EURÓPAI BIZOTTSÁG. Nanotechnológia. Innováció a holnap világa számára

Nanotechnológia Innováció a holnap világa számára Érdekli az európai kutatás? Az RTD info egy negyedévente megjelenı magazin, amely segít önnek tájékozódni a fıbb fejlesztésekrıl (eredmények, programok, események, stb.). Angol, francia és német nyelven jelenik meg. Az ingyenes mintapéldányt vagy elıfizetést a következı címen szerezheti be: Európai Bizottság Kutatási Fıigaztgatóság Információs és kommunikációs egység B-1049 Brüsszel Fax (32-2) 29-58220 E-mail: [email protected] Internet: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_en.html

Szerkesztı: EURÓPAI BIZOTTSÁG Kutatási Fıigaztgatóság G. igazgatóság — Ipari technológiák G.4. egység — Nanotudományok és nanotechnológiák Kapcsolattartók: Dr. Renzo Tomellini, Dr. Angela Hullmann E-mail címek: [email protected], [email protected] Url: www.cordis.lu/nanotechnology EURÓPAI BIZOTTSÁG

Nanotechnológia Innováció a holnap világa számára Ennek a füzetnek az alapjául a Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) által finanszírozott projekt szolgál, amelyet a Német Mérnökök Egyesülete - Technológiai Központ (VDI-TZ) hajtott végre. Az Európai Bizottság hálás a BMBF-nek, hogy hozzájárult e kiadvány lefordításához és így hozzáférhetıvé tette az európai nyilvánosság számára. Külön köszönet illeti Dr. Rosita Cottone-t (BMBF) és Dr. Wolfgang Luther-t (VDI-TZ) a koodinációban nyújtott segítségükért. Az Európai Bizottság tervei szerint a füzetet minden európai nyelven kiadja, sıt néhány nem európai nyelven is, mint az arab, orosz és kínai. Az összes változatot pdf-formátumban teszik közé és a http://cordis.europa.eu/nanotechnology weboldalról lehet letölteni. Kiadó: az Európai Bizottság, Kutatási Fıigazgatóság

Készítette: Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, Berlin Koordináció: Jövı technológiái részleg, VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf Szerzı: Dr. Mathias Schulenburg, Köln Szedés: Suzy Coppens, BergerhofStudios, Köln Kutatási Fıigaztgatóság « Nanotudományok és nanotechnológiák »

2004

EUR 21151EN

Az Europe Direct egy szolgáltatás, amely segít az Európai Unióval kapcsolatos kérdéseinek megválaszolásában Díjmentesen hívható telefonszám:

00 800 6 7 8 9 10 11

JOGI NYILATKOZAT Sem az Európai Bizottság, sem pedig a Bizottság nevében eljáró más személy nem vállal felelısséget az itt szereplı információk további felhasználásáért. Az ebben a kiadványban ismeretett nézetekért kizárólag a szerzı vállal felelısséget és azok nem feltétlen tükrözik az Európai Bizottság véleményét. Az Európai Unióról további nagy mennyiségő információ található az interneten. Elérhetı az Europa szerveren keresztül (http://europa.eu.int). Katalógusinformáció a kiadvány végén. Luxembourg: Az Európai Közösségek Hivatalos Kiadványainak Hivatala, 2004 ISBN 92-894-7498-X © Európai Közösségek, 2004 Sokszorosítás a forrás megjelölésével megengedett A magyar fordítás nem lektorált változata!

Elıszó A nanotechnológia egy olyan újfajta megközelítés, amely az anyag nanoszinten mutatott tulajdonságainak megértésére és irányítására utal: egy nanométer (a méter egymilliárdod része) egy kis molekula hossza. Ezen a szinten az anyag eltérı és gyakran elképesztı tulajdonságokkal rendelkezik, illetve az elfogadott tudományos és mőszaki tudományágak közötti határok elmosódnak. Innen ered a nanotechnológiával kapcsolatba hozott erıs interdiszciplináris jelleg. A nanotechnológiát gyakran jellemezik úgy, mint ami az ipari termelési útvonalakra lehetségesen kifejtett hatása vonakozásában „bomlasztó” vagy „forradalmi” potenciállal

rendelkezik. A nanotechnológia számos meglévı problémára ajánl megoldási lehetıséget a kisebb, könnyebb, gyorsabb és jobb teljesítményő anyagok, összetevık és rendszerek révén. Mindez új jólét-teremtési és foglalkoztatási lehetıségeket nyújt. A nanotechnológiától ugyanakkor azt is várják, hogy alapvetıen hozzájárul a globális és környezetvédelmi kihívások megoldásához azáltal, hogy felhasználás-specifikus termékeket és folyamatokat valósít meg, erıforrásokat takarít meg, valamint csökkenti a hulladéktermelést és a szennyezıanyag-kibocsátást. Jelenleg hatalmas haladást érnek el az egész világra kiterjedı nanotechnológiai versenyben. Európa számos programja révén már korán – a 90-es évek közepétıl és végétıl kezdıdıen – befektetett a nanotudományokba. Majd ezt követıen erıs tudásalapot dolgozott ki, és most új termékek és folyamatok révén azt kell biztosítania, hogy az európai ipar és a társadalom kihasználhassa e tudás elınyeit. A nanotechnológia a témája egy, az utóbbi idıben közzétett bizottsági közleménynek (Egy európai nanotechnológiai stratégia felé). Ebben a közleményben nem csak azt javasolják, hogy fokozni kell a nanotudományokra és nanotechnológiákra irányuló kutatást, hanem azt is, hogy számos egyéb, kölcsönösen összefüggı dinamikát is figyelembe kell venni:

•

•

•

•

A nemzeti kutatási programok és beruházások jobb összehangolása annak érdekében is, hogy Európa olyan szakértıi csoportokkal és infrastruktúrával („kiválósági központok”) rendelkezzen, amelyek nemzetközi viszonylatban is versenyképesek. Ezzel párhuzamosan a köz- és a magánszféra kutatószervezetei közötti, Európa szerte megvalósuló együttmőködés alapvetı fontosságú a megfelelı szakértıi kritikus tömeg eléréséhez. Egyéb olyan versenyképességi tényezırıl sem szabad megfeledkezni, mint a megfelelı metrológia, a szabályozás és a szellemi tulajdonjogok, amelyek kitapossák a végrehajtandó ipari innovációhoz vezetı ösvényt, és versenyelınyt teremtenek a nagy-, valamint a kis- és középvállalkozások számára egyaránt. Az oktatással és szakképzéssel kapcsolatos tevékenységek nagy jelentıséggel bírnak; különösen abban a tekintetben, hogy ezek Európában lehetıséget biztosítanak a kutatók vállalkozói jellemzıinek, valamint a üzemmérnökök változással kapcsolatos pozitív hozzáállásának javítására. A nanotechnológia területén ténylegesen megvalósított interdiszciplináris kutatás szükségessé teheti a kutatási és ipari oktatás és szakképzés újfajta megközelítését. A szociális szempontok (közönségtájékoztatás és információ, egészségügyi és környezeti kérdések és kockázatértékelés) a nanotechnológia felelısségteljes fejlıdése, valamint az emberek elvárásainak való megfelelése biztosításának további kulcsfontosságú tényezıi. A nanotechnológia iránti lakossági és befektetı bizalom alapvetı fontosságú annak hosszú távú fejlıdéséhez és eredményes alkalmazásához.

E kiadvány célja az, hogy betekintést nyújtson a nanotechnológiába és bemutassa, hogy az mit nyújthat az európai polgárok számára. Ezio Andreta Ipari technológiákért felelıs igazgató Kutatási Fıigazgatóság Európai Bizottság

4

3 Elıszó 4-5 Tartalom 6-7 Az atom: a régi elképzelések és az új valóság 8-13 Nanotechnológia a természetben 14-15 Betekintés a nanovilágba 16-17 Íróeszközök 18-19 Új impulzusok a tudomány számára 20-21 Anyagtervezés nanoméretben

Tartalom

Utazás a nanovilágba

Eszközök és eljárások 5

Nanotechnológia a társadalomban 22-27 Behálózott világ: a nanoelektronika 28-29 Nanotechnológia a jövı hétköznapjaiban 30-33 Mobilitás 34-37 Egészség 38-41 Energia és környezet 42-43 Nanotechnológia a sportban és a szabadidıs tevékenységek során 44-45

Jövıképek

Lehetıségek és kockázatok További információk 46-47

48 Hogyan lehetek nanomérnök? 49 Kapcsolattartók, linkek, ajánlott irodalom 50-51 Szószedet 52 Képjegyzék 6

Utazás a

nanovilágba

Az atom: a régi elképzelések és az új valóság Anyagi világunk atomokból épül fel. Ezt a görög gondolkodó, Demokritosz, már kereken 2400 évvel ezelıtt felfedezte. A modern görögök köszönetképp a tízdrachmás érmét az ı arcképével díszítették. Ez az érme ugyanolyan nagy számban fordult elı, mint az atomok. Egy esıcsepp 1.000.000.000.000.000.000.000 atomból áll, hiszen az atomok aprók, méretük egytized nanométer. Egy nanométer a milliméter egy milliomodrésze.

L

ucretius, a római költı néhány évszázaddal késıbb egy versében így írt az

atomokról: A világegyetem a végtelen világőrbıl és végtelen számú, nem felosztható részecskébıl, atomokból áll, melyeknek szintén végtelen számú fajtája létezik. ... Az atomok csak formájukban, méretükben és súlyukban különböznek, áthatolhatatlanok, kemények, állandóak, a fizikai oszthatóság határán … Ez már közel járt a valósághoz, bár valójában csak elméleti föltevés volt. Azután hosszú idın keresztül nem gondolkodtak ezekrıl a dolgokról. A XVII. században a híres csillagász, Johannes Kepler volt az, aki 1611-ben kiadta a hópelyhekrıl szóló elmélkedését. Szerinte a hópelyhek szabályos formája mindenképpen egyszerő, azonos alakú alkotóelemekbıl épül fel. Az atomról szóló elképzelések ismét a figyelem középpontjába kerültek. Amedeo Avogadro (1776-1856) torinói fizikaprofesszor, aki kiszámíthatóvá tette az esıcseppeket. A magnéziumatom és a teniszlabda átmérıje ugyanúgy aránylik egymáshoz, mint a teniszlabda és a föld átmérıje. Gondoljon erre, mikor legközelebb magnéziumtablettát vesz be! Demokritosz szelleme ott lebeg a nanovilág felett, amely végtelen lehetıségek tárháza.

7

Az ásványokkal és kristályokkal foglalkozó tudósok egyre inkább készpénznek vették az atomok létezését. Viszont elıször csak 1912-ben, a Müncheni Egyetemen sikerült ezt közvetlenül bebizonyítani. A rézgálic kristály ugyanúgy szétszórta a röntgenfényt, mint az esernyı anyaga a lámpás fényét - ezért feltételezték, hogy a kristály ugyanolyan sorokban rendezett atomokból áll, mint a vízlepergetı anyag fonala. Vagy mint egy halom narancs a bazárban. Meglehetısen egyszerő oka van annak, hogy az atomok ilyen rendezett sort alkotnak a kristályban: Az anyag a lehetı legkellemesebb megoldásra törekszik, és a sorba rendezés a legkényelmesebb. Még a tálban összerázott dió is szabályos mintákat képez, az atomok esetében pedig ez még egyszerőbb. Az egyszerő mintákat azonban nem mindig könnyő sokszorosítani. Az önrendezı elvektıl vezérelt anyag a Földön évmilliárdok alatt káprázatosan összetett, élı formákat vett fel. A modern elemzıkészülékekkel az élı anyagok rendkívül összetett alkotórészei egészen nanoléptékig kimutathatók. Végül a 80-as években a pásztázó alagútmikroszkóp segítségével nemcsak a kristályok egyes atomjainak leképzése - sokan csalásnak tartották az elsı képeket -, hanem az atomok mozgatása is lehetıvé vált. A színpad tehát készen állt egy létfontosságú kutatási irányzat, a nanotechnológia számára. Ada Yonath (DESY) képes a nanogépeket – pl. a riboszómát – kristálytani szempontból megfejteni. Berndt professzornál Kielben mangánatomok alkotják a Christian-Albrechts Universität logóját.

8

Nanotechnológia a természetben A nanotechnológusok számára nagyon fontos az élı természet. A természet ugyanis fennállásának négymilliárd éve alatt olykor meglepı megoldásokat talált problémáira. Ezen megoldások egyik jellemzıje: az élet az ıt alkotó anyagot a legapróbb részletekig, egészen az atomok szintjéig strukturálja. A nanotechnológusok ugyanerre törekszenek.

A

z atomok nem örvendenek nagy népszerőségnek. Az atom szó hallatán

gyakran erıs robbanásokra vagy veszélyes sugárzásra gondolunk. Ez azonban csak azokra a technikákra igaz, melyek az atommaggal foglalkoznak. A nanotechnológia az atomburokkal foglalkozik, ez az szint, ahol szerephez jut a nanotechnológia.

Hogy minden kétséget eloszlassunk afelıl, hogy az atomok teljesen hétköznapi képzıdmények, melyek összekapcsolódva még akár jóízőek is lehetnek, válasszunk a nanovilágba való alámerülésünk helyszínéül egy sajtot. A Mimolette sajtot Flandriában találták fel. Az apró lyukakkal tarkított felület láttán az a sejtésünk támadhat, hogy a sajtban laknak. Méghozzá a tulajdonos beleegyezésével, ugyanis az atkák tevékenysége jót tesz a sajt aromájának. Az atkák egytized milliméter nagyságúak. Az ESEM, egy speciális letapogató elektronmikroszkóp segítségével még az élı atkák is megfigyelhetık. Ahogy más élılények, úgy az atkák is sejtekbıl épülnek fel. A sejtek mikrométerben mérhetık. A sejtek rendkívül összetett gépezettel rendelkeznek. A gépezet fontos részét alkotják a riboszómák, melyek a DNS örökítıanyag utasításai szerint minden lehetséges proteinmolekulát elıállítanak. A riboszómák mérete: 20 nanométer. A riboszómák szerkezetét ma már az atomok szintjéig sikerült meghatározni. Az ezzel foglalkozó nanobiotechnológia elsı eredményei azok az új gyógyszerek, melyek blokkolják a bakteriális riboszómákat.

Utazás a

nanovilágba

1 m 10 cm 1 mm 0,1 mm 10 m m 10 nm

9

A lótuszhatás és társai Vízcseppek a sarkantyúkavirág levelén - a Baseli Egyetem speciális elektronmikroszkópja (ESEM) által leképzett kép.

A

sarkantyúkavirág levelei a lótuszhatásnak köszönhetıen maradnak

tiszták. Az ESEM pásztázó elektronmikroszkóp megmutatja, hogyan válnak el a vízcseppek a levél felületétıl. Ennek oka a levél csomós szerkezetében keresendı. A levél nagy sebességgel lepergeti a vizet, miáltal a szennyezıdés is lepereg. A Bonni Egyetemen Barthlott professzor és kollégái által különösen behatóan tanulmányozott lótuszhatást ma már számos terméknél alkalmazzák, például olyan homlokzatfestékeknél, melyeknél a szennyezıdés a vízzel együtt lepereg. A lótuszszerkezető szaniterkerámiákat könnyő tisztítani. Ám a növények levelei még fejlettebb nanotechnológiát alkalmaznak. Vízháztartásukat gyakran növényi proteinek (forizómák) szabályozzák. Ezek apró, mikroszkopikus mérető izmok, amelyek a növény kapilláris rendszerében bizonyos járatokat megnyitnak, vagy ha a növény megsérül, bezárnak. Jelenleg három Frauenhofer Institut és a Gießeni Egyetem kutatja a növényi izom mőszaki alkalmazását, például mikroszkopikus mérető lineáris motorok, esetlegesen az úgynevezett „chiplaboratóriumok” (Lab-on-a-Chip) fejlesztése során.

Atomi méretekben a legkifinomultabb technológia: A fotoszintézis folyamata, amely elıállítja a földi élethez szükséges energiát. Ennek során minden egyes atomnak jelentısége van. Aki ezt le tudja másolni a nanotechnológia segítségével, kifogyhatatlan energiaforráshoz jut. 1 m 1 cm 50 m m 10 m m 1m m 10 nm A lótuszvirág leveleit a róla elnevezett lótuszhatás segítségével tisztítja meg.

