nanotechnologie sl #05 · nanotehnologija se ukvarja z lupino atoma.to je merilo, v katerem igra...
TRANSCRIPT
NanotehnologijaInovacije za jutrišnji svet
nanotehnologije in nanoznanosti, multifunkcionalnimateriali na osnovi novih znanj in nove proizvodne
metode in naprave.
splo
šne
info
rmac
ije
Vas zanima evropsko raziskovanje?
RTD info je četrtletna revija, ki vas obvešča o glavnih smereh razvoja (izsledki, programi, dogodki itd.). Na voljo je v angleškem, francoskem in nemškem jeziku. Za brezplačen izvod ali brezplačno naročnino pišite na naslov:European CommissionDirectorate-General for ResearchInformation and Communication UnitB-1049 Bruselj
Telefaks (32-2) 295 82 20E-naslov: http://europa.eu.int/comm/research/contacts/contacts.cfmSpletna stran:http://europa.eu.int/comm/researc/rtdinfo/index_en.html
Urednik: EVROPSKA KOMISIJA
Generalni direktorat za raziskaveDirektorat G – Industrijske tehnologijeEnota G.4 – Nanoznanosti in nanotehnologije
Kontaktni osebi: dr. Renzo Tomellini, dr. Angela Hullmann
E-naslova: [email protected], [email protected]
Url: www.cordis.lu/nanotechnology
EVROPSKA KOMISIJA
Nanotehnologija
Inovacija za jutrišnji svet
Ta brošura je nastala v okviru projekta, ki ga je ustanovilo Nemškozvezno ministrstvo za šolstvo in raziskovanje (BMBF) in izvedloNemško združenje inženirjev – Tehnološki center (VDI-TZ). Evropskakomisija se zahvaljuje BMBF, ker je dovolilo prevod te publikacije in jonaredilo dostopno evropski javnosti. Posebna zahvala gre dr. RositaCottone (BMBF) in dr. Wolfgangu Lutherju (VDI-TZ) za njuno pomočpri koordinaciji.
Objava: Evropska komisija, GD za raziskave
Izvedba: Zvezno ministrstvo za šolstvo in raziskovanje BMBF, Berlin
Koordinacija: Future Technologies Division, VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf
Avtor: Mathias Schulenburg, Köln
Oblikovanje: Suzy Coppens, BergerhofStudios, Cologne
Generalni direktorat za raziskave2006 „Nanoznanosti in nanotehnologije“ EUR 21151SL
Europe Direct je informacijska mreža, ki vam pomaganajti odgovore na vprašanja o Evropski uniji
Brezplačna telefonska številka:
00800 6 7 8 9 10 11
PRAVNO OBVESTILO:
Evropska komisija ali katera koli oseba, ki deluje v njenem imenu, nista odgovorni za kakršno koli uporabosledečih informacij.
Stališča, izražena v tej publikaciji, so zgolj stališča avtorja in ne odražajo nujno stališč Evropske komisije.
Na internetu je dostopnih veliko dodatnih informacij o Evropski uniji. Najdete jih preko strežnika Europa (http://europa.eu.int).
Podatki o katalogizaciji so na koncu te publikacije.
Luxembourg: Urad za uradne publikacije Evropskih skupnosti, 2006
ISBN 92-79-00887-0
© Evropske skupnosti, 2006Ponatis je dovoljen le z dovoljenjem avtorja.
Printed in Belgium
NATISNJENO NA BELEM PAPIRJU, KI NE VSEBUJE KLORA
Draga bralka, bralec!
Zveseljem vas povabim k branju brošure Nanotehnologija – Inovacije za jutrišnjisvet v slovenskem jeziku. Evropska komisija se je odločila izdati brošuro z
namenom, da evropskim državljanom približa nanotehnologijo in vse, kar ta
pojem obsega, hkrati pa želimo predstaviti tudi njen pomen za posameznika.
Nanotehnologija je raziskovalno področje, katerega prihodnost obeta, da bo mogoče
temeljne raziskave spreobrniti v uspešne inovacije. Uspešni preboji v nanotehnologiji
pomenijo ne le povečanje konkurenčnosti našega industrijskega sektorja, temveč tudi
ustvarjanje novih produktov, ki bodo izboljšali življenje evropskim državljanom na
področju zdravja in medicine, varstva okolja, elektronike in drugih.
Evropa investira v nanotehnologijo že dobro desetletje in je v tej panogi vodilna
svetovna sila. Evropska komisija podpira integrirano in odgovorno uporabo
nanotehnologije z namenom zagotoviti, da Evropa na kar najboljši način izkoristi
možnosti, ki jih to novo področje raziskovanja ponuja.
Z upanjem, da vam bo brošura predstavila nanotehnologijo na razumljiv in prijeten
način, vam želim prijetno branje!
Janez Potočnik,
Evropski komisar za znanost in raziskovanje
Predgovor
Nanotehnologija je nov pristop k razumevanju in obvladovanju lastnosti snovi v nanometrskem merilu:
en nanometer (ena milijardinka metra) je dolžina majhne molekule. Na tej ravni snov izkazuje različne
in pogosto osupljive lastnosti. Meje med uveljavljenimi znanstvenimi in tehničnimi disciplinami se
zabrišejo. Odtod tudi močan interdisciplinaren značaj, ki ga povezujemo z nanotehnologijo.
Za nanotehnologijo se glede možnega vpliva na industrijske proizvodne smeri pogosto pravi, da ima „razdiralen“
ali „revolucijski“ potencial. Nanotehnologija z manjšimi, lažjimi, hitrejšimi in učinkovitejšimi materiali,
komponentami in sistemi ponuja možne rešitve za številne trenutne probleme. To daje nove možnosti za
ustvarjanje bogastva in za zaposlovanje. Nanotehnologija naj bi prav tako znatno prispevala k reševanju
globalnih in okoljskih izzivov, in sicer z uresničevanjem procesov in ustvarjanjem izdelkov, bolj specifično
določenih za uporabo. Z njeno pomočjo naj bi varčevali z viri in zmanjšali količino odpadkov ter emisij.
Trenutno smo priča ogromnemu napredku v svetovni nanotehnološki dirki. Evropa je že zgodaj, od sredine do
konca 90. let prejšnjega stoletja, začela vlagati v številne programe na področju nanoznanosti. Zato ima razvito
močno bazo znanja. Zdaj mora poskrbeti, da bosta lahko evropska industrija in družba želi sadove tega znanja
s pomočjo razvoja novih izdelkov in procesov.
Nanotehnologija je predmet nedavnega sporočila Komisije („K evropski strategiji za nanotehnologijo“). V tem
sporočilu Komisija predlaga več raziskav na področju nanoznanosti in nanotehnologij, poleg tega pa pravi, da je
trebna upoštevati več drugih medsebojno odvisnih dinamik:
• Večja usklajenost nacionalnih raziskovalnih programov in naložb, tudi za zagotovilo, da ima Evropa skupine in
infrastrukturo („centri odličnosti“), ki lahko konkurirajo na mednarodni ravni. Hkrati je za doseganje zadostne
kritične mase pomembno sodelovanje med raziskovalnimi organizacijami v javnem in zasebnem sektorju v vsej
Evropi.
• Ne smemo prezreti ostalih dejavnikov konkurenčnosti, kot so ustrezno meroslovje, predpisi in pravice
intelektualne lastnine, da bo mogoče tlakovati pot za izvedbo industrijske inovacije, ki bo vodila h konkurenčni
prednosti tako za velika kot tudi za majhna in srednje velika podjetja.
• Dejavnosti, povezane z izobraževanjem in usposabljanjem, so zelo pomembne. Evropa si zlasti prizadeva
izboljšati podjetniško naravo raziskovalcev kot tudi pozitiven odnos proizvodnih inženirjev do sprememb.
Za uresničitev prave interdisciplinarne raziskave v nanotehnologiji bodo morda potrebni tudi novi pristopi
k izobraževanju in usposabljanju za raziskave in industrijo.
• Socialni vidiki (kot so informacije in sporočila javnega značaja, zdravstvena in okoljska vprašanja, ocena
tveganja) so nadaljnji ključni dejavniki za zagotovitev odgovornega razvoja nanotehnologije in doseganja
pričakovanj javnosti. Zaupanje javnosti in investitorjev v nanotehnologijo bo odločilnega pomena za dolgoročen
razvoj in plodno uporabo.
Namen te brošure je prikazati, kaj nanotehnologija je in kaj lahko ponudi evropskemu državljanu.
Ezio Andreta
Direktor „Industrijskih tehnologij“
Generalni direktorat za raziskave
Evropska komisija
6
3 Draga bralka
5 !Predgovor
6-7 Vsebina
8-9 Atom: Stara zamisel in nova resničnost
10-15 Nanotehnologija v naravi
16-17 Oči za nanokozmos
18-19 Pisalni pribor
20-21 Spodbude za znanost
22-23 Oblikovanje materiala v nanometrskem merilu
Vsebina
Potovanje v nanokozmos
Instrumentiin postopki
7
Nanotehnologijav družbi
Omreženi svet: nanoelektronika
Nanotehnologija v jutrišnjem vsakdanu
24-29 Omreženi svet: nanoelektronika
30-31 Nanotehnologija v jutrišnjem vsakdanu
32-35 Mobilnost
36-39 Zdravje
40-43 Energija in okolje
44-45 Nanotehnologija za šport in prosti čas
46-47 Vizije
48-49 Priložnosti in tveganja
Dodatne informacije50 Kako lahko postanem nano-inženir?
51 Stiki, povezave, literatura
52-53 Glosar
54 Slikovno gradivo
8
Potovanje v nanokozmos
Atom: Stara zamisel in nova resničnostNaš materialni svet je sestavljen iz atomov. To je pred okoli
2 400 leti trdil že grški mislec Demokrit. Sodobni Grki so se mu
zahvalili s portretom na kovancu za deset drahem. Kovanec je
bil močno razširjen, ravno tako kot atomi. Dežna kaplja jih
vsebuje 1 000 000 000 000 000 000 000, kajti atomi so zelo
majhni, veliki le desetino nanometra. En nanometer pa je
milijoninka milimetra.
Amedeo Avogadro(1776–1856), profesor
fizike v Torinu, prvičlovek, ki je analiziral
dežno kapljico.
Razmerje premera medatomom magnezija in
teniško žogico je enakorazmerju med teniško
žogico in Zemljo.Pomislite na to, ko boste
naslednjič vzelimagnezijevo tableto.
Demokritov duh lebdi nad nanosceno, nadmorjem neskončno veliko možnosti.
Lukrecij, rimski filozof in pesnik, je nekaj stoletij
pozneje spesnil pesem o atomih: Vesolje sestojiiz neskončnega prostora in neskončnega števila
nespremenljivih delcev, atomov, katerih raznolikost jeravno tako neskončna. ... Atomi se razlikujejo le v obliki,velikosti in teži; so nepredirno trdi, nespremenljivi, mejafizične deljivosti… To je bilo že prav dobro, čeprav je šlo
za čisto špekulacijo. Nato dolgo niso več razmišljali o
takšnih stvareh.
V 17. stoletju je Johannes Kepler, znameniti astronom,
razmišljal o snežinkah, kar je objavil leta 1611: običajna
oblika je lahko le posledica preprostih, enakomernih
gradbenih sestavin. Zamisel o atomu je dobila nov sij.
Znanstveniki, ki so se ukvarjali z minerali in kristali, so
atome vedno pogosteje obravnavali kot samoumevne.
Šele leta 1912 je na Univerzi v Münchnu nastal
neposreden dokaz: kristal bakrovega sulfata je razpršil
rentgensko svetlobo, tako kot senčnik razprši svetlobo
svetilke – kristal je moral biti sestavljen iz atomov,
urejeno razporejenih kot preja v senčniku, ali kup
pomaranč na tržnici.
Razlog, zakaj so atomi v kristalu urejeno razporejeni, je
preprost: snov se namesti tako udobno, kot je le
mogoče, in urejena struktura je najbolj udobna.
9
Tako je bil pripravljen oder za zelo radikalen premik:
nanotehnologijo.
Atomi mangana bi priprofesorju Berndtu v Kielu predstavljalilogotip univerzeChristiana Albrechta.
Že orehi, pomešani v skodeli, tvorijo urejen vzorec,
atomom je to še veliko lažje.
Preprosti vzorci pa se ne razmnožujejo vedno najlažje.
Snov na Zemlji je s silami samoureditve v milijardah let
prevzela fantastično zapletene, žive oblike.
Sodobne naprave za
analizo so omogočile
vpogled v delce žive
snovi vse do
natančnosti enega
nanometra.
Končno smo v 80. letih prejšnjega stoletja dobili rastrski
tunelski mikroskop,
napravo, s katero so
posamezni atomi
kristala postali ne
le vidni – mnogi
menijo, da so prve
podobe prevara –
temveč jih je mogoče
tudi premikati.
Nanonaprave, kot jeribosom, lahko prof.AdaYonath, DESY,kristalografsko dekodira.
10
Nanotehnologija v naravi
Nanotehnologom je živa narava zelo pri srcu. V štirih milijardah let
obstoja je naravi namreč uspelo najti nekaj osupljivih rešitev za
težave, na katere je naletela. Pri tem je značilno naslednje:
življenje je svojo snov strukturiralo do popolnosti, vse do atomov.
Tega si želijo tudi nanotehnologi.
Atomi niso ravno priljubljeni. Kdor sliši zanje,
pomisli na mogočne eksplozije ali nevarno
sevanje. Ampak to zadeva le tehnike, ki se
ukvarjajo z atomskim jedrom. Nanotehnologija se
ukvarja z lupino atoma. To je merilo, v katerem igra
nanotehnologija svojo vlogo.
Da bi pregnali še zadnje dvome o tem, da so atomi
povsem vsakdanja stvar, ki ima v pravi kombinaciji celo
odličen okus, izberimo kot kraj odhoda v nanokozmos
kos sira.
Sir Mimolette izvira iz Flandrije. Površina, polna
majhnih lukenj, daje slutiti, da je sir poseljen.
Izdelovalci nimajo nič proti, saj ima sir prav zaradi pršic
tako vabljivo aromo. Pršice so velike desetino
milimetra. ESEM, posebni rastrski elektronski
mikroskop, omogoča opazovanje živih pršic. Tako kot
ostala živa bitja so tudi pršice zgrajene iz celic. Merilo
celice je mikrometer. Celica ima močno zapleten
mehanizem. Pomemben del tega mehanizma so
ribosomi, ki na podlagi dedne zasnove DNK proizvajajo
vse mogoče beljakovinske molekule. Ribosom je velik
20 nanometrov. Deli ribosoma so določeni do
posameznega atoma. Prvi rezultati te vrste
nanobiotehnologije so nova zdravila, ki blokirajo
bakterijske ribosome.
Pot
ovan
je v
nan
okoz
mos
1 m
10 c
m1
mm
0,1
mm
10 Ķ
m10
nm
11
Lotosov učinek & co.
Vodne kapljice na listu kapucinke,
upodobljene s posebnim
elektronskimmikroskopom
(ESEM) univerze v Baslu.
Kapucinka čisti svoje liste z lotosovim učinkom.
Rastrski elektronski mikroskop ESEM
prikazuje, kako se vodne kapljice odmaknejo
od lista. Do tega pride zaradi vozličaste strukture listov.
Voda se odbija z večjo hitrostjo, pri čemer odplakne
tudi umazanijo. Lotosov učinek – ki ga je temeljito
raziskoval profesor Barthlott s sodelavci na Univerzi
v Bonnu – je našel svoje mesto v vrsti izdelkov, na
primer v fasadnih barvah, s katerih voda spere
umazanijo. Sanitarno keramiko s strukturo lotosa je
mogoče lažje negovati.
Rastlinski listi uporabljajo še več nanotehnologije.
Njihov sistem pogosto urejajo forisomi. To so
mikroskopsko majhne mišice, ki v kapilarnem sistemu
rastline odpirajo poti ali pa jih – če je rastlina
poškodovana – zapirajo. Kar trije Fraunhoferjevi
inštituti in Univerza v Gießnu poskušajo razviti
tehnično uporabo mišic rastline, na primer za
mikroskopsko majhne linearne motorje ali morda za
laboratorij na čipu (lab-on-a-chip).
V atomskem merilu najbolj prefinjena tehnika je proces
fotosinteze, ki zbira energijo za življenje na Zemlji.
Pomemben je vsak posamezen atom. Kdor bo lahko to
nanotehnološko posnemal, bo imel energijo za vse
večne čase.
