Module 10 Nanotechnologie voor alle 3 e klassen bms SMC Theoretisch deel. NANOtechnologie

Module 10 Nanotechnologie voor alle 3e klassen 2009 – 2010

bms SMC 2009-2010

Theoretisch deel

NANOtechnologie

 

‐1‐ 


bms SMC 2009-2010

Inhoudsopgave Pag. Wat weet je er al van, starttoets

4

Onderdeel A

5

§ A.1 Wat is wetenschap

6

§ A.2 Wat zijn natuurwetenschappen?

6

§ A.3 Wat is het nut van natuurwetenschappen?

6

§ A.4 Hoe doe je dat, wetenschap?

7

Onderdeel B

9

§ B.1 Machten van tien

8

§ B.2 De nano van nanotechnologie

11

Onderdeel C

16

§ C.1 Het woord nanotechnologie

16

§ C.2 In de wereld van nano

17

§ C.3 Verassingen op nanoschaal

19

§ C.4 Nano en kwantummechanica

21

§ C.5 Nanotechnologie en wetenschap

21

Ondrdeel D

 

24

§ D.1 De cleanroom of stofarme ruimte

24

§ D.2 Het maken van nanomaterialen

28

§ D.2.a De top-down methode

28

‐2‐ 

Module 10 Nanotechnologie voor alle 3e klassen 2009 – 2010 § D.2.b De bottum-up methode § D.3 Het zichtbaar maken van nanomaterialen

bms SMC 2009-2010

32 34

§ D.3.a Transmissie electronenmicroscoop

35

§ D.3.b Rasterelectronenmicroscoop

35

§ D.3.c Rastersondenmicroscoop

36

Onderdeel E

39

§ E.1 Toepassingen en gevaren van nanotechnologie

39

§ E.1.a Zonnebrandcrème en nano

39

§ E.1.b Het lotus effect

42

§ E.2 Nano een Hype

44

Afsluitende enquete

47

Bronnenlijst Illustratieverantwoording Internet sites Filmfragmenten

48

 

‐3‐ 


bms SMC 2009-2010

WAT WEET JE ER AL VAN? Beantwoord onderstaande vragen. Wellicht kun je nu nog niet alle vragen beantwoorden, dat is niet erg. Als je klaar bent met deze module, probeer je het nog een keer en je zult zien dat je dan veel geleerd hebt.

NANOTECHNOLOGIE Startenquête

1. Heb je al eens gehoord van nanotechnologie? 2. Wat is nanotechnologie volgens jou? 3. Noem verschillende voorbeelden uit het dagelijks leven, waarin nanotechnologie al wordt toegepast. 4. Waarom is nanotechnologie zo interessant? 5. Welke nadelen/risico’s zijn aan nanotechnologie verbonden? 6. Hoe goed zijn de mensen in je omgeving (familie, vrienden, kennissen) op de hoogte van nanotechnologie?

 

‐4‐ 


bms SMC 2009-2010

Onderdeel A Voordat we aan de gang gaan met nanotechnologie moet je eerst weten wat technologie eigenlijk is. Wat is wetenschap? Welke wetenschappen zijn van belang bij nanotechnologie en hoe beoefen je wetenschap eigenlijk?

§A.1 Wat is wetenschap? De Latijnse naam voor wetenschap is scientia. Je vindt dit nog terug in het engelse woord voor wetenschap namelijk science. Wetenschap is het menselijke streven om zijn omgeving te doorgronden. De wetenschap schept een model van zijn omgeving door deze te bestuderen in termen van waar of onwaar.

Opgave: 1. Beschrijf de klas zo nauwkeurig mogelijk. Maakt de beschrijving niet groter  dan 10 regels. (Dit kan zowel het lokaal zijn of de leerlingen)  Wie de wetenschap beoefent wil zo uitgebreid mogelijk de werkelijkheid beschrijven.  Wetenschap is alles willen weten over een bepaald onderwerp  Wetenschap is zoeken naar nieuwe kennis  Wetenschap is het proefondervindelijk vaststellen en controleren van feiten.

§A.2 Wat zijn natuurwetenschappen? Eigenlijk zegt het woord het al natuurwetenschappen bestuderen de natuur. Je kunt deze wetenschappen onderverdelen in verschillende gebieden. Een aantal namen van wetenschappen ken je al. Je volgt ze zelfs al op school. Hier onder volgen de beschrijving van de vakken die je al kent. Definitie scheikunde : Scheikunde of chemie is de wetenschap die de samenstelling en bouw van stoffen bestudeerd. In de scheikunde ga je kijken hoe de stoffen met elkaar reageren, hoe ze onder bepaalde omstandigheden veranderen (in nieuwe stoffen) en aan welke wetten de stoffen voldoen. De voorloper van scheikunde heet alchemie. De alchemisten wilden heel graag twee dingen uitvinden. Hoe je lood kon omzetten in goud (dan zou je ontzettend rijk zijn). Hoe je onsterfelijk kon worden (dan kon je oneindig lang van al die rijkdom genieten).  

‐5‐ 


bms SMC 2009-2010

Definitie natuurkunde: De natuurkunde of fysica is van oorsprong de wetenschap die alle verschijnselen in de levenloze natuur onderzoekt waarbij geen scheikundige veranderingen optreden. Zo onderzoekt zij de algemene eigenschappen van materie, evenwicht en beweging, straling, warmte, licht, magnetisme, elektriciteit en de bouw van materie. Definitie biologie: Biologie is de wetenschap van levende wezens, levensvormen en levensverschijnselen. De term biologie is afkomstig uit het (wetenschappelijke) Latijn, van het woord biologia. Dit is weer door de wetenschappers geconstrueerd uit twee Oudgriekse woorden, namelijk bios en logos. Bios betekent: het leven. Logos betekent: geleerd (lett. "woord"). Er zijn nog wel meer natuurwetenschappen. Wat te denken van Oceanografie: onderzoek van de oceanen Kosmologie: onderzoek van het heelal

Opgave       

2. Zoek via Internet minstens nog drie natuurwetenschappen en geef in eigen  woorden een definitie van deze wetenschappen.  

§A.3 Wat is het nut van natuurwetenschappen? Je weet al dat wetenschap een menselijk streven is om dingen in zijn omgeving te begrijpen. Maar is dat genoeg? Wat leveren de natuurwetenschappen nog meer op. Hier komt een nieuwe definitie om de hoek kijken namelijk die van technologie. Technologie komt ook uit het Grieks. Het is samengesteld uit het woord voor "vakmanschap" en het woord " betekenis". Bij de technologie worden de nieuwe natuurwetenschappelijke ontdekkingen of andere georganiseerde kennis toegepast of uitgevonden voor praktische doeleinden. Met andere woorden de technologie zet de kennis van de wetenschap om in handige dingen zodat wij er allemaal profijt van hebben. Kijk maar naar de uitvindingen van de afgelopen twee eeuwen. Uitvindingen 19e eeuw: Een van de grootste ontwikkeling vervoer: fiets, stoommachine, stoomtrein en stoomboot. Voor die tijd konden de mensen alleen van punt a naar b komen door te lopen, met een boot of op een paard (eventueel wagen) of ander dier. De reistijd werd door alle ontwikkelingen behoorlijk verkort.

 

‐6‐ 


bms SMC 2009-2010

Uitvindingen 20e eeuw: Een van de grootste ontwikkeling communicatie: computer, televisie en mobiele telefoon. Nu is iedereen ieder moment van de dag bereikbaar en geïnformeerd wat er zich waar ook ter wereld afspeelt. Uitvindingen 21e eeuw: Wie zal het zeggen. Sommige mensen denken dat dit de eeuw is van de ontwikkeling van de slimme omgeving. Een omgeving die zich ongevraagd aanpast aan jouw wensen. Bijvoorbeeld: De verwarming staat aan op jouw temperatuur als je thuiskomt. De lichten gaan aan in de kamer waar jij zit. De muur kleurt in je favoriete kleur. Je ontbijt staat vers op de tafel als je in de keuken komt.

Opgave   

 

3. Wat denk jij dat de grootste ontwikkelingen van de 21e eeuw worden. Geef  minstens drie voorbeelden van uitvindingen die ontwikkeld gaan worden  en die je ontwikkeling ondersteunen. 

§A.4 Hoe doe je dat, wetenschap? Hoe gaat een wetenschapper nu te werk als hij iets nieuws wil onderzoeken? De werkwijze van de wetenschap wordt de wetenschappelijke methode genoemd. Deze methode is de wetenschappelijk verantwoorde weg om kennis te verwerven. Oké, je hebt iets nieuws waargenomen en je wilt weten hoe iets in elkaar steekt.Wat doe je dan? De methode gaat uit van verschillende stappen die steeds weer opnieuw doorlopen worden. 1. Je begint met een idee. Dit noem je een hypothese of voorspelling Ik verwacht dat er bij dit onderzoek dit resultaat uitkomt. 2. Vervolgens ga je dit idee onderzoeken. Je verzint experimenten om je voorspelling te onderzoeken 3. Je observeert de resultaten van je experimenten. Je gaat verschillende dingen meten om meer te weten te komen 4. Je gaat je gevonden resultaten verwerken en analyseren. Wat is er uit mijn experiment gekomen. 5. Vervolgens ga je conclusies trekken. Als ik dit experiment doe komt er het volgende resultaat uit. 6. Als laatste ontstaat er een discussie. Zijn de resultaten waar of niet waar. Kun je de resultaten herhalen . Komen bij andere wetenschappers dezelfde resultaten uit hetzelfde experiment. Klopt mijn hypothese of komt er iets anders uit het experiment.

  Praktische opdracht 1  Water verwarmen

 

‐7‐ 


bms SMC 2009-2010

Onderdeel B Nano is heel erg klein, maar hoe klein precies?