10

Utazás a

nanovilágba

Nanotechnológia a természetben

Nanotechnológiával a plafonon: a gekkó

A

gekkók bármilyen falra felszaladnak, fejjel lefelé rohangálnak a plafonon,

és csupán egyetlen lábbal képes lefelé lógni. Ez - természetesen - a nanotechnológia segítségével történik. A gekkó lábán rendkívül finom szırszálak találhatók, amelyek olyan simulékonyak, hogy néhány nanométernyi közelségbe tudnak kerülni a felülethez. Ezután hatni kezd az ún. van der Waals kötés, amely bár nagyon gyenge, a milliónyi tapadási pontnak köszönhetıen mégis stabil. A kötéseket könnyen „leválaszthatjuk”, ahhoz hasonlóan, mint amikor egy ragasztószalagot húzunk le. Így tud a gekkó szaladni a mennyezeten. Az anyagkutatók már elıre örülnek a szintetikus „Geckolin” ragasztónak.

Ragasztó az élethez

A

zért létezik élet, mert alkotórészeit egy kifinomult nanotechnológiai

ragasztóanyag köti össze. Sérüléseknél, például a szúnyogcsípésnél is igaz: A csípés helye azért pirosodik be, mert a finom véredények kitágulnak, és azokból a leukociták (fehérvérsejtek) egész hada távozik. A csípés helyén a sejtek egyfajta csalogatóanyagot választanak ki. Ennek koncentrációjától függıen a véredények sejtburkai és a fehérvérsejtek összehangolt ragasztómolekulákat bocsátanak ki, melyek enyhe ragasztó hatásukkal késleltetik a fehérvérsejtek útját a véredények falán. Ha magas a csalogatóanyag koncentrációja, a fehérvérsejtek fennragadnak, más

ragasztómolekulák pedig áthúzzák a vörös vérsejteket az érfalon a csípés helyéhez, ahol aztán megtámadják az esetleges betolakodókat - a tökéletes nanotechnológiai utánzáson alapuló ragasztóanyag kutatásának mottója: „bonding on command“ - ragasztás vezényszóra.

A kagylók, mint tapadómővészek

A

közönséges fekete kagyló - amelyet az étteremben megfızve,

zöldségekkel együtt fogyasztunk - nanotechnológiai tapadómővész. Ha valahova oda akar tapadni, kinyitja héját, a lábát kinyújtja a szikláig, majd szívóharanggá görbíti lábát, és kis csöveken keresztül ragasztógömböcskéket, micellákat lövell ki a vákuumba. Ezek ott szétpukkadnak, és erıs víz alatti ragasztóanyagot bocsátanak ki, amely pezsgése során egy kis párnát képez. Ehhez a lengéscsillapítóhoz a kagyló elasztikus byssus-fonalakkal kapcsolódik, amelyeket a hullámverés rázóhatása sem tud elszakítani. A bogarak, legyek, pókok, gekkók a stuttgarti Fémkutató Max Planck Intézet elıtt fedték fel tapadóerejük titkát. Apró szırök segítségével tapadnak, amelyek van der Waals kötést létesítenek a talajjal. Minél nehezebb az állat, annál finomabb és annál több a szırszál. Légy lábai egészen közelrıl

11

Feketekagyló lába és byssus-fonalak

A brémai IFAM Fraunhofer Institut módosított kagylóragasztót próbál kifejleszteni, amely még a törékeny porcelánt is képes olyan erısen megragasztani, hogy az mosogatógépben is tisztítható legyen. A Rostockban és Greifswaldban „Új nyersanyagok és bioanyagok” néven mőködı szakértıi hálózat is különös figyelmet szentel a kagylóknak.

Biomineralizáció

A

kagylók azonban ennél is többet tudnak: Gyöngyházuk számtalan apró

aragonit formájú mészkristályból áll, melyek önmagukban túl merevek lennének. Azonban a kagylóban csavarszerő, rendkívül rugalmas proteinek ragasztják össze ıket. Három súlyszázalék protein elegendı ahhoz, hogy a tengeri fülcsiga

páncélja háromezerszer törésállóbb legyen, mint egy egyszerő kalcitkristály. A tengeri sünök így erısítik meg olykor harminc centiméter hosszú tüskéiket, melyek azután ellenállnak a hullámverésnek. A biomineralizáció is nagyon apró, törékeny képzıdményeket hoz létre. A Fülöpszigetek közelében egy kis területen, a tenger mélyén él egy szivacsfajta, melyet „vénuszkosárkának” is neveznek. Teste enyhén görbült, mint egy török szablya hüvelye, hosszanti tengelye mentén henger alakú. A szivacs nevét burka belsı vázának köszönheti. A szivacs belsı fala finom kovatőkbıl álló szövet, mely ugyanolyan lyukacsos, mint a székek háttámláján a fonott berakás. Ez a szövet derékszögő és átlós irányban is tartalmaz spirális vonulatokat. Mőszaki biomineralizáció: A nanorészecskékkel helyreállíthatók a fogak. Ha a fogak nagyon érzékenyek a hidegre vagy a savanyú ízekre, akkor ezért rendszerint fogzománcban található apró csatornák, a nyitott dentintubulusok, a felelısek. Ezeket a csatornákat a SusTech cég kalciumfoszfát (apatit) és protein nanorészecskéivel tízszer gyorsabban be lehet zárni, mint a hagyományos apatitkészítményekkel. Az új, fémsókkal telített anyagréteg ugyanúgy viselkedik a szájban, mint a saját fogak anyaga. A vízipocok zápfogának felületén található háromdimenziós bioásvány réteg óvja a rágófelszínt a törésektıl.

A vénuszkosárka a biomineralizáció remekmőve. A három nanométer átmérıjő apró kovaföld (szilícium-dioxid) építıelemek leheletvékony rétegekké kapcsolják össze a szivacs sejtjeit. Ezek aztán feltekerednek, és létrejönnek a kovatüskék. Alapvetı fontosságú, hogy a kosárka fonata kibírja a nagyfokú nyomásváltozást. Vénuszkosárka - a mélytengeri szivacs jelenleg biológiai példaként szolgál a fényhullámvezetık kifejlesztéséhez.

12 Az ophiocoma wendtii nevő tengeri csillag tökéletes mikrolencse-rendszere alkalmas az optikai látásra. Fent: A látvány nappal, lent: a látvány éjjel.

Utazás a

nanovilágba

Nanotechnológia a természetben

A biomineralizáció (korábban) szinte stratégiai jelentıségő volt a kovamoszatok (diatomák) esetében. A mikroszkopikus mérető kis élıkények kovasav páncéllal védik magukat, melynek fı alkotóeleme a szilícium-dioxid (SiO2). A szintén szilícium-dioxidból álló kvarcüveghez hasonlóan a kovasav páncélok is meglehetısen ellenállóak számos maró hatású savval és lúggal szemben, ezért a nanotechnológusok gyakran reakcióedényként használják ıket a nanomérető kristályok számára. Az egyik trükk, amellyel nanomérető részecskéket állíthatunk elı kémiai reakciók révén, ha korlátozzuk a reakciótérfogatot. Ha a reakciós anyagot ebben alkalmazzuk, a reakció által növekvı kristályok kicsik maradnak. És a kovamoszatok páncéljában rengeteg nanomérető pórus, nanoreaktor található. Hogyan jön tehát létre a kovamoszatok részben erıs mővészi benyomást keltı páncélja? Az elsı válaszok már ismertek. A Regensburgi Egyetem kutatói felfedezték, hogy egy ismert proteincsoport variánsai, a "poliaminok” megfelelıen

adagolt kovasavoldatban nanomérető golyócskákat képesek termelni, melyek átmérıje 50 és 900 nanométer között tetszılegesen megadható. És mindez önrendezési elvektıl vezérelve, teljesen spontán megy végbe. Az egyszerő növekedési modellek szerint hasonlóan spontán módon jönnek létre a kovasav páncélok is. Nanotechnológia a természetben: a tenyérnyi nagyságú kígyókarú csillag (ophiocoma wendtii) sokáig rejtély volt. A korong alakú, páncélos testő állaton ugyan nem lehet látni szemeket, de öt karjával mégis azonnal rejtekhelyére siet, ha esetleges ellenség bukkan fel. Végül a kutatók felfedezték, hogy a csillag szeme mészpáncéljában bújik meg. Páncélját ugyanis tökéletes mikrolencsemezık borítják, ezért a kígyókarú csillag egész teste egyetlen összetett szem. És a nanotechnológia? Az egyes lencsék olyannyira kristályosak, hogy a kalcit kettıs képalkotásra való képessége nem érvényesül - ez a kristályosodás ellenırzése nanotechnológiai szinten. Ezután finom magnéziumadalék segítségével megtörténik a lencsék korrekciója, így elkerülhetı a szférikus torzulás és a nem kívánt színelmosódások. Az ophiocoma tehát olyan nanotechnológiai finomságokkal rendelkezik, melyek egykor Carl Zeisst naggyá tették. Kovamoszat páncélja - fent egy Menger-szivacs modellje (ld. még 21. o.) - optimális formájával a legnagyobb stabilitást nyújtja, ugyanakkor könnyő, és valószínőleg fénygyőjtı rendszerként is szolgál a fotoszintézishez szükséges kloroplasztok számára. Páncélpikkely és mikrolencsemezı egyszerre

Miért volt a kovamoszatok páncéljának „stratégiai jelentısége“? 1867-ben a svéd Alfred Nobel felfedezte, hogy a kovamoszat páncéljának fosszilis maradványaiból álló kovaföld felszívta a nitroglicerint, mely révén csökkent a nitroglicerin spontán felrobbanásának esélye. A keveréket Nobel „dinamitnak” nevezte el. A dinamit eladásából származó jelentıs bevételek teremtették meg alapítványának anyagi forrását, melybıl ma a Nobel-díjakat finanszírozzák. 13

A természet korlátai, a mesterséges alkotások elınyei

A

nanotechnológia tehát tiszta természet, ugyanakkor az élı természet

lehetıségei korlátozottak, hiszen ott nem fordulnak elı a keramikusok által használt magas hımérsékletek, sem pedig fémes vezetık. A modern technikának ezzel szemben nagyon mesterséges - szélsıségesen tiszta, hideg vagy légüres - körülmények is rendelkezésére állnak, amelyekben az anyagok meglepı tulajdonságokat mutatnak. Fıként a kvantumhatások sorolandók ide, amelyek gyakran látszólag éles ellentétben állnak a mindennapi világ törvényeivel. A nanovilág részecskéi ilyenkor hullámtulajdonságokat vesznek fel. Így egy atom, amely önmagában egy egészet alkot, a hullámokhoz hasonlóan egyszer csak két részre hasad, majd utána ismét egy egésszé válik.

A részecskék egészen új tulajdonságokat kapnak, hogyha méretük a nanométerhez közelít: a fémek félvezetıkké vagy szigetelıkké válnak. Teljesen fénytelen anyagok, mint a kadmium-tellurid (CdTe) a nanovilágban a szivárvány minden színében játszanak, mások a fényt árammá alakítják. Ha a részecskék nanoszkopikus méretővé zsugorodnak, felületi atomjaik száma erısen megnövekszik. A felületi atomok tulajdonságai gyakran eltérnek a részecske belsejében lévı atomokétól, rendszerint könnyebben lépnek reakcióba. A saarbrückeni Új Anyagokat Kutató Intézet (INM) fejlesztette ki a nanorészecske-eljárást, mellyel a fémrészeket nem hamisítható, kopásálló hologrammal lehet bevonni. A természetben ez sem lehetséges: Nanokorommal bevont korrózióálló kerámia izzógyújtó, pl. gáz-főtıkészülékhez. A kerámia állítható vezetıképessége miatt nincs szükség transzformátorra.

Az arany nanoméretben jó katalizátor az üzemanyagcellákhoz (ld. még: Mobilitás). A nanorészecskéket más anyagokkal is be lehet vonni, az így létrejött többrétegő részecskékbıl álló anyagokban több tulajdonság kombinálódik. Például: Az organikus burkolatú nano kerámiarészecskék, amelyek csökkentik a víz felületi feszültségét, alkalmasak párásodásmentes fürdıszobai tükrök felületének bevonására. A speciálisan bevont nanomérető magnetit (vasoxid) részecskék olajjal keverve mágnesesen alakítható folyadékot, egyfajta ferrofluidot képeznek. A ferrofluidoknak egyre több alkalmazása létezik, pl. tömítıanyagként használják vákuumtartályok és merevlemez-házak csavarvezetıinél, valamint gépek és autók vezérelhetı lengéscsillapítóinál. A nanotechnológia bonyolultsága senkit se riasszon el, hiszen még egy alma is bonyolult - sejtek, riboszómák, DNS -, ám ez nem csökkenti népszerőségét. Hiszen az almát igen egyszerő kezelni - akárcsak a jó nanotechnológiát. Magnetit nanorészecske olajban. A folyadék mágnesesen alakítható. A kadmium-tellurid részecskék fluoreszkálnak, a színők csupán a részecske nagyságától függ. „Magnetotacticum bavaricum.“ A mágneses baktériumok szintetizálják a nanomagnetitek láncait, és iránytőként használják azokat.

14

Eszközök és eljárások Betekintés a nanovilágba

M

i köze van a "Newton" nevét viselı európai röntgentávcsınek a

nanovilághoz?

A távcsı 58 papírkosár nagyságú, hagymahéjszerően egymásra rétegzett, arannyal bevont tükreivel összegyőjti a távoli tárgyak röntgensugárzását. A tükrök átlagos felületi érdessége csupán 0,4 nanométer - ez rekordteljesítmény, amelyben a Carl Zeiss AG-nak is jelentıs szerepe van. A röntgenspektroszkópiához és -mikroszkópiához használt precíziós röntgentükröket két különbözı súlyú elem borítja több száz rétegben. Az ilyen tükrökkel szemben támasztott követelmények még speciálisabbak, a rétegeknek ugyanis átlagosan csak egy atom átmérıjének törtrészével szabad eltérniük az ideálistól. A drezdai nyersanyag- és sugárzástechnikával foglalkozó Frauenhofer Intézet rendelkezik ezzel a technikai felszereléssel. A rétegelt tükrös reflektor trükkjét a természet is alkalmazza a látható fény tartományában. Az éjszakai életet élı tintahal, az euprymna scolopes, fényvisszaverı proteinnel bevont tükröcskéivel lefelé irányítja a világító baktériumok fényét, és ezzel az alatta lebegı ellenségeknek felvillantja a csillagos ég egy darabját. A biológiai nanotechnológiának ezt az újabb bizonyítékát nemrég tárták fel a Hawaii Egyetemen.

Pásztázó szondák

A

pásztázó szondák, melyek segítségével bepillanthatunk a nanovilágba,

talán kevéssé tőnnek izgalmasnak, ám mégis azok, hiszen minden pásztázó szonda ısatyjának, a pásztázó alagútmikroszkópnak kifejlesztıjét Nobel-díjjal tüntették ki.

Nanotechnológia a világőrben: A „Newton“ elnevezéső európai röntgentávcsı tükrei 0,4 nanométer simaságúak, és itt éppen röntgensugarakat látnak az Androméda-ködben.

Kvantum-karám (Don Eigler, IBM). A belsı hullámok az elektron kiszabadulásának valószínőségét tükrözik. Egy tudományos szenzáció: Egy gammasugárvillám győrőket éget egy galaktikus porfelhıbe.

15 A pásztázó szondákban a piezokristályok ide-oda mozgatnak egy hegyes tőt a vizsgálandó tárgy, pl. az atommezık felett. A mozgások aprók, az atommezı és a tapogatótő távolsága rendszerint kisebb, mint az atom átmérıje. Ennek során

történik valami: néha áram folyik, néha apró mágneses mezık detektálódnak. A számítógépek grafikusan megjelenítik a méréseket, és a mérési elvek függvényében atompontosságú vagy annál is jobb kép keletkezik. Egy különösen kifinomult szerkezet a pásztázó atomerı-mikroszkóp, amely érzékeli az atommezı atomjai által a tapogatótő elülsı atomjaira gyakorolt apró erıket. Egy pásztázó alagútmikroszkóp klasszikus tője (vázlatos) A „kapacitív”szondák segítségével leképezhetık a chip a kapcsolási folyamatai is. Káliumbromid-kristály atomteraszokkal. Hasonlóan néz ki a só a reggeli tojáson. Szilícium egészen közelrıl, elektronsőrőség és -kontúrok a pásztázó elektronmikroszkópban. A tapogatótő elülsı atomja két elektronfelhıcskét bocsát ki. Orbitálok - akárcsak a tankönyvekben. A nagyteljesítményő röntgenelemzéshez használt hajlított, többrétegő tükör. Az „Euprymna scolopes“ fényvisszaverı proteinnel bevont többrétegő fénytükreivel téveszti meg ellenségeit. A fényt a fénybaktériumok bocsátják ki. A pásztázó atomerı-mikroszkóp: A tapogatótő elmozdulását lézersugár jelzi egy fotocellának.