1 m
1 c
m50
Ķm
10 Ķ
m1Ķ
m10
nm
Lotosov cvet čisti svoje liste s ponjem poimenovanim lotosovimučinkom.
12
Z nanotehnologijo na stropu: gekon
Gekoni lahko preplezajo vsako steno, po stropu
drvijo z glavo navzdol in na njem obvisijo na
eni nogi. To je seveda mogoče z
nanotehnologijo. Gekon ima na nogi tanke dlačice, ki so
tako mehke, da se lahko podlagi približajo na nekaj
nanometrov na večji površini. Takrat začne delovati
tako imenovana van-der-Waalsova vez, ki je pravzaprav
zelo šibka, vendar zaradi adhezijskih točk nosi težo.
Vezi se enostavno sprostijo z „lupljenjem“, podobno kot
odstranimo lepilni trak. Tako lahko gekon teka po
stropu. Znanstveniki se že veselijo sintetičnega
„gekolina“
Lepljenje za življenje
Življenje obstaja, ker njegove sestavine drži
skupaj prefinjena nanotehnološka umetnost
lepljenja. Tudi pri poškodbah, na primer pri
komarjevem piku: mesto pika postane rdeče, ker se
razširijo drobne krvne žile, skozi katere nato potujejo
gruče levkocitov, belih krvnih telesc. Na mestu pika
celice izločajo feromon. Glede na koncentracijo
feromona celične obloge krvnih žil in levkociti dovajajo
medsebojno prilagojene lepljive molekule, ki
upočasnijo prehod levkocitov vzdolž žilne stene. Pri
najvišji ravni feromona se levkociti dobro držijo, druge
lepljive molekule pa odnašajo krvna telesca skozi žilno
steno do mesta pika,
kjer nato napadejo
morebitne vsiljivce –
popolna umetnost
lepljenja.
Nanotehnološko posnemanje se raziskuje pod geslom
„bonding on command“ – lepljenje na ukaz.
Školjke kot umetniki lepljenja
Užitna klapavica – takšna, ki vam jo
v restavraciji postrežejo pripravljeno
z zelenjavo – je umetnik nanotehnološkega
lepljenja. Ko se želi pritrditi, odpre svojo lupino in
potisne nogo na skalo, jo izboči v obliko sesalnika in
skozi kanile izbrizga curke lepljivih kapljic, micel,
v podtlaku. Te se razlijejo in sprostijo močno podvodno
lepilo, ki se razpeni v obliko majhne blazine. Na tem
dušilniku vibracij je klapavica zasidrana z elastičnim
bisusom, tako da jo lahko valovi brez posledic
premetavajo sem ter tja.
Hrošči, muhe,pajki in gekoniso na InštitutuMaxa Plancka
za kovinske materialev Stuttgartu razkrili skrivnosti o načinu
oprijemanja.Oprijemajo se
z dlačicami,ki s podlago
tvorijo van-der-Waalsovo vez.
Težja kot je žival,nežnejše in
številčnejše so dlačice.
Bližnji posnetek mušje nožice.
Nanotehnologija v naravi
Pot
ovan
je v
nan
okoz
mos
13
Užitna klapavica z bisusom in nogo.
L’Institut Fraunhofštitutu IFAM v Bremnu
raziskujejo prilagojeno lepilo klapavice, ki
naj bi celo najobčutljivejši porcelan naredilo
odporen na pranje v pomivalnem stroju.
S klapavico se ukvarja tudi delovna skupina
„Novi materiali in biomateriali“ v Rostocku
in Greifswaldu.
Biomineralizacija
Školjke pa zmorejo še več. Njihova biserovina
sestoji iz nešteto drobnih apnenčastih kristalov
v obliki minerala aragonita, ki bi bili sami po
sebi zelo krhki. V školjki pa so povezani z visoko
elastičnimi proteini, podobnimi vijakom. Trije odstotki
teže proteina so dovolj, da je lupina morskega ušesa
tritisočkrat bolj trdna od čistega apnenčastega kristala.
Morski ježki na ta način krepijo svoje 30 centimetrov
dolge bodice, da se lahko upirajo udarjanju valov.
Biomineralizacija ustvarja tudi zelo občutljive tvorbe.
Na majhnem območju v bližini Filipinskega otočja živi
na morskem dnu spužva, imenovana „venerina cvetna
košarica“, Euplectella speciosa. To bitje je zvito kot
tulec turškega bodala, vendar okrog svoje vzdolžne osi.
Spužva dolguje svoje ime strukturi notranjega ogrodja.
To je tkivo iz drobnih kremenastih iglic, preluknjanih
kot pletarski izdelek na hrbtišču lesenega stola.
To tkivo je prepleteno tako v pravokotni mreži kot tudi
v diagonalni.
Venerina cvetna košarica velja
za mojstrovino
biomineralizacije: Osnovne
sestavine iz kremenke
(silicijev dioksid), ki
v premeru merijo tri
nanometre, celice spužve
najprej povežejo v zelo
tanke plasti. Te se nato
Tehnična biomineralizacija:nanodelci popravljajo zobe. Česo zobje občutljivi na mrzlo ali
kislo, so za to najbolj odgovornimajhni kanali
v zobni sklenini, odprtidentinski tubuli.Te kanale je
mogoče z nanodelci izkalcijevega fosfata (apatita) in
proteina podjetja SusTechzapreti desetkrat hitreje kot
z običajnimi pripravki izapatita. Na novo mineralizirana
plast se v ustih obnaša ravnotako kot telesu lastni zobni
material.
Tridimenzionalnibiomineralni prepletv zobni skleninikočnika voluharjavaruje dlesni predpoškodbami
tako zvijejo, da nastanejo kremenaste iglice, osnovni
element za pletarski izdelek, ki je odporen na visoke
spremembe tlaka.
Venerina cvetnakošarica,globokomorskaspužva,ki jo trenutnoraziskujejokot biološki vzorecza optično vlakno.
14
Morska zvezda Ophiocoma wendtii je opremljena s popolnimsistemom mikro leč za optično gledanje.Zgoraj: Pogled podnevi. Spodaj: Pogled ponoči.
(Nekoč) strateškega pomena je bila biomineralizacija
pri diatomejah, kremenastih algah. Ta mikroskopsko
majhna bitja se ščitijo s hiškami iz kremenčeve kisline,
katerih glavna sestavina je SiO2, silicijev dioksid. Kot
kremenovo steklo, ki prav tako sestoji iz silicijevega
dioksida, so tudi hišice iz kremenčeve kisline precej
odporne na več korozivnih kislin in lugov, zaradi česar
nanotehnologi upajo, da jih bodo uporabili kot
reakcijske posode za kristale v nanometrskem merilu.
En trik, kako s kemijskimi reakcijami pridobiti
nanodelce je namreč ta, da se omeji reakcijski volumen.
Če je pri tem uporabljena vsa reakcijska zmes, ostanejo
kristali, ki so rasli med reakcijo, majhni. V hiškah
diatomej je veliko por v nanomerilu, nanoreaktorjev.
Kako nastanejo te včasih zelo umetniško delujoče hiške
diatomej? Prve odgovore že poznamo. Raziskovalci
Univerze v Regensburgu so odkrili, da lahko različice
znane skupine proteinov, „poliaminov“, v pravilno
dozirani raztopini kremenčeve kisline ustvarijo
nanokroglice z nastavljivimi premeri med 50 in 900
nanometri. Povsem spontano jih ženejo sile
samoureditve. Po preprostih modelih rasti naj bi
podobno spontano nastale hiške iz kremenčeve kisline.
Nanotehnologija v naravi: Ophiocoma wendtii, kot dlan
velika morska lilija je dolgo ostajala uganka. Žival,
katere ploščatega, oklepnega telesa se drži pet krakov,
ob približevanju možnega sovražnika pohiti
v skrivališče, čeprav sploh nima oči, s katerimi bi ga
prepoznala. Oči so naposled našli v kremenovi lupini
živali. Lupina je namreč posejana s popolnimi polji
mikro leč, zaradi česar je celotno telo morske lilije eno
samo fasetno oko. Nanotehnologija? Posamezne leče so
tako kristalizirane, da posebnost kalcita, da tvori dvojne
slike, ne učinkuje – nadzor kristalizacije na
nanotehnološki ravni. Nato pa so leče s subtilnim
dodatkom magnezija korigirane še za „sferično
aberacijo“, da bi se izognile nezaželenim barvnim
robovom. Ophiocoma tako obvladuje nanotehnološke
finese, ki so Carlu Zeissu pomagale do slave.
Hišice diatomej– zgoraj podobne
„Mengerjevi spužvi“(glej tudi str. 21) –
imajo zaradioptimalnih oblik
najboljšo stabilnostpri najmanjši teži inverjetno tudi sistemeza zbiranje svetlobeza svoj fotosintetskiaparat, kloroplaste.
Luske lupine inpoljamikro leč v enem.
Zakaj naj bi imele hišice diatomej „strateški
pomen“? Leta 1867 je Šved Alfred Nobel ugotovil,
da kremenka, diatomejska prst iz fosilnih odlaganj
hišic diatomej, vpija nitroglicerin, pri tem pa blaži
nagnjenje tega razstreliva k spontanim
eksplozijam. Mešanico je Nobel poimenoval
„dinamit“, čigar dobra prodaja je položila temelje
za sklad, iz katerega se danes financirajo
Nobelove nagrade.
Nanotehnologija v naravi
Pot
ovan
je v
nan
okoz
mos
15
Meje narave, prednosti nenaravnosti
Nanotehnologija je torej popolnoma naravna, vendar so
možnosti žive narave omejene. Ne more delovati niti pri
visokih temperaturah, ki so na primer potrebne za
keramiko, niti s kovinskimi prevodniki. Nasprotno pa
ima sodobna tehnika na razpolago zelo umetne pogoje
– skrajno čistost, mraz, vakuum – pod katerimi je
mogoče spoznati presenetljive lastnosti snovi. Sem
spadajo zlasti kvantni učinki, ki se včasih zdijo
v močnem nasprotju z zakoni vsakdanjega sveta. Tako
dobijo delčki v nanokozmosu hkrati valovom podobne
lastnosti. Tako lahko gre atom, ki je celota, kot val skozi
dve reži naenkrat, potem pa zopet postane celota.
Delci dobijo povsem nove lastnosti, če se njihova
velikost bliža nanometru. Kovine
postanejo polprevodniki ali
izolatorji. Popolnoma neopazne
snovi kot kadmijev telurid (CdTe)
v nanokozmosu fluorescirajo v vse
barve mavrice, druge spremenijo
svetlobo v elektriko.
Če postanejo delci nanoskopsko
majhni, se delež atomov na površini
močno poveča. Vendar imajo atomi
na površini pogosto druge lastnosti
kot tisti v sredini delca, večinoma
so bolj nagnjeni k reakcijam.
Na primer zlato je v nanomerilu
dober katalizator za gorivne celice
(glej Mobilnost). Nanodelce je
mogoče prevleči tudi z drugimi
snovmi, v snoveh iz teh sestavljenih
delcev pa so nato združene različne
lastnosti. Primer: keramični
nanodelci z organskimi ovojnicami,
ki zmanjšajo površinsko napetost
vode, za premaz kopalniških
ogledal proti orositvi.
Inštitut za nove materiale v Saarbrücknu INM jerazvil postopekpriprave nanodelcev zapremaz kovinskih delovs hologrami, ki jih nimogoče ponarediti in ki sene obrabijo.
Tudi tega naravane zmore:z nanosajami obdelana keramikaza vžige z žarilno svečko,odporne proti koroziji, ki seuporabljajo na primer priplinskih grelcih.Zaradi nastavljive prevodnostikeramike ne potrebujemotransformatorja.
Posebej prevlečeni nanodelci iz magnetita, železovega
oksida, tvorijo z oljem magnetsko oblikovano tekočino,
ferofluid. Ferofluidi se uporabljajo vedno pogosteje, na
primer v tesnilih za zamašitev odprtin na vakuumskih
posodah in ohišjih za trdi disk ali pri vodljivih
dušilnikih vibracij za stroje ali avtomobile.
Zapletenosti nanotehnologije se nihče ne
bi smel ustrašiti. Tudi jabolko je zapleteno
– celice, ribosomi, DNK – kar pa ni
zmanjšalo priljubljenosti tega sadeža.
Kajti z jabolki ni težko ravnati – z dobro
nanotehnologijo tudi ne.
Nanodelci izmagnetita v olju.Tekočino je mogočemagnetsko oblikovati.
Delci kadmijevega telurida fluorescirajo,barva je odvisna leod velikosti delcev.
„Magnetotactikumbavaricum.“Magnetne bakterije lahkosintetizirajo verigenanomagnetitov in jihje mogoče uporabiti kotigle kompasa.
16
Instrumeti in postopki
Kaj imata skupnega evropski rentgenski
teleskop „Newton“ in nanotehnologija?
Teleskop zbira rentgenske žarke oddaljenih
predmetov z 58 reflektorji, velikimi kot koši za odpadni
papir, ki so razporejeni kot plasti v čebuli in premazani
z zlatom. Njihova povprečna površinska hrapavost je le
0,4 nanometra – mojstrovina, h kateri je odločilno
prispevalo podjetje Carl Zeiss AG.
Precizna zrcala rentgena za rentgensko spektroskopijo
in rentgensko mikroskopijo so sestavljena iz več sto
plasti dveh različnih težkih elementov. Zahteve glede
takšnih zrcal so še višje, plasti lahko v povprečju od
ideala odstopajo le za delček premera atoma.
To tehniko obvladujejo na Fraunhoferjevem inštitutu za
material in tehnologijo žarčenja v Dresdnu.
Trik s plastnim zrcalom je za področje vidne svetlobe
iznašla narava: nočna sipa Euprymna scolopesz ogledalci iz odsevnih proteinov usmerja svetlobo
svetlečih bakterij navzdol in tako zaslepi pod seboj
lebdeče sovražnike s podobo zvezdnatega neba.
Ta primer biološke nanotehnologije so nedavno
odkrili na Univerzi na Havajih.
Rastrske sonde
Rastrske sonde kot oči za nanokozmos se zdijo
manj spektakularne, kot so v resnici, vendar
pa je bila za razvoj predhodnika vseh rastrskih
sond, rastrski tunelski mikroskop, podeljena Nobelova
nagrada. V rastrskih sondah vodijo piezo kristali rahlo
zamaknjene tipalne konice vedno znova čez predmet
njihovega zanimanja, recimo čez polja atomov.
Premikanje je neznatno, razdalja med konico in poljem
atomov je večinoma manjša od premera atoma. Pri tem
se zgodi naslednje: včasih teče tok, včasih se zaznajo
majhna magnetna polja. Računalniki prikažejo meritve
grafično na površini, nastane slika, ki je glede na merilni
princip natančna do atoma in boljša.
Nanotehnologija v vesolju:Zrcala evropskega
rentgenskega teleskopa„Newton“ so v povprečju
zglajena na 0,4 nanometrain lahko razločijo
rentgenskežarke v Andromedini
galaksiji.
„Quantum Corral“ Dona Eiglerja, IBM. Valovi v notranjostiodsevajo verjetnost srečanja elektrona.
Znanstvena senzacija:blisk gama žarkov
vžge obroče v oblakumedzvezdnega prahu.
Oči za nanokozmos
17
Še posebej prefinjen je mikroskop na atomsko silo.
Ta naprava zazna neznatne sile, ki jih atomi v polju
atomov izvajajo na najbolj sprednji atom tipalne
konice.
Proces lahko celo seže v ovojnice elektronov
posameznih atomov – odkrivanje skrivnosti na
najskrajnejši ravni. Trenutni svetovni rekord
v reševanju tovrstnih problemov ima Univerza
v Augsburgu.
Klasična konicarastrskega tunelskegamikroskopa(shematsko).
S „kapacitivnimi“ sondamije mogoče upodobiti tudi
postopke preklapljanja načipu.
Kristal iz kalijevega bromidaz atomskimi terasami. Podobno izgledasol na jajcu, ki ste si ga pripravili zazajtrk.
Bližnji posnetek silicija,obris gostote elektronovv mikroskopu na atomsko silo.
Upognjeno večplastno zrcaloza zmogljivo rentgensko analizo.
Mikroskop na atomskosilo: odklon odjemne iglese z laserskim žarkom prenaša na fotocelico.
„Euprymna scolopes“ zmede svoje sovražnikez večplastnimi svetlobnimi zrcali iz odsevnih proteinov.Svetlobo dovajajo svetleče bakterije.
Sprednji atom tipalne koniceoddaja dva elektronska oblačka,orbite, kot je opisano v učbenikih.
