Nanotechnologie

Uit Technotheek
Versie door Jet (Overleg | bijdragen) op 30 okt 2012 om 16:47
(wijz) ← Oudere versie | Huidige versie (wijz) | Nieuwere versie → (wijz)
Ga naar: navigatie, zoeken
Nanotechnologie
Nanotechnologie plaatje.jpg
Eigenschappen
Categorie: Technieken
Originele auteur: Yannick Manuhutu en Joep van Urk & Bas Jan Kylstra em Elmer Lise
Jaar: 2009/2010
Wikipedia link: Nanotechnologie

Inhoud

Inleiding (korte beschrijving geschiedenis en ontwikkeling)

Officieel is de term in 1974 gedefinieerd door Professor Norio maar het is pas een bekende term geworden door de publicatie van Eric Drexler in zijn boek over “The Engines of Creation: The coming era of nanotechnology.” Al voordat de term nanotechnologie verzonnen werd er al gemanipuleerd aan structuren op nanometerbereik. In de 19 eeuw waren er namelijk al solen van goud van deze grootte in een suspensie met water. In 1959 heeft de Amerikaanse nobelprijs winnaar Richard Feynman al het idee geopperd dat je kunstmatig eiwitmoleculen kunt produceren, want je kunt eiwitmoleculen die als enzym optreden zien als een nano machientje.

Beschrijving en eigenschappen

Nanotechnologie gaat over het beïnvloeden van materie op atomair-, moleculair- en macro moleculair niveau (op de nanometer schaal). Nanotechnologie heeft een aantal specifieke eigenschappen waarvan de belangrijkste ook al in de naam staat. Het is namelijk uitermate klein waardoor het op allerlei gebieden binnen de technologie voor kleinere producten kan zorgen. Of voor meer informatie op hetzelfde oppervlak. Met behulp van nanotechnologie kan men verschillende materiaaleigenschappen (denk aan gewicht, sterkte, maar bijvoorbeeld ook aan brandwerendheid en waterafstotendheid) verbeteren, of soms zelfs toevoegen aan bepaalde materialen. Het opent de deur voor de IT om op kleinere schaal te werken en dus meer informatie weg te schrijven op een kleiner oppervlak dan voorheen, en dus snellere processoren e.d. te maken, zonder dat die heel groot hoeven worden. De eigenschappen zijn zo breed omdat het gaat om het structureel veranderen van moleculen of materialen. Daarom zijn er veel sectoren die baat hebben bij vooruitgang in de nanotechnologie.

Toepassingen

Zonnecellen

Bij de TUe zijn er mensen bezig met het ontwikkelen van zonnecellen die gemaakt zijn met behulp van plastic. Met behulp van nanotechnologie maakten ze een fijnmazig netwerk waarin zonlicht wordt omgezet in elektronen, die stroom leveren. Op de TU Delft werken onderzoekers aan zonnecellen die gebruik maken van een sponsachtige film van hoogporeuze TiO2. Deze manier is goedkoper dan de huidige generatie. In de toekomst zullen de zonnecellen met behulp van nanotechnologie goedkoper, dunner/kleiner en effectiever worden.

Peer+ Smart Energy Glass

Peer+ Smart Energy Glass ontwikkelt ruiten met speciale eigenschappen. Ruiten kunnen kunnen met een druk op de knop worden veranderd naar respectievelijk verduisterend, lichtdoorlatend en diffuus lichtdoorlatend voor privacy. Tevens kunnen de ruiten zonneënergie opvangen en opwekken.

OLED

OLED display

OLED displays worden gezien als goede kanshebber om opvolger te zijn van de huidige displays. Voordeel is de flexibele en ultra dunne beeldschermen, die niet gelijk helemaal kapot zijn als ze plaatselijk beschadigd zijn. Verder is OLED verlichting in opkomst. Deze verlichting is vele malen efficiënter dan de gloeilamp.

Coatings

Er zijn veel verschillende soorten coatings met verschillende doelen. Er zijn respectievelijk anti-slip, brandwerende, anti-graffiti, zelfreinigende, waterafstotende, en beschermende coatings. Deze coatings kunnen zoals de namen al zeggen veel verschillende kwalen verhelpen. Een aantal coatings vergen meer uitleg. Zoals de beschermende coating kan gebruikt worden om een product kras bestendig te maken of om het tegen UV-licht te beschermen. De waterafstotende coating maakt gebruik van het lotus effect. Ook het Geckoeffect is interessant bij de ontwikkeling van coatings.