§B.1 Machten van tien Wie weet wat machten van tien zijn? Uitleg machten van tien Stel je hebt een stok van 10 meter lengte. Als een andere stok 10 keer langer is dan betekend dat, dat de stok 10×10 =100m lang is. Een andere manier om dit op te schrijven is 102. 2 want er staan twee nullen. Is weer een andere stok weer tien maal zo langer is deze stok 10×10×10=1000 meter lang of 103 meter lang (3 nullen). Een getal dat met zichzelf vermenigvuldigd wordt produceert een macht van dat getal. Bijvoorbeeld 103 spreek je uit als tien tot de derde macht of tien tot de macht 3. Tien tot de derde macht in plaats van 1000 te zeggen is niet gemakkelijker. Maar het is wel gemakkelijker om 10 tot de macht 14 te zeggen dan 100000000000000 of honderd biljoen. Als we een nog groter getal willen benoemen komen we zelfs namen tekort. De 14 van 1014 heet een exponent. De notatie in machten noem je de exponentiële notatie. De positieve machten 102, 103 enz. zijn gemakkelijk te begrijpen. Je vermenigvuldigt het getal ieder keer met tien. Maar je hebt ook negatieve exponenten 10-1,10-2. Als een exponent ons verteld hoe vaak we een getal met zichzelf moeten vermenigvuldigen wat kan dit dan betekenen? Deze manier van schrijven heeft een negatieve exponent nodig om aan te geven hoeveel keer je het getal door zichzelf moet delen. 10-1 betekent dus 1/10=0,1 (een tiende),10-2 betekent 0,1/10=0,01(een honderdste). Een vermeerdering van de exponent met 1 betekent dus een vermenigvuldiging met tien. Een vermindering van de exponent met 1 betekent dus een deling door tien. Het is dus allemaal een kwestie van nulletjes plaatsen. Een nulletje achter aan een getal is een vermenigvuldiging met tien, een nulletje meteen toevoegen achter de komma is een deling door tien. Met de exponentiële notatie is dit nog duidelijker te zien. Hoe zit het u met 100? 102 =100

 

‐8‐ 


bms SMC 2009-2010

101 =10 10-1 = 1/10 = 0,1 10-2 = 1/100 = 0,01 (vermenigvuldigd of gedeeld door tien) Het is dus logisch dat 100 gelijk staat aan 1 (nul nullen). Dat past ook precies in het rijtje. Elke macht van tien kun je tien keer groter maken door 1 bij de exponent op te tellen. Dat hebben we al gezien. Als je 10 nu met 100 vermenigvuldigd moet je bij de exponent 2 optellen. Bijvoorbeeld: 10×100= 1000 101×102=103 Je kunt dus zeggen dat bij vermenigvuldigen van machten van tien met andere machten van tien je de exponenten kunt optellen. Het aftrekken van de componenten komt overeen met delen. 10000000/100000=100 107/105=10(7-5)=102 Nu kunnen alle machten en niet alleen machten van tien met een exponentiële notatie geschreven worden. Zo is bijvoorbeeld 4000 = 4×103, 186000 = 1,86×105 Deze manier van schrijven wordt de wetenschappelijke notatie genoemd. Je kunt met deze manier heel gemakkelijk grote en kleine getallen vermenigvuldigen en delen.

 

‐9‐ 


bms SMC 2009-2010

Opgaven    1. Maak de volgende opgaven. Schrijf eronder steeds de opgaven in de  wetenschappelijke notatie:    Voorbeeld:  

100×1000 = 100000 

 

102×103 = 105 

 

 

 

 

10×10000 =  

 

 

 

 

10/10000 =  

 

100×0,001= 

 

 

 

 

0,01/0.0001 = 

 

23×500 =  

 

 

 

 

25/25 = 

 

0,75×0,46 =  

 

 

 

 

0,75/0,25 =  

 

10000000000×3456 =    

 

24/100000000 =  

  2. Bereken de volgende opgaven. Schrijft alles alleen in de wetenschappelijke  notatie.    104×106 =  

 

 

 

 

104/106 =  

10‐2×102 =  

 

 

 

 

10‐3/104 =  

10‐5×10‐12 =  

 

 

 

 

10‐2/10‐6 = 

2,5⋅100×5,0⋅102 = 

 

 

 

2,0⋅102/5,0⋅100 =  

3,76⋅10‐3×4,1⋅10‐1 =  

 

 

 

4,5⋅10‐2/5,0⋅10‐4 =  

  3. Kun je uitleggen wat er fout is aan de volgende opgaven:    103×104 = 1012   

 

 

 

  Wat is het goede antwoord?   

 

‐10‐ 

106/102 = 103 

 


bms SMC 2009-2010

§B.2 De nano van nanotechnologie Namen van getallen Het is natuurlijk in orde om 3×109 te zeggen maar we communiceren niet alleen door middel van cijfers. Veel getallen hebben namen. Dit is bijvoorbeeld drie miljard. Hieronder volgt een tabel van verschillende namen, nieuwe en oude die uit verschillende wiskundige tradities komen.

Hier zie je ook voor het eerst het woord nano verschijnen.

 

‐11‐ 


bms SMC 2009-2010

Zoals je in de tabel kunt zien is nano een voorvoegsel voor macht van tien namelijk 10-9 of 0,000000001. Een nanometer is dus heel erg klein. Maar hoe klein is dat eigenlijk een nanometer.

Opdracht  Bekijk het filmpje Power of ten  Bekijk nu zelf op internet de volgende site, die het thema “machten van tien”  behandelt en ervaar zelf hoe klein 1 nanometer is:   http://www.haycap.nl/app‐c/machten/machten.htm 

Ter vergelijking  1 nanometer komt overeen met de doorsnede van een eenvoudig molecuul, dat opgebouwd is uit 10 atomen  Zou men de doorsnede van een atoomkern vergroten tot 3 mm (dus zo groot als een luciferkop), dan zou de elektronenschil een doorsnede hebben van 300 meter (zo hoog als de Eiffeltoren). Het om de atoomkern draaiende deeltje zou nog altijd kleiner zijn dan een stofdeeltje (ca. 0,1 mm)

 

‐12‐ 


bms SMC 2009-2010

 Een nanometer is het miljardste deel van een meter. Een nanometer is tien keer zo groot als een waterstofatoom (kleinste atoom) en 50.000 keer kleiner dan de doorsnede van een menselijke haar.  Zou men alle atomen van een korreltje zout vergroten tot het kopje van een kopspeld, dan zou je hiermee heel Europa met een 20 cm dikke laag kunnen bedekken.  Een nanometer verhoudt zich tot een meter als de doorsnede van een hazelnoot tot onze aardbol.

  Opgaven  4. Hierboven zie je een aantal voorbeelden die laten zien hoe klein een nanometer  eigelijk is. Maak nu zelf een vergelijking waaruit blijkt hoe klein een nanometer is.    5. Je hebt een meetlat die 30 cm lang is. Je woont 6 km van school.  a. Hoeveel keer kun je de meetlat leggen tussen je huis en de school  b. Hoeveel keer als de meetlat 3 m lang is  c. Hoeveel keer als de meetlat 3 micrometer lang is    6. Van Ella is een foto genomen toen zij haar eerste stappen zette. In het echt is zij 76  cm. Op de foto is zij 8 cm lang. Haar broertje Jan van drie hielp haar met haar  eerste stappen en staat ook op de foto. Op de foto is hij 10 cm lang. Hoe groot is  Jan in het echt?   

 

7. Een mus weegt 3,5 ×10‐2 kg een potvis weegt 6,0×104 kg. Je hebt de beschikking  over een hele grote wegschaal zoals in onderstaande tekening is afgebeeld.  Hoeveel mussen moet je aan een kant van de weegschaal zetten om in evenwicht  te zijn met een potvis. 

 

 

8. De aarde is maar een klein onderdeel van ons zonnestelsel. De zon, de 9 planeten  met hun manen, de planetoïden en de kometen vormen samen ons zonnestelsel.   

‐13‐ 


bms SMC 2009-2010

Onze zon is slechts één van de vele sterren uit ons melkwegstelsel (en ons  melkwegstelsel bevat 100 miljard sterren). Je kunt je dus wel voorstellen dat,  naarmate je hoger in de hiërarchie gaat, de afstanden enorm groot worden.  Binnen ons zonnestelsel wordt dan ook met een speciale eenheid gerekend: de  astronomische eenheid (AE). Eén AE is de gemiddelde afstand van de aarde tot de  zon en dat is ongeveer 150 miljoen km.    Als je een touw zou hebben van 1 AE groot. Hoe vaak zou je hem dan om de  evenaar van de aarde kunnen wikkelen?  Zoek zelf op hoe groot de omtrek van de aarde bij de evenaar is.    9.   Het bekende is eindig, het onbekende oneindig. Intellectueel staan wij op een eilandje midden in een onbegrensde oceaan van onverklaarbaarheid. Onze taak in elke generatie is een klein beetje land te winnen   (T.H. Huxley, 1887)    Tussen welke exponenten speelt het grootste gedeelte van de jouw bekende dagelijkse  wereld af (dus niet als je op vakantie gaat)? Geef dit aan met voorbeelden.  En tussen welke exponenten speelt de wetenschap zich af. Wat is het grootste dat we  kennen. Hoe groot is het allerkleinste dat er bestaat? 

 

‐14‐ 


bms SMC 2009-2010

  10.   Hij toonde mij iets kleins, ter grootte van een hazelnoot, in de palm van mijn hand; en het was rond als een bal. Ik keek ernaar met het oog van mijn verstand en vroeg me af: wat kan dit zijn? En het antwoord luidde ongeveer zo: dit is de hele schepping   De kluizenaarster Juliana van Norwich, rond 1400    In dit stukje speelt Juliana met de termen groot en klein. Wat wil ze met dit stukje  tekst duidelijk maken.  