17
18
Sodobni čipi imajo strukture, manjše od valovne dolžine
litografske svetlobe, zato se uporabljajo KrF laserji
z valovno dolžino 193 nanometra za ustvarjanje
strukturnih širin 130 in kmalu tudi 90 nanometrov, kar
je mogoče z vrsto subtilnih optičnih trikov, kot sta
„optical proximity correction“ in „phase shifting“.
Trenutno se polagajo temelji za ekstremno
ultravijolično litografijo, EUV litografijo, ki uporablja
valovno dolžino 13 nanometrov in naj bi omogočala
strukture širine zgolj 35 nanometrov v siliciju. Zahteve
za maskirni material so ekstremne, tako se deset
centimetrov dolga plošča pri segrevanju za eno stopinjo
Celzija lahko raztegne le za nekaj desetin nanometra,
torej le za nekaj premerov atoma. Tudi zahtevana
ravnost nekaj premerov atoma leži na meji načelne
izvedljivosti.
Litografija
Vsvetu računalnikov je litografija tehnika
strukturiranja računalniških čipov s pomočjo
svetlobe. Pri tem se močno zloščena površina
polprevodnega materiala, silicijeva rezina, prevleče
z zaščitnim lakom, občutljivim na svetlobo, na katerem
je upodobljena podoba strukture. Razvoj zaščitnega
laka odkrije osvetljena (ali neosvetljena) mesta rezine,
ki nato s procesi, kot so jedkanje, implantacija tujih
atomov in izločanje, dobijo zaželene električne
lastnosti. S ponovitvijo procesa z vedno novimi
strukturnimi slikami, maskami, v končni fazi nastanejo
najkompleksnejše tvorbe, ki jih je proizvedel človek:
visoko integrirana vezja, čipi. Medtem pa se je gostota
tranzistorjev tako povečala, da konica svinčnika za sabo
pusti pol milijona in več tranzistorjev.
Proces litografije:čip je tridimenzionalna tvorba, pri kateri se vsi elementipreklapljanja urejajo na posamezni ravnini.Sodoben, visoko zmogljiv čip potrebuje 25 do 30 takšnih ravnin,od katerih vsaka zahteva svojo litografsko masko.Strukture maske so na rezini upodobljene s pomočjo svetlobe insistema leč „waferstepperja“ (stroj za koračno obdelavo rezin),podobnega diaprojektorju. Vsaka nova maska sestave prinaša načip nove funkcionalnost in zvišuje njegovo kompleksnost.
Pisalni priborIn
stru
men
ti
inpo
stop
ki
19
Nastanek elektronskega mesta Dresden je zgodba o uspehunemškega spodbujanja raziskav. V regiji je nastalo okoli16 000 delovnih mest, ki imajo močan učinek na širjenjeinovacij za celotno nemško gospodarstvo. V projektih, ki jih jepodprlo nemško ministrstvo za raziskovanje (BMBF), je44 partnerjev iz industrije in državnih raziskovalnih ustanov,med njimi je bilo 21 srednje velikih podjetij, razvilo standardza prihodnjo uporabo 300-milimetrskih rezin, plošč izsilicijevega kristala, pri proizvodnji visoko kompleksnihintegriranih vezij. Pri tem ima ključno vlogo Center zatehnologijo maske v Dresdnu, v katerem se razvijajo sredstvaza strukturiranje prihodnjih nanoelektronskih čipov.
Nano-žig za srednje velika podjetja
Kdor pomisli na nanoelektroniko, ima pred
očmi objekte, vredne več milijonov, milijard
evrov, ki nato zaradi velikih količin
proizvodnje ponujajo cenovno dosegljive izdelke.
Obstajajo pa tudi poti v nanokozmos, ki so dosegljive
srednje velikim podjetjem. Metode se na prvi pogled
zdijo arhaične; pri postopku UV-nano-odtisa se na
primer nanostrukture dejansko mehansko vtiskajo
v premaz, ki prekriva elektronsko nosilno snov, na
primer silicij. Žig, ki vsebuje filigranske nanostrukture,
je izdelan iz kremenovega stekla, ki prepušča UV
svetlobo. Ko žig potopimo v premaz, na svetlobo
občutljiv premaz zaradi UV svetlobnega impulza
polimerizira, torej se strdi. Ko šablono potegnemo iz
premaza, se premazni relief stanjša. Sproščen silicij
lahko nato po želji oblikujemo; z večkratnim
ponavljanjem procesa z vedno drugim žigom na koncu
nastane kompleksna struktura čipa s tranzistorji, vezji
itd. V laboratorijskih poskusih so že dosegli minimalne
velikosti struktur 10 nanometrov. Proces ni omejen na
elektronske elemente, uporabljati ga je mogoče tudi na
Z žigi v nanokozmos: Na inštitutu za polprevodnoelektroniko (IHT) RWTH v Aachnu so z mehanskimi/optičnimimetodami že mogoče strukturne širine čipov v velikosti80 nanometrov.Uporaba: majhne serije visoko kompleksnih vezij.
Un prototype desystŹme répéteur parEUV pour laproduction des futuresgénérations de puces.
Zerodur za litografskemaske. Posebna keramikaostaja oblikovno stabilnacelo v nanometrskemmerilu.
kovini ali plastiki. Proces bi lahko pripeljal tudi do
laboratorija na čipu. Stroški za napravo za UV-nano-žig
so trenutno ocenjeni na manj kot milijon evrov, kar je le
delček cene ustrezne opreme v sodobni konvencionalni
tovarni čipov. Vendar pa UV-nano-žig ne bo prinesel
cenejših izdelkov, saj je proizvodnja precej manjša.
Za posebne mini serije – kjer je „mini“ izmerjen
v primerjavi z obsežnimi serijami proizvajalcev – bi
lahko UV-nano-žig postal sredstvo izbire.
20
Rentgenski laser XFEL – močnejša
svetloba za nanotehnologijo
Če bo šlo vse po načrtu, bo leta 2012 nekaj
milijard elektronov doživelo nekaj zelo
razburljivega. Začenši na lokaciji DESY
v Hamburg-Bahrenfeldu jih bo superprevoden
pospeševalnik elektronov pospešil do zelo visoke
energije, čez 3,3 kilometre pa jih bodo magneti
sistematično iztirili s proge v vijugasto črto. Pri tem bo
nastalo kratkovalovno rentgensko sevanje prav posebne
vrste: lasersko sevanje. To sevanje bo najpomembnejše
od vseh, s katerimi so se kdaj koli ukvarjali
znanstveniki. Strukturo posamezne (!)
biomolekule bo mogoče določiti z eno samo
potezo. Za trenutno dosegljive vire
rentgenskega sevanja so potrebni dobro
grajeni kristali biomolekule, kar pa
pogosto ni izvedljivo.
Kvantni učinki
Na Univerzi Ludwiga Maximiliana v Münchnu
snov rutinirano ženejo v nanotehnološke
skrajnosti, v katerih je mogoče spoznati njene
nenavadne lastnosti. Če na primer paro iz več sto
tisočih atomov rubidija ohladimo na milijoninko
stopinje nad absolutno ničlo (–273 °C) in jo
z magnetnim poljem stisnemo skupaj, se atomi zberejo
skupaj v tako imenovanem„Bose-Einstein kondenzatu“.
Znotraj kondenzata atomi tvorijo enoto, ki je kot
skupina vojakov, ki korakajo. Iz takšnega bloka lahko
kvantni optiki v Münchnu ustvarijo
tridimenzionalen preplet iz stoječih
laserskih valov in z njim
manipulirajo, na primer svetlobne
pasti naredijo tako močne, da se
enotnost bloka razbije v „Mottov
kondenzat“. Za to so jim leta 2001
podelili Nobelovo nagrado za fiziko.
Zakaj? Raziskava te vrste napolni kvantno
teorijo z življenjem, ta pa ima v
nanokozmosu glavno besedo. Kdor kvantno
teorijo popolnoma razume, lahko na primer
razvije natančnejše časovne standarde.
Natančnejše ure bi lahko pomagale pospešiti
prenos podatkov na internetu – dozdevno
ezoterično raziskovanje se torej izplača.
„Mottov kondenzat“ – eksotična snov za ultranatančno merjenje časa.
Superprevodni elementi zapospeševanje elektronov.
Spodbude za znanost
Konvencionalni spektrometer za analizo rentgenske strukture.Takšnim instrumentom znanost dolguje velik del svojegaznanja o nanokozmosu.
Podzemno dirkališče za hitre elektrone.
Inst
rum
enti in
post
opki
21
Femtosekundno (10-15) kratki bliski rentgenskihlaserjev omogočajo spremljanje in razumevanje natančnega potekakemijske reakcije – reakcije, ki se bodo uporabljale na primer v optoelektroniki, fotovoltiki ali v sončnih celicah – najfinejšananotehnologija.
Prosto elektronski laser v nastajanju.
Tako bo izgledala pot pospeševanjaelektronov pod zemljo.
Rentgenski bliski so tako kratki, da bo mogoče pravilno
posneti različne stadije premikanja molekule. Kar se pri
drugih metodah pokaže kot medel vrtinčast veter, pod
rentgenskim laserjem dobi prepoznavno obliko.
Skrivnosti trenja je mogoče razvozlati. Kako pride do
trenja, določajo skupine samo nekaj sto atomov
v nanometrskem merilu.
Posebnosti posameznih grozdov, kopičenj nekaj sto
atomov, je z XFEL mogoče bolje raziskovati kot
s katerim koli drugim instrumentom. Na kratko:
znanost in tehnika bosta z najmočnejšim evropskim
projektom na področju nanotehnologije dobili močan
zagon. Načrtovani skupni stroški v višini 684 milijonov
evrov (za leto 2003) se bodo najverjetneje izplačali.
Ne samo na ravni čistega znanja, temveč tudi v čisto
denarnem smislu.
22
Sol-gel – ključni postopki za nove
materiale
Omaka Bearnaise je bila tako poimenovana
v čast Henrika IV, francoskega kralja, ker je
le-ta prihajal iz kraja Bearn. Recept lahko
najdete med drugim na naslovu
www.weltderphysik.de/themen/stoffe/magazin/materie,
ker je omaka lep (in zelo okusen) primer koloidnega
sistema. O koloidu govorimo, ko veliko kapljic neke
substance stabilno lebdi v drugi substanci. Pri omaki
Bearnaise plavajo ocetne kapljice v masleni maščobi.
Sol-gel za kralja:Omaka Bearnaise v čast Henrika IV
Francoskega.
Oblikovanje materiala v nanometrskem meriluIn
stru
men
ti
inpo
stop
ki
Kreme in premazne barve so prav tako koloidi.
S tehniko sol-gel vodijo koloidi naravnost do visoke
tehnologije. Pri tehniki sol-gel se iz topnih spojin
proizvaja (večinoma koloidna) sol, na primer silicij, pri
čemer kapljice silicija plavajo v nosilni tekočini. Če le-te
recimo poškropimo na pločevino in jih segrejemo,
nosilna tekočina izgine in kapljice silicija ustvarijo
mrežo, strdijo se. Na koncu strjena mreža postane trda
keramična plast. Pločevina je zaščitena pred rjo in
praskami.
Tehnika sol-gel obstaja v več sto različicah za številne
substance. Želirane soli se oblikujejo v niti, ki – žgane –
mutirajo v keramična vlakna. Iz soli je mogoče
proizvesti praške v nanometrskem merilu, ki se
s keramičnimi telesi sprimejo lažje in pri nižjih
temperaturah kot konvencionalni praški in ki vzdržijo
najvišje pritiske in temperature.
Tehnika sol-gel je primerna tudi za proizvodnjo
rafiniranih optičnih komponent, kot so optična vlakna,
podvojevalniki frekvenc ter polja mikroleč in tako
naprej. Ta vrsta nanotehnologije obljublja nič manj kot
revolucijo v tehnologiji materialov.
Topilo za gel je v določenih okoliščinah mogoče
odstraniti tako, da gel ohrani svoj zunanji volumen.
Tako dobimo visoko porozen material, ki ima zelo
majhno gostoto, aerogel.
V formi za najmanjšedelce: reaktor za so-
gel delce.
23
Aerogeli
Aerogeli so del vsakdana, že od nekdaj jih
najdemo pri peku pod imenom „poljubčki“.
To je sladkan, spenjen in nato spečen beljak.
Pomena imena „poljubčki“ se zavemo, ko slaščico
vzamemo v roke in začutimo, kako se prsti otoplijo.
Razlog za to je, da je zrak pri poljubčku zaprt
v mikroskopsko majhnih mehurčkih. Zaradi tega ne
more krožiti ali menjati toplote. Poljubček je toplotni
izolator, kot stiropor. Podobno zgrajeni aerogeli iz
spenjenega stekla so prav tako prvovrstni toplotni
izolatorji.
Beljak je brezbarven, toda poljubček je bel. Razlog za
to je v razdelitvi spenjenega beljaka v mikrometrske
mehurčke. V tako majhnih strukturah se svetloba lomi
v vseh barvah, vsota tega pa je bela barva.
V nanometrsko majhnih porah se svetloba ne lomi več.
Skozi peno iz steklenega materiala z nanometrskimi
porami lahko vidimo ravno tako čisto kot skozi
običajno okensko steklo. Dvojne šipe, napolnjene
s takšno peno, so dobro okensko steklo z odlično
toplotno izolacijo.
Ker so takšne pene skoraj samo iz zraka, jih imenujemo
aerogeli. Oznaka „gel“ izhaja iz procesa izdelave: vodni
raztopini ustreznega materiala se doda katalizator, ki
omogoča nastanek majhnih votlih kroglic s tankimi
stenami, ki tvorijo verige in nato skupine verig, tj. gel.
S sušenjem nato nastane peresno lahek aerogel.
Aerogel z do sedaj najdaljšim potovanjem se nahaja
v analizatorju prahu CIDA podjetja Hoerner & Sulger
GmbH, ki je januarja 2004 po petih letih potovanja in
poti, dolgi 3,22 milijard kilometrov, ulovil prah kometa
„Wild 2“.
Material, ki je prepreden z veliko mehurčki, ima veliko
notranjo površino. Največjo možno površino,
neskončno, ima Mengerjeva spužva, pri čemer je njen
volumen ničen. Spužva obstaja le v glavah matematikov.
Realna notranja površina aerogelov je prav tako dovolj
velika, da dopušča presenetljive učinke. Tako notranja
površina aerogela iz ogljika, velikega kot sladkorna
kocka, meri 2 000 kvadratnih metrov. Ta in druge
lastnosti zagotavljajo aerogelom iz ogljika zagotovljeno
mesto v energijskih tehnologijah prihodnosti. Iz njih je
mogoče narediti kondenzatorje z do 2 500 faradi, ki so
primerni kot akumulatorji energije za največje potrebe
po energiji, recimo v avtomobilu na električni pogon.
Genialna pena bo omogočila tudi boljše litijske baterije,
nove gorivne celice itd. Le redko kdaj je nekaj tako
majhnega pokazalo takšen potencial. Kako značilno za
nanotehnologijo!
Dvojno steklo, napolnjeno z aerogelom, preprečuje izgubo toplote.
Aerogel kot znanstvenilovilec prahu.Vpadajoči delci sovarno ujetiv stopljeni masiaerogela.
Aerogel je obiskalkomet „Wild 2“.
Mengerjevo spužvomatematikiuporabljajo kot„univerzalno krivuljo“.Nastane, ko spodajprikazanpostopek neskončnokratponovimo.
24
Nanotehnologija v družbi Omreženi svet: nanoelektronika
Od prenosnika v studiu do studiev v prenosniku – stanje tehnike
valov in žvižganju trave na sipini – v prenosnem
računalniku. (Drugi pionirji letenja, kot Nemec Gustav
Weißkopf, so že leta 1901 ropotali skozi zrak, vendar
svojih iznajdb niso znali narediti uporabnih.)
Še pred dvajsetimi leti bi bilo to dejanje za
posameznika predrago, potrebna bi bila več ton težka
oprema. Danes zadostujejo prenosni računalnik, manjša
pisalna miza in nekaj ur časa. Enciklopedija je svoj
prostor našla na DVD-ju, ki nadomešča 30 debelih
knjig in je neprimerno bolj udobna za hitro iskanje kot
njena papirnata različica. Zvočni program je
popolnoma nematerialen, zasidran na trdem disku in
s številnih virtualnih stojal ponuja brezmejne učinke.