Bestand:Lotus3.jpg
Lotuseffect
  • Lotuseffect. Een Lotusplant heeft bladeren waar geen water aan blijft plakken. Doordat het oppervlak van een blad superhydrofoob is, glijd of ‘stuitert’ water er vanaf. De waterdruppeltjes die er vanaf glijden nemen vuil mee, hierdoor is een lotus blad zelfreinigend. Dit fenomeen is te wijden aan de structuur van het oppervlak op nanoschaal. Het oppervlak bestaat uit kleine kegeltjes, tussen de kegeltjes zitten kleine ruimtes met lucht, hierdoor wordt het oppervlak waterafstotend. Een waterdruppel rust alleen op de puntjes van de kegeltjes. Hierdoor heeft het water nauwelijks contact met het oppervlak, slechts 2-3% van de oppervlakte van de druppel. Door deze puntjes op Nanoschaal rolt een druppel over een oppervlak, in tegen stelling tot een druppel die van glad hydrofoob oppervlak af glijd. Door het rollen neemt de druppel het vuil mee. Dit principe wordt nagebootst in coatings, deze zorgen ervoor dat een oppervlak zelf reinigend wordt. Hierdoor kan er bijvoorbeeld bestek gemaakt worden dat met enkel een beetje water schoon gemaakt kan worden. Of badkamertegels die niet meer vochtig blijven, waardoor schimmels voorkomen worden.
  • Geckoeffect. Een gekko is een soort hagedis, deze heeft de merkwaardige eigenschap dat hij zelfs op gladde oppervlakken vertikaal omhoog kan klimmen. Dit komt door de bijzondere structuur op hun poten. Deze structuur bestaat uit miljoenen Nano haartjes met aan de top een nog fijnere Nanoborstel, deze haartjes hebben door hun kwantiteit en kleine afmeting een soort van droog hechtend effect. Dit hechtende effect heeft te maken met aantrekking door relatief veel contact met het oppervlak (dus niet direct met wrijving). Het effect is vooral te danken aan de van der Waals kracht en is dus niet afhankelijk van het oppervlakte materiaal. De richting van de haartjes zorgen ook voor een ‘kleefrichting’. In de andere richting zit geen tot weinig wrijvingskracht en is gemakkelijk van het oppervlak los te krijgen. De haartjes zijn ook nog zelfreinigend. Door deze unieke eigenschappen is er sinds 1998 onderzoek naar het kunstmatig creëren van deze functies. Het is ondertussen gelukt om Nanofibers te maken van polipropyleen en ze toe te passen op verschillende manieren, zelfs lukt het nu om de zelfreinigende functie deels te simuleren. Voor dit nieuwe materiaal zijn natuurlijk meerdere toepassingen te bedenken. Je kunt bijvoorbeeld denken van een ingewikkelde klim uitrusting of een auto die tegen muren op kan rijden tot een simpel ophangsysteem of een in één richting plakkend plakband.

Chips en Geheugen

Ook op het gebied van computer chips en geheugen kan met behulp van nanotechnologie nog veel winst worden geboekt. Vooral IBM doet veel onderzoek naar de mogelijkheid om atomen los te kunnen verplaatsen zodat ze op atoom niveau schakelaars kunnen maken. Het huidige maximum geheugen per cm2 is 1,3 GB maar met behulp van nanotechnologue kan dat worden verhoogd naar 200.000 GB. Informatie filmpje over Nanotechnologie bij IBM.

Verpakkingen

Bij een zak chips zit een laagje aluminium van enkele nanometers dik aan de binnenkant van het plastic. Dit zorgt ervoor dat zuurstof en ander gassen de zak niet in of uit kunnen. Ook houd dit licht tegen.

Zonnebrand crème

Titaandioxide is de stof in zonnebrand crème die de schadelijke uv straling absorbeert. Normaal gesproken is dit materiaal wit, maar wanneer er Nanodeeltjes van gemaakt worden, wordt het kleurloos. Zo wordt er dus zonnebrandcrème gemaakt die geen witte waas achterlaat op de huid. Titaandioxide wordt ook in veel cosmetica gebruikt.

Grafeen

Koolstof komt voor in een tal van soorten, bijvoorbeeld: diamant, grafiet, amorfe koolstof, Buckyballs en nanobuizen. Dankzij een Nederlands Russische wetenschapper en tevens Nobelprijs winnaar is er fysiek bewijs geleverd van de nieuwe soort koolstof: grafeen. Grafeen is een 2 dimensionale stof, dit komt doordat het slechts 1 atoom dik is, dunner kan simpelweg niet. Hierdoor kan het maar in 2 dimensies variëren van vorm, breedte en lengte. Veel van de bijzondere eigenschappen van deze stof zijn terug te leiden naar zijn honingraatstructuur. Dit flinterdunne materiaal is 100 keer sterker dan staal, relatief hittebestendig en is de snelste halfgeleider die tot nu toe is uitgevonden, namelijk 100 keer sneller dan silicium. Doordat dit materiaal extreem dun is, is het een transparante stof.

