NANO
2009/1.
BEVEZETŐ Üdvözli minden olvasóját ez a különleges kiadvány, amely középiskolás diákok írásait tartalmazza a nanotechnológiáról, elsősorban középiskolás diákok számára. A tanulóknak, akiktől a bevezetőt követő hasábok származnak, alkalmuk volt bepillantást nyerni a nanotechnológia világába, és most saját tapasztalataikat osztják meg társaikkal. Írásaik remélhetőleg minden érdeklődőnek segítenek egy kicsit tágabb képet alkotni erről a forradalmian új tudományról. A nanotudományok sokoldalúságából adódóan lehetetlen ennyi oldalban összefoglalni a nanotechnológia eddigi eredményeit, a NANO így inkább a cikkírók által érdekesnek ítélt tudományterületeket ragadja ki, és ezekről közöl írásokat. Ha valaki az adott témában mélyrehatóbb ismeretekre vágyik, illetve valamely itt nem tárgyalt nanotudomány iránt érdeklődik, annak e sorok írója egy kis önálló kutatást ajánl az internet segítségével, amely garantáltan meghozza majd gyümölcsét. Manapság a hétköznapi ember is egyre többet találkozhat a nanotechnológia fogalmával. De hogy ez az idegennek tűnő kifejezés valójában mit is rejt magában, az már kevésbé közismert. Általános értelemben a 100 nm alatti mérettartományban működő technológiákat hívjuk nanotechnológiának. A nanométer a méter egymilliárdod része, vagy a hajszál vastagságának százezred része. A mikroelektronika is eljutott már ebbe a mérettartományba, hiszen egy Pentium chip 70-80 nm-es áramköri elemek milliárdjait tartalmazza. De mégsem önmagában a parányi méret a leglényegesebb újdonsága a nanotechnológiának. A nanométeres mérettartomány már az atomok és molekulák birodalma. A nanovilágban lehetővé válik egy újfajta, a korábbiaktól gyökeresen eltérő megközelítés, nevezetesen, hogy alulról építkezve, atomokból és molekulákból kiindulva hozzunk létre működőképes eszközöket, molekuláris gépezeteket. Ez az újfajta megközelítési mód az, ami a nanotechnológia igazi újdonságát adja. Azon A mi építőmunkásaink nem alapvető koncepció, hogy az anyagokat „alulról felfelé”, az atomi egészen így néznek ki szinttől kezdve építjük fel, korlátlan lehetőségeket rejt magában: képesek leszünk anyagot tervezni, teljesen új anyagokat létrehozni. A nanotechnológia egyben magában hordozza a határtudományok ismereteinek bővülését is. Fizika, biológia és kémia még sosem került ennyire közel egymáshoz, határterületeik intenzív kutatása egy új tudományos korszak kezdetét jelenti. HB
A NANOTECHNOLÓGIA RÖVID TÖRTÉNETE 1959: Richard P. Feynman Nobel-díjas fizikus „Enciklopédia egy tű hegyén” című előadásában elsőként vetette fel az atomi szintű építkezést. 1974: Norio Taniguchi a Tokiói Tudományegyetemről bevezette a nanotechnológia kifejezést. 1981: Gerd K. Binning és Heinrich Rohrer feltalálják az alagútmikroszkópot. A mikroszkóp segítségével lehetővé vált a kutatók számára az anyag atomi szintű szerkezetének feltérképezése és manipulációja. A feltalálók 1986-ban fizikai Nobel-díjban részesültek. 1981: Erich Drexler molekuláris nanotechnológiáról szóló cikket publikált a „Proceedings of the National Academy of Sciences” folyóiratban. Út a tudományhoz pályázat
2.oldal
NANO
2009/1.