Razvoj sodobnega računalnika je sprožil val
dematerializacije, katerega posledica bo zmanjšanje
porabe energije. Znižanje cen strojne in programske
opreme je nepremožnim kreativnim ljudem v roke
položilo sanjska proizvodna sredstva.
V prihodnosti bo knjižnica na dosegu roke nekaj
povsem običajnega, prav tako tudi interaktivna mobilna
komunikacija.
Naloga: štiri in pol minute radijskega
predvajanja o prvem poletu bratov Wright
z motornim letalom, z nekaj atmosfere. Kaj
naredi radijski pisec, ki je s srcem pri
stvari? Najprej si ogleda kraj dogodka.
Virtualen globus kaže, da Kitty Hawk
leži na nekaj kilometrov širokem pasu
zemlje ob severnem Atlaniku, tik ob
Kill Devil Hills, torej bi brata Wright
lahko bila slišala butanje valov. To je
mogoče najti v arhivu zvoka, prav tako
tudi togo sapo ob prvem poletu,
o kateri piše Encyclopaedia Britannica,
skupaj s šumenjem trave na sipinah.
Motor se je vrtel s 1 200 obrati na minuto, v arhivu
zvoka najdemo oldtimerja znamke Chrysler, ki lepo
zamolklo brni. Spektroskop v zvočnem programu
kaže verjetne frekvence, zaenkrat vse v redu. Prvi
polet je trajal dvanajst sekund, izbrana je pasaža, kjer
zvok na koncu pri letu mimo zaradi Dopplerjevega
efekta zamre. Vse to je v zvočnem programu drug na
drugega položeno na različne sledi. Letalo leti z leve
proti desni, to je mogoče nastaviti s panoramskimi
krivuljami. Zvok motorja narašča in upada, to je
mogoče nastaviti z zvočnimi krivuljami. In nato
Orville Wright s Flyer One zelo prepričljivo poleti nad
Kill Devil Hills, kot 17. decembra 1903, ob butanju
Go nano! Prihajajoča leta
Tranzistorska tehnika, ki se danes uporablja
v računalniških procesorjih, se imenuje CMOS
(po Complementary Meta Oxide
Semiconductor). Med drugim so jo razvili za prve
elektronske ročne ure, saj je porabila veliko manj
energije kot njeni predhodniki. Od 70. let prejšnjega
stoletja so strokovnjaki napovedovali, da bo tehnika
meje razvoja dosegla v desetih do petnajstih letih. Tako
pravijo še danes. Tokrat pa ima industrija elektronike
prepričljiv razlog za prekinitev tradicije, namreč
nenehnega zmanjševanja njenih struktur: na poti
v mikrokozmos postaja zrnatost snovi, njena atomska
zgradba, vidna. Elektronske ovojnice atomov so
najmanjši osnovni gradniki, ki se v normalnih
okoliščinah sestavijo v vzdržljive tehnične strukture.
Bistvena meja je torej v vidu. Proga prevodnika ne
more biti tanjša od atoma.
Tehnologija CMOS ima seveda že dolgo postavljene
meje, ki se včasih zdijo nenavadne. Tako so vezja, ki
povezujejo tranzistorje čipa, že tako majhna, da bi bili
atomi aluminija nestabilni. Tako bi jih tok elektronov
odplaknil kot prod v potoku: strokovni izraz za ta pojav
je „elektro migracija“. Uspešna rešitev: bakrena vezja, ki
so še boljši prevodniki, saj pospešijo pretok signala na
čipu. Vezja so zdaj že tako stisnjena skupaj, da nastane
otipljiva kapaciteta kot pri kondenzatorju. Če tega
učinka pri oblikovanju čipa ne bi upoštevali, bi lahko
čip padel iz ravnotežja.
Določene strukture tranzistorjev čipa bodo postopoma
manjše od dvajsetih nanometrov. Tukaj pride na vrsto
kvantna teorija, učinkovati začne tunelski efekt: če
tečejo tokovi v večjih tranzistorjih, kjer do tega sploh
ne bi smelo priti – začne elektronski sistem zapornic
prepuščati. Tokovi so sicer neznatni, vendar pri več
milijonih tranzistorjev nastanejo znatne izgube,
procesor se močno segreje. Poleg tega nenadzorovani
naboji povzročijo logične napake, ki so lahko usodne.
Pri zelo majhnih strukturah postane – kot to opisuje
kvantna teorija – valovna karakteristika elektrona
vidna. Mnogi znanstveniki vidijo to okoliščino kot
priložnost za razvoj povsem nove vrste elektronike, ki
bo morda proizvedla kvantni računalnik, ki bi lahko
odprl nova matematična vesolja.
Televizijski studio na nohtu:multimedijski čip s kontrolorjem za nadzor prikazovalnikaz visoko resolucijo,ki porabi toliko energijekot žepna svetilka.
64-bitni procesor AMD za osebne računalnike s 106 milijoni tranzistorjiv 130-nanometrski tehnologiji.
25
26
Moorov zakon je dosegel svoje meje
Že leta 1965 je Gordon
Moore, soustanovitelj
podjetja Intel, ugotovil,
da se zmogljivost mikročipov
vsakih 18 mesecev podvoji.
Ta „zakon“ zdaj pod vprašaj
postavlja zelo človeški problem.
Medtem ko se letno število
tranzistorjev na čipu poveča za
okoli 50 odstotkov, pa
proizvodnja čipov, tako tožijo
analitiki, na letni ravni poraste le
za 20 odstotkov. Industrija je to
težavo poskušala rešiti
z nenehnim povečevanjem
števila oblikovalskih ekip.
Te ekipe zdaj štejejo med 250 in
300 oblikovalci, kar pa presega
meje vodljivosti.
Nenehni rasti nasprotuje tudi drugi Moorov zakon, ki
pravi, da je zmanjšanje struktur povezano s podražitvijo
proizvodnih obratov. Dokler bodo te omejitve trajno
ovirale razvoj, bo nanotehnologija še naprej zavzemala
pomembno mesto v nanoelektroniki. Že danes imajo
aktualne CPE najmanjše strukture v velikosti 100 nm in
več kot 100 milijonov tranzistorjev. Če človek verjame
načrtu industrije polprevodnikov, katere napovedi
Nan
oteh
nolo
gija v
druž
bi
temeljijo na realnem tehničnem razvoju, potem nas
v nekaj letih čakajo 45-nanometrske strukture (2010),
ki nam bodo naklonile več kot milijardo tranzistorjev
na čipu. To nam bo dalo možnosti uporabe, o kakršnih
lahko danes le sanjamo.
Atomi mangana nasrebru, na UniverziChristiana Albrechta v Kielu. Elektroni, ujeti v kletki atomovmangana, tvorijo vzorce porazdelitve, ki soodvisni od uporabljeneelektrične napetosti.Takšni učinki bodopomembni zaelektroniko prihodnosti.
Omreženi svet: nanoelektronika
Majhen silicijevotoček nasilicijevem
kristalu se pri450 stopinjah
počasi raztopi.Poznavanje
takšnih postopkov je
pomembno za kakovost
tankih plasti.
27
Pomnilnik z menjavo faz
(Phase Change RAM)
Današnji pomnilniki podatkov temeljijo na
različnih tehnologijah z določenimi
prednostmi in slabostmi. Magnetno mehanski
trdi disk ima zelo veliko spominsko gostoto in podatke
shranjuje tudi brez nenehnega električnega napajanja,
vendar je zelo počasen. DRAM je hiter, vendar pa brez
nenehnega „osveževanja“ v obliki pulzov električnega
toka pozablja podatke. Bliskovni pomnilniki, ki jih
najdemo na primer v MP3 predvajalnikih, mobilnih
telefonih in kamerah, ohranijo podatke tudi brez
električnega napajanja, vendar niso tako hitri kot
DRAM in omogočajo le do okoli milijon vpisov.
Prihodnja nanotehnološka koncepta shranjevanja, ki
obljubljata zgoraj navedene prednosti – velika
spominska gostota, hitrost, ohranitev podatkov brez
električnega napajanja in dolga življenjska doba – sta iz
današnjega vidika MRAM (Magnetic Random Access
Memory) in v nadaljevanju opisan Phase Change
RAM.
Trdne substance se pojavijo v dveh ekstremnih stanjih:
pri kristalnem so atomi strogo razporejeni kot smreke
v urejenem gozdu, pri amorfnem pa so atomi neurejeno
razporejeni. Amorfna snov je steklo, kot recimo
kremenovo steklo; enaka snov, silicijev dioksid, je
v trgovini z minerali na voljo tudi v kristalni obliki, kot
kremena strela. Za kristalno in amorfno stanje bomo
v prihodnosti slišali še velikokrat, saj bosta verjetno
določala množično shranjevanje prihodnosti. Nekatere
trdne snovi je mogoče bolj ali manj brez težav pretvoriti
iz amorfnega v kristalno stanje; ta sprememba faze
snovi, dosežena večinoma z učinkom toplote, je
v shranjevalnih medijih zelo uporabna. Ko na primer na
prepisljiv DVD shranite podatke, poseben premaz na
DVD-ju zaradi toplotnega šoka laserskega impulza
lokalno spremeni svojo fazo iz „kristalne“ v „amorfno“
in s tem spremeni svoje lastnosti odbijanja, tako da je
mogoče zapisati berljiv bitni vzorec. Daljše in močnejše
delovanje laserja amorfna mesta ponovno spremeni
v kristalna in tako lahko na DVD ponovno zapišemo
podatke.
Materiale, ki spreminjajo fazo, zelo verjetno čaka dolga
kariera v elektronskih pomnilnikih, v Phase Change
RAM-u. Sprememba faze v tem primeru ne bo optična,
temveč elektronska. Kratki električni impulzi
spremenijo material v amorfno stanje z velikim
električnim uporom, daljši impulzi pa stanje z manjšim
uporom zopet naredijo kristalno. Za branje podatkov
bo zahtevan upor spominskih elementov.
S Phase Change RAM-om naj bi bile omogočene
spominske gostote, ki bodo omogočale shranjevanje
enega terabita na površino poštne znamke – deset ur
nekompresiranega videa z najboljšo kakovostjo.
Prenosniki s to tehnologijo bi torej ponovno začeli tam,
kjer je njihov lastnik končal – zagon ne bi bil več
potreben.
Desno: s tokom in z njim povezanimi toplotnimiimpulzi različnih dolžinje mogoče plasti PhaseChangea (PC -Layer)za bitno shranjevanje,spreminjati iz amorfnegastanja v kristalno inobratno.Patentiran design IHT-jaRWTH Aachenomogoča hitroshranjevanjez nizko porabo energije.
Levo: dejanska izvedbaPhase Change RAM-a.
28
Naprej s 3D – čipi rastejo v višave
Nebotičniki so bili na tesnem ozemlju
Manhattna ekonomska rešitev, ko so želeli
zadostiti potrebi po novih pisarnah in
stanovanjih. Seveda so tudi oblikovalci čipov že zgodaj
pomislili na tretjo dimenzijo, vendar so poskusi
spodleteli zaradi vrste nevšečnosti.
Pot do tretje dimenzije je morda našel Infineon AG iz
Münchna. Uspelo jim je namreč načrtno razviti
ogljikove nanocevke, CNT, na rezinah – silicijevih
ploščicah, na katerih so nameščeni računalniški čipi.
Ogljikove nanocevke so prvovrstni prevodniki, ne
proizvajajo veliko odpadne toplote in jih je mogoče
uporabiti kot mehansko obremenljive povezave, VIA,
med različnimi žičnimi ravnmi čipa. Raziskovalci
Infineona menijo, da je dolgoročno gledano
z oglikovimi nanocevmi mogoče doseči pravo 3D
tehnologijo za čipe, zlasti, ker bi CNT, ki so odlični
toplotni prevodniki, iz notranjosti 3D čipa lahko
odvajali toploto.
Omreženi svet: nanoelektronika
Najsodobnejša umetnost:eksperimentalne strukture zaSpintronic RAM.
Namenska rastogljikovih
nanocevk na vnaprejdoločenih mestih
silicijeveploščice
z mikroelektronskokompatibilnim
postopkom.
10 μm
Nan
oteh
nolo
gija v
druž
bi
29
Spintronika – računanje z rotirajočimi
elektroni
Pravo revolucijo, ki bi Moorov zakon ponesla daleč
v prihodnost, bi lahko sprožili osnovni gradniki
spintronike, ki poleg električnih lastnosti elektronov
izrabljajo tudi njihove magnetne lastnosti, njihovo
rotiranje. Rotiranje elektronov se kaže kot kratek
magnetni trenutek, ki z ostalimi magnetnimi
okoliščinami kompleksno reagira in ga je zato mogoče
uporabiti za elektronske funkcije. Ta spintronika ali
magnetoelektronika se že uporablja v vsakdanu: novi
trdi diski imajo „Spin Valve“ – tenkoplastne bralne
glave, ki na podlagi velikega magnetnega upora
odkrijejo majhne magnetne domene in tako omogočijo
velike spominske gostote.
V MRAM-ih, magnetnih pomnilniških čipih, je
informacija shranjena na magnetnih plasteh. Razvoj je
zanimiv za nehlapne glavne pomnilnike in bi
dolgoročno gledano lahko vodil k zamenjavi mehansko
vodljivih trdih diskov.
Spintroniko prav tako omenjajo kot tehnologijo za
kvantni računalnik med drugim tudi na Univerzi
v Würzburgu.
Zapleteno kot kakšno mesto– jedkano bakrovo vezje čipa
(IBM) prikazano z rastrskimelektronskim mikroskopom.Sodobni čipi imajo do 9 ravnivezij.
Prstne vaje za kvantniračunalnik:„Aharonov-Bohmov interferometer“na Univerzi Ruhr v Bochumu, narejen z mikroskopom naatomsko silo.
S tunelom povezanekvantne žice – elektroniprečkajo pasaže, ki bibile v klasični teorijizaprte. Nanotehnološkieksperimenti so začeliprehitevati teorijo.
Posamezne organske molekulena siliciju. Posnetek rastrskegatunelskega mikroskopa z Univerze Ruhr v Bochmu.
Novi učinki za zmogljivetrde diske. Bralna glavauporablja velikanskimagnetni upor s polprevodnimelementom iz več kotdvajsetih plasti vnanometrskem merilu.
Magnetska sonda vrtilno polariziranegarastrskega tunelskega mokroskopa zaznamagnetne lastnosti posameznih atomov.
30
Nanotehnologija v vsakdanu prihodnosti
Če se bo nanotehnologija vključila v vsakdan,
se stvari na zunaj ne bodo bistveno
spremenile. Ljudje bodo še naprej radi sedeli
v uličnih barih, morda še raje kot zdaj. Kajti brnenje
motorjev z notranjim izgorevanjem sta zamenjala
brnenje in sikanje, zvok, ki ga slišimo, ko se zaprejo
vrata na vesoljski ladji Enterprise. Smrad izpušnih
plinov je zamenjal komaj zaznaven izpuh metanola, ki
poganja gorivne celice. Postrežba je zelo hitra:
z vtipkanjem želenega na elektronski jedilnik se že
kar mobilizira kuhinja. Račun se poravna tako, da
uporabnik približa svojo plačilno kartico znaku za
evro, ki je natisnjen v kotu jedilnika. Napitnina se še
vedno plačuje v gotovini, ker kovanci tako lepo
žvenkljajo, vendar so higiensko premazani
z antibakterijskimi nanodelci. Okna barov so postala
precej draga, ker opravljajo toliko funkcij – kar pa jih
posledično naredi ekonomska: odporna so na
umazanijo in praske, ob močni svetlobi potemnijo,
svetlobo spreminjajo v energijo in, na zahtevo,
zasvetijo kot ogromen zaslon. Zabavno je sedeti
v baru ali pred njim in v družbi gledati svetovna
prvenstva.
Zrela nanoelektronika ponuja naprave očarljive
elegance, kot recimo dlančnik PDA (Personal Digital
Assistant) v velikosti kreditne kartice (saj ne, da ne bi
mogli biti manjši, ampak človeške roke potrebujejo
nekaj oprijemljivega).
Naprava bi lahko bila motno črn monolit brez
razpoznavne strukture, črna barva zbira sončno
svetlobo in jo pretvori v energijo; bila bi odporna na
praske, prevlečena s kot las tanko diamantno plastjo,
spodaj bi imela tanko plast iz piezo keramike, ki zvok
pretvori v elektriko in obratno, tako da je omogočeno
govorno razumevanje. Seveda bi naprava obvladala
tudi prenos podatkov po svetlobi in radiu.
Termokromatsko stekloizravnava vpad svetlobe.
Barva iz nanodelcev zapreprečitev rje.