Hoeveel machten zit een nanometer eigenlijk af van de wereld zoals we die om ons heen zien. Om daar een gevoel over te krijgen maak je de volgende opdracht.

Praktische opdracht 2  Inleiding Machten van tien 

 

‐15‐ 


bms SMC 2009-2010

Onderdeel C Wat is er eigenlijk zo speciaal aan de nanodimensie dat er een hele wetenschap naar vernoemd is. Wat maakt een nanodeeltje speciaal?

§C.1 Het woord nanotechnologie Nu we weten hoe klein een nanometer is kunnen we ons gaan bezig houden met de nanotechnologie. Maar wat is dat nu eigenlijk Het woord nanotechnologie is opgebouwd uit verschillende woorden uit het Grieks, •

νανος (nanos): dwerg

•

τεχνη (techni): vakmanschap

•

λογος (logos): woord, gedachte, beschrijving

Dus: Nanotechnologie is een beschrijving van het vakmanschap van de dwerg ??? 

Nou niet dus. Iedereen had een eigen definitie van wat nanotechnologie eigenlijk zou moeten zijn en wanneer een deeltje een nanodeeltje was. Dat gaf natuurlijk verwarring. Het is wel zo handig als iedereen dezelfde definitie hanteert zodat je weet waarover iemand het heeft als hij het over nanotechnologie heeft. Op 7 februari 2008 heeft de EU de volgende definitie voor nanotechnologie bedacht. (Code of conduct for responsible nanosciences and nanotechnologies research, EU commission Recommendation, 07-02-2008)

 

•

Materie op de nanometerschaal heeft een afmeting tussen 1 nm en 100 nm.

•

Nano-objecten worden door de mens gemaakt.

•

Bedoelde en onbedoelde nano-objecten door de mens gemaakt tellen als nanotechnologie

•

Natuurlijke nano-objecten, die dus door de natuur gemaakt worden, zijn van deze definitie uitgesloten. Ze behoren niet tot de nanowetenschap of nanotechnologie

‐16‐ 


bms SMC 2009-2010

Maar waar ligt het begin van nanotechnologie?

Opdracht  Bekijk het filmpje Richard Feynman Intro

Opgaven  1. Zoek via internet op wie Richard Feynman is. Waarom hoor je op de achtergrond  van het filmpje een bongo?  2. Richard  Feynman is een beroemd didacticus. Wat is dat? 

§C.2 In de wereld van nano  

 

Als je stapt in de wereld van nano zul je merken dat er dingen anders zijn dan in de onze. Hele kleine (nano-) deeltjes hebben ander eigenschappen dan grotere hoeveelheden materiaal. Zo kan opeens het smelt en kookpunt (zoals bepaald in de praktische opdracht 1) van een materiaal veranderen, of de breekbaarheid, de magnetische reactie of de geleiding. Een nanodeeltje van een stof reageert dus anders dan grotere hoeveelheden van die stof.  

‐17‐ 


bms SMC 2009-2010

Dat maakt het ook zo interessant voor wetenschappers om te onderzoeken. Als iets anders reageert, kun je het gebruiken voor nieuwe ontwikkelingen. Je kunt nieuwe materialen ontwikkelen met verbluffende eigenschappen zoals we later zullen zien. Om beter te begrijpen waarom nanodeeltjes andere eigenschappen hebben moeten we eerst iets meer weten van de ordening van deze deeltjes. Hiervoor moeten we nog kleiner gaan naar de kleinste bouwstenen waaruit de materie is opgebouwd. De moleculen en atomen. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

Intermezzo moleculen en atomen Je zult misschien nog niet weten wat moleculen of atomen zijn. Bekijk daarom de site www.techna.nl

Atomen:

Onder stoffen Kies alchemie en lees de tekst Kies atomen Bekijk de presentatie

Moleculen:

Onder Begrippen Kies Fase Bekijk de presentatie

Zuiver water bestaat uit slechts een soort moleculen, namelijk H2O-moleculen, die op hun beurt weer bestaan uit een tweetal verschillende atomen (H en O) Als water in een zuivere vorm voorkomt, dan heeft water karakteristieke stofeigenschappen. Stofeigenschappen zijn eigenschappen die kenmerkend zijn voor een bepaalde stof, dus waaraan je de stof kunt herkennen en identificeren. Stofeigenschappen zijn bijvoorbeeld: oplosbaarheid, kleur, geur, dichtheid, smeltpunt, kookpunt en zo verder. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

In onze nanowereld liggen de atomen en moleculen in geordende structuren. Als je atomen of moleculen bij elkaar brengt blijven ze niet zomaar op een hoop liggen. Ze organiseren zich tot bolletjes, plaatjes of kristallen. In het twee dimensionale vlak ordenen ze zich in laagjes. In het driedimensionale vlak kunnen ze geordend zijn in  

‐18‐ 


bms SMC 2009-2010

rasters( vergelijkbaar met de bouw van een steiger), poreuze voortbrengsel (denk bijvoorbeeld aan sponzen) of regelmatige structuren van deeltjes(vergelijkbaar met dicht op elkaar geplakte tennisballen) Zij doen dit helemaal automatisch, er komt geen kracht van buiten aan te pas. We noemen dit proces zelfordening. Een goed voorbeeld van zelfordening (ook wel zelforganisatie of zelfassemblage genoemd) is het DNA.

Opgave  3. Zoek op Internet op wat DNA is en omschrijf wat je gevonden hebt (schrijf het  antwoord in je eigen worden). Zoek ook uit hoe DNA eruit ziet. Maakt hiervan een  tekening of voeg een plaatje aan je tekst toe. 

Bij DNA werken 20 aminozuren, 5 basen, 2 suikers en 3 lipiden samen en vormen helemaal zelfstandig het DNA molecuul. Je kunt dit vergelijken met verschillende kleuren legoblokken die zichzelf opbouwen tot een bepaalde structuur. De vorm van het DNA is zoals je in de opdracht hebt opgezocht, een dubbele helix.

§C.3 Verrassingen op nanoschaal Bekijk het onderstaande plaatje. Er staat er staat linksboven een blokje ijzer afgebeeld. Het ijzer is een kubus met alle zijden 1 cm lang.

 

‐19‐ 


bms SMC 2009-2010

Zoals je bij het intermezzo hebt kunnen zien bestaat ijzer uit allemaal ijzeratomen. Die liggen netjes opgestapeld (net als tennisballen). Bij de kubus bevinden zich maar 0,00001 % van alle ijzeratomen aan het oppervlak. De rest zit aan de binnenkant van de kubus. In het volgende plaatje is de kubus een aantal keer doormidden gesneden. Nu liggen er veel meer atomen aan het oppervlak van de kubus. Bij een kubus met zijden van 5nm ligt al 20 % van alle atomen aan een oppervlak. Hoe kleiner de kubussen hoe meer atomen er aan de buitenkant van de kubussen liggen. En laat het nou net de buitenste atomen zijn die een wisselwerking met de omgeving hebben. Als er meer atomen aan de buitenkant liggen kunnen er dus meer atomen reageren met andere materialen in de omgeving. Daardoor kan een blokje ijzer met zijden van 1 cm hele andere stofeigenschappen hebben dan hele kleine kubussen ijzer met zijden van 5 nm.

 

‐20‐ 


bms SMC 2009-2010

§C.4 Nano en kwantummechanica De natuurkunde die je hier op school krijgt noem je de klassieke wetten van de natuurkunde. Alle dingen om je heen voldoen aan deze wetten. Zo is er bijvoorbeeld de wet van de zwaartekracht. Als de boom bijvoorbeeld een appel loslaat zal die naar de aarde toevallen (alle andere dingen overigens ook). Nanodeeltjes zijn zo klein dat ze ook te maken krijgen met een heel andere natuurkunde de theorie van de kwantummechanica.

Opgaven  4. Zoek via internet op wat klassieke natuurkunde is. Beschrijf de gevonden term in  je eigen woorden  5. Zoek via internet op wat kwantummechanica is. Beschrijf de gevonden term in je  eigen woorden  6. Het bekendste verhaal over kwantummechanica is het verhaal van de kat van  Schrödinger. Zoek het verhaal op van de kat van Schrödinger. Lees het verhaal  goed door en noteer de belangrijkste trefwoorden. Wat is de bedoeling van dit  verhaal? 

In de wereld van alledag is zoiets absurd, maar in de nanowereld is het doodgewoon. Kwantumsystemen kennen een “superpositie” van toestanden. Ze kunnen met andere woorden verkeren in verschillende toestanden, die elkaar in klassieke termen uitsluiten (zoals levend en dood, aan en uit). Maar zodra we het deeltje gaan observeren moet het “kiezen” voor één toestand. De toestanden zoals “leven” en “dood” zijn op nanoschaal niet van toepassing. De kat kan het beide zijn zolang je maar niet kijkt. En omdat nanodeeltjes en laagjes ook de kwantumwetten volgen en niet alleen de klassieke wetten hebben ze dus ook andere eigenschappen dan groter deeltjes van dezelfde stof.

§C.5 Nanotechnologie en wetenschap Nanotechnologie = multidisciplinair = vakoverstijgend Nanomaterialen zijn voor zowat alle (technische) gebieden van grote betekenis: je vindt toepassingen van de productie van lakken en kleuren, over de productie van werkstoffen voor de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart, de electronica- en bouwsector tot de ontwikkeling van nieuwe medicamenten en medisch-technische systemen, schoonheidsproducten en nog veel meer.