Door al deze eigenschappen is dit een stof die een heleboel toepassingen kent. Zo kan dit materiaal door zijn relatief lage volume, goede thermische bestendigheid en hoge geleiding zeer goed gebruikt worden in nieuwe chips en andere sectoren in de elektronische wereld. Door zijn transparantie en goede geleiding kan het ook goed worden gebruikt in dunne displays en in zonnecellen. Alle eigenschappen die je voor een touch-screen nodig hebt: geleiding, transparantie, buigzaamheid en sterkte zitten in dit materiaal, daarom zijn er minder verschillende soorten materialen nodig en krijg je een dunner display. Er zijn nog tal van andere mogelijkheden. Grafeen kan ook dankzij zijn goede geleiding en hoge oppervlakte/volume ratio in poedervorm worden gebruikt in accu’s. Daarnaast trekken deeltjes van deze stof verfdeeltjes aan en kan door toevoeging aan een materiaal de hoeveelheid verf die nodig is worden gereduceerd. Dit materiaal kan ook worden gebruikt in isolerende kleren en kogelwerende vesten.

Buckyballs en Nanotubes

Naast het net uitgevonden Nano stof grafeen, zijn er nog 2 verschillende soorten Nano koolstof materialen. Namelijk buckyballs en Nanotubes. Buckyballs zijn zoals de naam al zegt balletjes, opgebouwd uit koolstof atomen. De meest voorkomende ballen bestaan uit 60 koolstof atomen en zijn door hun holle structuur erg licht in verhouding met hun sterkte. Deze kleine Nano ballen worden vooral gebruikt in de medische sector om stoffen te vervoeren in het menselijk lichaam. Verder wordt er onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van Nano lagers. Nano buizen hebben een boel van dezelfde eigenschappen als grafeen. Dit materiaal is ook een goede geleider en heeft ook isolerende eigenschappen, daarnaast heeft dit materiaal een grote treksterkte. Dit materiaal is al een tijd eerder uitgevonden en daarom zijn hier ook al meer toepassingen voor bedacht. Omdat het dus veel overeenkomende eigenschappen heeft met grafeen, kunnen sommige van de toepassingen waarschijnlijk ook met grafeen worden gerealiseerd. Enkele toepassingen:

  • In de biomedische sector zijn nanobuisjes en grafeen erg geschikt in de maak van hypergevoelige sensors en filters.
  • Luidspreker met koolstofbuisjes. Een gewone luidspreker gebruikt een magneet om een vlies in trilling te brengen, dat daardoor geluidsgolven produceert. Dit kan ook gebeuren door een thermo akoestisch effect. De stroom die door het velletje loopt zorgt ervoor dat de temperatuur van de buisjes gaat variëren tussen kamertemperatuur en 80 graden Celsius. De wisselende temperatuur maakt drukgolven in de lucht in de buurt van de luidspreker, die wij kunnen horen als geluid. Deze techniek bestaat al langer maar is nog niet gebruikt omdat er te weinig volume uit de geteste metaalfolies kwam, maar dit koolstofbuisjesmateriaal blijkt nu 260 keer meer geluid te geven dan metaalfolies. Door de bijzondere eigenschappen van de nanobuisjes gaat dat opwarmen en afkoelen zeer snel, zodat de geluidskwaliteit en het volume dat dit materiaal produceert opvallend goed is. Bovendien vervormt het materiaal zelf niet door de stroom, zodat het flinterdunne materiaal ook nog prima werkt als het uitgerekt of gebogen is.
  • Fietsframe. Op een fietsframe worden krachten in veel verschillende richtingen gecreëerd. Door koolstof nanobuisjes in de juiste richting te leggen proberen ontwerpers een frame tot op de kleinste schaal te optimaliseren. Zo kan er minder materiaal worden gebruikt en wordt er toch een optimale sterkte gecreëerd.

Voordelen

  • Heel breed toepassingsgebied
  • Bepaalde materiaal eigenschappen verbeteren/toevoegen zonder voor totaal ander materiaal te kiezen
  • Nanotechnologie bied mogelijkheden voor vele doorbraken in verschillende sectoren

Nadelen

  • Omdat het nog een nieuwe technologie is, zijn mogelijke gevaren nog niet te overzien

Milieuaspecten

Doordat nanotechnologie eigenlijk nog in zijn kinderschoenen staat is het lastig om betrouwbare informatie te vinden over wat nanotechnologie voor invloed heeft op het milieu. Veel bronnen durven dan ook geen sluitende uitspraak te doen over wat het voor invloed gaan hebben voor ons en de rest van het milieu. Dit komt mede door de enorme mogelijkheden die bijna onbegrensd lijken. Daardoor lijkt het wel alsof het te mooi is en dat er heel veel negatieve aspecten aan moeten zitten.

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen