 ventilátorů 115
Obr 53 Uhlíkové nanotrubičky 115
Obr 54 Chladiče Folded Fin Heatsinks 115
Obr 55 Teplovodivá pasta Arctic Silver3 116
Obr 56 Princip Kryotech kompresoru 116
Obr 57 Princip iontového větru 117
Obr 58 Princip piezoelektrického vějíře 117
Přílohy
Obr. 1 Představa vzhledu NANO ROBOTA (zachycena léčba červené krvinky)
Obr.
2 Představa vzhledu NANO ROBOTA (zachycen proces odstraňování viru)
Obr. 3 Představa vzhledu NANO ROBOTA (zachyceno odebírání laboratorních vzorků z buněk)
Obr. 4 Izolování označené buňky viru pomocí
nanofragmentů, které následně vytváří „nanocelu“
Obr. 5 Cévy s červenými krvinkami
Obr. 6 Vize budoucnosti – kladně nabitý atom a záporně nabitá protilátka proti virům, dojde k přitáhnutí.
Obr. 7 Zmagnetovaná nanočástice (ve formě
protilátky), detekuje virus a přilepí se na něj, následně je zmagnetizovaná
nanočástice odstraněna a spolu s ní i virus.
Obr. 8 Spojení atomů (bílé kuličky) nanovodičem
Obr. 9 Několikanásobné spojení atomů
nanovodiči – lze skládat donekonečna, čímž se zvětší kapacita paměti
Obr. 10 Nanotrubičky mezi vodiči pro bezodporové vedení proudu (mají nulový odpor)
Obr.
11 Nanotrubičky pro vytvoření svazku k získání 100násobně pevnějšího a
6násobně lehčího materiálu než ocel
Obr. 12 Nanotrubičky pro bezeztrátové vedení proudu
Obr. 13 Toto je Fulleren, který má 60 atomů uhlíků a může mít podobu uhlí, diamantu nebo tuhy
Obr. 14 Takto vypadají molekuly
jednotlivých prvků 
a) Diamant b) Grafit c) Lonsdaleite d) C60 (Buckminsterfullerene) e) C540 (Fullerene) f) C70 (Fullerene) g) Amorphous carbon h) Nanotrubičky
Obr. 15 Molekulová stavba grafitu v rozměrech nanometrů
Obr. 16 Nanoskop v reálné podobě
Obr. 17 Princip nanoskopu
Obr. 18 Přetváření struktury atomů nanoskopem
Obr. 19 Atomový nanoskopu (zřízení je na konci hrotu zakončeno pouze jedním
atomem)
Obr. 20 Přetváření atomové struktury látky na požadované vlastnosti nanoskopem
Obr. 21 Molekuly látek spojené nanoskopem
Obr. 22
Model atomu
Obr. 23 Struktura molekuly látky
Obr. 24 rozměrová stupnice
Obr.
25 Rozměrová stupnice – srovnání velikosti předmětů
Obr.
26 Brýle upravené nanotechnologií (změna struktury má za následek, že na slunci
ztmavnou, aby lépe chránily zrak a v šeru zase zesvětlí, aby přes ně bylo
lépe vidět)
Obr.
27 Nanotechnologie umožní v budoucnu výrobu ohebných a mechanicky odolných CD
nosičů
Obr. 28 Vlevo povrch upravený nanotechnologiemi a vpravo normální (jsou patrné vrypy)
Obr. 29 Povrch upravený nanotechnologiemi
a na něj nastříkaný sprej (sprej steče dolů jako voda a na povrchu se neudrží)
Obr. 30 Umyvadlo, které je upraveno
nanotechnologiemi odpuzuje vodu a jiné tekutiny.
Obr. 31 Diamantové ložisko
Obr. 32 Regulátor pro molekulární montáž
Obr. 33 Jednoduché selektivní čerpadlo Neonu
Obr. 34 Molekulová rozdílová převodovka
Obr. 35 Planetární molekulová převodovka (nová verze)
Obr. 36 Planetární molekulová převodovka (starší verze)
Obr. 37 Vysokokapacitní systém pro uchování informací s použitím atomů fluoru a vodíku a diamantu. Další nanotechnologický průzkum by mohl ukázat, že je možné ukládat data na povrch diamantu takovým způsobem, který je 10 milionkrát hustší než kapacita paměti DVD disku, tedy asi 1015 bytu/cm2, pričemž DVD zapisuje zhruba 108 bytu/cm2.
Obr.38 Princip termočlánku
Obr 39 Peltierovy články
Obr.40 Provedení Peltierova článku
Obr 41 Princip Peltierova článku 
Obr 42 Princip Peltierova chladiče
Obr. 43 Princip tepelného čerpadla
Obr. 44 Porovnání energetické bilance
Obr 45. Příklady pasivů
Obr 46. Využití heatpipe s pasivem
Obr 47. Schéma funkce heatpipe
Obr 48. Kombinované chlazení aktiv na pasivu
Obr.49 Příklad ventilátor
Obr 50. Kombinované chlazení aktiv uvnitř pasivu
Obr51 Chladič s kolmým umístěním ventilátoru AERO 7 firmy CoolerMaster
Obr.52 Porovnání účinků chlazení 2 ventilátorů
Obr.53 Uhlíkové nanotrubičky
Ob 54 .Chladiče Folded Fin Heatsinks
Obr.55 Teplovodivá pasta Arctic Silver3
Obr 56. Princip Kryotech kompresoru
Obr57. Princip iontového větru
Obr.58 Princip piezoelektrického vějíře
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 3192
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
