Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

12. fejezet - Modern anyag megmunkálási és felületanalitikai módszerek: nanotechnológia.

12. fejezet - Modern anyag megmunkálási és felületanalitikai módszerek: nanotechnológia.

Áttekintés a nanotechnológia eredményeiről különböző ipari területeken

http://hu.wikipedia.org/wiki/Nanotechnológia

A nanotechnológia gyűjtőnév az alkalmazott tudomány és technika széles területeit fedi le, olyan technológiák gyűjtőfogalma, amelyek végtermékének jellemző méretei az 1-100 nanométeres tartományban vannak. A nano görög eredetű szó, jelentése: törpe. E multidiszciplináris területen olyan tudományágak működnek együtt, mint a kolloid-kémia, a félvezető-fizika, vagy a szupramolekuláris-kémia. Az elmúlt 50 évben a számítógépek méretének csökkenése az utolsó húsz évben kifejlesztett és iparilag alkalmazott mikro-, majd nanotechnológiának köszönhető.

A nanotechnológia teljesen új felhasználási területeket tesz elérhetővé. A szerves és szervetlen mikrorészecskék kombinálásával, új tulajdonságokkal rendelkező anyagokat, gépeket és rendszereket lehet előállítani. Ilyen tulajdonságok többek között az átlátszóság, a karcolás- és kopásállóság, az elektromos vezetés, a korrózió elleni védelem. Az egyes jellemzők tetszés szerint kombinálhatók is egymással.

A nanotechnológia történeti kialakulásának meghatározó eseményei

http://www.nanoscience.hu/kezdo.htm; http://nano.lap.hu/

1. Táblázat. A nanotechnológia kialakulásának meghatározó eseményei

Év

Esemény a nanotechnológiában

1974

Norio Taniguchi (Tokyo-i Tudományegyetem) először használta a nanotechnológia szót.

1981

Gerd K. Binning és Heinrich Rohrer feltalálta az alagútmikroszkópot. Ez „láthatóvá teszi” az atomokat és manipulációjukra ad lehetőséget. A mikroszkópot 1982-ben szabadalmaztatták. Binning és Rohrer 1986-ban fizikai Nobel-díjban részesült.

1983

Erich Drexler, a molekuláris nanotechnológiáról az első cikket publikálta a „Proceedings of the National Academy of Sciences”-ben.

1985

Robert F. Curl Jr., Harold W. Kroto és Richard E. Smalley felfedezte a Buckminsterfulleren-t (kb. 1 nm méretű).

1989

Fizikusok atomokat manipuláltak – betűket írtak le 35 xenon atommal.

1991

Sumio Lijima, fizikus, a NEC kutatólaboratóriumban, Japánban felfedezte a többfalú szénnanocsövet.

1996

Curl, Kroto és Smalley kémiai Nobel-díjban részesültek a fullerének felfedezéséért.

1998

A Delft Műszaki Egyetem kutatói a szénnanocsőből előállították az első tranzisztort.

2000

A Lucent és a Bell laboratóriumok, az Oxfordi Egyetemmel együtt létrehozták az első DNA motort, amely a biotechnológia és a nanotechnológia konvergenciájából ered.

2001

Szénnanocsövekből nm-es logikai áramköröket fejlesztettek ki számítógépek építéséhez. Mitsu & Co., Japan közzétette a szénnanocsövek tömegtermelésének a tervét.

2002

Félvezető elektronikai rendszerben megoldották az 1 trillió bit/inch2 adattárolási sűrűséget. Ez 100 Gbyte hard-drive (meghajtó)-nak felel meg. IBM kifejlesztett egy új elektronmikroszkópot, amely felbontóképessége kisebb, mint egy hidrogénatom sugara.

12.1. ábra - Fullerén

Fullerén

12.2. ábra - Mesterséges neuron

Mesterséges neuron

12.3. ábra - A nanotechnológia 2012-ben már a vírusok mérete környékén „tevékenykedik”

A nanotechnológia 2012-ben már a vírusok mérete környékén „tevékenykedik”

12.4. ábra - Meghatározó iparágak felfutásának üteme kb. fél évszázadonként. Nanotechnológia?

Meghatározó iparágak felfutásának üteme kb. fél évszázadonként. Nanotechnológia?

12.5. ábra - Nanotechnológia részvétele a világpiacon (egység: milliárd USD)

Nanotechnológia részvétele a világpiacon (egység: milliárd USD)

http://www.nanostart.de/index.php/de/geschaeftsbericht-2011/nanostart-ag

Nanotechnológia a nagyméretű tárgyak felületeinek kialakításában

Nanotechnológia a természetben: A lótuszvirág már évezredek óta a tökéletes tisztaság jelképe. Bármilyen szennyezett a víz, a felületén a növények makulátlanul tiszták. A növény levele lepergeti az esővizet, és ezzel együtt minden szennyeződést. Még a sűrű folyású anyagok, mint a méz, az olaj, a ragasztó sem tapad meg rajta. Ez az öntisztulás jelensége, amelyet a szakemberek lótuszeffektusnak is neveznek. A tökéletes felületről a vízcseppekkel a szennyeződések le tudnak gurulni. Egy német botanikaprofesszor szerint a lényeg a különböző felületszerkezetekben keresendő. A felületet mikroszkopikus cella kiemelkedések alkotják, amelyeken kisebb kristályok is elhelyezkednek. Ez a dupla struktúra okozza a lenyűgöző fizikai hatást: a vízcseppek, amelyek a levélre hullnak, a felületi feszültségtől gömbformát alkotnak, legurulnak a levélről, és egyúttal magukkal viszik a szennyeződést is. Az ember megpróbálta a természetnek ezt a tulajdonságát utánozni, pl. olajjal, teflonnal, szilikonnal, viasszal bevonni a felületet. Ezek a rétegek víztaszítók, ritkán olajtaszítók is.