1985: A kb. 1 nanométer méretű Buckminster-fullerén felfedezése. A felfedezők (Robert F. Curl Jr., Harold W. Kroto és Richard E. Smalley) 1996-ban mindhárman kémiai Nobel-díjban részesültek a felfedezésért) 1989: Először a világon betűket írtak le atomokkal. Az IBM kutatói 35 xenon atommal írják le a cég logóját. 1991: Sumio Iijima Japánban felfedezi a többfalú szénnanocsöveket. 1993: Warren Robinett a North Carolina Egyetemről és R. Stanley A nanovilág focilabdája: a Williams a California Egyetemről pásztázó fullerén alagútmikroszkóphoz csatlakoztatva egy olyan virtuális valóság rendszert hoztak létre, amely a kutatók számára lehetővé teszi az atomok megjelenítését és „megérintését”. 1993: Létrehozták az első nanotechnológiai laboratóriumot az USA-ban, a Rice Egyetemen. 1997: Megalapítják az első nanotechnológiai céget (Zyvex). 1998: A Delft Műszaki Egyetem kutatói előállították az első szénnanocső-tranzisztort. 2000: A 2000. évet az USA-ban a nanotechnológia évének nyilvánítják. 2000: A Lucent és Bell laboratóriumok, az Oxfordi Egyetemmel együttműködve létrehozták az első DNS motort, amely a biotechnológia és a nanotechnológia egymáshoz közelítéséből eredt. 2001: Szénnanocsövekből nanométeres logikai áramköröket fejlesztettek ki számítógépek építéséhez. 2001: Mitsu cég Japánban kidolgozta a szén-nanocsövek tömegtermelésének módszerét. 2002: A nanotechnológusok megoldották az 2 1 trillió bit/hüvelyknégyzet (6,45 cm ) adattárolási Japán apróság sűrűséget, amely 100 gigabájtos meghajtónak felel meg. Ez lehetővé teszi 25 millió nyomtatott könyvlap tárolását egy postai pecsét nagyságú felületen. 2002: Az IBM közzétette egy új elektronmikroszkóp kifejlesztését, amely felbontóképessége kisebb, mint egy hidrogénatom sugara.
Szép, új világ
Út a tudományhoz pályázat
Persze kicsit megtévesztő ez a kronológia, mivel a nanotechnológia valójában egy ősi technológia, amely a gyakorlatban több mint négymilliárd éve működik a Földön. Hogy mit is értek ez alatt? A természetben az elő szervezetek nanotechnológiát alkalmaznak, alulról építkeznek, bennük fehérjékből és nukleinsavakból felépülő molekuláris gépezetek működnek. Ez megkönnyíti a tudósok helyzetét, van honnan ellesni a molekuláris építkezés fortélyait. Ez pedig egy teljesen új világot nyit fel előttük. Most pedig vessünk arra egy pillantást, milyen csodákat is rejt magában ez az új világ. HB
3.oldal
NANO
2009/1.
HOL LEHET HASZNA A NANOTECHNOLÓGIÁNAK? Ha valaki úgy gondolja, hogy a nanotechnológia „apróságai” nem képesek jelentős változásokat hozni életünkbe, akkor az illető bizony csukott szemmel jár a világban. Például az autógumikat a korom nanorészecskék már a XX. század kezdete óta teszik feketévé. Hasonlóan az üveget is már évszázadok óta nanoméretű arany- és ezüstrészecskékkel „szennyezik”, ezáltal létrehozva a kívánt színt (a mellékelt képpáron látható Lycurgus kehely jó példa erre - kívülről megvilágítva zöld, míg belülről megvilágítva piros).
A fény kívülről zöld utat mutat...