Čelada drži stik s svojim nosilcem.
Inteligentno oblačilomeri pulz in dihanje.
Okvir fulerenskih cevi jeperesno lahek in stabilen.
Kolk iz biokompatibilnihmaterialov.
Piezo blazine preprečujejonadležne tresljaje.
Gorivne celice dovajajo energijo zamobilnike in vozila.
Magnetne plasti za najmanjšepomnilnike.
Nan
oteh
nolo
gija v
druž
bi
31
Virtualna tipkovnica:sistem prepozna dotikna projicirano tipko inga opredeli kot pritiskna tipko.
„Fotokromatsko steklo“:svetlobna prepustnosttakšnih stekel jeelektronsko vodljiva –za pisarniške klimatskenaprave prihodnosti.
Nanodelci v nano raztopinahfluorescirajo na UV svetlobi,
drugače pa so popolnoma nevidni.Urejeno razporejene
v tekočinah je mogočenanašati s tehniko brizgalnega
tiskanja, ne da bi bilo potrebnospremeniti obliko in funkcijo
označenega predmeta.Nanopigmente je tako
mogoče uspešnouporabljati kot zaščito
pred ponarejanjem.
Materiali, prevlečeni z zaščito proti madežem.
Fotovoltaične folije svetlobopretvorijo v energijo.
OLED-i za zaslone.
Jedilnik iz elektronskelepenke.
Proti praskam zaščitena steklaz lotosovim učinkom.
Svetleče diode konkurirajožarnicam.
Nanocevi za nove zasloneza prenosnike.
Naprava bi z ravnim objektivom in visoko
resolucijskim čipom za pretvorbo slik lahko tudi
videla, na zahtevo bi zasvetila kot zaslon in bila bi
tako magnetofon, kamera, videorekorder, TV, mobilnik
in s pomočjo GPS-a orientacijska pomoč v enem,
v pariški kavarni bi na zahtevo prebrala jedilnik, ga
prevedla, obrazložila in želeno naročila v prijazni
francoščini ter nato še poravnala račun.
Seveda bi lahko prepoznala glas in prstne odtise
osebe, ki bi z njo ravnala, in se tako zavarovala pred
zlorabami.
32
Mobilnost
Nanotehnologija v avtomobilu
Vetrobranska stekla je mogoče narediti
odporna na praske s premazi, ki so narejeni
s pomočjo sol-gel tehnike in vsebujejo močne
delce v nanometrskem merilu. So popolnoma prozorna,
saj so nanodelci tako majhni, da svetlobe ne razpršijo.
To načelo že deluje pri steklih za očala, čeprav še ne
povsem. Avtolak bi lahko naredili s strukturo
lotosovega cveta, ki omogoča odstranjevanje umazanije
z odtekanjem.
Klimatski napravi avtomobila bi lahko
pomagalo vetrobransko steklo
s komponentami v nanometskem merilu
tako, da bi pod elektronskim vodenjem
včasih bolj, včasih manj odbijalo svetlobo
in toplotno sevanje. Takšna tehnika bi
v pisarniških prostorih lahko pomagala
privarčevati veliko energije.
Svetloba, ki jo potrebuje avtomobil, se že danes v veliki
meri proizvaja nanotehnološko: svetleče diode
kakovostnih zavornih luči imajo – kot vse svetleče
diode – prefinjene nanometrske plastne sisteme, ki
elektriko zelo učinkovito spreminjajo v svetlobo.
Dodatna prednost je, da svetleče diode elektriko, tako
se nam zdi, v trenutku pretvorijo v svetlobo, medtem ko
potrebujejo zavorne luči z žarnicami dlje časa. Razlika
lahko znaša nekaj metrov zavorne poti. Danes je
svetlobna moč svetlečih diod tako velika, da lahko
skupine diod delujejo kot zasenčene luči žarometov za
dnevno vožnjo.
Kot pri drugih napravah bo nanotehnologija tudi
v avtomobilu nadomestila kvantiteto s kvaliteto.
Prednost tehnologije je v tem, da je mogoče dobro
shajati z manj materiali, saj je tehnologija
usklajena z naravo.
Svetleče diode v semaforjih varčujejo s časom in energijo.Čas amortizacije je le eno leto.
Majhne strukture,dober pogled:
S pomočjo pravilnihmikroskopskih
struktur je mogočepreprečiti odbijanjesvetlobe na zaslonih
in steklih naavtomobilu.
Vzorec je oko vešče,ki želi ponoči videtikar največ, a hkrati
sama nočebiti videna.
Nan
oteh
nolo
gija v
druž
bi
33
Lak bi nanotehnološko lahko naredili celo kot sončno
celico (možnost, ki še ni uresničena). Energija sončnih
celic bi na parkirišču polnila akumulator – kar je že
mogoče s konvencionalnimi sončnimi celicami – ali pa
bi notranjost ohlajala s toplotno črpalko. Toplotna
črpalka bi bila lahko narejena iz polprevodnega
ABS in ESP pomagata v kritičnih situacijah na cesti,prihodnji sistemi se bodo nevarnosti izognili samodejno.
Organi za ravnotežje iz silicija: senzor za vrtenjeza stabilizacijo vozila.
Desno: elektronika za varnostvozila: pospeševalni senzor zasprednjo zračno blazino.
Šoba za vbrizg goriva za vozila na dizelskipogon. Prihodnji sistemi bodo imeli nekajdeset nanometrov debele, diamantompodobne plasti za zaščito pred obrabo.
nanotehnološkega plastnega sistema brez premičnih
delov. Če se, obratno, znatna odpadna toplota motorja
z notranjim izgorevanjem dovaja po takšnem
polprevodniku, zopet nastaja elektrika – glej tudi
„Termoelektrika“ ter „Energija in okolje“.
33
Bele svetleče diodeso postale takomočne, da jih bo v prihodnostimogoče uporabiti zadnevne luči nasprednjih žarometih.
Gorivne celice (glej str. 33) bodoavtomobile spremenile v okoljuprijazna prevozna sredstva. Če sebo vodikovo gorivo pridobivalo izobnovljivih virov energije, bo načipogona izjemno prijazen okolju.
34
Zlato kot katalizator
Nanotehnologija lahko tudi zlatu pomaga do
nove kariere. Medtem ko je „navadno“ zlato
kot katalizator daleč za platino, dajejo delci iz
zlata na poroznem nosilcu uporaben katalizator, ki že
pri hladnem zagonu dušikove okside in ogljikov
monoksid razgradi v neškodljive snovi. Poleg tega so
nanodelci zlata obetaven nov kandidat za katalizator za
gorivne celice.
Seveda bi ta napredek koristil tudi drugim prevoznim
sredstvom, ki niso povezana z avtomobili. Kolo bi
z nanotehnologijo pridobilo zelo veliko, predvsem
z gorivnimi in sončnimi celicami; nastalo bi „večno
vozilo“, ki bi ga po deželi neslišno poganjali svetloba,
zrak in voda, vse peresno lahko zaradi okvirja iz
ogljikovih nanovlaken, luči s svetlečimi diodami in še več.
Zlato proti vonjavam
Katalizatorji z nanodelci zlata se trenutno
testirajo kot preprečevalci vonjav. V majhnih
klimatskih napravah, kot so tiste
v avtomobilih, lahko odstranijo vonjave, ki jih ustvarijo
bakterije v sistemu. Na Japonskem so že dejavni
v straniščnih prostorih.
Nanotehnologija na počivališčih
Vozniki se lahko na počivališčih že srečajo vsaj
z mikrosistemsko tehniko. Pisoarji
v naprednejših straniščih imajo senzorje, ki
zadaj povezani elektroniki sporočijo vsako zvišanje
temperature, ob čemer se sprosti splakovanje.
Električno energijo, potrebno za ta proces, dovaja mini
vodna turbina. Sistema za razliko od naprav
z infrardečim senzorjem ni mogoče onesposobiti
z žvečilnim gumijem.
Nanotehnološki pisoarji delujejo preprosto in hkrati
prefinjeno: zaradi lotosovega učinka na stenah pisoarja
tekočina odteče, pronica skozi plast, ki preprečuje
neprijetne vonjave in izgine brez sledu – če je temu res
tako, bo morala pokazati dejanska uporaba. Takšna
tehnika je seveda zanimiva tudi za zasebna
gospodinjstva.
Parfumske kapsule v nanometrskem merilunaredijo usnje prijetno.
Nanodelci iz zlata za nove katalizatorje.
Pisoar na počivališčih z mikrosistemsko
tehniko, zaščiteno predvandalizmom.
„Lotosov učinek“v nanometrskem merilu
– premazi bodo šedodatno poenostavili
čiščenje in vzdrževanje.
MobilnostN
anot
ehno
logi
ja v dr
užbi
Gorivne celice – agregat za tisočprimerov uporabe
Gorivne celice so podobne baterijam: dovajajo
električno energijo. Toda medtem ko se
kemični inventar baterije slej ko
prej obrabi, se pri gorivni celici nenehno
dovaja energijsko bogata snov. Ta snov je
lahko čisti vodik ali plin ali tekočina, ki
vsebuje vodik, kot na primer zemeljski
plin ali olje oljne ogrščice. V zadnjih
primerih je vodik potrebno najprej
ločiti
v „reformatorju“, preden lahko
učinkuje v gorivni celici. Če se
vodik in kisik povežeta, se
elektroni iz vodika
preselijo
h kisiku. V gorivni celici
so ti elektroni prisiljeni v
zunanji električni krog, ki lahko
poganja motor ali podobno
napravo. Kot reakcijski produkt
nastane čista voda.
Gorivne celice imajo dober
izkoristek, ki je – odvisno od vrste –
zelo neodvisen od velikosti.
Proizvajajo se v veliko različicah.
Nanotehnologija lahko k tej
tehniki prispeva keramične folije,
nanostrukturirane površine in katalitično učinkovite
nanodelce.
V zadnjih letih so po vsem svetu za tehnologijo
gorivnih celic porabili 6–8 milijard dolarjev in ni
dvoma, da bo iz te tehnologije še nekaj nastalo.
Velikost teh tihih dobaviteljev električne energije bo
med poštno znamko in zabojnikom in se nikakor ne
bodo uporabljali le za avtomobile. Manjši
porabniki bi kot vir vodika lahko
uporabljali nevnetljiv metanol/vodno
mešanico, kar bi lahko kupili v trgovini.
Gorivna celica bi električnim motorjem
zopet pomagala osvojiti zmagovalne
stopničke (leta 1881 je v Parizu po
cestah prvič zapeljal električni
avtomobil).
Le električni motor ima 90 %
izkoristek, le ta motor
lahko obenem deluje kot
generator in le on lahko
kinetično energijo, na
primer pri zaviranju avtomobila,
ponovno pretvori
v električno energijo. Izjemno dobri
magnetni materiali novih električnih
motorjev so seveda prav tako
sestavljeni iz nanokristalov.
Kovinske „nanokocke“BASF-a lahko zaradinano poroznostishranijo velike količinevodika.
Gorivne celice sebodo uporabljale tudiv gospodinjstvih,hkrati bodo dovajaleelektriko in toploto.
36
Dnevna krema (že v uporabi) vsebuje nano kroglice iz
cinkovega oksida za zaščito pred UV žarki. Kroglice so
nevidne, ker so v nanometrskem merilu, krema torej ni
bele barve, temveč je povsem prozorna.
Vohuni na konici prsta
Znanotehnologijo, nanoelektroniko,
mikrosistemsko tehniko in ostalim bodo
mogoče zapletene naprave za analiziranje, ki
bodo dostopne tudi zasebnim gospodinjstvom. Za
analizo krvi bo v prihodnje zadostoval majhen zbodljaj
v prst. Je raven holesterola v redu? Je raven sladkorja
v mejah normale? Izsledke bi bilo mogoče po internetu
poslati v najbližji nanomedicinski center, kjer bi na
zahtevo opravili natančnejše raziskave ali pa
v mikroreaktorjih z nanobiotehnologijo zvarili ustrezno
zdravilo. Zdravilo v telesu prenaša nanodelce, ki so
prevlečeni tako, da se oprimejo le bolezenskega žarišča.
Popolna dostava zdravil. Zdravniki spremljajo ta razvoj
z velikim zanimanjem.
Lahko pa bi na zunanji strani imela senzor, ki bi
analiziral pot prijemajočega prsta in ugotovil,
ali primanjkuje kalcija in ostalih snovi, ki jih
lahko nadomestimo s „funkcionalno hrano“. Ali pa z
običajnim kozjim sirom – etiketa OLED (organska
svetleča dioda) na embalaži bo priporočila pravi vir.
Ogledalo v kopalnici je opremljeno z nanotehnologijo,
ne odseva samo podobe, temveč na zahtevo daje tudi
informacije. Pomarančnemu soku je nenaklonjeno, saj
je ta sok sladek, sladkor pa povzroča nastanek zobne
gnilobe. Zopet na pomoč priskoči nanotehnologija:
zobna pasta (že v uporabi) vsebuje kroglice v nano
velikosti iz apatita in proteina, naravnega zobnega
materiala, ki zobem pomaga pri obnavljanju (glej tudi
Biomineralizacija).
Zajtrk s posledicami leta 2020:
Je še kaj kave? Seveda. In pomarančnega soka? Jasno, vendar bi
embalaža lahko vsebovala nekaj posebnega, nekakšen „elektronski
jezik“, ki bi sok najprej poizkusil in tako preveril, ali je še užiten.
Slika zgoraj levo:folije z nanodelci
ohranijo živila dljesveža.
Slika zgorajdesno:inteligentna
embalaža stransponderjem
na polimerni podlagi.
Inteligentna okolica– ogledalo,opremljeno
z nanoelektroniko,daje napotke
za čiščenje zob.
ZdravjeN
anot
ehno
logi
ja v dr
užbi
37
Supramolekularne zdravilne kapsule
Dana zdravila bi lahko bila izredno prefinjena.
Nahajala bi se v supramolekularnih votlih
molekulah (v obdelavi), v nanometrskih
transportnih posodah, ki bi imele antene, na katerih bi
bila pritrjena protitelesa podobnih senzoričnih
proteinov. Ko le-te pridejo v stik s strukturami, ki so
značilne za agens, povzročitelja bolezni – ovojnice
rakavih celic, bakterije – se nanj usidrajo in pošljejo
signal votli molekuli, ki se nato odpre in sprosti svojo
vsebino. S takšno nanotehnologijo je mogoče zdravila
v visokih odmerkih dostaviti na bolezensko žarišče, ne
da bi pri tem obremenjevali druge dele organizma.
Magnetni delci za terapijo proti raku
Spodobnimi triki lahko tudi nanometrske
magnetne delce usmerimo na vir rakavih
obolenj, ki jih nato izmenično elektromagnetsko
polje segreje, zaradi česar lahko uničijo tumor.
Nanodelci lahko preidejo skozi filtrirni sistem,
imenovan „krvnomožganska pregrada“, in jih je tako
mogoče dovajati do možganskih tumorjev. Tako
imenovano MFH (Magnetic Fluid Hyperthermia –
terapijo proti raku na nanotehnološki osnovi) je razvila
delovna skupina pod vodstvom biologa Andreasa
Jordana. Klinične raziskave so že v teku.
Vrtljivi križi na čipu
Mikrosistemska tehnika in nanotehnologija: –
prehodi med njima so tekoči; – na
medicinskem področju se bosta izplačali
tako, da bosta zmanjšali obstoječe tehnike in jih
pocenili, nekatere tudi za več sto tisočkrat. To bo med
drugim veljalo za prefinjene naprave, ki analizirajo več
milijonov celic, recimo krvnih celic, z zmogljivostjo več
tisoč v sekundi in jih lahko žive razvrstijo. To lahko
poteka takole: krvi se dodajo protitelesa, ki se prilepijo
izključno na zadevne celice in hkrati nosijo barvilo, ki
fluorescentno zasveti na laserski svetlobi. V sortirniku
celic bi se celice, zaprte v kapljici, vodilo mimo takšnega
laserja; če se zazna fluorescentni signal, električna polja
Diagnostika prihodnosti.Vedno dražje metodebodoz nanotehnologijopostale dosegljive.
Rakave celice glioblastoma – možganskega tumorja –so se razširile vse domeje z zdravim tkivom s posebej prevlečenimi nanodelci iz magnetita.Če elektromagnetnopolje delce segreje,postane tumor dojemljivza nadaljnje zdravljenje.Odobritev te tehnike s strani medicine jepredvidena že za leto2005.
38
Majhen, ampakučinkovit.