 

‐21‐ 


bms SMC 2009-2010

In het onderstaande plaatje zie je hoe de vakken natuurkunde, biologie en scheikunde (chemie) iets met nanotechniek te maken hebben. De rode lijn staat voor natuurkunde. Zoals je zult zien in het volgende hoofdstuk probeert de natuurkunde de techniek onder de knie te krijgen om alles steeds kleiner te maken, te miniaturisering. Vanuit de biologie bekeken probeer je de processen die er in de natuur zijn te begrijpen, na te bouwen en voor nieuwe producten te gebruiken. Bijvoorbeeld de fotosynthese van bladeren voor het maken van zonnecellen (grätzer-cel). Met behulp van chemie probeer je moleculen en atomen aan elkaar te koppelen zodat er nieuwe materialen ontstaan.

Maar het blijft niet bij die drie vakken. Op nationaal en internationaal niveau werken in bedrijven en aan universiteiten multidisciplinaire teams bestaande uit scheikundigen, natuurkundigen, biologen, medici, wiskundigen, informatici, materiaalwetenschappers en ingenieurs samen.

 

‐22‐ 


bms SMC 2009-2010

Hieronder staat een voorbeeld beschreven van hoe een dergelijk team werkt. Voorbeeld: “Chemici willen in het laboratorium uit bestaande stoffen nieuwe materialen samenstellen. Het nieuwe materiaal bestaat uit onderdelen die maar enkele nanometers groot zijn. Ze testen de nieuwe stofeigenschappen eerst in kleine hoeveelheden en verbeteren eventueel het productieproces. Samen met natuurkundigen en materiaalwetenschappers worden de nieuwe materialen, die bv. als onderdelen van metalen, kunststoffen of keramische delen moeten dienen, op de bruikbaarheid getest. Daarnaast werken informatici mee door berekeningsmodellen en computersimulaties te ontwikkelen, om de eigenschappen van het materiaal te voorspellen en de simulatiegegevens met de resultaten uit de materiaaltesten te vergelijken. In pilotexperimenten wordt vervolgens samen met ingenieurs een grotere hoeveelheid van deze stof geproduceerd om conclusies te kunnen trekken voor de eisen voor de productie op een grotere schaal.” (Bron: FCI: Nanobox) Al vanaf het begin van de ontwikkelingsfase zijn ook andere nietnatuurwetenschappelijke beroepsgroepen bij het proces betrokken. Wanneer het materiaal interessant blijkt te zijn voor de afnemer, wordt door bedrijfseconomen getoetst of deze materialen economischer zijn dan de op de gebruikelijke manier geproduceerde materialen. Is dat zo, dan begint de productie en de marketing. Bij alle stappen, van het idee tot de toepassing van de nanomaterialen, spelen natuurlijk ook veiligheidsdeskundigen een belangrijke rol. Ze bespreken en toetsen of met de productie van het nanomateriaal gevaar voor mens en milieu zou kunnen ontstaan. Op basis hiervan geven zij aanbevelingen voor de veilige omgang met het materiaal tijdens onderzoek, productie en toepassing. Zo zie je maar. Je hebt heel veel verschillende mensen met verschillende kennis nodig om een nieuw product op de markt te zetten.

 

Praktische opdracht 3  Nano‐oplossingen   

‐23‐ 


bms SMC 2009-2010

Onderdeel D Je hebt nu wel begrepen dat het interessant is om dingen te maken op nanoschaal. Maar hoe doe je dat nou? En waar? En als je iets gemaakt hebt hoe controleer je of het werkt? Dingen op nanoschaal zijn immers veel te klein om met je blote oog te zien, zelfs met een microscoop van school kun je niets zien op nanoschaal.

§D.1 De cleanroom of stofarme ruimte Opdracht  Teken vier rijen met daarop vier vierkantjes van 1cm×1cm, met een ruimte tussen de  vierkantjes van ook 1 cm. Je krijgt nu een vierkant van 7 cm bij       7 cm met daarin 16  vierkantjes van 1 cm.  Zet in het midden van je grote vierkant een stip dit is het middelpunt van een cirkel met  een doorsnede van 5 cm. Teken deze cirkel uit de hand. Hij hoeft niet helemaal rond te  zijn. Arceer de cirkel.  Onder aan je tekening zet je een streep van 1 cm. Daarachter schrijf je   100 nm.  Als 1 cm gelijk is aan 100 nm hoe groot is de doorsnede van de cirkel dan in µm? 

Wat je nu in de opdracht getekend hebt is wat er gebeurt als een stofdeeltje (de cirkel) landt op een aantal nanostructuren (de vierkantjes). Je kunt het ook vergelijken met een parkeerplaats waar allemaal dure auto’s staan. Vervolgens valt er een enorm rotsblok op de parkeerplaats. Een aantal auto’s zijn ongedeerd maar een aantal auto’s zijn ook onherstelbaar beschadigd. Het is duidelijk dat dit een dure aangelegenheid is. Om producten zo goedkoop mogelijk te produceren moet je er zoveel mogelijk van maken zonder dat ze gedurende het proces beschadigt raken. Dit wordt in vaktermen conterminatie genoemd. Als het materiaal beschadigd raakt is immers alle werk (en kosten) voor niets geweest. Bij de productie van nanomaterialen moet je dus voorkomen dat ze vervuilt raken met stof. Dat doe je door deze materialen te maken in een speciale ruimte, de cleanroom. Nu ben je eigenlijk al bekend met cleanrooms. Denk maar eens aan een operatiekamer in een ziekenhuis. De artsen en verpleegkundigen dragen speciale kleding en niet iedereen mag zomaar binnenkomen. In de voedingsindustrie wordt ook met cleanrooms gewerkt. De voorverpakte vleeswaren, fruit, kaas en andere zaken worden in een cleanroom verpakt . Naast stofvrij moeten deze ruimtes ook steriel zijn, zodat de patiënt of het eten niet besmet raakt met bacteriën.  

‐24‐ 


bms SMC 2009-2010

Maar wat is stof eigenlijk? Waardoor ontstaat stof? Stof is materie die zich zwevend in de lucht bevindt. Stof kan door een aantal dingen ontstaan. - natuurlijke elementen (bijv. stuifmeel) - slijtage producten - afgestorven organismen - anorganische afvalproducten - bacteriën Natuurlijke elementen Lucht bevat van nature vaste deeltjes (zand, vulkaanas, stuifmeel, zoutkristallen) die in de lucht zweven en zelfs een nuttige functie vervullen; geen stof betekent over het algemeen geen regen. Slijtage Door wrijving, zoals aan autobanden en remschoenen, ontstaan slijtageproducten. Afgestorven organismen Van mensen, dieren, bomen, planten komen afvalproducten vrij die, als ze klein zijn, in de lucht mee zweven (huidschilfers, afgebroken haartjes). De mens verspreidt honderdduizend deeltjes per minuut. Het aantal deeltjes dat verspreid wordt is sterk afhankelijk van de hoeveelheid bewegingsactiviteit van de mens. Bij actieve beweging is het aantal verspreide deeltjes veel meer dan het aantal deeltjes dat bij rust verspreid wordt. De bovenste huidlaag van de mens wordt iedere 8 tot 10 dagen volledig afgestoten en vernieuwd. Dit betekent dat per dag 10.000.000 tot 100.000.000 huidschilfers aan de omgeving worden afgegeven. In je hele leven raak je zo ongeveer je lichaamsgewicht aan huisschilfers kwijt. Anorganische afvalproducten Hierbij wordt gedacht aan afvallozingen in de lucht. Denk bijvoorbeeld aan uitlaatgassen van auto's, schoorstenen en uitstoot van energiecentrales. Bacteriën Deze kleine organismen laten zich graag door de deeltjes in de lucht meenemen; het circulatiesysteem van de airconditioning is een leuk vervoermiddel. [1] We weten nu waar stof vandaan komt en dat we bij de productie van nanomaterialen geen stof kunnen gebruiken. Maar hoe houd je nu stof buiten een cleanroom. De grootse vervuiler van stof zijn de mensen die in de cleanroom werken. [1] http://www.esdtraining.nl/Cleanroom_algemeen.pdf

Zoals je gelezen hebt verliezen we met zijn allen een heleboel huidschilvers. Om voorkomen dat de nanoproducten op die manier vervuilt raken zie je dat mensen in  

‐25‐ 


bms SMC 2009-2010

een cleanroom goed verpakt worden. Dit is dus niet om de mensen maar om de producten te beschermen. Cleanroommedewerkers dragen speciale pakken, schoenen en hoofddeksels. Maken gebruik van mondkapjes (vooral bij baarden en rokers. Na het roken van een sigaret blaas je nog minstens een kwartier rookdeeltjes uit) en handschoenen. Voordat je een cleanroom binnengaat loop je ook nog over een kleefmat zodat deeltjes onder je schoenen erop blijven kleven. Vervolgens moet je ook de lucht die een cleanroom inkomt ontdoen van deeltjes. Daar voor worden luchtventilatiesystemen gebouwd met speciale HEPA (High Efficiency Particulate Air) filters. Een HEPA-filter is een filter dat meer dan 99% van alle deeltjes van 0.3 µm en groter tegenhoudt. Door de lucht voordurend af te zuigen te filteren en opnieuw de cleanroom in te blazen blijft de ruimte “schoon”. Gemiddeld wordt iedere paar minuten alle lucht uit een cleanroom op deze manier ververst. Door nog een HEPA te plaatsen in de schone ruimte wordt de werkbank nogmaals een factor 100 schoner.