...de belülről más a helyzet
A nanotechnológia, azaz az anyag atomi szinten történő manipulálása K. Eric Drexler 1986-ban megjelent könyve óta rohamosan fejlődik. A nanotechnológiai kutatások előrelépéséhez nagyban hozzájárult a fullerének, a szén nanocsövek, a fémoxid alapú kvantumgömbök és az atomerő mikroszkóp (AFM) felfedezése. A tudomány új megközelítése új eszközöket adott a kutatók kezébe. Manapság a japánok mindent miniatürizálnak, bár ők pontosan a nanotechnológia alulról építkező megközelítési módjával ellentétes szemléletmódot használnak. Az egyre intenzívebben fejlődő nanotechnológia a közeljövőben komoly konkurenciát jelenthet a ma még elterjedten használatos, már nanoszinten dolgozó miniatürizált mikrotechnológiáknak. A mikroelektronikában a nanotechnológia olyan új memóriaelemeket ígér, amelyek néhány elektronnal működnek majd, s minden tulajdonságukban felülmúlják a jelenlegieket. De a nanotechnológia nem csak az informatikában jeleskedhet. A szakemberek jóslatai szerint körülbelül öt-tizenöt éven belül nemcsak új memória, hanem új üzemanyagcellák és fejlettebb energiatakarékos fényforrások látnak napvilágot a nanotechnológiának köszönhetően. A környezetvédelemben olyan nanorészecskék alkalmazása várható, amelyek a napenergia felhasználásával képesek ártalmatlanítani a veszélyes anyagokat. A nanotudományok az űrkutatásban, az anyagszállításban, az energetikában és a nemzetbiztonságban is hasznunkra válhatnak. A nanotechnológia az élet szinte minden aspektusára hatással lesz majd, kezdve az új, víz- és koszlepergető tulajdonságú textilektől a hatalmas teherbírású, ugyanakkor könnyű karbon-szálakon át új, a molekulák egyenkénti érzékelésére képes biológiai szenzorokig. De a hétköznapi életünket érintő legnagyobb áttörés az orvostudomány területén várható: a nanotechnológiával létrehozott, célzott hatóanyag-leadású gyógyszerek az egészségügyi ellátás forradalmát jelenthetik. S talán nem is olyan Okos gyógyszer sokára képesek leszünk parányi nanorobotokat előállítani, amelyek Út a tudományhoz pályázat
4.oldal
NANO
2009/1.
a vérbe jutva folyamatosan figyelik testünk állapotát, megtalálják a hibásan működő sejteket és molekuláris szinten javítják ki bennük a hibákat. AG
FŰBEN, FÁBAN, NANORÉSZECSKÉBEN AZ ORVOSSÁG A nanobiológia az életfolyamatok nanoskálán történő vizsgálatával, a sejtekben működő nanogépezetek megismerésével foglalkozik. Története csupán néhány évre tekint vissza, de a tudományág rendkívül gyorsan fejlődik. Minthogy az élő szervezetek nanotechnológiát alkalmaznak, hatékony gyógyításuk csak molekuláris szinten lehetséges. A nanotechnológia alkalmazása az orvoslásban, azaz a „nanomedicina” kutatása világszerte egyre nagyobb jelentőségű. A fő alkalmazási területek a nanogyógyszerek, implantátumok, protézisek készítése, valamint új diagnosztikai technikák kifejlesztése. Az elmúlt évtizedben 38 új, nanotechnológiát alkalmazó gyógyszer került a piacra. A nanorészecskék gyógyászati alkalmazásának többféle célja lehet: a gyógyszer hatásosságának növelése, a hatóanyag-bevitel javítása, bizonyos gátak (sejtfal, vér-agy gát) leküzdése, immunreakciók elkerülése, a leadási sebesség szabályozása, stb. Mindezen célok elérhetők a nanotechnológiával. A gyógyszerhordozó nanorészecskék 10-200 nanométer nagyságúak, vagyis egy A csodálatos liposzóma baktériumnál vagy egy vörösvérsejtnél akár százszor kisebbek. Hasonló méretűek, mint a vírusok. A vírusokhoz hasonlóan könnyen áthatolnak a bőrön, a sejtfalon, így beléphetnek a véráramba, nyirokrendszerbe. A különbség csak annyi, hogy a nanogyógyszerek nem kárt okoznak, hanem óriási nagy hasznot. A nanogyógyszereket többek között a rákterápiában, az idegrendszeri terápiában és a cukorbetegség kezelésében alkalmazzák. A gyógyszerhordozó nanorészecskéket szerteágazóan felhasználhatjuk: Az inzulint szabályozott hatóanyag leadású nanorészecskékbe ágyazva lehetővé válik, hogy a cukorbetegséget injekciózás helyett tablettával kezelhessük. A lipid nanogömbök a gyógyszermolekulák célzott bevitelére alkalmazhatók kis méretük és felületi tulajdonságaik miatt. A „mesterséges vírus” (lipid burkolatú nanogömb) belsejében DNS szállítható a megfelelő helyre. Ez a génterápiában lehet hasznos. Nanorészecskék alkalmazásával különböző gének és enzimek működését is szabályozhatjuk. Dendrimer alapú, még okosabb gyógyszer Magnetitet tartalmazó szilícium-dioxid nanogömbök segítségével megfelelő mágneses tér hatására csak a rákos sejtekbe jut el a hatóanyag. Út a tudományhoz pályázat
5.oldal
NANO
2009/1.