„Lab-on-a-chip“,laboratorij na konici
prsta.
Z nanometrskimi praški jemogoče sintrirati popolna,
zanesljiva keramična telesa,na primer za vsadke.
vodijo kapljico in s tem celico v zbiralno posodo.
Ta tehnika je delno izposojena od brizgalnega
tiskalnika. Sortirniki celic so zelo prefinjene naprave,
v katerih so združeni mikromehanika, optika in
elektroni na najvišji ravni, in naprave so temu primerno
drage. Nanotehnologija bo kot vrtljivi križi velike
sortirnike zmanjšala na velikost poštne znamke in jih
morda celo naredila odstranljive. To bo zelo pospešilo
napredek v medicini.
Še bolj prefinjena nanotehnologija je predvidena za
laboratorij na čipu. Vodilni razvijalci se navdušujejo, da
bo na njem več milijonov nanonaprav, ki bodo pri
opravljanju nalog usklajeno sodelovale. Čipi bi bili
veliki nekaj kvadratnih centimetrov, ogromni
v primerjavi z nanonapravami.
Razlog za to je v tem, da morajo tekočine v notranjosti
čipov krožiti, saj v nanokozmosu postanejo goste kot
med in potrebujejo prostor za pretakanje. Laboratoriji
na čipu bodo revolucionirali biologijo, če bo
z nanolaboratorijem mogoče podrobno slediti temu, kar
se dogaja v posameznih celicah. Tako bi bilo mogoče
rekonstruirati nekakšen film, film življenja. In
znanstveniki se ne bi zadovoljili le z opazovanjem
celice, drezali bi vanjo in opazovali njene reakcije ter
tako razvozlali uganke življenja.
Nevroprotetika
Trenutno se na preizkušanje pripravlja zelo
zahtevna aplikacija za mikrosistemsko tehniko
in nanotehnologijo, prilagodljiv vsadek umetne
očesne mrežnice. Vsadek naj bi vrnil del vida obolelim
za retinitis pigmentoso, ki so zaradi bolezni oslepeli.
Sistem temelji na majhni kameri v okvirju očal, ki slike
okolice posreduje posebnemu prilagodljivemu
signalnemu procesorju.
Vsadek očesne mrežnice.
ZdravjeN
anot
ehno
logi
ja v dr
užbi
39
Iinteligentna obleka:integrirana elektronikapredvaja MP3 glasbo,vodi skozi mestoin nadzoruje pulz– dodana vrednost
na koži.
Roboti s sposobnostjovživljanja z Univerze v Oxfordu. Zadostujeza varovanje,toda od avtomatskihbolniških negovalcevse več pričakuje.
Slika desno: tankisilicijevi čipi nafleksibilnem nosilcu,npr. za inteligentneetikete, ki jih je mogočeintegrirati v embalažeživil ali v oblačila.
Slika levo: vezavaživčnih celic naelektrične kontakte.
Procesor slike brezžično prenaša v notranjost obolelega
očesa. Tam se nahaja prožna folija z miniaturiziranimi
elektrodami, ki ležijo na mrežnici in jo ustrezno
stimulirajo. Če bo razvoj uspešen, bo to prvi vmesnik
med uporabnikom in procesorjem za vid na svetu.
Veliko gluhim lahko že dolgo pomagamo s polževim
vsadkom. Z nanotehnologijo bo mogoče takšne proteze
nenehno izboljševati.
Oskrba na domu
Boljša prehrana in vedno bolj prefinjena
medicina omogočata, da vedno več ljudi
doseže visoko starost. Ta zelo zaželen razvoj pa
s sabo prinaša naravno slabost, da bo vedno več ljudi
potrebovalo pomoč. Delno jo bo lahko zagotavljala
nanoelektronika.
Vključevala bo v oblačila všito senzoriko in mini
računalnike, ki bodo omogočili nenehno nadzorovanje
zdravstvenega stanja starejših – pulz, dihanje, presnova.
Če se pojavijo motnje, tako imenovani „MediTelovnik“
o tem samodejno obvesti družinskega zdravnika ali
sorodnike. Lokacijo pacienta bo sporočil prav tako
v oblačilo všit GPS ali sistem Galileo (Galileo je
bodoča evropska različica GPS-a).
Samodejni bolniški negovalec
Stara Evropa“ ima do strojnih pomočnikov še
vedno precej nezaupljiv odnos, na Japonskem pa
so premikajoči se roboti tik pred serijsko
izdelavo. Mogoče je, da se bodo iz njih lahko ustvarili
bolniški negovalci za vsakdanjo uporabo, delo v tej
smeri namreč že poteka. Robotika se bo z nenehno
naraščajočimi računalniškimi storitvami
nanoelektronike spoprijemala brez težav in meja.
40
VEvropi se približno 10 odstotkov proizvedene
električne energije porabi za razsvetljavo.
LED-i, svetleče diode, sedaj prav tako
oddajajo belo svetlobo, torej lahko zamenjajo običajno
tehniko. Zamenjava bi omogočila precejšnje prihranke,
saj potrebujejo svetleče diode za enako količino
svetlobe okoli 50 odstotkov energije, ki jo potrebuje
navadna žarnica. Nemški Zvezni urad za okolje je
objavil, da bi na ta način pri razsvetljavi lahko
privarčevali 77 odstotkov.
V evropskih gospodinjstvih bodo več milijonov
televizijskih sprejemnikov s katodnimi cevmi zamenjali
sprejemniki z LCD zasloni oziroma dolgoročno tudi
z OLED tehnologijo. Obe tehnologiji imata potencial
za zmanjšanje porabe energije za 90 odstotkov. Svetleče
diode in organski polimeri (LED in OLED) bodo
izdelani nanotehnološko. Če vsako od več milijonov
gospodinjstev privarčuje nekaj kilovatov, dobimo
gigavate, kar je kapaciteta več večjih elektrarn.
Učinek gorivnih celic je mogoče z lahkoto in hitro
regulirati. Trenutno segospodinjstva opremljajo s prvimi
grelci na zemeljski plin z gorivnimi celicami, ki – glede
na nastavitev – proizvajajo tako toploto kot tudi
električno energijo. Če bo takšne grelce imelo več
milijonov gospodinjstev, bodo lahko ti grelci preko
električnega omrežja in interneta povezani z virtualnimi
elektrarnami – s teoretično največjo zmogljivostjo
100 gigavatov.
Za razliko od dosedanje zgodovine tehnike lahko nano-
tehnologija gospodarski razvoj povezuje z zmanjšano
porabo materialov.
Gospodarjenje ą la nano: več udobja z nižjimi materialnimi
stroški.
Revolucija učinkovitosti s svetlečimi diodami (LED).
Napoved podjetja ShellAG: Nanotehnologija je
za obnovljive vireenergije sredstvo izbire.
Energija in okoljeN
anot
ehno
logi
jav
druž
bi
Dolgoročno gledano bi lahko zemeljski plin zamenjali
z vodikom iz obnovljivih virov. Nanotehnologija za to
ponuja nove materiale in katalizatorje.
Keramične membrane z nanometrsko poroznostjo
igrajo vedno večjo vlogo pri pripravi tekočin, tudi pri
zagotavljanju čiste pitne vode. Bakterije in viruse bo
s takšnimi membranami mogoče enostavno filtrirati.
Zaradi nanotehnologije bo sončna energija postala
donosna stvar. Povezovalni polprevodniki iz indija,
galija in dušika so pokazali, da je izkoristek sončnih
celiclahko 50-odstoten. Vendar je izkoristek le eno od
meril, nanotehnologija bo poskrbela tudi za drastično
pocenitev sončnih zbiralnikov, s pomočjo teankoplastne
tehnologije ali s tehnologijo delcev. Laboratorijski
vzorci folij sončnih celic, izdelanih s tehnologijo
premaza, podobni tistim za LED in OLED,
s 30-gramskim materialom proizvedejo 100 vatov
električne energije. To radikalno zmanjšanje porabe
materiala je realiziral Solarion iz Leipziga.
Petodstotni izkoristek oglašujejo Siemensovi
raziskovalci za najnovejše organske sončne celice, ki jih
je mogoče natisniti na plastično folijo in ki naj bi bile
izjemno poceni. Fotoaktivna plast je debela le
100 nanometrov, trenutna življenjska doba znaša nekaj
tisoč ur sončne svetlobe. Prve izdelke s to tehnologijo
pričakujejo leta 2005.
Širok spekter:steklena fasada dvoranehotela Weggis ob jezeru Lucern ima 84 000Osramovih svetlečihdiod, ki jo osvetlijov vseh barvah mavrice.
OLED-i, organskesvetleče diode, se bodouporabljaliv veliko prihodnjihzaslonih.
42
Obstaja cela vrsta dolgo poznanih fizikalnih
učinkov, širši javnosti neopaznih, ki so v
tržnih nišah opravljali skromne naloge.
Na primer hladilna torba, ki jo priključimo na sistem
oskrbe z energijo v avtu, in potem zares dobro hladi.
V notranjosti nevidno deluje zapuščina Jean-Charlesa-
Athanse Peltiera, francoskega učenjaka, ki je leta 1834
odkril po njem imenovan učinek, ko tok elektrike skozi
kontaktni stik dveh različnih materialov na eni strani
proizvaja toploto, na drugi pa hlad. Trinajst let pred tem
je Nemec Thomas Johann Seebeck odkril obratni pojav,
pri katerem tok toplote skozi kontaktni stik dveh
različnih kovin proizvaja elektriko. Oba gospoda bosta
s pomočjo nanotehnologije zopet dosegla slavo, saj le-ta
omogoča nastanek novih materialov, zaradi
katerih imata oba pojava zelo dober
izkoristek.
Pri izdelavi takšnih materialov so zopet
pomembne naprave, s katerimi se
izdelujejo svetleče diode. Te naprave na en
nanometer debelo plast bizmutovega
telurida nanašajo pet nanometrov debelo
plast antimonovega telurida in ta proces
ponavljajo, dokler ne nastane polprevodna
folija, ki bi očarala gospoda Peltierja in
Seebecka: ko skozi folijo teče tok, postane
ena stran plasti vroča, druga pa hladna.
Folijo je mogoče zelo precizno
strukturirati, tako da je uporabna za
natančno hlajenje čipov ali pa lahko na
laboratoriju na čipu poganja majhne
Nanotehnologija bo veliko starim zamislim vdahnila novo
življenje, zamislim, ki bi sicer propadle zaradi
neučinkovitosti razpoložljivih materialov.
Sem spada zamisel o termoelektričnem pridobivanju
električne energije: elektrika iz toplote, toplota iz elektrike –
termoelektrika.
Kemijskamikroreakcijska
tehnologija zaučinkovito
izdelavo tudi najboljeksotičnih snovi.
Konvencionalnitermoelektričnimodul:polprevodniški blokipretvorijo tok toplotev električni tok.Nanostrukturepomagajo tehnologiji k boljšemu izkoristkuin tako odpirajo novetrge.
Energija in okoljeN
anot
ehno
logi
ja v dr
užbi
43
Aixtronovi reaktorji za raziskave (levo) in za doatoma natančno izdelavo tankih plasti iz povezovalnihpolprevodnikov (desno).
reakcijske posode, v katerih se s hitrim menjanjem
temperature pomnožujejo DNK. Mogoče je, da bo
drastično povečevanje izkoristka naredilo Peltierove
elemente za sredstvo izbire za celotno industrijo
hlajenja. Kdor pa razpolaga z ugodnimi viri toplote, kot
je geotermalna energija, lahko s takšnimi
termoelektričnimi plastmi proizvaja poceni elektriko.
Islandija bi lahko z elektrolitsko pridelanim vodikom
postala energijski krez.
V kemični industriji bodo lahko takšne tehnike velike
količine odpadne toplote pretvorile v elektriko – tiho,
komaj vidno in učinkovito – torej nanotehnološko.
Termofotovoltaika
Termoelektrika ni edina možnost za pretvarjanje
odvečne toplote v elektriko. Termofotovoltaika,
TPV, uporablja (nevidno) toplotno sevanje,
infrardeče sevanje, vročih predmetov. Nanotehnologija
se nahaja v strukturah
emitorjev, ki spekter
virov toplote
prilagodijo spektralni
občutljivosti
termofotovoltaičnih
celic.
Emitor iz volframa z nanostrukturiranopovršinoza prilagoditevinfrardečega spektra.
Svetloba svečezadostuje, datermofotovoltaične celice poganjajoradijski sprejemnik.
44
Junija 1979 je Bryan Allen z Gossamer Albatrosomna nožni pogon preletel Rokavski preliv in osvojil
100 000 funtov vredno Kremerjevo nagrado.
Peresno lahko konstrukcijo Gossamer Albatrosaoblikovalca Paula MacCreadyja so omogočili novi
materiali. Leta 1981 se je posrečil dolg let zgolj
s pomočjo sončne energije, vendar je bil SolarChallenger izjemno krhek.
Nagrade dajejo krila: na začetku 90. let prejšnjega
stoletja je mesto Ulm v spomin na nesrečnega
letalskega pionirja Albrechta Ludwiga („krojač iz
Ulma“) organiziralo tekmovanje v razvijanju
praktičnega letala na sončni pogon. Julija 1996 je
zmagovalec postalo jadralno letalo na motorni pogon
Icaré II, izdelek Univerze v Stuttgartu.
Kot nadomestilo za satelit je NASA izdelala poskusno
letalo HELIOS, ki ga podnevi poganja sončna energija,
ponoči pa ga v zraku drži agregat gorivnih celic
z možnostjo ponovnega polnjenja. Dosegljiva višina je
skoraj 30 kilometrov.
Leta 2003 so se v Švici srečali strokovnjaki za
termodinamiko, aerodinamiko, električne sisteme,
sestavljene materiale, fotovoltaiko, pretvorbo energije
in računalniško simuliranje – nanotehnologija je
prisotna skoraj na vseh teh področjih. Pogovarjali so se
o projektu, ki naj bi dal krila novim tehnologijam za
okolju prijazno prihodnost. Dobesedno dal krila: ta
ambiciozni projekt naj bi okrog leta 2009 okoli sveta
ponesel Bertranda Piccarda in Briana Jonesa, ki sta
z balonom svet obkrožila že leta 1999. Tokrat v letalu, ki
ga bo poganjala zgolj sončna energija. Potovanje bo
neprekinjeno!
Zaradi nenehnega izboljševanja tehnologije,
zdaj tudi v nanometrskem merilu, vedno
znova oživljajo stare zamisli, ki so bile prej
neizvedljive. Mednje spada tudi zamisel o
letenju s pomočjo sončne svetlobe.
Icaré II, jadralnoletalo na sončno
energijo,zmore enakeobremenitvekot običajno
jadralnoletalo in lahko vzleti z lastnim pogonom.
Zgoraj: na koncuneuradnegarekordnega
poleta iz Stuttgartado Jene.
Nanotehnologija za šport in prosti časN
anot
ehno
logi
jav
druž
bi
45
Projekt bi novim tehnologijam lahko dejansko zagotovil
zasluženo spoštovanje in pospešil izdelavo vrste novih
sredstev, kot recimo letal na sončni pogon, vodljivih
z računalniki, senzorji in GALILEO-m, ki bi v zrak
ponesla tudi novince – tiho in brez izpušnih plinov.
Nad oblaki je svoboda vendarle brezmejna. Po
mecklenburški jezerski plošči bodo morda drseli
katamarani na sončni pogon.
Jahta s pogonomna gorivne celiceMTU-ja iz Fiedrichshafnaob Bodenskem jezeru.Nanotehnologija lahkotakšnim vozilom pomagado večje elegance,možna so jadraiz prilagodljivih tekstilnihsončnih celic, ki pa morajobiti vsekakor temne barve.
„Zračni črv“ Univerze v Stuttgartu.Načrtovan je kot vmesnik za radijsko telefonijo.
Katamaran na sončni pogon podjetja Kopf Solardesign GmbH pluje sem ter tja po Hamburgu.
45
Kolesa z električnim pomožnim
pogonom (pedelec), bodo pomagala
starejšim, ki bi sicer utegnili imeti
težave, sesti na sedež. V mestih, ki
se zaradi hitre industrializacije
dušijo v oblakih izpušnih plinov,
spodbujajo majhna električna
vozila, ki bi pripomogla
k reševanju teh mest.
Dizajnerska študijapodjetja Fuseprojec.
Gorivna celica neslišno poganja skuter skozimesto.