Om te voorkomen dat “vervuilde” buitenlucht mee naar binnen komt als je een cleanroom binnengaat maak je gebruik van een luchtsluis. In deze sluis kleed een medewerker zich om. Vaak staat er ook nog een luchtdouche. Een apparaat dat schone lucht met een hoge snelheid blaast. Als je ervoor gaat staan wordt je als het ware nog eens extra schoongeblazen. Ook is de luchtdruk in een cleanroom hoger dan in zijn omgeving. De reden hiervoor lees je bij opgave 6. Als laatste moet je letten op de materialen die je een cleanroom inbrengt. Alle materialen geven in meer of mindere mate stof af. Door gebruik te maken van speciale, voor de cleanroom gemaakte producten, probeer je dat zoveel mogelijk te voorkomen. En voorbeeld hiervan is het speciale cleanroompapier waar we later beter naar gaan kijken. Natuurlijk stof je ook eerste alle materialen af die je meeneemt in een cleanroom.  

‐26‐ 


bms SMC 2009-2010

Naast het filteren van stofdeeltjes moet er in een cleanroom ook steeds dezelfde omstandigheden heersen. Daarom wordt ook de temperatuur en luchtvochtigheid contant gehouden

       

                    Opgaven 

 

‐27‐ 


bms SMC 2009-2010

Zoek op wikipedia naar cleanroom, lees het artikel en beantwoord de volgende vragen.  1. Hoe wordt de vervuiling in een cleanroom gespecificeerd?  2. Hoeveel vuildeeltjes zijn er in een kubieke meter in de stad aanwezig  3. Zullen er meer /minder of een gelijk aantal deeltjes in de lucht aanwezig zijn na  een forse regenbui en waarom?  4. In een cleanroom werkt men in een omgeving van klasse 10.000. Wat betekent  dat?  De tafels waarop experimenten worden gedaan of materialen worden gemaakt is vaak  klasse 10  5. Met welke iso waardes komt dat overeen.  6. waarom is de luchtdruk in een cleanroom hoger dan zijn omgeving?   

§D.2 Het maken van nanomaterialen §D.2.a De top-down methode De eerste, meest traditionele benadering van het maken van nanostructuren is door middel van het miniaturisering (verkleinen) van grotere objecten. Deze benadering wordt ook wel top-down genoemd. Je start met een materiaal van grote afmeting en voorziet die van steeds kleinere structuren. Deze top-down werkwijze komt uit de wereld van de micro-elektronica: het maken van structuren op chips met micrometer afmetingen.

Opdracht  Bekijk het filmpje chip  

De toepassingen van de nanotechnologie zijn al duidelijk zichtbaar om ons heen. Mobiele telefoon, gps, notebooks, memory-sticks worden steeds kleiner en hun functies breiden steeds meer uit. Zoals je in het filmpje kon zien worden apparaten steeds kleiner en kleiner. Dit kwam ook terug in het filmpje van Richard Feynmann in het vorige hoofdstuk. De eerste computers waren zo groot als kamers en nu houdt je een computer gemakkelijk in je hand. Ook zijn de computers van nu veel sneller en kun je er meer mee opslaan.

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

 

‐28‐ 


bms SMC 2009-2010

Intermezzo Wet van Moore De verkleining van computers en de verdubbeling van de capaciteit gaat in een razend snel tempo. Moore heeft daar in 1965 een wet voor gemaakt, de in de elektronica bekende wet van Moore

De wet van Moore of Hoe snel wordt een nieuwe chip kleiner? Toen Gordon Moore in 1965 een speech aan het voorbereiden was over de vooruitgang van de computertechnologie, zag hij in een grafiek iets opmerkelijks. Elke nieuwe chip die uitkwam, had ongeveer tweemaal zoveel capaciteit als zijn voorganger en kwam een jaar later op de markt. Hij voorspelde toen dat de rekenkracht van computers ieder jaar zou verdubbelen (later stelde hij de tussenperiode van een jaar bij naar achttien tot vierentwintig maanden.

De wet geldt tot op vandaag, maar deskundigen houden er rekening mee dat deze vooruitgang binnenkort langzamer zal gaan verlopen. De reden daarvoor is dat de steeds verder doorgevoerde miniaturisatie niet langer alleen afhankelijk is van  

‐29‐ 


bms SMC 2009-2010

technologische vooruitgang, maar ook gehinderd wordt door fundamentele fysische barrières. Hoe kun je iets kleiner maken dan een atoom en hoe verhouden deeltjes zich die voldoen aan de kwantummechanica. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

De meest gebruikte technieken waarvan gebruik wordt gemaakt voor het vervaardigen van nanostructuren met de top-down methode zijn optische lithografie, etsen (weghalen van materiaal) en dunne laag technieken (aanbrengen van materiaal). Het lithografische proces is voornamelijk bepalend voor de minimale afmeting van een structuur. Deze afmetingen bepalen uiteindelijk of de structuren aan hun ontwerpspecificaties voldoen. Lithografie, of ‘steendruk’, is een druktechniek, waarbij een afbeelding wordt geprojecteerd op een siliciumschijf, wafer genaamd. Deze methode is niet nieuw en wordt ook niet alleen bij nanotechniek toegepast. Misschien ken je lithografie al uit de kunst. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

Intermezzo Lithografie en kunst [2] Het tweehonderd jaar geleden dat Alois Senefelder de lithografie uitvond. Sindsdien hebben 's werelds grootste kunstenaars zich eraan gewijd. Net als alle grote ontdekkingen, zoals het buskruit en de gom op de gele memobriefjes, wordt het principe van de lithografie min of meer toevallig uitgevonden. De uit Praag afkomstige Alois Senefelder is een betrekkelijk onsuccesvolle toneelschrijver, die kampt met geldproblemen. Hij kan zich niet veroorloven zijn eigen stukken te laten drukken. Daarom zoekt hij naar een alternatieve, goedkope methode om zijn werk te vermenigvuldigen, teneinde het in omloop te kunnen brengen. Hij begint te experimenteren met een verschijnsel dat hij bij eerdere proeven, op een geheel ander terrein, heeft opgemerkt: het feit dat druppels olie zich hechten aan een vethoudende inkt. Het principe van de steendruk is betrekkelijk eenvoudig. Vetten stoten water af en trekken andere vette stoffen aan. Wanneer je nu met een vet materiaal een tekening maakt, en vervolgens de tekening vochtig maakt, dan zal het water ter plekke van de tekening worden afgestoten. Vette drukinkt, die met een rol wordt aangebracht, hecht aan de vette tekening en niet aan het niet betekende oppervlak. Wanneer je hier een vel papier oplegt en hard genoeg drukt krijg je een spiegelbeeldige afbeelding van het origineel. Als tekenoppervlak gebruikt Senefelder een vlakke kalksteen. Niet lang daarna gaat men ook werken met aluminium platen, een techniek die tot de dag van vandaag

 

‐30‐ 


bms SMC 2009-2010

wordt gebruikt om kranten te drukken. Kunstenaars maken echter bij voorkeur gebruik van kalksteen. Dat zijn uitvinding leidt tot een geheel nieuwe kunstvorm doet de jonge toneelschrijver goed maar ten tijde van de uitvinding heeft hij eerder een commercieel dan een artistiek doel voor ogen. Hij realiseert zich dat de steendruk zich uitstekend leent voor het drukken van muziekpartituren. Deze zijn zeer in trek, maar de traditionele boekdrukkunst, met haar systeem van letterbakken, leent zich er niet voor. De rest van zijn leven zal Senefelder zich bezighouden met het verspreiden van zijn uitvinding. Het duurt een kwart eeuw voor de lithografie een volwaardige plek in de kunstwereld opeist. De eerste grote stap, tot op heden een onbetwist hoogtepunt in de geschiedenis van de lithografie, wordt gezet wanneer de Spaanse meester Francisco Goya in 1824 een steendrukkerij in Bordeaux binnentreedt en op een steen enkele afbeeldingen van stierengevechten tekent. Ze worden gedrukt en blijken een doorslaand succes: een nieuwe kunstvorm is geboren. De kunstvorm kent zijn ups en downs. Na Goya en Eugène Delacroix wint de lithografie dusdanig aan populariteit dat de markt wordt overspoeld met middelmatige werken van middelmatige kunstenaars. Natuurlijk zijn er uitzonderingen. Hoogtepunten vormen het werk van de Franse dwerg Toulouse Lautrec en de nocturnes van James Mcneill Whistler (in 1887), die zijn litho's liefkozend omschrijft als 'zwijgende zangen in steen'. [2] Pierijn Van Der Putt

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 

Bij lithografie processen bij nanotechnologie wordt op de wafer eerst een lichtgevoelige laag (de resist) aangebracht (zie onderstaande figuur). De afbeelding is onderdeel van het te bouwen drie dimensionale structuur en wordt via een masker door een stralingsbundel overgebracht op de fotogevoelige laag (zie onderstaande figuur). De bundel werkt in op deze laag zodat de belichte delen in een ontwikkelvloeistof oplossen (positieve resist) of juist niet (negatieve resist). De afbeelding is dan klaar om verdere bewerkingen te ondergaan, zoals het opvullen van de ontstane holten met een metaal of een isolerend materiaal. In de figuur worden de gaten niet opgevuld maar door etsen verdiept zodat er kanalen in de wafer geëtst worden. Door het ieder keer herhalen van dit proces ontstaat er uiteindelijk een driedimensionale figuur. Een soortgelijke procédé wordt toegepast bij het ontwikkelen en afdrukken van foto’s.