Nanorészecskék segítségével megvalósítható a hatóanyagok irányított célba juttatása. A gyógyszerhordozó nanorészecskét úgy képzelhetjük el, mint egy tapasztalt sofőrt, aki az utasát (jelen esetben a hatóanyagot) a legrövidebb úton a céljához szállítja, és csak ott engedi kiszállni. A felsorolt sokféle felhasználási lehetőség csak bevezető volt a nanotechnológia ezen érdekes területére. És ki tudja, mit hoz a jövő? Ami tegnap fikció volt, mára már valóság, ami ma elképzelés, holnapra már a jelen. PE
NANOROBOTOK A nanotechnológia a gyakorlatban széleskörűen alkalmazható tudományág. Vívmányainak legjelentősebb felhasználási területe az orvostudomány és az érzékeléstechnika, de emellett sok érdekes és gyakran humoros eredmény is születik más tudományterületeken. A nanotechnológiában az atomok és molekulák olyanok, mint a LEGO játék építőelemei. Mit szokott egy kisgyerek építeni LEGO-ból? Kisautókat, robotokat! Valószínűleg ez ihlette a tudósokat, amikor megalkották a nano-autót. Ez az aprócska szerkezet Még nincs rá jogosítvány külsőre valóban egy autóra hasonlít. Hosszanti és keresztirányú tengelyei feltekert grafitrétegekből álló nanocsövek, míg kerekei 60 db szénatomból felépülő, leginkább focilabdára emlékeztető fullerénmolekulák. Adott felületre helyezve képes annak felszínén mozogni. Sebességét és haladási irányát az útfelület melegítésével befolyásolni lehet, hiszen a kocsi az energiát biztosító meleg felé halad. A távlati tervek közt szerepel ennek a szerkezetnek a továbbfejlesztése, hogy a nano-autó képes legyen más molekulák és nanoszerkezetek szállítására. Így végeredményben egy távirányítós molekuláris teherautót építethetünk. Virae Casuale Hasonlóan sokoldalú kis egy közönséges vírus szerkezetek a nanorobotok. Bár a név nagyon fantasztikumnak hat, valójában a természetben előforduló dolgokról van szó. Na persze senki se nanofogaskerekekre, nanokarokra meg nanolábakra számítson. A vírusok, sőt a szervezetünkben megtalálható fehérjék némelyike is robotokra emlékeztető működésre képesek. Az egyik ilyen, a sejtjeinkben is jelenlévő kinezin nevű fehérje. Rendkívül bonyolult szerkezete képessé teszi arra, hogy kis energiabefektetéssel a sejtek belsejét behálózó fehérjeszálakon szó szerint sétálgasson. (Nano)birodalmi lépegető - a kinezin Külalakja leginkább a két lábon járkáló villanykörtére emlékeztet. Ennek két alsó nyúlványa képes felváltva előrelendülni és elfordulni, és ezzel járásra emlékeztető mozgást végezni. Felső része pedig a génsebészet segítségével könnyen átalakítható, ezáltal egy molekuláris szállítóeszközt Út a tudományhoz pályázat
6.oldal
NANO
2009/1.