Ogljikove nanoceke za dvigalo
v obhodni tir
Recept je prišel iz vesolja: v ovojih starih zvezd,
kot je rdeča orjakinja Betelgeza, kroži veliko
različnih elementov. Če ti elementi kemično
reagirajo med seboj, med drugim nastanejo nanokristali
iz silicijevega karbida, silicijevega oksida, korunda, celo
diamanta, kar je znano iz preiskovanja meteoritov, ki so
nastali iz takšnega prahu. Da bi izvedeli več, so
znanstveniki razmere v ovojih zvezd posnemali
v laboratoriju – in leta 1985 našli sledi dotlej
popolnoma neznano snov. Izkazala se je za novo
spojino ogljika – votlo molekulo, ki je po obliki močno
podobna nogometni žogi. Nedaven pogled v nebo je
pokazal, da ta molekula nastane tudi v ovojih zvezd.
Vizije
Prstna ulica
Znanotehnologijo bodo mogoči tudi povsem
utopični transportni sistemi, kot na primer
„prstna ulica“. Če bodo dosegljive praktične
umetne mišice – razvoj v tej smeri že poteka – si je
mogoče predstavljati ulice z usmerjevalnimi elementi,
prsti, ki z miganjem usmerjajo na ulici nahajajoče se
predmete. Kot celične migetalke, cilije, ki s pahljanjem
odstranijo umazanijo iz pljuč. Ali poganjajo paramecije.
To zamisel je mogoče še precej okrasiti; na tem
principu delujoči majhni linearni motorji, ki
delujejo z rastlinskimi mišicami ali forisomi, se
vsekakor resno upoštevajo. Drugi kandidati za
umetne mišice so tkiva iz ogljikovih nanocevk.
Zamisel pa sploh ni tako fantastična kot
dvigalo do planetov, s katerim se NASA zelo
resno ukvarja. Prvi je to zamisel izrazil ruski
vesoljski pionir Konstantin Edvardovič
Ciolkovski.
Nanocevke z Betelgezo, zvezdo orjakinjo.V njeni atmosferi najdemo fulerene.
Fulereni, votline iz ogljikovih mrež, nosilci upanja pri iskanjueksotičnih materialov.
46
Konstantin Edvardovič Ciolkovski.
47
Vizija: dvigalo kplanetom.
Danes je poznanih veliko različic mrežasto povezanega
ogljika, med njimi so ogljikove nanocevke, majhne
ogljikove cevke, ki se spredejo z zelo trdnimi materiali.
Vprašanje serijske izdelave takšnih nanocevk je s
tehničnega vidika načeloma rešeno.
Zrelim povezovalnim vlaknom nanocevi so medtem
pripisali astronomsko natezno trdnost in lomno žilavost.
NASA trenutno resno proučuje projekt, ki s pomočjo
indijskega trika z vrvjo ne pomeni nič drugega kot
„dvigalo k zvezdam“. Po enem od scenarijev bodo trak
iz povezovalnega materiala z nanocevkami, ki bo širok
en meter in tanjši od papirja, z običajnimi raketami in
satelitsko tehnologijo napeli v vesolju. En konec traku
se bo nahajal na višini okoli 100 000 km v vesolju, drugi
pa bo zasidran v Tihem oceanu na točki blizu ekvatorja.
Trak bo napet zaradi gravitacijske sile na eni strani in
centripetalne sile na drugi strani. Po tem traku bi nato v
orbito in celo v orbite med Venero in asteroidnim
pasom lahko prenašali več ton težak tovor. Koristni
stranski produkti takšnih vizij so zelo trdni
konstrukcijski materiali za visoke stavbe, mostove in
seveda dvigala.
Robert Curl s fulerenina prstih, ki so mu
prinesli Nobelovo nagrado.
Ogromnemolekule
kot glavniračunalniki:
nanocevke bilahko bile
podlaga zazmogljive čipe
prihodnosti.
47
48
Možnosti in tveganja
Potencial nanotehnologije za dobre namene ali
vsaj za prinašanje dobička je očitno velik.
Zaradi inovacij na številnih področjih uporabe
se nanotehnologiji pripisuje velik gospodarski
potencial. Že zdaj se več sto evropskih podjetij ukvarja
s komercialno uporabo nanotehnologije in zaposlujejo
več deset tisoč pretežno visoko kvalificiranih ljudi.
Znanstveniki in podjetniki so enotnega mnenja:
nanotehnologija je več kot le modni krik.
Predobro, da bi bilo res? Vsaj teoretično najhujša
možna nesreča se je že prebila v literaturo: v prodajni
uspešnici Michaela Chrichtona „Prey“ se roji pametnih
nanodelcev združijo v polinteligentna bitja, ki hočejo
uničiti svoje ustvarjalce in se naseliti v njih. Druga
mračna vizija ameriškega nano preroka Erica Drexlerja
vidi svet ogrožen s strani tako imenovanega sivega
maziva „Gray Goo“, sivega oblaka ponesrečenih
nanorobotov.
Eric Drexler meni, da
je dejansko mogoče
zgraditi nanorobote,
ki merijo le nekaj
milijonink milimetra
in ki so programsko
vodeni ter lahko iz
razpoložljivih surovin
zgradijo nekaj novega
in veličastnega. Če bi
ta proces ušel izpod
nazora, bi namesto
nečesa veličastnega
nastalo sivo mazivo, ki
bi lahko bilo nalezljivo in nevarno tako za ljudi kot tudi
za stroje.
Tega koncepta večina strokovnjakov ne jemlje resno.
Richard Smalley, dobitnik Nobelove nagrade za kemijo
leta 1996, denimo pravi, da se zaradi posebnosti
kemičnih vezi vsak atom ali molekula ne moreta
medsebojno vezati. Že zaradi tega je ideja o nanobotu,
nanometrskem nanorobotu, monterju, neverjetna.
Toda in predvsem: če bi takšen monter snov sestavljal
atom po atomu, bi za to potreboval „prste“, ki so iz
atomov in bi nujno morali imeti določeno najmanjšo
debelino.
Voilą pour le problŹme des gros doigts. ň cela vient
s’ajouter celui des doigts collants: selon leur type, les
atomes saisis ne pourraient pas źtre simplement
ramassés et redéposés, mais se mettraient ą former des
liaisons. Comme on le sait, il n’est pas facile de détacher
un globule collant de ses doigts. Ce sont lą des
arguments essentiels qui ne peuvent źtre contournés
aisément. Les nanobots mécaniques relŹvent dŹs lors
de l’impossible. Richard Smalley pourrait avoir raison: il
n’y a aucun raison de craindre que des armées de
nanomachines déferlent sur le monde et le
transforment en mélasse grise.
„Gray Goo“ scenarijErica Drexlerja
je ravno tako neverjetenkot predstava, da se bosvet z nanotehnologijo spremenil v gumijastemedvedke.Razlog so
debeli in mastni prsti.
49
Mnenje je, tako meni tudivečina znanstvenikov,da so tveganja nanotehnologijeobvladljiva.
Prsti ne bi služili le za prijemanje izbranih atomov, pri
sestavljanju bi bilo potrebno preveriti vse atome enega
kubičnega nanometra in tukaj bi bili prsti drug
drugemu napoti. Toliko o težavi z debelimi prsti.
Pridružila bi se še težava z lepljivimi prsti, saj atomov –
odvisno od vrste – ne bi bilo mogoče zlahka prijemati
in izpuščati, ker bi tvorili vezi. Splošno znan pojav iz
vsakdanjika: lepljive kroglice ni tako preprosto spraviti
s prsta. To so bistveni ugovori, katerim se ni mogoče
izogniti. Mehanski nanoboti so torej utopija. Richard
Smalley ima prav, strah, da bi se lahko vojska
ponesrečenih nanorobotov lotila sveta in ga spremenila
v sivo mazivo, je neutemeljen.
Bolj utemeljen je bržkone strah, da bi nanodelci lahko
imeli nezaželene učinke na človeštvo in okolje.
Nanodelci bi denimo lahko zaradi svoje majhnosti,
zaradi katere lahko vstopajo v telesne celice in
premagajo celo biološke bariere (kot npr.
krvnomožgansko pregrado), imeli škodljive učinke na
zdravje. Ker so nanodelci, kot tudi ostali izjemno
majhni prahci (npr. saje dizelskega goriva v izpušnih
plinih) snovi, ki bi s sabo lahko prinašale nepoznane
stranske učinke, morajo znanstvene preiskave najprej
razjasniti neoporečnost takšnih delcev. Doslej
razpolagamo le s slabim vedenjem o varnosti
nanodelcev, tako da morajo na odprta vprašanja
nanoraziskovalci in toksikologi čim prej odgovoriti z
ustreznimi eksperimenti. Čeprav se zdi tveganje
obvladljivo, saj so nanodelci v naravi zelo „lepljivi“.
Zelo hitro se združijo v velike kepe, katerih se telo
lahko brez težav znebi. O nekaterih nanodelcih je že
znano, da niso škodljivi zdravju. Zato se v kremah za
sončenje uporabljajo kot zaščitni faktorji ali pa so
v vezani obliki dodani nekemu materialu, tako da
uporabnik sploh ne pride v stik s posameznimi
nanodelci. Poleg tega poskuša industrija z ustreznimi
varnostnimi ukrepi izključiti kakršno koli tveganje za
zdravje, tako za stranke kot tudi za zaposlene.
Medtem ko so vizije o nanobotih hipotetične, se zdijo
obljube materialnih znanstvenikov, ki se ukvarjajo
z nanometrskimi dimenzijami, zelo realne. Prvi izdelki
so že na prodajnih policah, na primer zelo občutljive
bralne glave trdih diskov z dvajset ali tudi manj
nanometrov tankimi plastmi. Nanoelektronika je
prisotna v vsakem novem prenosnem računalniku.
Nanotehnologija bo imela kot močna tehnologija tudi
stranske učinke, veliko preprostih nalog bo postalo
odvečnih. Zato bo nastalo veliko novih dejavnosti.
Vseživljenjsko učenje bo vedno bolj pomembno, toda to
je lahko tudi zabavno – z nanotehnologijo.
50
Dodatne informacije
Kako postanem nano-inženir?
Kdor obišče raziskovalni center, kjer se
intenzivno ukvarjajo z nanotehnologijo, vidi
skoraj vse naravoslovne znanstvenike na
kupu: biologe, kemike, inženirje različnih znanstvenih
področij, kristalografe, mineraloge, fizike. Njihov skupni
imenovalec je raven atoma in del skupnega jezika je
matematika. Klasični naravoslovni študijski programi
lahko torej vsi vodijo v nanotehnologijo, ki pa se
medtem že začenja uveljavljati kot samostojna
disciplina, na primer na Univerzi v Würzburgu. Kdor se
bo lotil nanotehnologije, naj se ne boji, da gre za
kratkoročen trend, pravi Alfred Forchel s katedre za
fiziko Univerze v Würzburgu, (izvleček iz nemške revije
„abi Berufswahl magazin“ št. 10/2003):
„Ker trend miniaturizacije ni muha enodnevnica, temvečima za seboj že dolg razvoj. Predvidevamo, da bo naveliko področjih uporaba temeljila na vedno manjšihmerilih, tako rekoč z mikro na nano, pa naj gre zainformacijsko tehnologijo ali kemijo. Za trditev, da se bovse še naprej manjšalo, ni potrebna jasnovidnost. Primerza to so gradniki, in sicer tako majhni, kot je mogoče“.
Fiziki, kemiki in drugi naravoslovni znanstveniki lahko
z vso pravico trdijo, da se že od nekdaj ukvarjajo
z nanotehnologijo. Predmet zanimanja klasičnih
atomskih fizikov in molekule, s katerimi se ukvarjajo
kemiki, so vsi prebivalci nanokozmosa. S trenutno
razpoložljivimi eksperimentalnimi možnostmi, na
primer z do atoma natančno strukturo skupkov, plasti,
čipov kot tudi z dostopnostjo snovi najvišje čistosti in
razjasnitvijo najmanjših bioloških struktur, se je odprlo
izobilje povsem novih možnosti, od katerih ima lahko
korist tudi uporabno inženirstvo. Možnosti zaposlovanja
nano-inženirjev Alfred Forchel ocenjuje takole:
„Seveda so možnosti zaposlitve tudi na našem področjuodvisne od stanja v gospodarstvu. Vendar so relativnomajhne stvari pogosto zelo velikega pomena: če podjetjaprejmejo na kupe vlog za zaposlitev, je težko postatiprepoznaven. Zaradi naše prakse v industriji vsaj enopodjetje pobližje spozna študenta. Naši študentje lahkopišejo svoje diplomsko delo v industriji, kar je še korakbližje k delovnemu mestu. Poleg tega študirajo vsaj ennetehničen predmet, na primer poslovno upravljanje,tako da razpolagajo tudi z drugim znanjem,pomembnim za poklicno delo“.
Toda nano-inženirji se ne morejo izogniti trdni
naravoslovni izobrazbi, vključno z matematiko.
Niti v Würzburgu, niti kje drugje:
Le sanje o razvoju podmornice, ki bi plula skozi vene,niso dovolj. Preden pridemo tako daleč, je potrebnovložiti veliko časa in dela. Potrebno je znati matematičnoopisovati, obvladati fiziko in kemijo, se pravi osvojititežke in trdne temelje. Vendar razlogov za strah ni innanofantazije bi človeku lahko pomagale, da se prebijeskozi učenje.
Zamisel o podmornici v žilah je bil le film.
Nanotehnologija izgleda drugače, vendar lahko prinese
lep kup denarja.
51
Stiki, povezave, literatura
Možnosti študija nanotehnologije
v Nemčiji
Študijski program Tehnika nanostruktur v WürzburguUniverza v WürzburguSpletna stran: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/nano/Kontaktna oseba: [email protected]
Bio- in nanotehnologije v IserlohnuVišja strokovna šola SüdwestfalenSpletna stran: http://www2.fh-swf.de/fb-in/studium.bnt/bnt.htmKontaktna oseba: [email protected]
Molekularne znanosti v ErlangnuUniverza v Erlangnu -NürnberguSpletna stran: http://www.chemie.uni-erlangen.de/Molecular-ScienceKontaktna oseba: [email protected]
Magistrski študij mikro- in nanotehnologije v MünchnuVišja strokovna šola v MünchnuSpletna stran: http://www.fh-muenchen.de/home/fb/fb06/studiengaenge/mikro_nano/home.htmKontaktna oseba: [email protected]
Nanomolekularna znanost v BremnuMednarodna univerza v BremnuSpletna stran: http://www.faculty.iu-bremen.de/plathe/nanomolKontaktna oseba: [email protected]
Nanostrukturne znanosti – Nanostructure and MolecularSciences KasselUniverza v KassluSpletna stran: http://www.cinsat.uni-kassel.de/studiengang/studiengang.htmlKontaktna oseba: [email protected]
Poskusni visokošolski študij z diplomo iz biofizike alinanoznanosti v BielefelduUniverza v BiefelduSpletna stran: http://www.physik.uni-bielefeld.de/nano.htmlKontaktna oseba: [email protected]
Diplomski študij „mikro- in nanostrukture“ v SaarbücknuUniverza v Posarju (Saarland)Spletna stran: http://www.uni-saarland.de/fak7/physik/NanoMikro/InfoMikroNano.htmKontaktna oseba: [email protected]
Literatura
BMBF-Programm IT-Forschung 2006 - FörderkonzeptNanoelektronikIzdajatelj: Nemško zvezno ministrstvo za šolstvo in raziskovanje;Bonn, marec, 2002.
Vom Transistor zum Maskenzentrum Dresden,Nanoelektronik für den MenschenIzdajatelj: Nemško zvezno ministrstvo za šolstvo in raziskovanje;Bonn, oktober, 2002.
Nanotechnologie erobert Märkte- Deutsche Zukunftsoffensivefür NanotechnologieIzdajatelj: Nemško zvezno ministrstvo za šolstvo in raziskovanje;Bonn, marec, 2004.
Bachmann, G.:Innovationsschub aus dem Nanokosmos: Analyse &Bewertung Zukünftiger Technologien (Band 28)Izdajatelj: Tehnološki center VDI po naročilu Zveznegaministrstva za šolstvo in raziskovanje; 1998.
Luther, W.:Anwendungen der Nanotechnologie inRaumfahrtentwicklungen und –systemenTehnološka analiza (43. zvezek)Izdajatelj: Tehnološki center VDI po naročilu DLR; 2003.
Wagner, V; Wechsler, D.:Nanobiotechnologie II: Anwendungen in der Medizin undPharmazieZgodnje odkrivanje tehnologije (38. zvezek)Izdajatelj: Tehnološki center VDI po naročilu Zveznegaministrstva za šolstvo in raziskovanje; 2004.