15 Ezzel az eljárással az atomok elektronburkába is betekinthetünk ezzel felfedhetjük a legmélyebb titkokat. A felbontás tekintetében a jelenlegi világrekordot az Augsburgi Egyetem tartja. 16

Íróeszközök

Eszközök és eljárások Litográfia

A

számítógépek világában a litográfia a számítógépes chipek fénnyel

történı strukturálásának technikáját jelenti. Ennek során egy félvezetı anyag, egy szilíciumostya finoman polírozott felületét fényre érzékeny védılakkal vonják be, amelyre egy struktúra képét vetítik. A védılakk elıhívása során elıtőnnek a szilíciumostya megvilágított (vagy sötét) részei, melyek azután a strukturáló folyamatok, mint a maratás, idegen atomok beültetése és leválasztása után megkapják a kívánt elektromos tulajdonságokat. A folyamatot mindig más, új szerkezeti képekkel, maszkokkal ismételve végül létrehozhatók a legösszetettebb alakzatok, amelyeket az ember valaha alkotott: a legmagasabban integrált áramkörök, a chipek. Idıközben a tranzisztorok sőrősége olyannyira megnıtt, hogy egy ceruza hegye alatt több mint fél millió tranzisztor elfér. A modern chipek struktúrái kisebbek, mint a litográfiai fény hullámhossza, ezért 193 nanométer hullámhosszúságú kriptonfluorid lézert használnak a 130 és hamarosan már csak 90 nanométer szélességő struktúrák létrehozásához, ez pedig finom optikai trükkök egész sorával lehetséges, mint amilyen például az „Optical Proximity Correction“ és a „Phase Shifting“ technika.

Jelenleg kutatják az extrém ultraviola litográfia, az EUV litográfia alapjait, amely 13 nanométer hosszúságú hullámokat használ, és ezzel már 35 nanométer széles struktúrákat is képes levilágítani a szilíciumlemezekre. A maszk anyagával szemben támasztott követelmények igen szigorúak, hiszen egy tíz centiméter hosszú lemez 1 Celsius-fokos felmelegedésnél is csak néhány tized nanométert, vagyis az atom átmérıjével egyenlı mértékben tágulhat. A megkívánt, csupán néhány atomátmérı eltérést megengedı simaság a kivitelezhetıség elvi határait súrolja. A litográfiai folyamat: A chip háromdimenziós alakzat, amelyben valamennyi kapcsolási elem külön síkon található. Egy modern, nagyteljesítményő chiphez kb. 25-30 sík szükséges, és mindhez külön litográfiai maszkot kell alkalmazni. A maszkok struktúráit a levilágító berendezés fénye és lencserendszere egy diavetítıhöz hasonlóan a leheletvékony szilíciumostyára (ún. wafer-re) vetíti. A maszkkészlet minden egyes maszkja új funkciókat visz fel a chipre, ezzel növeli összetettségét.

17 A drezdai elektronikai üzemek létrejötte a német kutatástámogatás igazi sikertörténete. A régióban közel 16 000 munkahely jött létre, ami nagyban hozzájárult az innovációs technológiák terjedéséhez az egész német gazdaságban. A német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) által támogatott projektekben 44 ipari vállalat és állami kutatóintézet, ebbıl 21 középvállalat, együttesen fejlesztette ki az összetett integrált áramkörök elıállításához alkalmazandó, 300 milliméteres leheletvékony szilíciumkristályostyák jövıbeni felhasználásának normáit. Mindebben kulcsszerepet játszik a drezdai maszktechnológiai központ, ahol jelenleg is kutatják a jövı nanoelektronikai chipjeinek strukturálásához szükséges eszközöket.

Nanomérető bélyegzı a középosztály számára

A

nanoelektronikára gondolva rendszerint milliókba, milliárdokba kerülı

berendezések jutnak eszünkbe, melyek azonban nagy mennyiségben termelnek, s ezáltal megfizethetı termékeket állítanak elı. Azonban vezetnek olyan utak is a nanovilágba, melyek a középréteg számára is nyitva állnak. A módszerek elsı hallásra talán régimódinak tőnnek, ám mőködnek: az UV nanoimprint-eljárás során a nanostruktúrát mechanikusan - ténylegesen géppel - belepréselik a lakkba, amely az elektronikus hordozóanyagot, pl. a szilíciumot lefedi. Az apró nanostruktúrákat tartalmazó pecsét kvarcüvegbıl készül, amelyen képes áthatolni az UV-fény. Miután a pecsét belenyomódott a lakkba, egy UV-fényimpulzus polimerizálja, vagyis megkeményíti a fényérzékeny lakkot. Ezután a gép visszahúzza a pecsétet, és elvékonyítja a lakkban levı dombornyomást. A felszabadult szilícium ezután kívánság szerint manipulálható; a folyamat többszöri, más-más pecséttel történı megismétlésével létrejön a chip összetett szerkezete, tranzisztorokkal, vezetıpályákkal stb. Laborkísérletekben sikerült létrehozni apró, 10 nanométeres struktúrákat is. A folyamat nem korlátozódik az elektronikus

építıelemekre, hanem fémeket vagy mőanyagot is lehet ezzel az eljárással leheletfinoman strukturálni. A folyamat akár elvezethetne a lab on a chip megalkotásához is. Az UV nanoimprint berendezés költségeit jelenleg valamivel kevesebb mint egymillió euróra becsülik, ami töredéke annak, amennyibe egy modern, hagyományos chipgyártó üzem hasonló készülékei kerülnek. Ugyanakkor az UV nanoimprint technikával elıállított termékek nem lesznek olcsók, mert teljesítıképessége jóval kisebb. Speciális - a processzorgyártók nagyszériás termeléséhez képest - mini gyártássorozatokhoz azonban az UV nanoimprint lehet a legjobb választás. Bélyegzıkkel a nanovilágban: Az aacheni Rajna-Vesztfáliai Mőszaki Fıiskola (RWTH) félvezetı-technikával foglalkozó intézetében mechanikai/optikai módszerekkel már elıállíthatók 80 nanométeres csíkszélességő chipek. Alkalmazási terület: nagyon komplex chipek kisszériás gyártásában. EUV levilágító berendezés prototípusa az újgenerációs chipek elıállításához. Zerodur kerámiaüveg litográfiai maszkokhoz, amely nanoméretben is megırzi formáját.

18

Eszközök és eljárások Új impulzusok a tudomány számára Kvantumhatások

A

müncheni Ludwig Maximilian Egyetemen a kutatók idıközben nagy

gyakorlatot szereztek az anyagok nanoméretőre való extrém lekicsinyítésében, és észrevették, hogy a nanovilágban az anyagok gyakran különös tulajdonságokat vesznek fel. Ha például egy több százezer rubidium-atomból álló gızt egy milliomod fokkal az abszolút nullapont (-273 °C) fölé hőtenek, és egy mágnesen mezıvel összetömörítik, akkor az atomok Bose-Einstein kondenzátumot alkotnak. Ennek során az atomok olyan egységbe tömörülnek, mint egy csapat menetelı katona. A müncheni kvantumoptikusok képesek ezt a tömböt egy álló lézersugarak szövedékébıl alkotott háromdimenziós képbe vetíteni és manipulálni, pl. a fénysugarakat úgy felerısíteni, hogy a tömb „Mottkondenzátummá“ törik szét. Ezt a felfedezést neves díjjal jutalmazták! Hogy miért? Az ilyen jellegő kutatás élettel tölti meg a kvantumelméletet, és ez döntı jelentıségő a nanovilágban. Aki ért hozzá, például pontosabb idımérı eszközöket tud kifejleszteni. A pontosabb órák pedig gyorsíthatják az

adatforgalmat az interneten - ezzel pedig kifizetıdıvé válik a látszólag ezoterikus kutatás.

Az XFEL röntgenlézer - erıs fény a nanotechnológiában

H

a minden a tervek szerint halad, 2012-ben néhány pár milliárd

elektronnak nagyon érdekes élményben lesz része. A hamburg-bahrenfeldi DESY intézet területérıl indulva egy szupravezetı elektrongyorsítóval nagyon magas energiaszintre gyorsítják fel az elektronokat, majd azokat a mágneses mezı 3,3 kilométerrel odébb kígyózó vonalban eltereli pályájukról. Ennek során egy egészen különleges típusú rövidhullámú röntgensugárzás keletkezik. A lézersugárzás. Ez a sugárzás lesz a legértékesebb, amelyet a tudósok valaha is elıállítottak. Így egyetlen lökettel meghatározható lesz egyetlen (!) biomolekula szerkezete. A ma használatos röntgensugár-forrásokhoz a biomolekula jól felépített kristályaira van szükség, amely gyakran nem állítható elı. Hagyományos spektrométer a röntgensugaras szerkezetelemzéshez. A tudomány az ilyen eszközöknek köszönheti a nanovilágról szerzett ismereteinek nagy részét. Föld alatti versenypálya gyors elektronok számára „Mott-kondezátum“ - egzotikus anyag az ultrapontos idıméréshez Szupervezetı elemek az elektrongyorsításhoz

19 A röntgensugarak olyan rövidek, hogy a molekula különbözı mozgási fázisai szabályosan lefilmezhetık. Ami más módszerek számára elmosódott forgószélnek tőnik, a röntgenlézer használatával felismerhetı formát ölt. A súrlódás titkai megfejthetık. Hogy mi, és hogyan súrlódik egymással, azt néhány száz atom nanomérető szigetei határozzák meg. Az egyes klaszterek - néhány száz atomból álló csoportosulások – tulajdonságai is jobban kutathatók az XFEL-lel, mint bármely más eszközzel. Röviden: a tudomány és a technika Európa legfejlettebb nanotechnológiai módszerétıl jelentıs lendületet kap majd. Az erre betervezett 684 millió eurós költség (2003as adat) minden elırejelzés szerint jócskán megtérül majd. És nemcsak a felfedezés szintjén, hanem pénzben is. A femtomásodperc rövidségő röntgenlézer-villámok lehetıvé teszik egy kémiai reakció pontos lefolyásának nyomon követését és a nanotechnológia megértését - olyan reakciók ezek, melyeket például az optoelektronikában, fotoelektromosságban, üzemanyag- vagy napelemekhez használnak fel – A legkifinomultabb nanotechnológia. A szabadelektron-lézer építés alatt Így fog kinézni a föld alatti elektrongyorsító-pálya egy szakasza.

20

Anyagtervezés nanoskálán

Eszközök és eljárások A szol-gél módszer kulcsfontosságú az új nyersanyagok kifejlesztéséhez

A

berni mártást IV. Henrik, Franciaország királyának tiszteletére nevezik

így, aki berni származású volt. A recept a www.weltderphysik.de/themen/stoffe/magazin/materie/ oldalon is megtalálható, hiszen a mártás szép (és nagyon jóíző) példája a kolloidális rendszereknek. Akkor beszélünk kolloidról, ha egy anyag cseppecskéi oszlatlan állapotban tartják egy másik anyag cseppjeit. A berni szósznál az ecetcseppek vajzsírban úsznak. A krémek és festékek szintén kolloidok. A szol-gél technikának köszönhetıen a kolloidok közvetlenül alkalmazhatók a fejlett technológiában. A szol-gél technikánál pl. a szilícium oldható kötéseibıl egy (többnyire kolloid) szol oldat jön létre, amelyben a szilíciumtartalmú cseppecskék egy hordozófolyadékban úsznak. Ha ezt a folyadékot egy lemezre fújjuk és felmelegítjük, eltőnik a hordozófolyadék és a szilíciumcseppecskék hálózatba rendezıdnek, megkocsonyásodnak. Végül a megkocsonyásodott hálózat kemény kerámiafelületté alakul. A lemez ezáltal korrózió- és karcolásállóvá válik. A szol-gél technika több száz variációban létezik számos anyagra. A megkocsonyásodott oldatokból szálakat is lehet formázni, melyek - kiégetés után - kerámiaszálakká válnak. A kolloid oldatokból nanomérető port is elı lehet állítani, amelyet lényegesen könnyebben és a hagyományos poroknál alacsonyabb hımérsékleten lehet kerámiává kiégetni, valamint ellenállnak a legnagyobb nyomásnak és hımérsékletnek is. A szol-gél technika még finom optikai összetevık, mint pl. fényvezetı szálak, frekvenciakétszerezık, mikrolencse-mezık stb. létrehozására is alkalmas. Ez a fajta nanotechnológia nem kevesebbet ígér, mint a nyersanyag-technológia valódi forradalmát. A zselé oldóanyagát úgy is eltávolíthatjuk, hogy a zselé megırizze külsı térfogatát, ekkor egy igen porózus, alacsony sőrőségi anyagot kapunk, az aerogélt. Szol-gél a királynak: Berni szósz IV. Henrik francia király tiszteletére A legapróbb részecskék is kezelhetık vele: Szol-gél részecskereaktor

21

Aerogélek

A

z aerogélek megtalálhatók a hétköznapokban, a cukrászok régóta készítik

„habcsók“ néven. Ez valójában cukrozott, felvert tojásfehérje megsütve. Ha valaki kezébe veszi a habcsókot, érzi, hogy ujjai felmelegszenek. Ennek az az oka, hogy a habcsókban a levegı milliónyi, mikroszkopikus mérető üregbe van bezárva. Ezáltal a levegı nem tud cirkulálni, hıt leadni, ezért a habcsók úgy raktározza a meleget, mint pl. a Styropor szigetelıanyagok. A hasonló felépítéső, habosított üvegbıl álló aerogélek szintén elsı osztályú hıszigetelık. A tojásfehérje színtelen, a habcsók azonban fehér. Ennek az az oka, hogy a tojásfehérje-hab mikrométer apróságú üregekre tagolódik. A mikrométer finomságú szerkezetekben azonban a fény spektrális színeire bomlik, amelyek együtt alkotják a fehér fényt. A nanofinomságú pórusok már nem szórják a fényt. Egy üvegszerő anyag nanopórusú habján szinte ugyanolyan jól keresztül lehet látni, mint a hagyományos ablaküvegen. Az ilyen habbal kitöltött dupla ablaküvegeknek kitőnı a hıszigetelı képessége. Mivel az ilyen habok szinte csak levegıbıl állnak, aerogéleknek hívjuk ıket. A „gél“ nevet, pedig a termelési eljárásról kapták: A megfelelı anyag vizes oldatához egy katalizátort adnak, amely apró, vékonyfalú üregeket képez, melyek láncba, majd végül lánccsoportokká, géllé állnak össze. Ez szárítás után pihekönnyő aerogéllé változik. A legnagyobb távolságot megtett aerogél a Hoerner & Sulger GmbH CIDA nevő porelemzı készülékében található, amely 2004 januárjában öt évnyi utazás és 3,22 milliárd kilométer megtétele után begyőjtötte a „Wild 2“ üstökös porát. Az üregekkel átszıtt anyagok nagy belsı felülettel rendelkeznek. A lehetı legnagyobb, végtelen felülettel a Menger-szivacs rendelkezik, ugyanakkor térfogata nulla. A szivacs csak a matematikusok fejében létezik. Az aerogélek valós belsı felülete ugyancsak elég nagy ahhoz, hogy meglepı hatásokat tegyenek lehetıvé. Egy kockacukor nagyságú szén aerogél például 2000 négyzetméter belsı felülettel rendelkezik. Ezek és más tulajdonságok kiemelt helyet biztosítanak a szén aerogéleknek a jövı energiatechnikájában. Akár 2500 farad kapacitású kondenzátorok építhetık belılük, amelyek energiatárolóként mőködhetnek a fokozott elektromosáramszükséglet fedezése során, például az elektromos autókban. A zseniális hab segítségével továbbá jobb líthiumelemek, újfajta üzemanyagcellák, stb. készíthetık.

Ritkán fordul elı, hogy egy ilyen apró dolog ekkora potenciállal rendelkezzen. De ez a nanotechnológia jellemzıje! Az aerogéllel kitöltött dupla üveg megakadályozza a hıveszteséget. Az aerogél, mint tudományos porfogó. A felbukkanó részecskéket biztonságosan magába zárja a megolvadt aerogélmassza. A „Wild 2“ üstököst egy aerogél kereste fel. A Menger-szivacs a matematikusok számára „univerzális görbe“. Akkor jön létre, ha az alább bemutatott eljárást végtelen sokszor megismételjük.