kaphatunk. A kinezin motorfehérje nagyenergiájú ATP molekulák elbontásával 8 nm-es lépésekkel halad, s másodpercenként akár 160 nm-t is megtehet. Akinek ezek a nanoszerkezetek lassúak, azoknak figyelmébe ajánlom a baktériumok mozgásáért felelős bakteriális flagellumokat. A majdnem kimondhatatlan név egy rendkívüli szerkezetet takar. A baktérium a belsejében termelődő fehérjék a sejtmembránban önmagukat mérnöki pontossággal rendezve egy villanymotorra hasonlító szerkezetet hoznak létre, amelyik egy a sejtből ostorszerűen kinyúló filamentumot propellerként forgatva tolja előre a A világ leggyorsabb motorja baktériumot. Ez az alig 50 nanométeres parányi a bakteriális flagellum szerkezet képes túlszárnyalni korunk legmodernebb Forma I-es versenyautóit a maga 100.000 fordulat/perc sebességével. És ebből persze nem csak egy található egy baktériumban. Gyakorta jó dolog, ha az ember odafigyel a környezetében található érdekességekre, és azokat a nanotechnológia eszközeivel a saját oldalára állítja. Bár ezek a szerkezetek szemmel nem láthatóak, mégis hozzájárulnak ahhoz, hogy a tudósok az atomoktól indulva szinte a semmiből teremtsenek valamit. Valamit azért, hogy a mindennapi életünk könnyebb legyen. KL
NANOTECHNOLÓGIÁVAL A RÁK ELLEN A rák, mint napjaink legalattomosabb betegsége, fokozott figyelmet érdemel minden orvostudománnyal kapcsolatos kutatásban. Bizonyára mindenki képes felfogni ennek a problémának a súlyosságát és jelentőségét. Mint kortárs kérdezem: van-e olyan ember, akiben nem bujkál ott a félelem, hogy vajon ott hordozza-e magában kódoltan a halálos kór sejtjeit, vagy hogy ha igen, vajon mikor jön el az idő, mikor az előtörő kór az illető egész addigi életét felforgatja. Az szinte biztos, hogy ha közvetlenül nem is, közvetve - rokoni vagy ismeretségi köre által - már mindenki találkozott ezzel a kegyelmet nem ismerő szóval. A problémára, úgy tűnik, létezik megoldás: századunk csodatevőjét úgy hívják, hogy nanotechnológia, amelynek a számtalan lehetősége között ott szerepel a rák gyógyítása is. Valójában hogyan tudja mindezt ez a miniatűr, láthatatlan részecsketudomány? kérdezhetitek jogosan. Lássuk hát a választ: A tudósok megtalálták a módját, hogyan akadályozhatják meg a rákos daganatok tápanyaggal való ellátását, illetve továbbterjedését a szervezeten belül. Megfigyelték, hogy a daganatokban speciális fehérjékkel borított hajszálerek képződnek. Lemásolták a vérsejtek, azaz a vérlemezkék működésének elvét, és olyan nanorészecskéket hoztak létre, amelyek képesek ezeket a fehérjéket felismerni és hozzájuk tapadni, s alvadékot képezve meggátolják a vér eljutását a daganatokba. Ezek az apró részecskék arra is alkalmasak, hogy a kemoterápiás gyógyszereket eljuttassák a megfelelő Nanorészecske a javából területekre. A kutatást, amelyet az Amerikai Tudományos Akadémia folyóiratában publikáltak, egereken hajtották végre. A kísérletek során a szakemberek a parányi elemeket arra használták, hogy a tumorokhoz vezető véredények
Út a tudományhoz pályázat
7.oldal
NANO
2009/1.