 

‐31‐ 


bms SMC 2009-2010

Figuur Het basisprincipe van lithografie

§D.2.b De bottum-up methode Nanostructuren kunnen ook ‘bottom-up’ gemaakt worden met chemische groeitechnieken. Deze laten atomen zichzelf organiseren in dunne lagen, draden, piramides, enzovoorts. Bottom-up is een methode voor de gerichte opbouw van nanostructuren en werkt volgens twee princiepes: het zogenaamde sol-gel-procédé en de gasfasesynthese. Door een samenvoegen van verschillende organische en anorganische bouwstenen is het mogelijk om gericht nieuwe grondstoffen produceren (vergelijk het maar met het bouwen met verschillende kleuren lego stenen). Bij de bottom-up methode gaat het meestal om een chemische oplossing van verschillende materialen, die in een colloïdale oplossing – een sol – overgaat. Een sol is een stof met deeltjesgrootte van 1 nm tot 1000 nm die in een andere stof gelijkmatig verdeeld is, zodat de deeltjes in deze andere stof zweven. Deze verdeling is stabiel. Omdat de zwaartekracht geen invloed heeft op deze kleine deeltjes volgt er geen scheiding Figuur een sol van stoffen. Mist is een voorbeeld van een aerosol (aero want in lucht/gas) waarbij kleine waterdruppeltjes in de lucht zweven als een sol, wat de zichtbaarheid beperkt. Verf is een ander voorbeeld waarbij pigment( kleur) deeltjes zijn die opgelost zijn in een vloeistof (water geeft waterverf, olie geeft olieverf). Door verhitten of na het toevoegen van een katalysator (reactie versneller) groeien de deeltjes tot een kritische grootte, waarna ze weer uit elkaar vallen. Door de chemische  

‐32‐ 


bms SMC 2009-2010

verandering van het deeltjesoppervlak kan de deeltjesgroei in bepaalde fasen gestopt worden. Zo is het mogelijk om deeltjes van een bepaalde grootte te krijgen, waarvan het oppervlak aansluitend bijvoorbeeld als bescherming tegen samenklonteren of het niet meer hebben van bepaalde oploseigenschappen verder veranderd kan worden. Een voorbeeld vanuit de praktijk (Goudcolloïden): In een waterige tetrachloorgoudoplossing (HAuCl4)-oplossing worden door roeren bij 100°C goudcolloïden gevormd. De reactie is bijvoorbeeld door het toevoegen van trinatriumcitraat (natriumzout van het citroenzuur) als reductiemiddel te stoppen. De zo geproduceerde gouddeeltjes hebben een doorsnede van gemiddeld 15 nm en zijn wijnrood. Al in de middeleeuwen produceerden glasmakers onbewust zulke deeltjes. Ze smolten bij het maken van kerkramen kleine hoeveelheden goud en verkregen zo het beroemde “robijnglas”. Goud werd dus als rode kleurstof gebruikt en was niet goudkleurig. Uit een sol kan bijvoorbeeld door onttrekken van het oplosmiddel een gel gevormd worden. De gel vertoont nieuwe materiaaleigenschappen. Gel uit grafiet (zit in je potlood) geleidt bijvoorbeeld elektrische stroom terwijl gewoon grafiet dat niet doet. Een ander voorbeeld van deze methode is de praktische opdracht 3 die jullie in het vorige hoofdstuk hebben uitgevoerd. De tweede belangrijke productiemethode voor nanomateriaal is de gasfasesynthese. Als uitgangsstoffen dienen gassen, vloeistoffen of vaste stoffen, die in de gasfasereactor in een gasstroom worden gebracht en door een zeer hete zone doorlopen. Vloeibare en vaste stoffen worden daarvoor door verdampen of verstuiving in gassen, fijn verdeelde druppels of deeltjes omgezet. Bij de chemieconcerns worden verschillende soorten van gasfasereactoren ingezet, waaronder de vlammenreactor, de hete wand reactor en de plasmareactor. Zij verschillen door de vorm van de energietoevoer. Met de gasfasesynthese worden veel producten op industriële maatstaf geproduceerd, bv. Titaandioxide-nanodeeltjes, die met behulp van lichtenergie chemische reacties versnellen. Een bekender voorbeeld is de binnenzak van chips die op deze manier wordt geproduceerd. Door het aangebrachte glimmende laagje blijven de chips in de zak langer vers

Samengevat: Wetenschappers gebruiken twee benaderingen om structuren op nanoschaal te bouwen:  

‐33‐ 


bms SMC 2009-2010

 De opwaartse benadering: bottum-up. Daarbij maak je met kleinere bouwstenen een groter geheel. Een aanpak die typisch is voor de scheikunde. Deze versie van de nanotechnologie wordt ook wel een supramoleculaire chemie genoemd. De bouwblokjes waarmee nanostructuren gebouwd worden, zijn immers op zichzelf al grote moleculen.  De neerwaartse beweging: top-down. Dan probeer je vanuit een groot voorwerp een kleiner voorwerp te maken, een beetje zoals een beeldhouwer een beeld kapt uit een groot blok marmer. In de praktijk wordt die aanpak gebruikt in de chipindustrie. Waar je laagjes afzet op een drager en er dan structuren in uitsnijdt met een elektronenstraal.

§D.3 Het zichtbaar maken van nanomaterialen Hoe kun je nu nanomaterialen zichtbaar maken? Bekijk daarvoor het volgende filmpje. Het handelt niet over nanomaterialen maar over vissen. Sommige vissen zwemmen soms duizenden kilometers om eitjes te leggen. Ze weten waarschijnlijk de weg door een soort kompasnaald in hun neus. Met de sterkste microscoop ter wereld kan Ernst de magneetdeeltjes van het visneuskompas tot op celniveau zichtbaar maken. De bij dit onderzoek gebruikte van microscopen worden ook gebruikt bij het onderzoek naar nanodeeltjes.

Opdracht  Bekijk het filmpje supermicroscoop  Wanneer je een groter organisme bekijkt, kun je gemakkelijk een aantal delen herkennen. Kijk maar eens bij jezelf wat je allemaal voor onderdelen uitwendig kunt aanwijzen en benoemen. Wanneer je je lichaam zou opensnijden, zul je nog meer delen zien. Ga je verder op onderzoek, dan zul je steeds kleinere delen ontdekken. Voor die kleinere onderdelen kun je verschillende hulpmiddelen gebruiken, zoals een loep of, bij nog kleinere delen een microscoop. Onderzoek je materialen nog verder, dan zijn deze opgebouwd uit kleine deeltjes zoals moleculen, atomen en ionen. Dat deze deeltjes bestaan is op verschillende manieren aan te tonen. Een van die manieren is deze deeltjes zichtbaar maken met apparaten. In de loop van de tijd werd het mogelijk kleinere deeltjes – cellen, moleculen en atomen - te bekijken In het jaar 1924 besefte de Belg Louis de Broglie, dat elektronen tegelijkertijd deeltjes- en golfkarakter hebben en daarom als elektronenstralen vergelijkbare eigenschappen hebben als het licht. Deze kennis maakte de weg vrij voor de bouw van een microscoop om de nanowereld binnen te dringen. Omdat snelle elektronen een zeer veel kleinere golflengte hebben dan zichtbaar licht en het oplossend vermogen van een microscoop door de golflengte begrensd wordt, kan met een elektronenmicroscoop een duidelijk hoger oplossend bereikt worden als met een lichtmicroscoop. Vergeleken met de lichtmicroscoop bezit de elektronenmicroscoop enige bijzonderheden: de door een gloeiende wolfraamdraad geproduceerde elektronen worden in een elektrisch veld versneld. In de elektronenmicroscoop moet een vacuüm heersen, omdat de elektronenstraal anders  

‐34‐ 


bms SMC 2009-2010

door de gasdeeltjes gestrooid zou worden. Als lenzensystemen dienen elektromagneten, die de elektronenstraal bundelen en afleiden. Omdat het magneetveld regelbaar is, zijn er bij een elektronenmicroscoop geen verwisselbare oculairen of objectieven nodig om bij de verschillende vergrotingen te werken. Hieronder volgen een opsomming van enkele verschillende microscopen om nanomaterialen zichtbaar te maken.

§D.3.a Transmissie elektronenmicroscoop Bij een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) stralen de elektronen door het preparaat en treffen op een scherm, dat het beeld van het object toont.

§D.3.b Rasterelektronenmicroscoop

Bij de rasterelektronenmicroscoop (REM) wordt de elektronenstraal tot een zo klein mogelijke vlek gebundeld en regel voor regel over het te onderzoeken preparaatdeel geleid. Bij een vaak gebruikte meetmethode met dit systeem, de secundaire elektronenmicroscopie (SEM), worden niet de elektronen, waarmee het object bestraald wordt, maar de door de bestraling uit het preparaat gestoten elektronen gemeten. Dit is te vergelijken met lichtstralen, die door een vensterruit gereflecteerd worden. De elektronen verlaten het preparaat aan die kant, waar de elektronenstraal  

‐35‐ 


bms SMC 2009-2010

getroffen heeft. De verdeling van de elektronen wordt met behulp van een detector en een versterker in beelden op een monitor omgezet.

§D.3.c Rastersondenmicroscoop

Een bijzondere vorm van de rasterelektronenmicroscopie (AFM) is de rastersondenmicroscopie. Hierbij wordt in de regel een spitse naald van enige 100 micrometer lengte (en in het optimale geval met een punt van maar één atoom) tot ongeveer een nanometer afstand van het preparaatoppervlak gebracht en in een raster erover geleid. Daarbij “voelt” de sensor een afstandsafhankelijke natuurkundige wisselwerking, die als meetsignaal dient. Bij een rasterkrachtmicroscoop wordt de arm, waaraan zich de punt bevindt, bij contact met een atoom aan het oppervlak verbogen. Boven op de arm bevind zich een spiegeltje. Als de arm buigt veranderd de stand van het spiegeltje. Hierdoor wordt de reflectiehoek van een laserstraal meetbaar veranderd. Dit signaal wordt als driedimensionaal beeldinformatie door een computer geregistreerd en afgebeeld. Zo geproduceerde afbeeldingen lijken op het oppervlak van een eierdoos met inzinkingen en uitstulpingen. Iedere berg komt bij het goede oplossende vermogen overeen met een atoom.