22

Nanotechnológia a társadalomban

Behálózott világ: a nanoelektronika A stúdióban használt notebooktól a notebookba integrált stúdiókig - a technika jelenlegi állása

A

feladat: Négy és fél perc rádióadás a Wright fivérek elsı motoros

repülésérıl, némi hangulati aláfestéssel. Mit tesz egy olyan rádiós szerkesztı, aki örömét leli a feladat kivitelezésében? Elıször is megnézi magának a történés helyszínét. A virtuális glóbusz segítségével megállapítja, hogy Kitty Hawk az Észak-atlanti-partvidék néhány kilométer széles földcsíkján fekszik, melynek pereme a Kill Devil Hills, tehát a Wright fivérek biztosan hallották a tenger morajlását. A tenger morajlását, az elsı repüléskor fújó erıs szeleket, amelyrıl az Encyclopaedia Britannica tudósított, valamint a dőnéken növı fő zizegését archív hangfelvétel ırzi. A motor percenként 1200-as fordulattal pörgött, az archív hangfelvételen hallható egy szép mély hangon dörmögı Chrysler Oldtimer. A hangkezelı program spektroszkópja valószerő frekvenciákat, mutat, így elfogadja azokat. Az elsı repülés tizenkét másodpercig tartott, tehát egy olyan részt választ ki, amelynek végén a hang elmélyül, hiszen a távolodó gép hangja mélyebb (Doppler-hatás). A szerkesztı a hangkezelı programban egymásra helyezi az összes effektust. A repülıgép balról jobbra repül, ezt panorámagörbékkel állítja be. A motor zaja erısödik és gyengül, ezt a hangerıgörbékkel állítja be. Ezzel a mő elkészült: Orville Wright a Flyer One-nal újra átrepül a Kill Devil Hills felett, pont ugyanúgy, ahogy 1903. december 17-én, a háttérben hullámmoraj és a fő zizegése - de mindez most a notebook képernyıjén történt. (A repülés más úttörıi, mint a német Gustav Weißkopf, már 1901-ben a levegıbe emelkedtek, ám nem tudták találmányukat valóban használhatóvá tenni.) Húsz évvel ezelıtt ez az akció egyetlen embernek megfizethetetlen volt, és több tonna felszerelésre lett volna szükség hozzá, ma azonban elegendı egy

notebook, egy kicsi íróasztal és pár óra szabadidı. Az egykor 30 nehéz kötetbıl álló enciklopédia ma DVD-n jelenik meg, s így összehasonlíthatatlanul könnyebb a keresés, mint a papírformátumú változatban. A hangkezelı program teljességgel anyagtalan, a merevlemez tárolja, és virtuális polcain végtelen sok különleges effektust kínál. A modern számítógépek fejlıdése elindított egyfajta dematerializációs hullámot, amelynek jövıbeni következménye többek közt az energiaáramlás csökkenése lesz. A hardverek és szoftverek árának csökkenése ugyanakkor a szerény anyagi eszközökkel, de sok kreatív ötlettel rendelkezı személyeknek is varázslatos termelıeszközt adott a kezébe. A jövıben az egy mozdulattal elérhetı könyvtár teljesen hétköznapi dolog lesz, csakúgy, mint az interaktív mobil kommunikáció. 23

Hajrá nano! A következı évek

A

mai számítógépes processzorokban dolgozó tranzisztortechnikát CMOS-

nek hívják (Complementary Metal Oxide Semiconductor), és többek közt az elsı elektronikus karórák számára fejlesztették ki, mivel sokkal kevesebb áramot fogyasztott, mint elıdei. Az 1970-es évek óta azt jósolják a szakemberek, hogy ez a technika tíz-tizenöt éven belül saját korlátaiba fog ütközni. Ugyanezt mondják ma is. Ezúttal azonban az elektrotechnikai iparnak nyomós oka van arra, hogy vége szakadjon a tranzisztorok folyamatos kicsinyítésének. A mikrokozmoszba vezetı úton lassan láthatóvá válik az anyagok szemcsés szerkezete és atomi felépítése. Az atomok elektronikus burkai azonban a legkisebb építıelemek, amelyek normál körülmények között tartós mőszaki struktúrákká illeszthetık össze. Létezik tehát egy elvi határ. A vezetıpálya nem lehet kisebb az atomnál. A CMOS technológiának tehát már régóta megvannak a maga korlátai, melyek részben mégis furcsán hatnak. Így például azok a vezetıpályák, amelyek a chip tranzisztorait kötik össze egymással, már most is olyan kicsik, hogy az alumíniumatomok nem lennének hozzá elég stabilak. Ahogy a patakban a kavicsokat, úgy sodorná el ıket egy elektronáramlat, szakkifejezéssel ezt hívják „elektronmigrációnak“. A sikeres megoldás: Réz vezetıpályák, melyek még jobban vezetnek, ami felgyorsítja a jelek áramlását a chipen. A vezetıpályák ugyanakkor olyan szorosan illeszkednek egymáshoz, hogy ezáltal érezhetı kapacitás jön létre, akárcsak a kondenzátoroknál. Ha ezt a hatást nem vennék figyelembe a chipek tervezésekor, a chip „kieshetne a ritmusból”. A chip tranzisztorok bizonyos struktúrái pedig hamarosan húsz nanométernél is kisebbek lesznek. Ezzel már beléptünk a kvantumelmélet birodalmába, ahol hatni kezd az alagúteffektus: Áramlatok folynak át ott, ahol a nagyobb tranzisztorokban nem folyhatnának át az elektronikus zsiliprendszer léket kapott. Bár az áramlatok aprók, több millió

tranzisztornál jelentıs veszteséggé adódnak össze, a processzor felforrósodik. Ezen kívül a kóbortöltések akár végzetes logikai hibákat is okozhatnak. Végül a nagyon finom struktúráknál kezd láthatóvá válni az elektron - a kvantumelmélet által leírt - hullámtermészete. Ebben a tényben sok tudós esélyt lát arra, hogy egy teljesen újfajta elektronika alakuljon ki, amelynek eredményeképp létrejönne a kvantumszámítógép, és ezzel új matematikai univerzumok nyílnának meg. Körömnagyságú televíziós stúdió: Multimédia chip a nagyfelbontású képernyıvezérléshez tartozó szabályozóval, melynek energiaszükséglete megegyezik egy zseblámpáéval Az AMD 64 bites processzora PC alkalmazásokhoz 106 millió tranzisztorral, 130nm technológiával

23 24

Nanotechnológia a társadalomban

Behálózott világ: A nanoelektronika Kis szilíciumsziget egy szilíciumkristályon, mely 450 foknál lassan feloldódik. Az ilyen folyamatok ismerete a vékony rétegek minısége szempontjából fontos.

Moore törvényének korlátai

G

ordon Moore, az Intel cél egyik alapító tagja már 1965-ben

megfogalmazta, hogy a mikrochipek kapacitása 18 hónaponként megduplázódik. Ezt a „törvényt“ mostanában egy nagyon emberi probléma kérdıjelezi meg. Míg a chipeken található tranzisztorok száma éves szinten közel 50 százalékkal nı, az elemzık arról panaszkodnak, hogy a chiptervezés termelékenysége évente csupán 20 százalékkal emelkedik. Az ipar erre a tervezıcsapatok folyamatos bıvítésével reagált, mára ezek a csoportok 250-300 fıt számlálnak, ami már alig kezelhetı. Az állandó növekedésnek Moore 2. törvénye is ellentmond, mely szerint a struktúra kicsinyítése a gyártóüzemek drágulásával jár együtt. Amíg ezek a korlátok tartósan a fejlıdés útjában állnak, a nanotechnológiának egyre nagyobb szerepe lesz a nanoelektronikában. A jelenlegi CPU-k legkisebb egységei már ma is 100 nm alattiak, és több mint 100 millió tranzisztort tartalmaznak. Ha hiszünk a félvezetıipar jóslatának, melyek többnyire a valós technikai fejlıdésen alapulnak, akkor néhány év alatt (2010-re) elkészülhetnek a 45 nm-es egységek, amelyek chipenként több mint egymilliárd tranzisztorral ajándékoznak meg

minket. Ezzel olyan felhasználási lehetıségek nyílnak meg, melyekrıl ma még csak álmodhatunk. Mangánatom ezüstön, a kieli Christian Albrechts Egyetemen. A mangánatom-kerítés által bezárt elektronok olyan eloszlási mintákat képeznek, melyek az alkalmazott elektromos feszültségtıl függnek. Az ehhez hasonló hatások nagyon fontosan lesznek a jövı elektronikájában.

25

Fázisváltó memória (Phase Change RAM)

A mai adattárolók különbözı technológiákon alapulnak, melyeknek megvan a maguk elınyei és hátrányai. A mágneses-mechanikus merevlemeznek nagyon nagy a tárolóképessége, folyamatos áramellátás nélkül is képes adatokat tárolni, azonban nagyon lassú. A DRAM gyors, azonban az áramimpulzusok formájában érkezı folyamatos frissítések nélkül elveszti az adatokat. A Flash-memória, amelyet pl. MP3lejátszókban, mobiltelefonokban és fényképezıgépekben használnak, áramellátás nélkül is tárolják az adatokat, azonban nem olyan gyorsak, mint a DRAM és csak kb. 1 milliószor írhatóak. A jövıbeni nanotechnológiai memóriakoncepcióknak lényegében csak elınyei vannak: nagy tárolókapacitást, gyorsaságot, áramellátás nélküli adatmegtartást és hosszú élettartamot ígérnek ma a MRAM (Magnetic Random Access Memory) és az alábbiakban leírt fázisváltó RAM. A szilárd anyagok két extrém alakban bukkanhatnak fel: Egyrészt kristályként, ekkor az atomok szigorúan rendezettek, mint a lucfenyık a telepített erdıben, vagy amorfok, és ekkor az atomok szabálytalanul helyezkednek el. Igen elterjedt amorf szilárd test az üveg, pl. a kvarcüveg; ugyanez az anyag, a szilíciumoxid azonban kristály formájában is kapható az ásványboltban, hegyikristály néven. Kristályos és amorf: errıl a két anyagállapotról valószínőleg egyre többet hallunk majd a jövıben, mert valószínőleg ezek fogják meghatározni a jövı tömegtárolóját. Néhány szilárd testet többé-kevésbé könnyen lehet amorfból kristályos állapotúvá alakítani és fordítva, ez a legtöbbször meleg hatására elért fázisváltás széles körben használatos az optikai tárolóeszközök terén. Ha például egy újraírható DVD-re írunk, egy a DVD speciális bevonata egy lézerimpulzus által kibocsátott meleg hatására lokálisan „kristályosról“ „amorfra“ változtatja fázisát, ezzel megváltoztatja tükrözési tulajdonságait, s ezáltal olvasható bitmintát írhatunk rá. A hosszabb és erısebb lézerhatás az amorf részeket ismét kristályossá alakítja, így a DVD újraírhatóvá válik. A fázisváltó anyagok minden valószínőség szerint további sikerek elé néznek az elektronikus memóriák, fázisváltó memóriák (Phase Change RAM) terén. A fázisváltás azonban nem optikai úton, hanem elektronikusan történik. Rövid áramlöketek amorffá teszik az anyagot, melynek elektromos ellenállása megnı, majd a hosszabb impulzusok ismét kristályossá változtatják, s ellenállása is alacsonyabb lesz. Az információ olvasásához a tárolóelemek ellenállását kell lekérdezni. A fázisváltó RAM segítségével olyan tárolókapacitás érhetünk el, mellyel egy bélyegen egy Terabit mennyiségő adat tárolható – tízórányi, nem tömörített, kiváló minıségő videóanyag.

Az ilyen technikával felszerelt notebookok egyszerően ott folytatják, ahol tulajdonosuk abbahagyta - többé nincs szükség bootolásra. Jobbra: Áramlöketekkel és a hozzákapcsolt, különbözı hosszúságú melegimpulzusokkal a bit-tárolás fázisváltó rétegeit (PC layer) ide-oda lehet kapcsolni az amorf és kristályos állapot között. Az aacheni Rajna-Vesztfáliai Mőszaki Fıiskola félvezetı-technikával foglalkozó intézetének szabadalmaztatott terve gyors memóriákat tesz lehetıvé alacsony energiaszükséglet mellett. Balra: A fázisváltó memória konkrét kivitelezése

26

Nanotechnológia a

társadalomban

Behálózott világ: a nanoelektronika Tovább a 3D technikával - a harmadik dimenzió felé haladó chipek

M

anhattan szők területén a felhıkarcolók nyújtottak gazdaságos

megoldást, amikor új iroda- és lakóterekre volt szükség. Természetesen a chiptervezık már korábban is gondoltak a harmadik dimenzióra, a kísérletek azonban számos probléma miatt meghiúsultak. A harmadik dimenzióhoz vezetı egyik lehetséges utat a müncheni Infineon AG találta meg. Ebben az intézetben sikerült reprodukálható módon szénalapú nanocsöveket (Carbon Nanotubes, CNT) szilíciumostyán - polírozott szilíciumlemezek, amelyekre a számítógépes chipeket építik - feltornyozni. A fullerén csövecskék kiváló áramvezetık, tehát kevés hıt vesztenek, és mechanikusan is terhelhetı kötésként, VIA-ként használhatók a chip különbözı vezetékezési szintjei között. Az Infineon kutatói hosszú távon lehetségesnek tartják, hogy a CNT-k segítségével valódi 3 dimenziós technológiát lehetne alkalmazni a chipek gyártásánál, hiszen a CNT-k kitőnı hıvezetık, s ezáltal képesek elvezetni a hıt a 3 dimenziós chip belsejébıl. A legmodernebb mővészet: Kísérleti struktúrák Spintronik-memóriához Szénalapú nanocsövek szisztematikus megsokszorozása egy szilíciumlap elıre meghatározott helyein mikroelektronikával kompatibilis eljárással

10 µm 27

Spintronika – a keringı elektronok kutatása

V

alódi forradalmat robbanthatnak ki a spintronikai építıelemek, amelyek az

elektron elektromos tulajdonságain kívül annak mágneses jellemzıit, perdületét (spin) is kihasználják, a távoli jövıbe vetítve ezzel Moore törvényét. Az elektronspint apró mágneses momentumként jelentkezik, amely más mágneses elemekkel komplex reakcióba lép, és így elektronikus funkciókra használható. A spintronika vagy mágneses elektronika már a hétköznapokban is jelen van: Az új merevlemezeken spin-szelepek, vékony olvasófejek találhatók, amelyek - a hatalmas mágneses ellenálláson alapulva - igen kicsi mágneses tartományokat tárnak fel, és így igen nagy tárolási kapacitást tesznek lehetıvé. Az MRAM-okban, a mágneses memóriákban az információt a mágneses rétegek spinje tárolja. A fejlıdés a merev tárolólemezek szempontjából érdekes, és hosszú távon leválthatja a mechanikusan mozgatott merevlemezeket. A spintronikát a kvantumszámítógép egyik lehetséges technológiájaként is számon tartják, többek közt a Würzburgi Egyetemen. Olyan összetett, mint egy város - kimaratott rézvezetékek egy chipen (IBM), pásztázó elektronmikroszkóppal szemlélve. A modern áramköröknek akár 9 vezetékezési szintje is lehet. Ujjgyakorlatok a kvantumszámítógéphez: „Aharonov- Bohm“ interferométer a bochumi Ruhr Egyetemen, pásztázó atomerı-mikroszkóp nagyításában Alagútba kapcsolt kvantumvezetékek - az elektronok olyan részeken hatolnak át, ami a klasszikus elmélet szerint elképzelhetetlen volt. A nanotechnológiai kísérletek kezdik utolérni az elméletet. Szerves molekulák szilíciumlemezen. Pásztázó alagútmikroszkóppal készített felvétel, Ruhr Universität Bochum Új effektusok nagyobb teljesítményő merevlemezekhez: Az olvasófej kihasználja a hatalmas mágneses ellenállást: egy félvezetıelembıl és akár több mint húsz nanomérető rétegbıl áll. A spinpolarizált pásztázó alagútmikroszkóp mágneses szondája letapogatja az egyes atomok mágneses tulajdonságait.