Hartmann, U.:Nanobiotechnologie – Eine Basistechnologie des21.JahrhundertsZPT, Saarbrücken, 2001.
Rubahn, H.-G.:Nanophysik und NanotechnologieTeubner Verlag 2002.
Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft-WINGIzdajatelj: Nemško zvezno ministrstvo za šolstvo in raziskovanje;Bonn, oktober, 2003.
Spletne povezave
Portal EU za nanotehnologijo www.cordis.lu/nanotechnology
Evropski portal za nanotehnologijowww.nanoforum.org
Nanotruck – Potovanje v nanokozmoswww.nanotruck.net
Spletno potovanje – pustolovščina za decimalno vejico www.nanoreisen.de
Novice in razprave o nanotehnologiji www.nano-invests.de
Spodbujanje nanotehnologije Nemškega zveznega ministrstvaza šolstvo in raziskovanjehttp://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php
Portal o nanotehnologiji Tehnološkega centra VDIwww.nanonet.de
Prosimo upoštevajte, da ta brošura izvira iz nemškega ministrstva za raziskave BMBF. Zato je bila sprva sestavljena za nemško javnost. Povezave doevropskih študijev, literature in spletnih strani (razen nemških) poiščite preko spletnega portala Evropske komisije o nanotehnologiji(www.cordis.lu/nanotechnology).
52
Glosar
Dod
atne
info
rmac
ije
Bisus: znan tudi kot „svila školjke“ ali „brada školjke“.
Tehnično zelo prefinjene niti, s katerimi se školjke
pritrdijo na podlago. Bisusi so na enem koncu
elastični kot guma, na drugem pa togi kot najlon.
CNT: ogljikove nanocevke.
Diatomeje: kremenaste alge, majhni enoceličarji,
ki jih najdemo v sladki in slani vodi. Imajo zelo
umetelno hišico, ki vsebuje kremenčevo kislino,
tj. silicijev dioksid in vodo. Izvajajo fotosintezo,
zaradi česar imajo tudi strukture, ki prevajajo svetlobo.
DNK: deoksiribonukleinska kislina – dolga molekula
v obliki dvojne vijačnice, ki nosi genetske informacije
o organizmu in vsebuje formule za nešteto beljakovin.
ESEM: Environmental Scanning Electron Microscope
– poseben rastrski elektronski mikroskop, ki na držalu
za vzorce dopušča vstop zraka in tekočine. Predmetov
pa ni več potrebno preparirati, npr. napariti z zlatom.
Faza: tukaj razumljeno kot stanje, npr. urejeno/
neurejeno, kristalno/amorfno.
Forisomi: po latinski besedi za „vratno krilo“
poimenovani rastlinski proteini, ki jih raziskujejo kot
kandidateza nanoskopske umetne mišice.
Fotosinteza: zelene rastline, alge in cianobakterije
(modre alge) energijo pridobivajo s fotosintezo.
S pomočjo sončne svetlobe pretvorijo ogljikov dioksid
in vodo v sladkor in kisik. Fotosinteza deluje
z neverjetnim energijskim izkoristkom, ki znaša več kot
80 odstotkov.
Gorivna celica: naprava, v kateri vodik in kisik
(ponavadi iz zraka) brez gorenja tvorita vodo,
pri čemer se proizvaja električna energija z velikim
izkoristkom.
Kvantni računalnik: uporablja značilna pravila
kvantne matematike za reševanje problemov,
denimo informacijsko kodiranje, ki jih z običajnimi
računalniki ni mogoče rešiti. Še ni realiziran.
Laboratorij na čipu: zelo kompleksni čipi v zadnjem
stadiju razvoja, ki lahko s pomočjo mikromehanike,
nanosenzorike in nanoelektronike podrobno
preiskujejo celice, za kar danes potrebujemo kar cel
inštitut. To ime se uporablja že za preproste
mikroskopsko vtisnjene nosilce predmetov.
Levkociti: bela krvna telesca, ki telo branijo tako,
da vsrkajo tuja telesca, kot so virusi in bakterije,
in tudi ostanke celic ali rakaste celice ali pa, tako kot
limfociti, proizvajajo protitelesa. Protitelesa so zelo
k cilju usmerjene lepljive molekule.
Litografija: tukaj razumljena kot umetnost proizvajanja
struktur v mikrokozmosu, večinoma z fotolakom, ki se
vpiše s svetlobnimi ali elektronskimi žarki, razvije in
nato, glede na zahtevo, zakrije dele svoje podlage ali pa
jih odkrije za jedkanje in druge procese.
Maska: vrsta prozornega filma, ki vsebuje strukture za
računalniški čip, ki se nato fotolitografsko prenesejo na
rezino.
Micele: majhne, okrogle tvorbe, ki jih narava, v našem
primeru školjka, uporablja kot transportno posodo.
Optično vlakno: prevaja svetlobo z izjemno prosojnim
materialom na velikih razdaljah, večinoma gre za
prenos podatkov, a tudi za prenos energije.
Piezo kristali: piezo kristali ob stiskanju ali raztezanju
proizvajajo elektriko, kot vžigalne iskre
v „elektronskih“vžigalnikih. Obratno je mogoče
piezoelektrični kristal z električnim tokom
preoblikovati do delčka v velikosti premera atoma.
Podvojevalnik frenkvenc: tukaj razumljen kot material,
ki podvoji frekvenco svetlobe. Iz infrardeče svetlobe
nastane zelena svetloba.
Polja mikroleč: mikrooptični elementi, ki so med
drugim pomembni za prenašanje informacij s svetlobo.
Polprevodnik: material, čigar električne lastnosti
so med izolatorjem in prevodnikom. Prevodniki so
postali eden od najpomembnejših sestavnih delov
sodobnih industrijskih izdelkov, kot sta računalnik in
mobilni telefon.
53
Prosto elektronski laser: proizvaja lasersko svetlobo
s pospešenim žarkom elektronov, ki se premikajo
v vakuumski cevi.
Proteini: velike molekule, sestavljene iz ribosomov
aminokislin, ki v celici delno delujejo kot nanoskopska
orodja in delno kot ogrodna snov za vse, od očesnih leč
do nohtov. Dekodiranje proteoma, vsote vseh proteinov,
in vzajemno učinkovanje le-teh v celici je še na začetku.
Reflektini: posebni proteini, ki jih organizmi
uporabljajo za ustvarjanju struktur, ki odbijajo svetlobo.
Rentgensko sevanje: kratkovalovno elektromagnetno
sevanje, ki med drugim v strukturni analizi kristala služi
za določanje nanoskopske oblike molekul.
Ribosomi: nanonapravice, ki lahko pod upravljanjem
molekularnega traku s podatki o genski zasnovi DNK
proizvedejo nešteto proteinov.
Skupki: kupčki majhnih delcev, v tem primeru atomov.
Skupki imajo druge lastnosti kot trdna snov iz istega
materiala, med drugim zato, ker imajo skupki več
površinskih atomov.
Tunelski tok: tok, ki pravzaprav ne bi smel teči,
ker gre skozi izolacijsko vrzel, vendar je to
v nanokozmosu dovoljeno, a je v veliki meri odvisno od
velikosti izolacijske vrzeli. Ta pojav je omogočil
uporabo rastrskega tunelskega mikroskopa.
UV-žarčenje: kratkovalovno sevanje, ki omogoča
izdelavo zelo majhnih struktur čipa.
Van-der-Waalsove vezi: šibke kemične vezi med
molekulami, katerih vzrok so lastnosti praznega
prostora. Van-der-Waalsove vezi določajo lastnosti vode
in s tem vse življenjske procese.
54
Slikovno gradivo
Str. 6 zgoraj: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Univerza v HamburguStr. 6 spodaj: Lambda Physik AG, GöttingenStr. 7 zgoraj: Infineon Technologies AG, MünchenStr. 7 spodaj: BergerhofStudios, KölnStr. 8 zgoraj levo: Chemical Heritage FoundationStr. 8 zgoraj in spodaj desno, spodaj levo: BergerhofStudios, KölnStr. 9 zgoraj levo: NASA/ESAStr. 9 zgoraj desno: DESY, HamburgStr. 9 v sredini levo: BergerhofStudios, KölnStr. 9 spodaj desno: Intitut za eksperimentalno in uporabno fiziko,Univerza v Kielu.Str. 10 zgoraj levo: REM-Labor, Univerza v Baslu Str. 10 slike, od zgoraj BergerhofStudios, Köln, prav tako; prav tako;REM-Labor, Univerza v Baslu; odbor za Nobelovo nagrado Stockholm(urejeno); DESY, HamburgStr. 11 zgoraj levo: Botanični inštitut Univerze v BonnuStr. 11 zgoraj desno: REM-Labor, Univerza v Baslu Str. 11 slike, od zgoraj: BergerhofStudios, Köln; prav tako; FraunhoferGesellschaft; Botanični inštitut Univerze v Bonnu; prav tako; TU Berlin,FU BerlinStr. 11, slika ozadja: BASF AGStr. 12, zgoraj levo in desno: MPI für Metallforschung, StuttgartStr. 12, v sredini desno: ESAStr. 12, spodaj levo: MPI für Metallforschung, StuttgartStr. 13 zgoraj levo: Ostseelabor Flensburg, zraven: BergerhofStudios,KölnStr. 13 zgoraj desno: Univerza v Firencah, ItalijaStr. 13, v sredini desno: Paleontološki inštitut, Univerza v BonnuStr. 13, spodaj levo: BergerhofStudios, KölnStr. 13, spodaj desno: SusTech, DarmstadtStr. 14, zgoraj, v sredini, spodaj desno: Bell Laboratories, USAStr. 14 levo: katedra za biokemijo, Univerza v RegensburguStr. 15, zgoraj: Inštitut za nove materiale, SaarbrückenStr. 15, v sredini desno: Degussa AG Advanced NanomaterialsStr. 15, spodaj desno: Inštitut za geofiziko, Univerza v MünchnuStr. 15,spodaj: Inštitut za fizikalno kemijo, Univerza v HamburguStr. 16, zgoraj in spodaj levo: ESAStr. 16, spodaj desno: IBM CorporationStr. 17, zgoraj in v sredini levo: Physik IV, Univerza v AugsburguStr. 17, v sredini desno in v sredini: Kompetenzzentrum Nanoanalytik,Univerza v Hanburgu Str. 17, grafika spodaj desno: BergerhofStudios, KölnStr. 17, spodaj: Univerza na Hawajih, HonoluluStr. 18 levo: Carl Zeiss SMT AG, OberkochenStr. 19, zgoraj desno: Carl Zeiss SMT AG, OberkochenStr. 19, spodaj levo: IHT RWTH AachenStr. 19, spodaj desno: Schott AG, MainzStr. 20, zgoraj levo: Bayer AG, LeverkusenStr. 20, spodaj levo: MPI za kvantno optiko, GarchingStr. 21, vse slike: DESY, HamburgStr. 22, zgoraj levo: BergerhofStudios, KölnStr. 22, spodaj desno: Inštitut za nove materiale, v SaarbücknuStr. 23, zgoraj levo: HILIT, EU Joule III-ProgrammStr. 23, zgoraj desno: NASA/ESAStr. 23, spodaj desno: Univerza v StuttgartuStr. 24, vse slike: BergerhofStudios, KölnStr. 25, zgoraj levo: National Semiconductor, FeldafingStr. 25, spodaj desno: Advanced Micro Devices, DresdenStr. 26, zgoraj desno: Grafika: BergerhofStudios, KölnStr. 26, v sredini levo: Eksperimentalna fizika IV RUB, BochumStr. 26, spodaj: Inštitut za eksperimentalno in uporabno fiziko, Univerzav Kielu.Str. 27, zgoraj desno: Grafika: BergerhofStudios, Köln
Str. 27, spodaj: IHT RWTH AachenStr. 28, zgoraj desno: IBM CorporationStr. 28, spodaj levo: Infineon Technologies AG, MünchenStr. 28, spodaj desno: IBM/Infineon, MRAM Developement AllianceStr. 29, zgoraj: Eksperimentalna fizika IV RUB, BochumStr. 29, v sredini: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Univerza vHamburguStr. 29, desno: Katedra za nanoelektroniko, RUB Bochum Str. 29, spodaj: IBM Speichersysteme Deutschland GmbH, MainzStr. 30: Siemens AG, MünchenStr. 31, zgoraj desno: Nanosolutions GmbH, HamburgStr. 31, v sredini: Inštitut za nove materiale, SaarbrückenStr. 32, spodaj: Siemens AG, MünchenStr. 32, zgoraj: DaimlerChryler AGStr. 32, spodaj levo: Fraunhofer Allianz Optisch-funktionaleOberflächenStr. 32, spodaj desno: Unikversity of Wisconsin-MadisonStr. 33, zgoraj: Robert-Bosch GmbH, StuttgartStr. 33, v sredini: Audi/Volkswagen AGStr. 33, spodaj levo: Arhiv VWStr. 33, spodaj desno: Robert-Bosch GmbH, StuttgartStr. 34, zgoraj levo: Bayer AG, LeverkusenStr. 34, zgoraj desno: Inštitut za nove materiale, SaarbrückenStr. 34, spodaj levo: Keramag AG, RatingenStr. 35, zgoraj: BASF AG, LudwigshafenStr. 35, v sredini: MTU FriedrichshafenStr. 35, spodaj desno: Siemens AG, MünchenStr. 36, zgoraj levo: Bayer AG, LeverkusenStr. 36, zgoraj desno: Siemens AG, MünchenStr. 36, spodaj: Infineon Technologies AG, MünchenStr. 37, zgoraj levo: Siemens AG, MünchenStr. 37, zgoraj desno: Siemens AG, MünchenStr. 37, v sredini: Charité Berlin / Inštitut za nove materiale v SaarbücknuStr. 38, zgoraj desno: BergerhofStudios, KölnStr. 38, levo: Infineon Technologies AG, MünchenStr. 38, desno: IIP Technologies, BonnStr. 39, zgoraj levo: Siemens AG, MünchenStr. 39, zgoraj desno: Fraunhofer ISITStr. 39, v sredini desno: Univerza v OxforduStr. 39, spodaj levo, desno: Infineon Technologies AG, v MünchnuStr. 40, zgoraj levo: OSRAM Opto Semiconductors GmbH,vRegensburguStr. 40, spodaj: Grafika: BergerhofStudios, KölnStr. 41, zgoraj: Park Hotel Weggis, ŠvicaStr. 41, spodaj: Siemens AG, MünchenStr. 42, zgoraj levo: BergerhofStudios, KölnStr. 42, spodaj levo: Bayer AG, LeverkusenStr. 43, zgoraj: AIXTRON GmbH, AachenStr. 43, desno: Fraunhofer Inštitut za solarne energijske sisteme, FreiburgStr. 44: Institut für Flugzeugbau, Univerza v StuttgartuStr. 45, zgoraj levo in desno: MTU FriedrichshafenStr. 45, v sredini levo: Institut für Luft- und Raumfahrt-Konstruktionenna Univerzi v StuttgartuStr. 45, v sredini desno: FuseprojectStr. 45, spodaj: Kopf Solardesign GmbH, HamburgStr. 46, zgoraj levo: Kolaž: BergerhofStudios, KölnStr. 46, spodaj desno: RWTH AachenStr. 47, zgoraj levo: Siemens AG, MünchenStr. 47, zgoraj desno: Infineon Technologies AG, MünchenStr. 47, spodaj: NASAStr. 48, v sredini: BergerhofStudios, KölnStr. 49: IBM Corporation, insert: Siemens AG, München
55
Evropska komisija
EUR 21151 – Nanotehnologija – Inovacija za jutrišnji svet
Luxembourg: Urad za uradne publikacije Evropskih skupnosti
2006 – 55 pp. – 21.0 x 29.7 cm
ISBN 92-79-00887-0
Nanotehnologija velja za ključno tehnologijo 21. stoletja. Z manjšimi, lažjimi, hitrejšimi inzmogljivejšimi materiali, komponentami in sistemi lahko ponudi rešitve za številne trenutne probleme.Nanotehnologija odpira nove tržne priložnosti, poleg tega lahko bistveno prispeva v varovanju okoljain zdravja.
Namen te brošure je predstaviti javnosti, kaj je nanotehnologija, in s tem spodbuditi razpravo. Tabrošura z opisom znanstvenega ozadja, tehnološkega razvoja, področij uporabe in potencialnegarazvoja v prihodnosti ponuja podrobno in razumljivo sliko nanotehnologije, kot jo vidimo danes.
KI-59-04-968-S
L-C