tápanyaggal és oxigénnel történő ellátását a minimálisra szorítsák vissza. A nanorészecskék potenciális ereje abban rejlik, hogy képesek rendkívüli célpontokra is odatalálni a testen belül. A részecskék tájolási képességének vizsgálatakor a tudósok egerekbe fecskendezték a nanoszemcséket, és azt tapasztalták, hogy azok kizárólag a daganatot ellátó vérhálózatot korlátozták. A rögképződés során a részecskék vérsűrűsödést idéznek elő, amely még több nanorészecskét odavonz, hasonlóan a vérlemezkék alvadást előidéző folyamatához. A teszt azt mutatta, hogy az injekciót követő néhány órán belül a mesterséges vérlemezkék elzárták a tumor ellátását anélkül, hogy az egészséges szövetekben kárt tettek volna. A tudósok bíznak abban, hogy a nanorészecskék arra is használhatók, hogy gyógyszereket szállítsanak a daganatokhoz. „Célul tűztük ki egy gyógyszer-szállító nanorészecske kifejlesztését is, amely a tumorhoz vezető erekben felhalmozódik, és egyszerre zárja el az ereket, valamint szivárogtatja az orvosságot is” - mondta a kutatást vezető Dr. Erkki Ruoslahti. Ezek az álmok valóban valóra válhatnak, már csak a kutatókon múlik, hogy egyszer emberek millió lehessenek hálásak a nanotechnológiának, és azoknak a kitartó kutatóknak, akik megvalósították az ezzel a technológiával gyógyító gyógyszereket. Az emberiség és az orvostudomány már számos betegséggel, kórral és fertőzéssel nézett szembe, majd győzte le őket. A nanotechnológia felhasználásával biztos vagyok benne, hogy a rák elleni harc is hasonló eredménnyel fog zárulni. Remélem sikerült ezzel az írással eléggé felkeltenem az érdeklődést, hogy egy kicsit tovább kutakodjatok, és néhányan akár komolyan is elmélyüljetek a témában. FÁ
A SZÉN-NANOSZERKEZETEK VILÁGA A szenet az emberiség kétféle megjelenési formában évezredek óta ismeri. Az egyik a gyémánt, a másik pedig a grafit. Mindkettő szénatomokból épül fel, csak kicsit másképpen kapcsolódnak össze ugyanazok az Na vajon mi lehet... atomok. Aztán 1985-ben kiderült, hogy a szénből másféle szerkezetek is létrehozhatók. Felfedezték a 60 szénatomból álló fullerént, az 1 nanométer átmérőjű focilabdát. Ennek örömére ne próbáljunk meg belerúgni, úgysem sikerül, elvégre egy hajszál vastagságánál is ötvenezerszer kisebb. Nem sokkal később, 1991-ben fedezte fel egy japán kutató a szén-nanocsöveket. Ezek egyik irányban hosszúra nyúlt fullerénmolekulák, henger alakú, egy atom vastagságú grafitrétegek, amelyek végén egy-egy fullerén félgömb található. Vannak egyszeres és többszörös falúak, fémesvalamint félvezető viselkedésűek. Később Y-szerűen elágazó nanocsöveket is létrehoztak. A szén-nanocsövek kiváló mechanikai és elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. Könnyűek, tökéletesen rugalmasak, de az acélnál mégis ötvenszer erősebbek, s akár ezerszer akkora áramot képesek szállítani, mint egy hasonló átmérőjű rézhuzal. A nanocsövekben szupergyorsan Út a tudományhoz pályázat
Fullerén: másodszorra
Egyfalú szén nanocső
8.oldal
NANO
2009/1.