28

Nanotechnológia a jövı hétköznapjaiban

Nanotechnológia a társadalomban

A

nanotechnológia bevonulása a mindennapokba nem feltétlenül fog külsı

drámai változást magával hozni. Az emberek továbbra is szívesen ücsörögnek majd a kávézók teraszán, sıt, talán még szívesebben, mint most. Hiszen a robbanómotorok dübörgését halk zümmögı és zizegı hang váltotta fel, ahogyan ez hallható az Enterprise őrhajó választó ajtajának bezáródásakor. Az elégett üzemanyag bőzének helyére az alig érzékelhetı metanolfelhı lép, amely az üzemanyagcellákat táplálja. A kiszolgálás is flottul mőködik majd: A kiválasztott ételt az elektronikus étlapon megérintve egyben mozgósítjuk a

konyhát is. A fizetés úgy történik, hogy az étlap sarkára nyomtatott eurójelet megérintjük hitelkártyánkkal. A borravalót továbbra is készpénzben fizetjük majd, hiszen olyan szép a csengı érme hangja, de az érme természetesen higiénikusabb lesz az antibakteriális nanorészecske-bevonatnak köszönhetıen. A kávézók ablakainak a számos funkció miatt alaposan felment az ára. De ezek végeredményben egyben olcsóbbá is teszik az ablaküvegeket, hiszen taszítják a koszt és karcolásállóak, az túl erıs fénynél besötétednek, a fényt árammá alakítják, és ha úgy kívánjuk, hatalmas kijelzıkké válnak: Nagyon kellemes dolog a kávézóban vagy elıtte másokkal együtt nézni a világbajnokságot. A fejlett nanoelektronikával vonzóan elegáns készülékek alakíthatók ki, mint például hitelkártya mérető PDA (Personal Digital Assistent) - nem mintha ne lehetne még kisebb méretben elıállítani, de az emberi kéznek „kezelhetı” dolgokra van szüksége. Vagy pl. lehetne egy felismerhetı struktúrák nélküli mattfekete monolit, amely összegyőjti, és árammá alakítja a napfényt; karcolásálló, mert leheletvékony gyémántréteg borítja, alatta pedig vékony piezokristály-réteg található, amely a hangot feszültséggé alakítja, és vissza, ezáltal lehetségessé válik a nyelvi megértés. Természetesen képes lenne a fénnyel és hanggal történı adatátvitelre is. A termokróm üveg szabályozza a fény beesését Nanorészecskéket tartalmazó festék a korrózió ellen A sisak kapcsolatot tart a munkaadóval Az intelligens ruházat méri a pulzust és a légzést A pihekönnyő és stabil Buckycsı-váz Csípıizület biokompatibilis anyagokból A piezoszınyegek megakadályozzák a nagyfokú rezgéseket Az üzemanyagcellák áramot szolgáltatnak a mobiltelefonnak és a jármőveknek Mágnesrétegek a legkisebb adattárolókhoz

29

Virtuális billentyőzet: A rendszer felismeri, hogy megérintettük a kivetített billentyőzet egy elemét, és azt gombnyomásként értékeli. „Fotokróm üveg“: Az ilyen üvegek fényáteresztı képessége feszültséggel vezérelhetı - megoldás a jövı irodáinak klimatizálására. A nanomegoldások nanorészecskéi UV-fényben fluoreszkálnak, amúgy teljesen láthatatlanok. A folyadékokban finoman eloszlatva tintasugaras nyomtatási technikával felvihetık anélkül, hogy megváltoztatnák a jelzett tárgy alakját vagy funkcióját. A nanopigmenteket tehát nagyon jól hasznosíthatók a hamisítás elleni védelemben. Foltok elleni védıréteggel bevont anyag A fotovillamos fóliák a fényt árammá alakítják OLED (Organic Light Emitting Diode) megoldások a kijelzıkhöz Étlap elektronikus kartonból Karcolásálló réteggel bevont lap, lótuszhatással A fénydiódák az izzók konkurenciái Nanocsövecskék az új notebook-kijelzıkhöz

Ez a dolog egy lapos objektív és nagyfelbontású képátalakító chip segítségével látna is, kívánságra képernyıként mőködne, és így egyszerre lenne magnó, fényképezıgép, videófelvevı, tv, mobiltelefon és a GPS (globális helymeghatározó rendszer) révén tájékozódási eszköz. Kérésre elolvasná, lefordítaná és értelmezné egy párizsi kávéház étlapját, majd udvarias francia nyelven megrendelné a kiválasztott ételt és kifizetné a számlát. Természetesen felismerné felhasználóinak hangját és ujjlenyomatát, ezért nem lehetne visszaélni vele.

30

Nanotechnológia a társadalomban

Mobilitás

A nanotechnológia a mennyiséget - más gépekhez hasonlóan - az autóknál is a minıséggel váltja fel. A több technológia kevesebb anyagfelhasználást jelent – tehát a technika kevésbé károsítja a természetet. Nanotechnológia az autógyártásban

A

szélvédık a szol-gél technikával elıállított, kemény, nanomérető

részecskéket tartalmazó bevonatok segítségével karcolásállóvá tehetık. Ugyanakkor teljesen átlátszók maradnak, hiszen a nanorészecskék olyan aprók, hogy nem szórják a fényt. Ez az elv mőködik a szemüvegekben is, még ha nem is tökéletesen. Az autó lakkbevonata a lótuszlevél-struktúrának köszönhetıen lepergeti a piszkot. Az autók klimatizálásában segíthetnek a nanomérető részecskéket tartalmazó szélvédık, amelyek feszültséggel vezérelve egyszer jobban, egyszer kevésbé verik vissza a fényt és a meleg sugarakat. Egy ilyen technika az irodákban alkalmazva nagyon sok energiát takaríthatna meg. Végül pedig az autó által felhasznált fény jó részét már ma is nanotechnológiával állítjuk elı. A minıségi féklámpák fénydiódái ugyanis - a többi LED-hez hasonlóan - kifinomult, nanomérető rétegrendszereket tartalmaznak, amelyek nagyon nagy hatékonysággal alakítják át az áramot fénnyé. Egy további elıny: A LED-ek az áramot gyakorlatilag azonnal az emberi szem számára észlelhetı fénnyé alakítják, ami az izzóval mőködı féklámpák esetében valamivel lassabban megy végbe. A különbség néhány méternyi fékút is lehet. Mindemellett a LED-ek fénye olyan erıssé vált, hogy a LED-k csoportjai már az elülsı fényszórók nappali tompított fényét is elı tudják állítani. A közlekedési lámpákban használt LED-ekkel javítási idıt és energiát spórolhatunk. A befektetés pedig már egy éven belül megtérül. Kis csomók, jó kilátás:

A szabályos mikroszkopikus csomószerkezetek segítségével elkerülhetık az autó kijelzıin és szélvédıin a zavaró fényvisszaverıdések. A természetbeli példa erre a moly szeme: éjszaka a moly a lehetı legtöbbet szeretné látni úgy, hogy közben ıt ne lássák.

31 A lakkozás nanotechnológai szempontból akár napelemként is mőködhetne (lehetıség, egyelıre még nem valósították meg). A napelem árama a parkolóban utántöltené az akkumulátort - hagyományos napelemekkel ez ma is mőködik vagy egy hıszivattyú segítségével hőtené a belsı teret. A hıszivattyú ugyancsak állhatna egy félvezetı, mozgó alkatrészeket nem tartalmazó nanotechnológiai rétegrendszerbıl. A jelenleg használt elektromos biztonsági rendszerek – mint az ABS (blokkolásgátló) vagy az ESP(elektronikus menetstabilizáló) - kritikus vezetési szituációkban lépnek mőködésbe, míg a jövı rendszerei automatikusan elkerülik a veszélyt. Egyensúlyi szervek szilíciumból: Fordulatszámmérı a jármő stabilizálásához. Jobbra: Életmentı elektronika ütközés esetére: Gyorsulásérzékelı az elülsı légzsákokhoz. Befecskendezı fúvóka dízel jármővekhez. A jövıbeni rendszereket néhány tíz nanométer vékony, gyémántszerő, a kopás ellen védı réteg borítja majd.

Ha viszont a robbanómotor jelentıs mennyiségő távozó hıjét ilyen félvezetın keresztül elvezetjük, áram keletkezik - lásd a „Termoelektronika” c. részt az „Energia és környezet” fejezetben. 31

A fehér LED-ek fénye olyan erıs lett, hogy a jövıben az elülsı fényszórók nappali tompított fényének forrásaként is használják majd ıket. Az üzemanyagcellák (ld. 33. o.) révén a gépjármővek nem bocsátanak ki többé káros anyagokat. A hidrogéntartalmú hajtóanyag megújuló energiaforrásból származik, így a meghajtás módja kifejezetten környezetbarát.

32

Nanotechnológia a társadalomban

Mobilitás

Aranykatalizátor

A

nanotechnológiával az arany is új karriert futhat be. Míg a „nyers“ arany

katalizátorként messze elmarad a platina mögött, a porózus hordozón lévı nanomérető aranyrészecskék használható katalizátort alkotnak, amely a nitrogéndioxidot és szénmonoxidot már a hidegindításnál ártalmatlan anyagokra bontja. Az arany nanorészecskék ígéretes katalizátorjelöltek az üzemanyagcellák esetében is. Természetesen mindezek a felfedezések azoknak a közlekedéstechnikusoknak is jól jönnek, akik nem gépkocsikkal foglalkoznak. A kerékpár például sokat profitálhatna a nanotechnológiából, elsısorban az üzemanyagcellák és a

napelemek használatával. Megalkothatnánk a pihekönnyő „örökmozgót", amely kizárólag fénytıl, levegıtıl és víztıl hajtva hangtalanul siklik át a tájon, és mindez a karbon nanoszálas váznak, a LED lámpáknak stb. köszönhetı.

Arannyal a szagok ellen

A

z arany nanorészecskéket tartalmazó katalizátorok szagsemlegesítı

képessége is tesztelés alatt van. A kisebb légkondicionáló berendezésekben, amilyen például az autókban van, megakadályozzák az ott tenyészı baktériumok miatti szagok kialakulását. Japánban még a vécékben is használják ıket.

Nanotechnológia az autós pihenıhelyeken:

A

z autóvezetık, ha máshol nem is, de a pihenıhelyeken már egészen

biztosan találkoztak a mikro-rendszertechnikával. A modern toalettekben a vécékagylóba épített szenzorok jeleznek minden hımérsékletemelkedést a mögéjük kapcsolt elektronikának, majd ezt követıen beindul az öblítés. Az ehhez szükséges elektromos energiát pedig az öblítés által meghajtott mini vízturbina szolgáltatja. A rendszert - az infravörös érzékelıkkel ellentétben - nem lehet egyszerően egy rágógumival kiiktatni. A nanotechnológiai vécékagylók azonban még egyszerőbbek és még okosabbak: A lótuszhatásnak köszönhetıen a kagyló faláról lepereg a nedvesség, átszivárog egy szagelzáró folyadékrétegen, és nyomtalanul eltőnik hogy ez valóban mőködik-e, azt majd a gyakorlat mutatja meg. Természetesen a magánháztartásokban is alkalmazhatók ezek az eljárások. Nanomérető illatkapszulák teszik hangulatossá a bırt. Arany nanorészecskék az új katalizátorokban. Pihenıhelyeken felállított vécékagyló vandálbiztos mikro-rendszertechnikával. Nanomérető „lótuszhatás” - a bevonat még egyszerőbbé teszi a karbantartást.

33

Üzemanyagcellák – egy egység ezerféle esetre

A

z üzemanyagcellák az akkumulátorokra hasonlítanak: áramot

szolgáltatnak. Ám míg az akkumulátor kémiai tárháza egyszer csak kimerül, az üzemanyagcelláknál folyamatos az energiadús anyag utánpótlása. Az anyag lehet tiszta hidrogén, hidrogént tartalmazó gáz vagy folyadék, mint a földgáz vagy a repceolaj.

Az utóbbi két esetben azonban a hidrogént egy üzemanyag-átalakítóval (reformer) le kell választani, mielıtt az üzemanyagcellában alkalmazzuk. Amikor a hidrogén és az oxigén összekapcsolódik, elektronok vándorolnak a hidrogénbıl az oxigénbe. Az üzemanyagcellában ezek az elektronok egy külsı áramkörbe kerülnek, amely meghajtja a motort vagy valami hasonlót. Reakciótermékként végül tiszta víz keletkezik. Az üzemanyagcelláknak jó a hatásfoka, amely - típustól függıen - teljesen független a mérettıl. A cellákat sok különbözı változatban gyártják. A nanotechnológia ezt az eljárást kerámiafóliákkal, nanoszerkezető felületekkel és katalitikus hatású nanorészecskékkel gazdagíthatja. Az elmúlt években világszerte 6-8 milliárd dollárt költöttek az üzemanyagcellás technológia fejlesztésére, és semmi kétség afelıl, hogy ebbıl a technológiából tényleg lesz valami. A csendes áramellátók mérete egy bélyeg és egy konténer között fog változni, és természetesen nemcsak autókban fogjuk ıket használni. A kisfogyasztók számára egy nem gyúlékony metanol-víz keverék lehet a hidrogénforrás, melyet a szupermarketben lehet majd „tankolni“. Az üzemanyagcella minden idık legjobb motortípusát, az elektromos motort is újra dobogós helyezéshez segítheti (1881-ben, Párizsban használták az elsı elektromos autót). Csak az elektromotor képes 90 százalék feletti hatásfokkal mőködni, csak ez a motor tud egyidejőleg generátorként is mőködni, amely a mozgási energiát, például az autó fékezésekor, vissza tudja alakítani elektromos energiává. Az új elektromotorok és generátorok kiemelkedıen jó mágneses alapanyagai természetesen szintén nanokristályok. A BASF fém „nanokockái“ nanomérető pórusaikkal nagy mennyiségő hidrogént tudnak tárolni. Az üzemanyagcellák a háztartásokba is beköltöznek, és egyszerre szolgáltatnak majd áramot és meleget.

34

Nanotechnológia a

társadalomban Egészség

Következményekkel járó reggeli 2020-ban: Létezik még a kávé? Hát persze! És a narancslé? Természetesen az is, de a csomagoláson feltőnhet valami furcsaság: egy „elektronikus nyelv” a doboz belsejében, amely „elıkóstolja” a gyümölcslevet, hogy nem romlott-e meg.

V

agy egy külsı érzékelı, amely a hozzáérı ujj izzadságcseppeibıl

kalcium- és egyéb hiányokat diagnosztizál, amelyet „funkcionális élelmiszerekkel“ lehet megszüntetni. Vagy hagyományos kecskesajttal. A csomagoláson elhelyezett OLED címke tudni fogja, melyik a legmegfelelıbb. A fürdıszobai tükör nanoelektronikával van megspékelve, így nem csak tükörként szolgál, hanem kérésre tájékoztat, és pl. nincs túlságosan elragadtatva a narancslétıl, hiszen a narancsé cukros, és a cukor fogszuvasodást okozhat. Ekkor ismét a nanotechnológián a sor: A fogkrémben (már létezik ilyen) a természetes fog anyagát alkotó nanomérető apatit- és proteingolyócskák bújnak meg, amelyek újraépítik a fog saját anyagát (ld. a biomineralizációról szóló részt is). A nappali krém (ez is létezik már) cinkoxid nanogolyócskákat tartalmaz, amelyek védenek a káros UV-sugárzás ellen. A golyócskák láthatatlanok, mivel nanoméretőek, tehát a krém nem fehér, hanem tökéletesen átlátszó.

Kémek az ujjbegyen

A

nanotechnológia, nanoelektronika, mikro-rendszertechnika és társaik

segítségével olyan összetett elemzıkészülékek alakíthatók ki, melyek a magán háztartások számára is elérhetıek. A jövıben a vérvizsgálathoz elegendı lesz egy kis szúrás az ujjbegyünkbe. Megfelelıek a koleszterinértékek? A cukorszint a normál tartományban van? Az adatokat interneten elküldhetjük a legközelebbi nano-gyógyközpontba, ahol vagy egy alaposabb kivizsgálást kérnek, vagy a mikroreaktorokban nanobiotechnológiai módszerekkel elıállítanak egy teljesen az egyénre szabott gyógyszert. A testben a gyógyszert szintén nanorészecskék szállítják, amelyek olyan réteggel vannak bevonva, hogy csak a betegség gócpontjánál tapadnak meg. „Gyógyszerszállítás“, hajszálpontosan. A választott orvos szemmel tartja a dolgot. Intelligens környezet - a nanoelektronikával felvértezett tükör megtanítja a fogmosás fortélyait. Bal felsı kép: A nanorészecskékkel bevont fóliák tovább frissen tartják az élelmiszereket. Jobb felsı kép: Intelligens csomagolás polimeralapú transzponder-chippel

35

Szupramolekuláris gyógyszerkapszulák

A

felírt gyógyszerek is rendkívül kifinomultak lehetnek. Szupramolekuláris

üreges molekulákban rejtıznek majd (jelenleg fejlesztés alatt): ezek nanomérető szállítódobozok, melyek antennáira az antitestekhez hasonló proteineket rögzítenek. Ha ezek a kórokozóra jellemzı szerkezetekkel találkoznak –mint pl. rákos sejtek, baktériumok burkaival - akkor rájuk tapadnak, majd jelet küldenek az üreges molekulának, amely erre felpattan és kiereszti tartalmát. Az ilyen nanotechnológiával nagymennyiségő gyógyszert lehet eljuttatni a betegség gócpontjába a szervezet többi részének megterhelése nélkül.

Mágneses részecskék a rákgyógyításban

H

asonló trükkökkel a nanomérető mágneses részecskéket is a rákos

gócponthoz lehet irányítani. Ezt követıen az elektromágneses váltómezı felmelegíti a részecskéket, amelyek így szét tudják roncsolni a daganatot. A nanorészecskék a „vér-agy gátnak“ nevezett szőrırendszeren is átjutnak, ezért agytumoroknál is alkalmazhatók. Az ún. „mágneses folyadék hipertermiát” Andreas Jordan mellett dolgozó biológusuk csoportja fejlesztette ki. Jelenleg kezdıdik a klinikai tesztelés.