 

‐36‐ 


bms SMC 2009-2010

Het principe van de rastersondenmicroscoop of rastertunnelmicroscoop valt dus het beste te vergelijken met een ouderwetse platenspeler. Een vlijmscherpe metalen naald – de punt is 1 atoom dik -, tast het oppervlak van het preparaat af. Het grote verschil met de platenspeler is dat deze RTM-naald het preparaat net niet raakt. Door een elektrische spanning tussen naald en het preparaat gaat er een minuscule stroom lopen: de tunnelstroom. De microscoop meet de stroom en stelt voortdurend de hoogte van de naald zodanig bij, dat de naald op een constante afstand van het oppervlak blijft. Als nu de naald parallel aan het oppervlak verschoven wordt, terwijl de stroom constant wordt gehouden, volgt de naald een hobbelpad – iets hoger boven een atoom en iets lager tussen de atomen in -, dat eruit ziet als de atomaire structuur van het oppervlak onder de naald. De bewegingen van de naald worden door een computer geregistreerd en op een beeldscherm zichtbaar gemaakt. De microscoop is in een vacuümkamer geplaatst om te voorkomen, dat het preparaat oxideert of verontreinigd wordt.

 

‐37‐ 


bms SMC 2009-2010

Een andere toepassing van de RTM is het manipuleren van atomen. Het is gelukt om de atomen zo te verplaatsen, dat er verschillende figuren gemaakt konden worden.

    Opgave  7. Zoek de betekenis op van de volgende afkortingen.  a. SEM  b. TEM  c. AFM  d. STM  e. REM 

Praktische opdracht 4  Cleanroom papier   

‐38‐ 


bms SMC 2009-2010

 

Onderdeel E Je denkt misschien dat nanotechnologie een ver van je bed show is maar niets is minder waar. Vandaag kijken we naar twee producten die al jaren in de handel zijn. Ook kijken we naar de negatieve aspecten van deze technologie en het verschil tussen de technologie en hype.

§E.1 Toepassingen en gevaren van nanotechnologie Opdracht  Bekijk het filmpje nano‐technologie: klein venijn of zegen. 

§E.1.a Zonnebrandcrème en nano Artikel: Nanotech: nieuwe kansen, nieuwe gevaren (7 maart 2005) door Sander Becker Technologiedebat Hoop op subtielere medicijnen Anders dan destijds bij biotechnologie blijft Greenpeace nu gematigd Nanodeeltjes, piepkleine partikeltjes, beloven een technologische revolutie, maar de risico's voor de gezondheid en het milieu worden nauwelijks onderzocht. Zijn nano-zonnebrandcrèmes eigenlijk wel veilig? Over nanotechnologie -gepriegel op de miljardste meter- bestaan veel hosannaverhalen. Alsof er een compleet nieuwe wereld in wording is. Een 'nanowereld', die ons kleinere, lichtere en goedkopere producten zal opleveren. Krachtiger computers ook. Snellere communicatiemiddelen, betere medische behandelingen, een schoner milieu en een aangenamere leefomgeving. Maar ook de risico's voor onze gezondheid en het milieu zijn aanzienlijk. De Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en het Rathenauinstituut hebben er onlangs beide een rapport over uitgebracht. Ook de Gezondheidsraad buigt zich nu over de gevaren. Wat is er aan de hand?

 

‐39‐ 


bms SMC 2009-2010

De bezorgdheid komt voort uit de minuscule omvang van nanodeeltjes. Door hun geringe afmetingen kunnen ze bij inademing diep in de longen doordringen. Daar zouden ze ontstekingen of kanker kunnen veroorzaken. Ook zouden ze via de huid in het bloed kunnen belanden. Geen prettig idee, want juist door hun beperkte omvang zijn veel nanodeeltjes zeer reactief -lees giftig. En worden ze in het milieu goed afgebroken? Het KNAW-rapport is geschreven in opdracht van Maria van der Hoeven, minister van wetenschap. Zij was gealarmeerd door het toenemende aantal geruchten over nanotechnologie. Die worden vooral verspreid door een Canadese milieubeweging, de ETC Group. Leden daarvan zien nanodeeltjes als het 'asbest van de toekomst'. Ze eisen een moratorium op de toepassing ervan en waarschuwen voor producten waar nanodeeltjes in zijn verwerkt. De milieugroep heeft het vooral gemunt op zonnebrandcrèmes van L'Oréal. Die bevatten nanokristallen van titaniumdioxide. Dit onoplosbare zout wordt op zich al tientallen jaren toegepast in tandpasta en zonnebrandcrème, maar meestal alleen in relatief grote deeltjes van 1 tot 5 micrometer. In die grootte weerkaatsen ze al het licht dat erop valt, zodat ze producten een stralend wit uiterlijk geven. In nanovorm werken de deeltjes anders. Ze blokkeren dan alleen ultraviolet licht; zichtbaar licht gaat er dwars doorheen, met als gevolg dat de nanodeeltjes kleurloos zijn. Ideaal voor een zonnebrandcrème: je beschermt gericht tegen uv-stralen, en je krijgt niet zo'n vies wit laagje op de huid. De ETC Group vreest echter dat nanocrèmes niet tegen huidkanker beschermen, maar het juist veroorzaken. Geen absurd idee, want van nanodeeltjes titaniumdioxide is bekend dat ze onder invloed van uv-stralen zogeheten 'radicalen' vormen: agressieve deeltjes die het DNA kunnen beschadigen. Als de nanodeeltjes in menselijke cellen worden ingebracht, blijkt die schade inderdaad op te treden. En DNA-schade kan leiden tot kanker, vandaar. In werkelijkheid loopt het niet zo'n vaart, relativeert dr. Paul Borm, hoogleraar toxicologie aan de universiteit van Düsseldorf en werkzaam aan Hogeschool Zuyd in Heerlen. ,,Titaniumdioxide is op zich niet giftig. Het wordt pas gevaarlijk als er uvlicht op valt; daarom zit er een coating rond de deeltjes. De vraag is nu: komen de nanodeeltjes door de bovenste huidlaag heen? In die hoornlaag zitten alleen dode cellen, dus daar kan de stof geen kwaad. Als de deeltjes ook dieper komen, wordt het een ander verhaal. Dat lijkt niet het geval, maar hier is maar heel weinig onderzoek naar gedaan. L'Oréal geeft er zelf niets over vrij. Heel frustrerend.'' Bij L'Oréal zijn ze verbaasd over de ophef. Nanodeeltjes zitten in al hun zonnebrandcrèmes, laat een woordvoerster weten, én in die van veel concurrenten. Deze crèmes -al tien jaar verkrijgbaar- zijn uitgebreid getest en veilig bevonden. Dat zou onder meer blijken uit onderzoek van de Berlijnse toxicoloog Jürgen Lademann.

 

‐40‐ 


bms SMC 2009-2010

Bovendien zouden de nanodeeltjes vanwege hun coating sowieso niet door de hoornlaag heen kunnen dringen. Kortom, niets aan de hand. Borm beaamt dat de nanocrèmes hoogstwaarschijnlijk veilig zijn. Het probleem zit volgens hem meer in het feit dat er in zijn algemeenheid te weinig onderzoek wordt gedaan naar de schadelijkheid van nanodeeltjes en dat dit weinige onderzoek niet beschikbaar is voor de buitenwereld. Hij ziet vragen te over. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als een nanocrème op een wondje wordt gesmeerd? Zijn mensen met longaandoeningen of hart- en vaatziekten gevoeliger voor nanodeeltjes dan gemiddeld, zoals ze ook meer last hebben van nanopartikeltjes in vervuilde lucht? Zijn collega dr. F. de Wolff, hoogleraar toxicologie in het Leids Universitair Medisch Centrum, vindt dat deze gevaren nog onvoldoende serieus worden genomen. Hij waarschuwt bovendien voor onopgemerkte risico's. ,,Door hun afmetingen kunnen nanodeeltjes een ander soort giftigheid geven dan verwacht. De huidige testmethoden zijn daar niet goed voor uitgerust.'' Maar geen paniek. De overheid zit er bovenop, verzekert dr. G. Robillard, hoogleraar biofysische geochemie aan de Rijksuniversiteit Groningen en een van de opstellers van het KNAW-rapport: ,,Bijna elk land is bezig met het formuleren van een onderzoeksprogramma om de schadelijke effecten van verschillende soorten nanodeeltjes te bestuderen. Gevaarlijke deeltjes zullen we moeten verbieden, andere niet. Een algemeen moratorium zou onzinnig zijn.'' De overheid probeert ondertussen een debat over nanotechnologie op gang te brengen. Zo kan een herhaling van het gentech-drama worden voorkomen. In de jaren negentig werden genetisch veranderde gewassen geïntroduceerd zonder dat daar voldoende voorlichting of discussie aan vooraf was gegaan. Gevolg: milieubeschermers stelden zich lijnrecht op tegenover wetenschappers en industriëlen, het vertrouwen in de wetenschap kelderde en het onderzoek liep jarenlang vertraging op. Ditmaal moet alles soepeler gaan. De eerste signalen zijn gunstig, meent Borm: Greenpeace, ooit een van de felste tegenstanders van biotechnologie, kiest nu voor een gematigde, afwachtende positie. Maar het publiek is onvoorspelbaar, werpt De Wolff tegen. ,,Als mensen eenmaal bezorgd zijn, valt daar nauwelijks nog iets aan te doen.'' (Bron: KNAW-rapport 'Hoe groot kan klein zijn?')

Opdrachten  Lees bovenstaand artikel en beantwoord de volgende vragen.  1. welke voordelen en nadelen hebben nanodeeltjes in zonnecrème.  2. Van welk materiaal zijn de nanodeeltjes in zonnecrème.  3. Welke risico’s zijn er met nanodeeltjes.   