áramlanak a folyadékok, vagyis a folyadékrészecskék egy Forma I-es versenyautó sebességének sokszorosával korcsolyáznak a nanocsövek belsejében, mivel azoknak a belső felülete szinte súrlódásmentes. Ezen tulajdonságaik miatt a szén-nanocsövek az orvostudománytól elkezdve a vegyiparon keresztül az elektronikáig rendkívül sokféle területen alkalmazhatóak. Az előállítás során keletkezett csövek különböző típusúak lehetnek. Az előállítási technológia tökéletlenségéből származik a nanocsövekhez fűződő remények teljes megvalósulásának egyik legnagyobb akadálya, ugyanis nem sikerült még megoldani a tökéletesen azonos típusú nanocsövek létrehozását. Az egyes típusokat a sokféle keletkező típus közül kell kiválogatni, ami rendkívül költséges eljárás. De nem akarjunk Hamupipőkévé válni, a hosszadalmas válogatást meghagyjuk másnak, és „in medias res” kezdjük el egy még érdekesebb szénTöbbfalú szén nanocső nanoszerkezet vizsgálatát. A nanovilág királya és egyben legerősebb lakosa, amitől még a méhek is ötletet koppintottak, a varázslatos grafén. Ezzel a szén-nanoszerkezettel a tudósok 2003-ban kezdtek foglalkozni. A grafén egyetlen atom vastagságú grafitréteg, olyan, mint egy kitekert nanocső. Ahogy a méhek hatszög alakúra építik a lép sejtjeit, úgy a grafénben is a szénatomok egy hatszöges rács csomópontjain helyezkednek el. Tulajdonságai sok tekintetben hasonlítanak a szénnanocsövekre. A grafén bámulatos anyag, amelynek létezését a ’90-es évekig lehetetlennek gondolták, mert nem hitték, hogy egyetlen atom vastagságú szénréteg stabil formában létezhet. A grafént alkotó grafitrétegek, Az előállításához nem is kevés mágia szükséges. A nagy avagy mit morzsolsz el a ceruzád varázslók egymás mellé kényszerítik a rendetlen atomokat és végén így készül az egyetlen atom vastagságú csodaanyag. Ez szilícium-karbid felmelegítésével, majd kigőzölésével történik. A másik módszernél csupán hagymapucoló tudásunkat kell elővenni és egyesével lehántogatni a grafit „nanozöldségről” az atomnyi rétegeket. Ha van, amire tényleg igaz a mondás: „kicsi a bors, de erős”, akkor az a grafén. A grafén a vizsgált anyagok között az eddigi legerősebb. A vele végzett mechanikai kísérletet leginkább úgy modellezhetjük, hogy egy kávéscsészét lefedünk fóliával és egy ceruzát próbálunk beleszúrni. Ha a fólia helyett egy grafénlemezt alkalmaznánk, akkor a ceruza végére ráállíthatnánk egy autót, azt is elbírná a kis vasgyúró. Szilícium, vigyázz! A te időd lejárt! A grafén-tranzisztor százszor gyorsabb lehet a szilícium-tranzisztornál. A grafént kivételes tulajdonságai a félvezetőiparban is hasznossá teszik. A grafén alapú elektronika egyik ígéretes tulajdonsága, hogy az ilyen számítógépek százszor több információval bombázhatnak bennünket. Kicsiny beszámolónk véget ért. Én is „visszazsugorodom” eredeti méretemre. De végkövetkeztetésképpen levonhatjuk: Rendkívül érdekes dolog ez a nanotechnológia! PE
Út a tudományhoz pályázat
9.oldal
NANO
2009/1.
ZnO NANOSZERKEZETEK A nanotechnológia másik, a nanogyógyszerekhez hasonlóan rendkívüli intenzitással kutatott területe a ZnO nanoszerkezetek (ZnO nanorudak) világa. A ZnO nanorudak kiemelt helyzete a nanotechnológiai kutatások korában egyedi fizikai tulajdonságainak köszönhető. A ZnO nanorudak egyszerre mutatnak félvezető és piezoelektromos tulajdonságokat (azaz mechanikai hatásra elektromos feszültség keletkezik bennük), ezáltal a nanotechnológián belül alkalmazott elektronika (nanoelektromechanikai rendszerek és nanopiezoelektromosság) fő résztvevői lehetnek. Maguk a ZnO nanorudak a ZnO egykristály atomi kristályszerkezetének köszönhetően hatszög alapú hasábok, átmerőjük 500 nm körüli, magasságuk megközelítőleg 1500 