Hatalmas sejtválogató egy kis chipen

A

mikro-rendszertechnika és a nanotechnológia felhasználása - a kettı közt

nincs egyértelmő határ - a gyógyításban pusztán azáltal is kifizetıdı, hogy általuk az ismert technikák esetenként százezerszer vagy annál is kisebbé és olcsóbbá válnak. Ez többek közt azokra a kifinomult gépezetekre érvényes, amelyek képesek több millió sejt, pl. vérsejt tulajdonságait megvizsgálni (másodpercenként ezret), illetve az élı sejteket kiválogatni. Ez így történhet: A vérhez antitesteket adnak, amelyek rátapadnak a kérdéses sejtekre - és csak azokra -, és olyan színezıanyagot hordoznak, amely lézer fényénél felvillan, fluoreszkál. A sejtválogatóban a cseppekbe zárt sejteket lézerrel világítják meg, és ha fluoreszkáló jelzés villan fel, az elektromos mezık a cseppet és vele együtt a sejtet egy győjtıtartályba terelik - ezt a technikát részben a tintasugaras nyomtatóktól kölcsönözték.

A holnap diagnosztikája. Az egyre költségesebb módszerek a nanotechnológiával megfizethetık maradnak. Az agytumor (glioblasztóma) ráksejtjei egészen az egészséges szövet határáig „felfalták“ a speciális bevonattal ellátott mágneses nanorészecskéket. Ha elektromágneses mezıvel felmelegítjük a sejteket, a daganat fogékonnyá válik a kiegészítı beavatkozásokra. Az eljárás orvosi engedélyezése 2005-re várható.

36

Nanotechnológia a

társadalomban Egészség

A lab on a chip („chiplaboratóriumok”) kifejlesztéséhez még igényesebb nanotechnológiára van szükség. Az ilyen chipeken, lelkendeznek a vezetı fejlesztık, több millió nanokészülék fog nyüzsögni, és koordináltan együttmőködni a közös feladat érdekében. A chipek negyed négyzetcentiméteresek lesznek, tehát hatalmasak a rajtuk nyugvó nanokészülékekhez képest: ennek az az oka, hogy a nanogépezetekben keringı folyadék olyan sőrő, mint a méz, tehát helyre van szüksége a keringéshez. A lab on a chipek forradalmasítani fogják a biológiát, ha a jövıben a nanolabor segítségével sikerül lépésrıl-lépésre nyomon követni az egyes sejtekben éppen lezajló folyamatokat. Végül egyfajta filmet is készíthetnénk, leforgathatnánk az élet videóját. És nem elégednénk meg azzal, hogy meg tudjuk figyelni a sejteket, hanem meg is csipkednénk ıket, hogy lássuk, hogyan reagálnak, és így megfejtenénk az élet rejtélyét. Kicsi, de tökéletes, a „lab on a chip“ egy ujjbegy mérető labor

A sejtválogatók nagyon igényes készülékek, melyekben a legfinomabb mikromechanikára, optikára és elektronikára van szükség, ennek megfelelıen a gépek igen drágák. A nanotechnológia a ma még szekrénymérető sejtválogatókat bélyegméretőre zsugorítja, és részben egyszer használatos cikké változtatja. Ez jelentısen meggyorsítja majd az orvostudomány fejlıdését.

Neuroprotézis

A

mikro-rendszertechnika

és

a

nanotechnológia

egyik

igényes

alkalmazásának, az intelligens retina implantátumnak tesztelése jelenleg folyik. Az implantátum képes visszaadni a retinitis pigmentosa nevő betegség következtében megvakult pácienseknek látóképességük egy részét. A rendszer egy szemüvegkeretbe épített kis kamerából áll, amely a környezet képeit egy speciális, intelligens jelzıprocesszorhoz irányítja. A retinaimplantátum Nanomérető porokból közel hibátlan, megbízható kerámiatestek alakíthatók és égethetık ki, például implantátumokhoz.

37 A processzor drót nélkül továbbítja a képi adatokat a beteg szem belsejébe. Itt egy rugalmas, miniatőr elektródákkal tőzdelt fólia található, amely felfekszik a

retinahártyára, és megfelelıen ingerli azt. Ha a fejlesztés sikeresnek bizonyul, akkor ez lesz a világon az elsı „man-machine-interface“, vagyis ember-gépinterfész a látásban. Sok süket embernek segített már a cochlea (csiga) implantátum. A nanotechnológiával folyamatosan javítható az ilyen jellegő protézisek minısége.

Otthoni ápolás

A

jobb táplálkozásnak és az egyre fejlettebb orvostudománynak

köszönhetıen mind többen érnek meg egyre magasabb kort. Ez a tulajdonképpen igen örvendetes fejlıdés azonban maga után vonja azt a gondot is, hogy egyre többen szorulnak majd segítségre. Ezt a segítséget részben a nanoelektronika nyújtja majd, gondoljunk csak a ruházatba épített érzékelıkre és számítógépre, amely lehetıvé teszi az idısek egészségi állapotának folyamatos felügyeletét (pulzus, légzés, anyagcsere).

Intelligens ruházat: az integrált elektronika MP3-zenét játszik, keresztülvezet a városon és ellenırzi a pulzust – egy a bırünkön érezhetı értéktöbblet.

Ha problémák lépnek fel, a „MediMellény” önállóan értesíti a háziorvost vagy a hozzátartozókat. A tartózkodás helyét egy ugyancsak a mellénybe varrt GPS vagy Galileo rendszermodul jelzi (a Galileo a GPS jövıbeni európai változata).

Automata betegápolók

A

z „öreg Európa“ a gépi segítıkkel szemben - egyelıre - meglehetısen

bizalmatlan, míg Japánban hamarosan ipari tömegtermelésben gyártanak majd önállóan mozgó robotokat. Valószínő, hogy ezekbıl a mindennapokban is használható betegápolókat is ki tudnak majd fejleszteni, mindenesetre már dolgoznak rajta. A robotika könnyedén és nagy mennyiségben képes felvenni a nanoelektronika folyamatosan növekvı számítógépes teljesítményét.

Beleérzıképességgel rendelkezı robotok az Oxfordi Egyetemen. Kacsaırzınek már jó, ám az automatikus betegápolóknak magasabb követelményeknek kell megfelelni. Jobb oldali kép: Vékony szilíciumchipek flexibilis hordozón, pl. intelligens címkékhez, melyeket az élelmiszerek csomagolásába vagy ruhadarabokba építenek be. Bal oldali kép: Idegsejtek csatolása elektromos érintkezıkhöz

38

Nanotechnológia a társadalomban

Energia és környezet A technika eddigi történetétıl eltérıen a nanotechnológia ötvözi a gazdasági növekedést és az alacsonyabb nyersanyag-felhasználást. Gazdálkodás nanomódra: Nagyobb kényelem kisebb anyagi ráfordítással.

E

urópában az elıállított áram mintegy 10 százalékát világításra használják.

A fénykibocsátó diódák, a LED-ek ma már fehéren is képesek világítani, tehát helyettesíthetik a hagyományos technológiát. Használatuk jelentıs megtakarítást eredményezett, hiszen a LED-ek ugyanazt a fénymennyiséget a hagyományos izzók által felhasznált energia felével képesek elıállítani. A német Szövetségi Környezetvédelmi Hivatal becslései szerint a világítás terén 77 százalékos megtakarítás érhetı el. Az európai háztartásokban több millió katódsugárcsöves tévékészüléket fognak felváltani az LCD ill. hosszú távon az OLED technológiával ellátott készülékek. Mindkét technológiával 90 százalékos energiamegtakarítás érhetı el. A LEDeket és OLED-eket nanotechnológiával állítják elı. Több millió háztartás egy-egy kilowatt megtakarítása több gigawattot eredményez, ami több nagy erımő kapacitásának felel meg. Az üzemanyagcellák teljesítménye gyorsan szabályozható. Mostanában jelennek meg a háztartásokban az elsı üzemanyagcellás földgázkazánok, amelyek állítható mennyiségő - hıt és áramot termelnek. Ha több millió háztartás rendelkezik majd ilyen a készülékkel, akkor a kazánokat áramellátó hálózaton és az interneten keresztül nagyteljesítményő virtuális erımővekké lehet majd összekapcsolni, melyek maximális elméleti kapacitása együttesen eléri a 100 gigawattot. A LED-ek forradalmian hatékonyak A Shell AG elırejelzése. A megújuló energiákhoz vezetı út a nanotechnológia

39 Hosszú távon a földgázt felválthatja a megújuló energiaforrásokból származó hidrogén. A nanotechnológia új nyersanyagokkal és katalizátorokkal készül erre. A nanomérető pórusokkal rendelkezı kerámia membránok egyre nagyobb jelentıségre tesznek szert a folyadékok feldolgozásában és a tiszta ivóvíz

elıállításában is. Az ilyen membránokkal könnyen kiszőrhetık a baktériumok és vírusok. A nanotechnológia jövedelmezıvé teszi a napenergiát. Az indium, gallium és nitrogén összetett félvezetık olyan adatokat szolgáltattak, amelyek alapján lehetségesnek tőnik 50 százaléknál nagyobb hatásfokú napelemek elıállítása. A hatásfok azonban csak egy kritérium, a nanotechnológia a „fénygyőjtık” árának drasztikus csökkenésérıl is gondoskodik a vékonyréteg- vagy részecsketechnológia révén. A lipcsei Solarion által elıállított napelemfóliák labormintái, amelyeket a LED-ekhez és OLED-ekhez hasonló rétegtechnikával gyártanak, 30 gramm anyaggal 100 watt-os elektromos teljesítményt fognak be, ami az anyagfelhasználás radikális csökkenését jelzi az energia-elıállításban. Ötszázalékos hatásfokot ígérnek a Siemens kutatói a legújabb organikus napelemeknél, amelyeket mőanyag fóliára nyomtatnak, és az ígéretek szerint kifejezetten olcsók lesznek. A fotoaktív réteg 100 nanométer vékony, a jelenlegi élettartam néhány ezer napsütéses óra. 2005-re várják az elsı ilyen technológiával gyártott termékeket. Széles spektrum: A Luzerni-tónál fekvı Weggis Hotel egyik elıcsarnokának üveghomlokzata, melyet 84 000 Osram LED világít meg a szivárvány minden színében. Az OLED-ek, vagyis organikus LED-ek, hamarosan sok kijelzıben megtalálhatók lesznek

40

Nanotechnológia a társadalomban

Energia és környezet A nanotechnológa sok régi ötletnek ad új életet, melyek egykor a rendelkezésre álló anyagok gazdaságtalansága miatt buktak meg. Ide tartozik a termoelektromos áramtermelés ötlete: Áram a hıbıl, hı az áramból - ez a termoelektromosság

S

zámos régóta ismert, tiszteletet érdemlı fizikai jelenség létezik, melyek a

nyilvánosság által alig észrevéve, szerényen látják el feladatukat a piaci résekben. Itt van például a hőtıtáska, amely az autók fedélzeti hálózatára csatlakoztatva jól hőt. Belsejében láthatatlanul mőködik Jean Charles Athanase Peltier francia tudós hagyatéka, aki 1834-ben fedezte fel a róla elnevezett effektust, mely szerint az áramfolyás két különbözı fém érintkezési pontján az egyik oldalon meleget, a másikon hideget termel. Tizenhárom évvel ezelıtt a német Thomas Johann Seebeck ennek a fordítottját fedezte fel: ha két különbözı fém érintkezési pontját felmelegítjük, áram

keletkezik. Mindkettıjük hírnevét tovább öregbíti majd a nanotechnológia, hiszen napjainkban új nanotechnológai anyagok keletkeznek, amelyek - végre - mindkét effektust nagyon jó hatásfokkal ruházzák fel. Ilyen anyagok szintén a LED-ek gyártásához használt gépekhez hasonló készülékekkel állíthatók elı. A gépek egy 1 nanométeres bizmut-tellurid rétegre öt nanométer vastagságú antimon-tellurid réteget visznek fel, és ezt a folyamatot addig ismétlik, amíg egy félvezetı fólia nem jön létre, amely Peltier és Seebeck urakat bizonyára lenyőgözte volna: Kémiai mikro-reakciótechnológával egzotikus anyagok is hatékonyan állíthatók elı Hagyományos termoelektromos modul: A félvezetıtömbök elektromos árammá alakítják a melegáramlatot. A nanoszerkezetek növelik a technológiák hatásfokát, s ezzel új piacokat nyitnak meg.

41

Aixtron reaktorok kutatáshoz (balra) és összekötı félvezetıkbıl álló vékony rétegek atompontosságú elıállításához (jobbra)

Az áram által a rétegek egyik oldala felforrósodik, a másik lehől. A fólia finoman strukturálható, ezért használható a chipek rendkívül pontos hőtésére vagy a lab on a chip megoldásoknál az apró reakcióedényeket mőködtetésére, melyekben a gyors hımérsékletingadozás miatt megsokszorozódik a DNS. Könnyen elképzelhetı, hogy a Peltier-elemek drasztikusan növekvı hatásfoka lesz a megoldás az egész hőtıipar számára. Másrészt aki olcsó hıforrással, például földhıvel rendelkezik, termoelektromos rétegekkel olcsón állíthat elı áramot. Izland például energiabáró lehetne az elektrolitikusan elıállított hidrogénnek köszönhetıen. A vegyiparban az ilyen technológiák hatalmas mennyiségő hulladékhıt fognak árammá alakítani - hangtalanul, láthatatlanul, hatékonyan. Vagyis nanotechnológiával. Wolfram-emitter nanoszerkezető felület az infravörös spektrum átalakításához. A termo-fotoelektromos cellák egyetlen gyertya fényével képesek mőködtetni a rádiót

Termo-fotoelektromosság

A

hıelektromosság nem az egyetlen lehetıség arra, hogy a hulladékhıt

elegánsan árammá változtassuk. A termo-fotoelektromosság (TPV) a melegsugarakat, a forró tárgyak - láthatatlan - infravörös sugárzását használja fel. A nanotechnológia az emitter felépítésében játszik szerepet, amely a hıforrás spektrumát a termo-fotoelektromos cellák spektrális érzékenységéhez igazítja.

42

Nanotechnológia a társadalomban

Nanotechnológia a sportban és a szabadidıs tevékenységeknél

A technológia folyamatos fejlıdése, most már nano méretben is, újjáéleszti azokat a régi elképzeléseket, melyek korábban apróságokon buktak meg. Többek közt a napfénnyel történı repülés ötletét.

1

979 júniusában Bryan Allen a puszta taposóerıvel hajtott Gossamer

Albatrosszal átkelt az Anglia csatornán, és ezzel megnyerte a 100 000 fontos Cremer-díjat. Az új anyagok lehetıvé tették, hogy Paul MacCready létrehozza a pehelykönnyő Gossamer Albatrost. 1981-ben is sikerült napenergiával egy hosszabb repülést végrehajtani, ám a Solar Challenger rendkívül törékeny volt. A díjak szárnyakat adnak: A kilencvenes évek elején Ulm városa a repülés szerencsétlenül járt úttörıje, Albrecht Ludwig Berblinger (az ulmi szabó) emlékére pályázatot írt ki egy mőködı napcellás repülı jármő elkészítésére. 1996 júliusában a Stuttgarti Egyetem Icaré 2 vitorlázó repülıgépe fölényes gyızelmet aratott. A NASA a mőholdak alternatívájaként megalkotta a napelemmel mőködı kísérleti repülıgépet, a HELIOS-t, amelyet nappal napenergia hajt, éjjel pedig egy „újratölthetı“ üzemanyagcella-egység tart a levegıben. Az elért magasság: majdnem 30 kilométer. 2003-ban Svájcban győltek össze a termodinamika, aerodinamika, elektromos rendszerek, kötıanyagok, fotovillamosság, energiaátalakítás és számítógépes szimuláció szakértıi - a nanotechnológia szinte minden területen szerepet játszik - és útjára indítottak egy olyan projektet, amelynek célja az, hogy szárnyakat adjon új technológiáknak a környezetbarát jövı érdekében. A szárnyakat szó szerint kell értenünk: A nagyszabású projekt keretében Bertrand Piccard és Brian Jones - akik 1999ben léggömbbel körberepülték a Földet - 2009 körül még egyszer körbeutazzák a

Földet. Ezúttal egy kizárólag napenergiával hajtott repülıgépen, amely útja során egyszer sem áll majd meg! Icaré II, napelemes vitorlázó repülıgép, amelynek terhelhetısége egy hagyományos gépével azonos, és saját erıbıl indul. Fent: Egy Stuttgartból Jenába tartó nem hivatalos repülési rekord után.