‐41‐ 


bms SMC 2009-2010

4. Hoe wil de regering de introductie van nanodeeltjes bij het grootte publiek  soepel laten verlopen? 

Practische opdracht 5a   

§E.1.2b Het lotus effect Voor veel Aziatische mensen geldt de lotusbloem niet alleen als symbool van de reinheid, maar is ook heilig: haar bladeren ontspruiten uit modderige watertjes en zijn desondanks droog en schoon. Vuil kan door eenvoudig afsproeien verwijderd worden. Zelfs kleverige substanties, zoals honing glijden al bij een beetje schuin houden van de bladeren er volledig vanaf. In 1992 werd dit fenomeen, dat al in de jaren zeventig onderzocht werd,als lotuseffect beschreven. Bij meer dan 20.000 andere plantensoorten wordt dit effect ook gevonden, waaronder kool, riet en tulp. Planten zijn niet alleen blootgesteld aan het altijd aanwezige vuil, maar ook aan vijanden, zoals bacteriën, virussen en schimmels. Het lotuseffect beschermt plant goed tegen infecties, want de ziekteverwekkers kunnen niet aan het oppervlak blijven plakken en daardoor niet de cel binnendringen. Onder de rasterelektronenmicroscoop is te zien, dat het oppervlak van het blad bezaaid is met heuvelachtige microstructuren, die met waterafwijzende waskristallen van enige nanometer grootte bezet zijn. Het lotuseffect is iets anders dan het vanuit de techniek veel bekendere zogenaamde “easy-to-clean-effect”. Dit effect wordt veroorzaakt door de water- en vetafwijzende eigenschappen van gladde chemische lagen. Op een glasplaat met een zeer hydrofiele laag breidt de waterdruppel zich uit tot een film van aparte watermoleculen. De contacthoek die dan gevormd wordt bedraagt 0°. Van dit effect wordt gebruik gemaakt bij nanomaterialen voor de anticondenslagen, bijvoorbeeld bij brillenglazen. Bij een extreem waterafwijzend (superhydrofoob) oppervlak gedraagt de druppel zich alsof deze zich op een hete kachelplaat bevindt. De waterdruppel krijgt een parelvorm en raakt de ondergrond nog maar op een punt. De contacthoek bedraagt dan ongeveer 180°.

 

‐42‐ 


bms SMC 2009-2010

Ook de ruwheid heeft invloed op het nat worden. Een hydrofiel oppervlak wordt door de opruwing beter nat. Een voorbeeld hiervoor is keukenpapier. Een hydrofoob oppervlak echter wordt door opruwing superhydrofoob. Precies dat is het geval bij het lotuseffect: er bevindt zich lucht tussen de hydrofobe microstructuren en de waterdruppels. Op het ruwe oppervlak is het contactvlak tussen blad waterdruppel extreem klein, waardoor de druppel er zonder tegenstand vanaf rolt. Hydrofobe vuildeeltjes op zo’n bladoppervlak worden door de waterdruppels meegenomen, omdat deze alleen op de puntjes van de waskristallen liggen. De vuildeeltjes hebben grotere adhesie (=aantrekking) ten opzichte van de waterdruppels dan ten opzichte van het bladoppervlak. In het dagelijkse leven probeert men het lotuseffect op alle mogelijke manieren te imiteren. Uit de samenwerking van wetenschap en industrie zijn intussen goed verkoopbare producten ontstaan, bijvoorbeeld vuilafwijzende verven en dakpannen.

Een goed voorbeeld vormt de zelfreinigende tegel. De nanostructuur hiervan aan de buitenkant zorgt ervoor, dat zowel water als organische vloeistoffen gaan parelen en snel naar beneden rollen, waarbij ze meteen stof en vuil meenemen. De tegels laten zich gemakkelijk reinigen en zijn beter bestand tegen graffiti. Een ander voorbeeld is het dampvrije helmvizier. Het plastic van het vizier is bedekt met een hydrofiel nanomateriaal, dat ervoor zorgt dat water niet meer druppeltjes vormt, maar zich uitspreidt tot een film. Dit is een tegengesteld effect van nanotechnologie als bij het lotuseffect.

Opdrachten  Lees bovenstaand artikel en beantwoord de volgende vragen.   

‐43‐ 


bms SMC 2009-2010

5. wat is een hydrofobe laag  6. Wat is een hydrofiele laag   

Practische opdracht 5a  Hydrofoob en hydrofiel   

§E.2. Nano een hype? Opdracht    7. Bekijk de twee reclames die hier afgedrukt staan. Beschrijf bij iedere  reclame wat er nano aan het product is. Nano is een hype. Leg dat uit aan  de hand van deze twee reclames. 

 

‐44‐ 


bms SMC 2009-2010

1. Tata Nano; auto voor 1700 Euro    Op de Auto Expo in New Delhi onthulde Tata‐topman Mr. Ratan N. Tata de auto hoogstpersoonlijk. Na vier jaar  van ontwikkeling trok hij het doek van de goedkoopste auto ter wereld. Volgens de topman moet de Nano de  mogelijkheden van de Indiase bevolking kunnen veranderen en India mobiel maken. Het idee voor de  ontwikkeling van de Nano ontstond op straat. Ratan Tata zag een doorsnee Indiaas gezin rijden op een  scootertje. Vader reed, een kind stond voorop en moeder zat met een baby achterop. Hij realiseerde zich dat dit  niet veilig was en bovendien afhankelijk van de weerssituatie ook niet zo kon. Daarop besloot hij de ontwikkeling  de starten van een kleine auto die net zo schoon en zuinig is als een brommertje, maar wel het comfort en de  warmte van een auto kan bieden. Zie hier, de Tata Nano!     Compact en zuinig  De auto meet een lengte van 3.1 meter, een breedte van 1.5 meter en een hoogte van 1.6 meter. Daarmee biedt  de auto plaats aan vier personen en wat bagage. Voor de aandrijving staat een tweecilinder motortje met een  inhoud van 623 cc garant. De motor weet 33 pk op de achterwielen over te brengen en moet daarmee redelijke  prestaties kunnen leveren. Het verbruik ligt bovendien zeer laag (ongeveer 1 op 25).     Spotgoedkoop  Tata wil India met deze Nano mobiel krijgen. De auto gaat af‐fabriek (in de goedkoopste uitvoering) € 1.700,‐  kosten en is daarmee de goedkoopste auto ter wereld. Elke vorm van luxe ontbreekt dan ook. Wel moet de  dealer er dan nog aan verdienen en komt er nog wat belasting overheen, maar de auto blijft spotgoedkoop. Zelfs  voor Indiase begrippen waar de lonen extreem laag liggen. We zullen zien of deze Nano het leven van de  gemiddelde Indiase inwoner gaat veranderen.   

 

‐45‐ 

Module 10 Nanotechnologie voor alle 3e klassen 2009 – 2010  

2. Alles Nano-schoon  

 

‐46‐ 

bms SMC 2009-2010


 

‐47‐ 

bms SMC 2009-2010


bms SMC 2009-2010

Bronnenlijst Dit is een overzicht van de gebruikte bronnen zover deze niet al op de diverse plekken vermeld staan. Machten van tien, Philips en Phylis Morrison, 1985 Nanotechnologie, Einführung in die Nanotechnologie, Dr. Karl-Heinz Haas, 2006 Nanotechnologie, op weg naar een moleculaire bouwdoos, Arthur ten Wolde e.a., 2000 Project NANO: wegwijs in nanoscience en nanotechnologie , Drs J. H. Bilo MA, 2007 Water, Vera Bouman, St.Maartencollege Maastricht, 2007 Lezing: Nano in oppervlaktetechnologie. Een sprookje?,Cor Schrauwen (TNO), sector Bernard Lievegoed, mei 2008 Lezing: Moleculaire (bio)nanotechnologie ,Dr.Ir. M.L. Bennink

Illustratieverantwoording school.discoveryeducation.com/clipart/category/scie5.html cgi.befr.ebay.be www.techna.nl www.gore.com/.../508/356/cleanroom_web-copy.jpg www.americancleanrooms.com/am/images_index www.mmrc.com.au/images/4.jpg www.bio-pro.de/imperia/md/images/artikelgebun www.cichlidae.be/filmcamera.gif www.imec.be/.../images/moores_law.gif www.iopb.res.in www.andrew.cmu.edu www3.physik.uni-greifswald.de  

‐48‐ 


bms SMC 2009-2010

Machten van tien, Philips en Phylis Morrison pag 113 Nanotechnologie, Einführung in die Nanotechnologie, Dr. Karl-Heinz Haas pag 36 Wegwijs in nanoscience en nanotechnologie , Drs J. H. Bilo MA pag 8, pag 10, pag19-21, pag 43-44

Internet sites www..wikipedia.nl www.haycap.nl/app-c/machten/machten.htm www.techna.nl www.mesaplus.utwente.nl www.rug.nl/informatica/informatievoor/studiekiezers/wistjedat/moore www.autowereld.eu

Filmfragmenten www.youtube.com Powers of 10 www.youtube.com Richard Feynman Intro www.hetklokhuis.nl Het klokhuis Uitzending: 24-12-2007 Chip Opnemen tussen 0:19-1:33; 3:25-6:22; 7:14-11:06 Het klokhuis Uitzending: 8-3-2006 Supermicroscoop

 

‐49‐ 

Module 10 Nanotechnologie voor alle 3e klassen 2009 – 2010 Opnemen tussen 0:17-3:38; 5:54-8:59; 9:52-12:37 www.eenvandaag.nl Een vandaag Uitzending : 5 jan 2007 Nano-technologie: klein venijn of zegen

Veel toepasselijke filmpjes zijn ook bij YouTube te vinden

 

‐50‐ 

bms SMC 2009-2010

Module 10 Nanotechnologie voor alle 3 e klassen bms SMC Theoretisch deel. NANOtechnologie

Recommend Documents