nm. A nanorudak növesztésére többféle eljárás is létezik, ez az írás az úgynevezett elektronsugaras litográfiát tárgyalja részletesebben. A növesztés első része egy ún. rezisztréteg felvitele a ZnO egykristályra. Jelen esetben folyékony plexiüveggel, polimetil-metakriláttal (PMMA) dolgozunk. Az egyenletes elterülés érdekében négyezres fordulatszámon forgatjuk a PMMA-val borított ZnO hordozót, majd 170 Celsius fokon tíz percig hevítjük. A hevítés után következik maga az elektronsugaras litográfia, melynek során egy elektronmikroszkópban elektronokkal pásztázzuk a mintát (ez a folyamat olyan szinten irányítható, hogy pontosan előre megtervezett helyeken pásztázhatunk). Ott, ahol a PMMA-t elektronok érik, megbomlik az anyagszerkezete, így ha ezután a minta egy előhívóoldatba kerül, az a fent említett helyeken gyorsabban leoldja a megváltozott anyagszerkezetű PMMA-t (az előhívó oldat után szükséges egy semlegesítő oldatba is tenni mintát, nehogy a teljes PMMA réteg lebomoljon). A végeredmény egy olyan kétrétegű minta, amelynek a felső rezisztrétegén „lyukak” találhatóak. Ezeken a „lyukakon” keresztül tudnak egymásra rakódni a ZnO ZnO nanorudak egykristályok egy megfelelő növesztő oldatban, létrehozva a növesztése... ZnO nanorudakat. A folyamat lényege tehát az, hogy egy mintára helyezett réteggel kontrolláljuk a ZnO nanorudak elrendeződését, ezáltal tetszőleges, szabályos mintázat hozható létre. A ZnO nanorudak elsődleges felhasználása a nanogenerátorokban lehetséges. A nanogenerátorok olyan eszközök, amely nanoméretű szerkezeteket látnak el tartósan elektromos árammal. Példa lehet egy ilyen szerkezetre egy ember ereiben keringő szenzor, amely folyamatosan méri a beteg vércukorszintjét. De ezen felül a ZnO nanorudak felhasználhatóak biológiai gázérzékelőként is, illetve képesek fénykibocsátásra, így nanolézerként is működhetnek. HB Iskolánk legkisebb címere, avagy mivel szórakozik az unatkozó fizikus
Út a tudományhoz pályázat
10.oldal
NANO
2009/1.
LINKEK További információk: http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/magyarul.html http://nano.lap.hu http://www.nano-ev.de Források: Országos Nanotechnológia Konferencia (Veszprém - 2008. november 20.) Képek forrásai: (a) http://www.ndhs-sites.org.uk/communicty/photo/462px-Bob_the_builder.jpg (b, p) http://www.geographic.hu/images/napihirek/9228.jpg (g) http://origo.hu/tudomany/elet/20050623rakos.html (h) http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/lipos.gif (j) http://www.kariahintikka.fi/matrixx/blogs/img/nanoauto-NanoCartriangle.jpg (l) http://beszelo.c3.hu/files/images/2.bmp (m) http://www.arn.org/docs/mm/flag_labels.jpg (o) http://www.seilnacht.com/Lexikon/ElSi2.JPG ( r) http://www2.cnrs.fr/sites/en/image/nanotube_hd.jpg (s) http://almos.vein.hu/~posfaim/tanitas/szerkezetek/grafit.jpg (c, d, e, f, i, k, n, p, q, t, u) Saját készítésű és a Vonderviszt Professzor Úrtól kapott képek.
IMPRESSZUM NANO - Nem Annyira Nehéz Olvasmány Készítették a nagykanizsai Batthyány Lajos Gimnázium tanulói Erdősné Németh Ágnes és Horváth Balázs vezetésével: Abonyi Gergő (AG -
[email protected]) Ferenczy Ágota (FÁ -
[email protected]) Horváth Balázs (HB -
[email protected]) ifj. Konecz László (KL -
[email protected]) Kovács István Nándor (grafika és design) Patus Eszter (PE -
[email protected])
Szerkesztőség:KIN,HB,KL,ENÁ,NG,FÁ,AG,PE
Köszönet a segítségért: dr. Deák Andrásnak, PhD és dr. Volk Jánosnak, PhD (Magyar Tudományos Akadémia Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet Kerámia és Nanokompozitok Osztály) Lektorálta: Dr. Vonderviszt Ferenc, DSc (Pannon Egyetem Műszaki Informatika Kar Nanotechnológia Tanszék)
Út a tudományhoz pályázat
11.oldal