43 A projekt végre kivívhatja az Új Technológiák számára az ıket megilletı tiszteletet, és többek közt egy sor új közlekedési eszközt is maga után vonhat: például a számítógépek, érzékelık és a GALILEO által vezérelt napelemes repülıgépeket, amelyekkel a gyakorlatlanok is a magasba emelkedhetnek hangtalanul, szennyezı gázok kibocsátása nélkül. Hiszen a felhık felett korlátlan szabadság vár. A Mecklenburgi tóvidék felett talán napelemes katamaránok közlekednek majd. A Müncheni Mőszaki Egyetem vitorlás jachtja üzemanyagcellás meghajtással, Friedrichshafen, Bodeni-tó. A nanotechnológia az ilyen jármőveket rendkívül elegánssá teszi, gondoljunk csak a rugalmas napelemes textilbıl készült vitorlára, amely emiatt természetesen sötét színő lesz. A Stuttgarti Egyetem által kifejlesztett „légi hernyó“. Tervezik a rádiótelefonos reléállomásként való felhasználást. A Fuseproject cég dizájn-tanulmánya: üzemanyagcellával meghajtott roller halad át hangtalanul a belvároson. A Kopf Solardesign GmbH napelemes katamaránja körbe-körbe hajózik Hamburg körül.

Az elektromosan támogatott kerékpárok (pedelec) újra a nyeregbe segítik az idıseket, akik segítség nélkül csak nehezen tudnának kerékpározni. Az elektromos kisjármőveket sok helyütt támogatják, többek közt a gyorsan iparosodó területek kipufogógáztól fulladozó városainak megmentése érdekében. 44

Jövıképek Ujjszélességő utca

A

nanotechnológiával még a teljesen utópisztikusnak tőnı

szállítórendszerek is megvalósíthatók, mint az „ujj-utca“. Ha sikerül kifejleszteni a gyakorlati felhasználásra alkalmas mőizmokat - amin már dolgoznak -, akkor elképzelhetı lesz egy jelzıelemekkel, ujjakkal kirakott utca, amely a rajta található tárgyakat rezgımozgásokkal szállítja. Mint azok a sejtostorok, csillók, amelyek legyezgetéssel hajtják ki a piszkot a tüdıbıl. Vagy segítik a papucsállatkák haladását. Az alapötletet sokféleképp cifrázható: így pl. komolyan mérlegelik az apró, ezen az elven, növényi izmokkal („forizómákkal“) mőködı lineáris motorok megalkotását. Másik jelölt a mesterséges izmok kifejlesztésére a fulleréncsövekbıl készült szövet. Az elképzelés egyáltalán nem olyan valószínőtlen, mint a bolygókra vivı felvonó, amelyen a NASA komolyan dolgozik. Az ötlet

eredetileg tulajdonképpen egy orosz őrhajós, Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski elképzelése volt. Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski

Karbon-nanocsövecskék az orbitra repítı felvonóhoz

A

recept a világegyetembıl származik: Az öreg csillagok, például a

Betelgeuse, a vörös szuperóriás burkában számos elem keveredik. Ha ezek kémiai reakcióba lépnek egymással, többek közt szilícium-karbid, szilícium-oxid, korund és gyémánt nanokristályok keletkeznek, amit az ilyen porból keletkezett meteoritok vizsgálatából tudunk. Hogy több információhoz jussanak, a tudósok laborban leképezték a csillagok burkában uralkodó viszonyokat - és 1985-ben egy teljesen ismeretlen anyag nyomait fedezték fel. Az új anyag ismeretlen fajtájú szénkötés volt: Üreges molekula, amelynek formája erısen hasonlított egy focilabdára. A világőrt ismételten megvizsgálva kiderült, hogy ez a molekula jön létre a csillagok burkában is. Nanocsövecske a Betelgeuse óriáscsillaggal a háttérben, melynek légkörében fullerének találhatók. A fullerének, amelyek szénhálózatokból felépülı üreges terek, reménnyel kecsegtetnek az egzotikus anyagok kutatásában.

45

Jövıkép: Felvonó a bolygókra

Ma a hálózatosan kapcsolódó szén sok változata ismert, köztük a karbonnanocsövecskék, vagyis apró széntömlık, melyek nagy szilárdságú anyagokká szıhetık. A nanocsövek tömegtermelésének kérdése technikailag elvben már megoldott. A fejlett nanocsı-szalagnak idıközben már csillagászati szakítószilárdságot és törésállóságot jósolnak. A NASA jelenleg teljes komolysággal dolgozik egy olyan projekten, amelynek célja - egy indiai kötéltrükk alapján - egy a „csillagokba vivı felvonó“ kifejlesztése. Az egyik elképzelés szerint egy 1 méter széles és a papírnál vékonyabb nanocsı-szalagot feszítenének ki a világőrben a hagyományos rakéták és a mőhold-technológia segítségével. Az egyik vége kb. 100 000 kilométer magasságban lenne a világőrben a másik, pedig a Csendes-óceán egyik egyenlítıhöz közeli pontján lenne rögzítve. A Föld felé húzó gravitációs erı, és a Földtıl távolító „centripetális erı” tartja feszesen a szalagot. A szalag mentén több tonnányi rakományt lehetne eljuttatni Föld körüli pályára vagy akár a Vénusz és az aszteroida-győrő között felépített pályákra. Az ilyen jövıképek hasznos melléktermékei: A nagyszilárdságú építési nyersanyagok, melyeket felhasználhatunk toronyházak, hidak, stb. és természetesen liftek építéséhez. Robert Curl ujjain fullerénekkel, amelyeknek Nobel-díját köszönheti.

Óriásmolekulák, mint számolómővészek: a nanocsövek lehetnek a jövı nagyteljesítményő chipjeinek alapjai.

46

Lehetıségek és kockázatok

Eric Drexler Gray-Goo elképzelése ugyanolyan valószínőtlen, mint az az ötlet, hogy a világ a nanotechnológiának köszönhetıen gumimacikká változik. Elıbb még meg kell oldanunk a vastag ujjak problémáját.

A

nanotechnológia sok területen alkalmazható jó, vagy legalábbis

nyereséget hozó célok érdekében. A számos alkalmazási területen bevezetett újítások révén a nanotechnológia jelentıs gazdasági lehetıségek tárháza. Már ma is több száz európai vállalat foglalkozik a nanotechnológia kereskedelmi felhasználásával, és több tízezer, nagyrészt magasan képzett munkaerınek nyújtanak megélhetést. Tudósok és kutatók egyetértenek abban, hogy a nanotechnológia több mint egy új divat. Túl szép, hogy igaz legyen? A legalábbis elméletileg lehetségesnek látszó szuperkatasztrófa már megjelent az irodalomban. Michael Crichton „Préda“ c. bestsellerében az apró nanorészecskék félintelligens élılényekké állnak össze, melyek megalkotóikat ellen fordulnak, hogy beléjük fészkeljék magukat. Az amerikai nanopróféta, Eric Drexler sötét víziója szerint a világot úgynevezett szürke ragacs, „Gray Goo“, egy az alkotóik ellen forduló nanorobotokból álló szürke felhı fenyegeti. Eric Drexler szerint tényleg lehetséges néhány milliomod milliméter mérető nanorobotokat építeni, melyek elıkészített nyersanyagokból program által vezérelve képesek nagy, újszerő dolgokat létrehozni. És ha ez a folyamat ellenırizhetetlenné válna, nagyszerő dolgok helyett szürke ragacs jönne létre, amely mind az ember, mind a gép számára fertızı és veszélyes lehet. Az elképzelést a legtöbb szakember nem veszi komolyan. Richard Smalley, 1996 kémiai Nobel-díjasa a kémiai kötés tulajdonságait említi, miszerint nem minden atomot és nem minden molekulát lehet egymással összekapcsolni. Már önmagában ez valószínőtlenné teszi egy nanomérető robot, összeszerelı gépezet létrehozását. Ha mégis sikerülne, és fıleg akkor: Ha egy ilyen összeszerelı anyag összeragasztaná az atomokat, akkor azt „ujjakkal” kéne végeznie, amelyek szintén atomokból állnak, ezért fontos, hogy legyen bizonyos vastagságuk. 47

Richard Smalley kémiai Nobel-díjas - a legtöbb tudóshoz hasonlóan - kezelhetınek tartja a nanotechnológia kockázatait.

És nemcsak a kiválasztott atomot kellene megfognia, hanem az összeszerelésnél egy köbnanométer valamennyi atomját irányítania kéne, és ekkor az ujjak mindenképp akadályoznák saját munkájukat. Ennyit a vastag ujjak problémájáról. Ehhez jönne még a ragacsos ujjak problémája: az atomokat fajtájuktól függıen nem lehet tetszılegesen megragadni és újra elengedni, hiszen kötést létesítenek egymással - jól ismerjük ezt a hétköznapi jelenséget. Nem olyan egyszerő egy ragacsos golyócskát ismét elengedni.

És ezek elvi akadályok, amelyeket nem lehet megkerülni. A mechanikus nanorotobokból tehát nem lesz semmi. Richard Smalley joggal állította, hogy nincs okunk attól félni, hogy a rossz útra tért nanogépek seregei megszerzik az uralmat, és szürke ragaccsá változtatják világot. Sokkal megalapozottabb az a félelem, hogy a nanorészecskék nem kívánt hatással lehetnek az emberre és a környezetre. A nanorészecskék, melyek kis méretük miatt képesek behatolni a test sejtjeibe, és képesek biológiai akadályokat (pl. a vér-agy gátat) áttörni, egészségkárosító hatásúak is lehetnek. Mivel a nanorészecskék - ahogy más rendkívül finom porok, pl. a dízelautók által kibocsátott korom - olyan anyagok, melyek ismeretlen mellékhatásokkal járhatnak, elıször tudományos kísérletekkel kell igazolni ártalmatlanságukat. Eddig csak kevés ismerettel rendelkeztünk a nanorészecskék biztonságosságáról, ezért a nyitott kérdéseket a nanokutatóknak és toxikológusoknak kell kísérletekkel a lehetı leghamarabb megválaszolni. A kockázat mégis kezelhetınek tőnik, mivel a nanorészecskék a szabad természetben rendkívül "ragadósak". Nagyon gyorsan csomókká állnak össze, melyekkel a test gond nélkül elbánik. Néhány nanorészecskérıl máris tudjuk, hogy ártalmatlanok az egészségre. Napkrémekben fényvédıként használják ıket, vagy bizonyos anyagok megkötött formájához adják, így a felhasználó semmilyen kapcsolatba sem kerül az egyes nanorészecskékkel. Ezen kívül az ipar is megpróbál megfelelı biztonsági intézkedésekkel minden egészségügyi kockázatot kiküszöbölni mind a vevıkre, mind a munkatársakra nézve. Míg a nanorobot-látomások elméletiek, addig a nanomérető dimenziókkal dolgozó anyagtudósok ígéretei nagyon is valósak. Az elsı termékek már most is léteznek, mint a nagy érzékenységő merevlemez-olvasófejek, melyek húsz nanométeres és annál is vékonyabb rétegekkel rendelkeznek. A nanoelektronika minden új notebookban megtalálható. Nagy lehetıségeket rejtı technológiáról lévén szó, természetesen a nanotechnológiának lesznek olyan mellékhatásai, melyek sok egyszerő tevékenységet feleslegessé tesznek. Cserébe azonban új tevékenységi területek alakulnak ki. Az élethosszig tartó tanulás egyre fontosabb, és még szórakoztató is - a nanotechnológiának köszönhetıen. 48

További információk Hogyan lehetek nanomérnök?

H

a felkeresünk egy nanotechnológiával intenzíven foglalkozó

kutatóállomást, gyakorlatilag a természettudományok minden ágával találkozni fogunk. A legkülönbözıbb szakirányú biológusok, vegyészek, mérnökök, kristallográfusok, mineralógusok, fizikusok dolgoznak itt - a közös nevezı az atom szintje, a közös nyelv egyik része pedig a matematika. A klasszikus

természettudományos képzések közül tehát bármelyik elvezethet a nanotechnológiához, bár újabban a nanotechnológia kezd önálló tudományággá válni, például a Würzburgi Egyetemen. Annak, aki a nanotechnológia szakot választja, mondja Alfred Forchel, a Würzburgi Egyetem fizika tanszékének munkatársa, nem kell attól tartania, hogy egy rövid távú trendet követ (kivonat az „Abi“ pályaválasztási magazin 2003/10 számából). Hiszen a miniatürizálás térhódítása egyáltalán nem kérészélető jelenség, hanem hosszú fejlıdést tudhat maga mögött. Jól látható, hogy számos területen egyre kisebbek az alkalmazások, az információs technológiáktól a vegyészetig megfigyelhetı a mikroméretrıl a nanoskálára történı átállás. Nem kell jósnak lenni ahhoz, hogy tudjuk, hogy minden tovább fog zsugorodni - jó példa erre az építıelemek méretének csökkenése - mégpedig olyan kicsire, amennyire csak lehet. A fizikusok, kémikusok és más természettudósok némileg jogosan állíthatják, hogy mindig is foglalkoztak nanotechnológiával. Hiszen a klasszikus atomfizika tárgyai, a vegyészek molekulái mind a nanovilághoz tartoznak. A ma rendelkezésre álló kísérleti eszközök és körülmények - például klaszterek, rétegek, áramkörök atompontosságú kialakítása, a legtisztább anyagok elérhetısége, a legfinomabb biológiai struktúrák feltárása - teljesen új lehetıségek tárházát nyitják meg, melyekbıl a gyakorlati mérnöki tudományok is profitálhatnak. Alfred Forchel meglehetısen kedvezıen látja a nanomérnökök elhelyezkedési esélyeit: Természetesen az elhelyezkedés esélye ebben az ágazatban is függ a konjunktúra alakulásától. Azonban gyakran viszonylag apró dolgok azok, amelyek számítanak: Ha az adott céghez több köteg pályázat érkezik be, akkor nehéz kitőnni. Ugyanakkor az iparban eltöltött gyakorlatnak köszönhetıen van legalább egy cég, amely közelebbrıl ismeri a diákot. Hallgatóink diplomadolgozatukat is megírhatják ipari vállatoknál, ami újabb lépés az elhelyezkedés felé. Ezen kívül legalább egy választható, nem mőszaki tárgyat is hallgatnak, például üzemgazdaságtant, így a szakmai élet szempontjából fontos alapismeretekre tesznek szert. Azonban az alapos természettudományos képzés, beleértve a matematikát, elkerülhetetlenül fontos a nanomérnökök számára, Würzburgban csakúgy, mint másutt. Nem elég egy a vénákon áthatolni képes tengeralattjáró kifejlesztésérıl csak álmodozni! Ahhoz, hogy megvalósuljon, rengeteg idıt és munkát kell befektetni. El kell sajátítani a matematikai leírást, a fizika és a kémia fortélyait, vagyis a nehéz és kemény alapokat. Ez persze nem ok arra, hogy megijedjünk: Talán a nanovilágról alkotott elképzelések segítenek, hogy mindezen átrágjuk magunkat. Az erekben cirkáló tengeralattjáró csak a filmekben létezik. A nanotechológia másként néz ki, de a pénz, amit keresni lehet vele, valódi! 49

Kapcsolattartók, linkek, ajánlott irodalom

A kiadvány a német kutatási minisztériumból, a BMBF-bıl származik. Emiatt alapvetıen német célközönségnek készült. Egyéb európai tanfolyamokkal, szakirodalommal és honlapokkal kapcsolatban látogasson el a az Európai Bizottság nanotechnológiával foglalkozó internetes portáljára (www.cordis.lu/nanotechnology).