Felületkezelésre alkalmazva az előzőeket ez alapján a felületkezelő anyag 3 elemét egymás alatt rendezzük el. A kapcsolódó komponens (piros) a kezelendő felületre vándorol, és homogén kötődést alakít ki azzal, közben egyúttal a felület részévé is válik. Erre épül egy ultravékony, üvegkeménységű réteg (kék), amely rendkívül hosszú ideig tartós, és a felületet a legagresszívebb külső hatásoktól is képes megvédeni. A nano- (tapadást gátló) részecskéket (fehér) rendezzük legfölülre. Ezek együttese eredményezi a lepergető hatást.

12.6. ábra - Felületkezelés „nanotechnológiával”

Felületkezelés „nanotechnológiával”

http://www.muszakiak.com/bevonattechnika/nanotechnologia.html

12.7. ábra - Kerámiabevonatú alumínium edények

Kerámiabevonatú alumínium edények

http://www.delimano.hu/delimano_starter_plus_keszlet.html

http://edenybolt.boltaneten.hu/kinalat/12_keramia_bevonatos_termekek/

A nanotechnológia felhasználása igen sok területen lehetséges: elektrotechnika, légi- és űrutazás, szépségipar, gyógyászat, vendéglátás, ipari és lakossági méretekben is.

Kül- és beltéri burkolatnak fokozott kopás- és karcállóságot biztosít, ezzel a burkolatokkal szemben támasztott (szinte összes) követelményeknek megfelel. Külön érdekessége az esztétikai megjelenés. Az anyaggal kezelt felületeknek különös fénye van. A védőrétegek a megszilárdulás után kémiailag és mechanikailag is rendkívül terhelhetők, UV-hatásnak ellenállnak, fagyállóak, esetenként 450 °C-ig hőállóak. Felületi szilárdságuk és a karcmentességük jelentősen javul, a nagyon erős környezeti hatásnak sem marad nyoma. A kezelt felületet kefével, de még magas nyomású tisztítóval (maximum 50-60 bar) is lehet tisztítani.

12.8. ábra - Kültéri csúszásmentes, karcolásmentes, fagyálló burkolók

Kültéri csúszásmentes, karcolásmentes, fagyálló burkolók

http://www.colorstone.hu/

A különféle kültéri burkolatok szerkezetébe nem jut be a víz, ezáltal fokozza a fagyállóságot. A gyakorlat bizonyítja, hogy milyen kiválóan alkalmazható üveg-, kerámia-, kő-, és betonfelületekhez, vakolatokhoz, falazatokhoz, sőt még textíliákhoz is. A nanokezelt anyagok felületei vízzel tisztíthatók, ráadásul sokkal ritkábban szorulnak tisztításra. Ezáltal jelentősen csökken az igény a környezetre és egészségre is ártalmas, hagyományos tisztítószerek használatára. Mivel a kezelt felületen nem tapad meg a szennyeződés, kiküszöbölhető a tisztítószerek használata, ugyanakkor ritkábban és egyszerűbben kell tisztítani, ez pedig jelentős idő- és költségmegtakarítást jelent. Nem látszik meg rajta az ujjlenyomat, a felületkezelés hosszú ideig tartó védelmet biztosít, grafiti-ellenes védelmet nyújt. Teljes mértékben pH-semleges, nem mérgező (élelmiszerrel érintkezhet), antibakteriális és antiallergén hatású.

A műanyag felületeket nem rongálja az időjárás. A bevonat nagy ellenálló képességet biztosít fa és kő felületeken, homlokzati felületeken. Anti-grafiti hatását a termék speciális tapadásgátló védelmének köszönheti. Alkalmazható kerámián és zománcozott felületen (csempék, mosdók, zuhanyozók, fürdőkádak, bidék, vécék stb.). A felületkezelt anyagokon megoldott a hosszantartó fertőtlenítés.

12.9. ábra - Műanyag festés előtt (100x-os nagyítás)

Műanyag festés előtt (100x-os nagyítás)

12.10. ábra - Műanyag festés után (100x-os nagyítás)

Műanyag festés után (100x-os nagyítás)

http://www.medikemia.hu/index.php?mid=20&prod=305

12.11. ábra - Műanyag festett lökhárító

Műanyag festett lökhárító

http://www.medikemia.hu/index.php?mid=20&prod=305

Az építészeti üvegeknél is jelentős a nanoeljárás alkalmazása Tökéletes bevonatot jelent az összes külső és belső üvegfelületen. Különösen nagy jelentőséget kap majd a magas épületeknél, az üveg- és függönyfalaknál. A drága és impozáns középületek homlokzatának takarítása nagy gondot, idő- és költségráfordítást igényel. Állványozás, ipari alpinisták alkalmazása, mind-mind emelik a fenntartási költségeket. Az ismertetett eljárással akár a tetőablakok, az ablakok, a teraszajtók, a télikertek, a kirakatok, a tükrök láthatatlan védelmet kapnak nemcsak a környezeti szennyeződések, hanem a baktériumok, a mohák és az algák ellen is.

12.12. ábra - Többrétegű hőszigetelő bevonatos építészeti üvegek. Cronauer Beratung Planung Munich

Többrétegű hőszigetelő bevonatos építészeti üvegek. Cronauer Beratung Planung Munich

http://www.sunguardglass.hu/SunguardProducts/index.htm

Kutató intézetek oldalai

Egyebek