Nanotechnológai képzések:

Nano-szerkezettechnikai szak, Würzburg: Universität Würzburg Honlap: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/nano/ Kapcsolattartó: [email protected] Bio- és nanotechnológiák, Iserlohn Fachhochschule Südwestfalen Honlap: http://www2.fh-swf.de/fb-in/studium.bnt/bnt.htm Kapcsolattartó: [email protected] Molekuláris tudományok, Erlangen Universität Erlangen-Nürnberg Honlap: http://www.chemie.uni-erlangen.de/Molecular- Science Kapcsolattartó: [email protected] Mikro- és nanotechnikai mesterképzés, München Fachhochschule München Honlap: http://www.fh-muenchen.de/home/fb/fb06/studiengaenge/mikro_nano/home.htm Kapcsolattartó: [email protected] Nanomolekuláris tudományok, Bréma International University Bremen Honlap: http://www.faculty.iu-bremen.de/plathe/nanomol Kapcsolattartó: [email protected] Nano-szerkezettudomány - Nanoszerkezeti és molekuláris tudományok, Kassel Universität Kassel Honlap: http://www.cinsat.uni-kassel.de/studiengang/studiengang.html Kapcsolattartó: [email protected] Kísérleti alapképzés, végzettség: bachelor fokozatú oklevél biofizikából vagy nanotudományokból, Bielefeld Universität Bielefeld Honlap: http://www.physik.uni-bielefeld.de/nano.html Kapcsolattartó: [email protected] Mikro- és nanostruktúrák szak, Saarbrücken Universität des Saarlandes Honlap: http://www.uni-saarland.de/fak7/physik/NanoMikro/InfoMikroNano.htm Kapcsolattartó: [email protected]

Ajánlott irodalom:

BMBF-Programm IT-Forschung 2006 - Förderkonzept Nanoelektronik Kiadó: Bundesministerium für Bildung und Forschung; Bonn, März, 2002. Vom Transistor zum Maskenzentrum Dresden, Nanoelektronik für den Menschen Kiadó: Bundesministerium für Bildung und Forschung; Bonn, März, 2002. Nanotechnologie erobert Märkte- Deutsche Zukunftsoffensive für Nanotechnologie Kiadó: Bundesministerium für Bildung und Forschung; Bonn, März, 2004. Bachmann, G. Innovationsschub aus dem Nanokosmos: Analyse & Bewertung Zukünftiger Technologien (Band 28) Kiadó: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des BMBF; 1998. Luther, W.: Anwendungen der Nanotechnologie in Raumfahrtentwicklungen und –systemen Technologieanalyse (Band 43) Kiadó: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des DLR; 2003 Wagner, V; Wechsler, D.: Nanobiotechnologie II: Anwendungen in der Medizin und Pharmazie Technologiefrüherkennung (Band 38) Kiadó: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des BMBF; 2004. Hartmann, U.: Nanobiotechnologie – Eine Basistechnologie des 21.Jahrhunderts ZPT, Saarbrücken, 2001. Rubahn, H.-G.: Nanophysik und Nanotechnologie Teubner Verlag 2002 Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft- WING Kiadó: Bundesministerium für Bildung und Forschung; Bonn, Oktober 2003.

Internetes honlapok:

Nanotechnológia-támogatás az EU-ban

www.cordis.lu/nanotechnology Az európai nanotechnológiai portál www.nanoforum.org Nanotruck- Utazás a nanovilágba www.nanotruck.net Internetes utazás - kalandok a tizedesvesszı mögött www.nanoreisen.de Nanotechnológiai hírek és vitafórumok www.nano-invests.de A német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium nanotechnológiai kiadványai http://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php A Német Mérnökök Egyesülete Technológiai Központjának nanotechnológiai portálja www.nanonet.de

50

Szószedet

További információk

Üzemanyagcella: Olyan készülék, amelyben a hidrogén és az oxigén (többnyire a levegı oxigénje) égés nélkül vízzé egyesül, s a folyamatból nagy hatásfokkal nyerhetı elektromos energia. Byssus-fonalak: Népiesen „kagylóselyemnek“ vagy „kagylószakállnak“ is nevezik. Anyagtechnikailag nagyon finom szerkezető fonalak, amelyekkel a kagylók az alapzathoz tapadnak. Egyik végük gumiszerően rugalmas, a másik merev, mint a mőanyag. CNT-k: Carbon Nano-Tubes, vagyis karbon nanocsövek Klaszter: Kis részecskék, itt atomok csoportjai. A klaszterek rendszerint más tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az azonos anyagból álló kiterjedt szilárd testek, mert a klaszterek számos felületi atomot tartalmaznak. Diatomák: Kovamoszatok, édes- és sós vizekben élı apró egysejtőek, mővészi, kovasavból, szilícium-oxidból és vízbıl álló páncéllal. A kovamoszatok fotoszintetizálnak, ezért fényvezetésére alkalmas szervekkel is rendelkeznek. DNS: Dezoxiribonukleinsav, DNS, angolul deoxyribonucleic acid, vagyis DNA. Kettıs spirál szerkezető óriásmolekula, amely a szervezet felépítéséhez szükséges információkat és rengeteg protein receptjét tárolja. ESEM: Environmental Scanning Electron Microscope - speciális pásztázó elektronmikroszkóp, melynek mintatartója a maradék levegıt és a nedvességet is befogadja. A vizsgált tárgyakat nem kell többé preparálni, pl. arannyal bevonni. Forizómák: A latin „ajtószárny“ szóról elnevezett növényi proteinek, amelyeket, mint a nanoszkopikus mesterséges izmok lehetséges összetevıit kutatják. Szabadelektron-lézer: Gyorsított elektronsugárral állít elı lézerfényt úgy, hogy az elektronok vákuumcsıben mozognak. Frekvenciakétszerezı: Itt: Olyan anyag, amely megduplázza a fény frekvenciáját. Így az infravörös fénybıl zöld fény lesz. Félvezetı: Olyan anyag, melynek elektromos tulajdonságai kívánság szerint változtathatók szigetelı és vezetı között. A félvezetık a modern ipari termékek, például a számítógépek, mobiltelefonok, stb. legfontosabb alkatrészei.

Lab on a chip („chiplaboratóriumok”): A fejlesztés utolsó fázisában levı rendkívül összetett chipek, amelyek mikromechanika, mikrofluidika, nanoszenzorika és -elektronika segítségével olyan komplex vizsgálatokat tudnak elvégezni a sejteken, melyekhez ma még egy egész intézet szükséges. Ezt a nevet ma már a viszonylag egyszerő, mikroszkopikus jellegő tárgylemezekre is használják. Leukociták: Fehérvérsejtek, amelyek azáltal védik a szervezetet, hogy a vérben bekebelezik az idegen testeket, vírusokat és baktériumokat, sıt, a sejttörmeléket és rákos sejteket is; egyik fajtájuk az antitesteket termelı limfociták. Az antitestek célirányos ragasztómolekulák. Fényvezetı szál: A fényt egy rendkívül átlátszó anyaggal nagy távolságokba vezeti, többnyire az adatforgalomban, de az energiaszállításnál is használják. Litográfia: Itt: mikromérető struktúrák létrehozásának mővészete, melynek során rendszerint fényérzékeny lakkra fény- vagy elektronsugarakkal írnak, majd elıhívják a mintát, mely kívánság szerint az alaplemezt helyenként beborítja, máshol pedig maráshoz és egyéb folyamatokhoz szabadon hagyja. 51 Maszk: A számítógépes chip struktúráit tartalmazó diafilm, melyrıl a mintát fénylitográfiai módszerrel viszik át a szilíciumostyára (az ún. Wafer-re). Mikrolencsemezık: Mikroszkopikus elemek, amelyek többek közt a fénnyel történı információtovábbításban játszanak szerepet. Micellák: Kis, golyószerő képzıdmények, amelyeket a természet - esetünkben a kagyló - szállítótasakként is használ. Fázis: Itt: Állapot, vagyis: rendezett/rendezetlen, kristályos/amorf Fotoszintézis: A zöld növények, algák és cianobaktériumok (kékalgák) energiájukat a fotoszintézisbıl nyerik. A napfény segítségével a széndioxidot és a vizet cukorrá és oxigénné alakítják. A fotoszintézis megdöbbentıen jól, több mint 80%-os energia-kihasználtsággal mőködik. Piezokristályok: A piezoelemek elektromosságot termelnek, ha tömörítik, vagy kifeszítik ıket, ilyenek például az „elektronikus“ jármővek gyújtógyertyái. Megfordítva pedig egy piezoelektromos kristály elektromos feszültséggel leheletvékonyra, az atomátmérı töredékével azonos vastagságúra alakítható. Proteinek: A riboszómák által aminosavakból felépített nagymérető molekulák, amelyek a sejtekben részben nanoszkopikus szerszámokként, részben támasztóanyagként szolgálnak, a szemlencsétıl a körömig. A fehérjék összességének (proteoma) és azoknak a sejten belül egymásra gyakorolt hatásának feltérképezése még csak a kezdeteknél tart. Kvantumszámítógép: A kvantummechanika sajátos szabályait használja a hagyományos számítógépekkel gyakorlatilag nem megoldható problémák, mint például az információkódolás kezelésére. Egyelıre nem valósult meg. Reflektinek: Speciális proteinek, amelyeket a szervezet fényvisszaverı struktúrák felépítéséhez használ. Riboszómák: Nanogépezetek, melyek - egy, a DNS örökítıanyag információit hordozó molekulasávtól vezérelve - nagyszámú proteint képesek létrehozni.

Röntgensugárzás: Rövidhullámú elektromágneses sugárzás, amelyet többek közt a kristályszerkezet-elemzésben használnak a molekulák nanoszkopikus alakjának meghatározására. Alagútáram: Olyan áram, amelynek eredetileg nem szabadna folynia, mivel szigetelı lyukon halad át, ám a nanovilágban mégis mőködik, viszont nagymértékben függ a szigetelı lyuk méretétıl. Ezt az effektust a pásztázó alagútmikroszkóp tette lehetıvé. UV-sugárzás: Rövidhullámú sugárzás, amellyel nagyon finom chipstruktúrák állíthatók elı. Van der Waals kötés: Gyenge kémiai kötés molekulák között, melynek okai az üres tér tulajdonságaiban keresendık. A van der Walls kötések befolyásolják a víz, és ezzel minden életfolyamat tulajdonságait.

Képjegyzék

4. o. fent: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Universität Hamburg 4. o. lent: Lambda Physik AG, Göttingen 5. o. fent: Infineon Technologies AG, München 5. o. lent: BergerhofStudios, Köln 6. o. balra fent: Chemical Heritage Foundation 6. o. fent és jobbra lent, balra lent: BergerhofStudios, Köln 7. o. balra fent: NASA/ESA 7. o. jobbra fent: DESY, Hamburg 7. o. balra középen: BergerhofStudios, Köln 7. o. jobbra lent: Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel 8. o. balra fent: REM-Labor, Universität Basel 8. o. képcsíkok fentrıl: BergerhofStudios, Köln; ua.; ua.; REM-Labor, Universität Basel; Nobelkomitee Stockholm (szerkesztett); DESY, Hamburg 9. o. balra fent: Botanisches Institut Universität Bonn 9. o. jobbra fent: REM-Labor, Universität Basel 9. o. képcsíkok fentrıl: BergerhofStudios, Köln; ua.; Fraunhofer Gesellschaft; Botanisches Institut Universität Bonn; ua.; TU Berlin, FU Berlin 9. o. háttérkép: BASF AG 10. o. balra fent és jobbra: MPI für Metallforschung, Stuttgart 10. o. jobbra középen: ESA 10. o. balra lent: MPI für Metallforschung, Stuttgart 11. o. balra fent: Ostseelabor Flensburg, daneben: BergerhofStudios, Köln 11. o. jobbra fent: Firenzei Egyetem, Olaszország 11. o. jobbra középen: Paläonthologisches Institut,Uni Bonn 11. o. balra lent: BergerhofStudios, Köln 11. o. jobbra lent: SusTech, Darmstadt 12. o. jobbra fent, középen és lent: Bell Laboratories, USA 12. o. balra: Lehrstuhl für Biochemie, Uni Regensburg 13. o. fent: Institut für Neue Materialien, Saarbrücken 13. o. jobbra középen: Degussa AG Advanced Nanomaterials 13. o. jobbra lent: Institut für Geophysik, Uni München 13. o. lent: Institut für Physikalische Chemie, Uni Hamburg 14. o. fent és balra lent: ESA 14. o. jobbra lent: IBM Corporation 15. o. fent és balra középen: Physik IV, Uni Augsburg 15. o. jobbra középen és középen: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Universität Hamburg 15. o. ábra jobbra lent: BergerhofStudios, Köln 15. o. lent: University of Hawaii, Honolulu 16. o. balra: Carl Zeiss SMT AG, Oberkochen 17. o. jobbra fent: Carl Zeiss SMT AG, Oberkochen 17. o. balra lent: IHT RWTH Aachen 17. o. jobbra lent: Schott AG, Mainz 18. o. balra fent: Bayer AG, Leverkusen 18. o. balra lent: MPI für Quantenoptik, Garching 19. o. minden kép: DESY, Hamburg 20. o. balra fent: BergerhofStudios, Köln 20. o. jobbra lent: Institut für Neue Materialien, Saarbrücken 21. o. balra fent: HILIT, EU Joule III-Programm

21. o. jobbra fent: NASA/ESA 21. o. jobbra lent: Universität Stuttgart 22. o. minden kép: BergerhofStudios, Köln 23. o. balra fent: National Semiconductor, Feldafing 23. o. jobbra lent: Advanced Micro Devices, Dresden 24. o. jobbra fent: Ábra: BergerhofStudios, Köln 24. o. balra középen: Experimentalphysik IV RUB, Bochum 24. o. lent: Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel 25. o. jobbra fent: Ábra: BergerhofStudios, Köln 25. o. lent: IHT RWTH Aachen 26. o. jobbra fent: IBM Corporation 26. o. balra lent: Infineon Technologies AG, München 26. o. jobbra lent: IBM/Infineon, MRAM Developement Alliance 27. o. fent: Experimentalphysik IV RUB Bochum 27. o. középen: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Universität Hamburg 27. o. jobbra: Lehrstuhl für Nanoelektronik, RUB Bochum 27. o. lent: IBM Speichersysteme Deutschland GmbH, Mainz 28. o.: Siemens AG, München 29. o. jobbra fent: Nanosolutions GmbH, Hamburg 29. o. középen: Institut für Neue Materialien, Saarbrücken 30. o. lent: Siemens AG, München 30. o. fent: DaimlerChryler AG 30. o. balra lent: Fraunhofer Allianz Optisch-funktionale Oberflächen 30. o. jobbra lent: Unikversity of Wisconsin-Madison 31. o. fent: Robert-Bosch GmbH, Stuttgart 31. o. középen: Audi/Volkswagen AG 31. o. balra lent: VW sajtóarchívum 31. o. jobbra lent: Robert-Bosch GmbH, Stuttgart 32. o. balra fent: Bayer AG, Leverkusen 32. o. jobbra fent: Institut für Neue Materialien, Saarbrücken 32. o. balra lent: Keramag AG, Ratingen 33. o. fent: BASF AG, Ludwigshafen 33. o. középen: MTU Friedrichshafen 33. o. jobbra lent: Siemens AG, München 34. o. balra fent: Bayer AG, Leverkusen 34. o. jobbra fent: Siemens AG, München 34. o. lent: Infineon Technologies AG, München 35. o. balra fent: Siemens AG, München 35. o. jobbra fent: Siemens AG, München 35. o. középen: Charité Berlin / Institut für Neue Materialien, Saarbrücken 36. o. jobbra fent: BergerhofStudios, Köln 36. o. balra: Infineon Technologies AG, München 36. o. jobbra: IIP Technologies, Bonn 37. o. balra fent: Siemens AG, München 37. o. jobbra fent: Fraunhofer ISIT 37. o. jobbra középen: Oxford University 37. o. balra lent, jobbra: Infineon Technologies AG, München 38. o. balra fent: OSRAM Opto Semiconductors GmbH, Regensburg 38. o. lent: Ábra: BergerhofStudios, Köln 39. o. fent: Park Hotel Weggis, Svájc 39. o. lent: Siemens AG, München 40. o. balra fent: BergerhofStudios, Köln 40. o. balra lent: Bayer AG, Leverkusen 41. o. fent: AIXTRON GmbH, Aachen 41. o. jobbra: Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg 42. o.: Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart 43. o. balra fent, jobbra: MTU Friedrichshafen 43. o. balra középen: Institut für Luft- und Raumfahrt-Konstruktionen an der Universität Stuttgart 43. o. jobbra középen: Fuseproject 43. o. lent: Kopf Solardesign GmbH, Hamburg 44. o. balra fent: Kollázs: BergerhofStudios, Köln 44. o. jobbra lent: RWTH Aachen 45. o. balra fent: Siemens AG, München 45. o. jobbra fent: Infineon Technologies AG, München 45. o. lent: NASA 46. o. középen: BergerhofStudios, Köln 47. o.: IBM Corporation, Grafika: Siemens AG, München

52

Európai Bizottság EUR 21151 — Nanotechnológia – A jövı világának innovációja Luxemburg: Az Európai Közösségek Hivatalos Kiadványokért felelıs irodája, 2004 2004 — 56 oldal — 21,0 x 29,7 cm ISBN 92-894-7498-X

A nanotechnológiát a 21. század kulcsfontosságú tudományának tartják. Számos jelenlegi problémára kínál megoldást kisebb, könnyebb, gyorsabb és jobb anyagok, komponensek és rendszerek kialakításával. A nanotechnológia új piaci lehetıségeket nyit meg, ugyanakkor elengedhetetlenül hozzájárul a környezet és egészségügy védelméhez. A kiadvány célja, hogy a nanotechnológiát megismertesse a nyilvánossággal, és ezáltal vitát indítson el. A tudományos háttér, a technológiai fejlesztések, az alkalmazás területeinek és a jövıbeni potenciális fejlesztések bemutatásával a kiadvány komplex és átfogó képet fest a nanotechnológiáról, úgy ahogy azt napjainkban látjuk.