13. listopadu  2012 v 13:45  rubrika: Nepřehlédněte

21. století bude pravděpodobně stoletím nanotechnologií. Využívají je třeba lékaři, stavebníci nebo výrobci elektroniky

Nanotechnologie - Foto: Free Digital Photos, Victor Habbick

NanotechnologieFoto: Free Digital Photos, Victor Habbick

Jen málokterý vědní obor lze datovat tak přesně jako nanotechnologie. Ty se zrodily v podstatě 29. prosince 1959 na Kalifornské technologické univerzitě, kde americký fyzik Richard Feynman vystoupil s přednáškou s docela jednoduchým názvem: Tam dole je spousta místa.

Tím dole myslel svět atomů, který podle něj mohl v budoucnu najít široké praktické využití. A aby vědce podnítil k uvažování na úrovni atomů, slíbil odměnu tomu, kdo dokáže na špendlíkovou hlavičku zapsat všech 24 dílů encyklopedie Brittanica. 

Ani ne do 10 let se podařilo tento úkol splnit. A to díky zazoomování až na úroveň nano. 

„Nanometr je 10 na -9 metrů, což je milióntina milimetru. Když to srovnáme třeba například s lidským vlasem, tak je to přibližně desettisíckrát tenčí. Typická bakterie má kolem 1000 nanometrů, další organické organismy, jako jsou třeba například viry, ty už se dostávají do nanosvěta, protože mají přibližně 10 nanometrů a například průměr DNA je kolem 2,5 nanometru. Do jednoho nanometru se vejdou přibližně tři atomy, je to ještě o jeden řád méně než nanometr, velikost atomu je desetina nanometru,“ řekl pro magazín Klik-a Petr Dvořák z CEITECu, Středoevropského technologického institutu v Brně. 

Aby fyzici vůbec mohli splnit úkol, který jim Feynman zadal, potřebovali pořádně zazoomovat. Běžný světelný mikroskop ale dokáže realitu nazvětšovat maximálně 1000x. Ještě nějakou chvíli proto trvalo, než se podařilo mikroskopii zdokonalit tak, že dohlédla až na nanoúroveň. 

„Prvním zařízením, které v dnešní době umí vidět atomy, je elektronový mikroskop, který má počátek už v roce 1931. Důležitější pro pozorování atomů byl ovšem tzv. rastrovací tunelovací mikroskop a poté mikroskop atomárních sil, pochází přibližně z let 1981 a 1986. To se dá považovat za prvopočátek hraní si s atomy a vidění atomů,“ dodal Dvořák.  

Staré nanotechnologie  

Podle něj nanotechnologie prakticky využívali sklenáři ve starém Řecku: „Používali zlatý prášek, který rozdrtili a přisypávali do skla, aby tím měnili jeho optické vlastnosti. Už to uměli, akorát nevěděli, proč to tak funguje. Začátek nanotechnologií se opravdu dá považovat až v 60. letech, kdy lidé začali zjišťovat, že by mohly mít praktické využití, kdy by uměli například text psát velmi malý nebo vytvářet velmi malé součástky.“ 

Materiály v nanotechnolgiích jsou velmi důležité a ovlivňují fyzikální a chemické vlastnosti. 

„Dnešním takovým top používaným materiálem je určitě křemík, který lidé umí velmi dokonale vyrobit, umí ho udělat velmi čistý, velmi kvalitní, co se týče krystalografické struktury. Křemík se používá jako substrát pro různé další experimenty. Dalším důležitým materiálem je v dnešní době uhlík, ať už v podobách, které jsou známé už dlouhá staletí, jako je tuha nebo diamant, tak v dnešní době se vytvářejí nanotechnologické materiály, jako jsou fullereny, tzv. nanotrubičky nebo grafen,“ vypočítal Petr Dvořák. 

Křemík a uhlík vynikají čistotou a tím, že je vědci umí uspořádat do krystalů. Materiály jsou také levné. 

„Výroba jedné atomové vrstvy uhlíku se dělá velmi až humorným způsobem. První výroba probíhala tak, že se vzala obyčejná lepící páska a obyčejná tuha, grafit a odlupovaly se izolačkou jednotlivé vrstvy a doufali, že tam budou mít jednu vrstvu, což se jim také podařilo,“ popsal Dvořák.  

A přesně takto postupovali fyzici Andre Geim a Konstantin Novoselov. Dospěli k výjimečnému objevu, za který si v roce 2010 odnesli Nobelovu cenu za fyziku. Izolování ultratenkých grafenových vrstviček našlo uplatnění třeba při výrobě dotykových obrazovek nebo solárních článků. 

Právě dotykové obrazovky a solární články jsou ale jen dvě kapky v moři výrobků, které vznikly obráběním jednotlivých atomů a shluků atomů. Nanotechnologie se využívají ve stavebnictví při výrobě povrchů, které nepřijímají vodu, nebo zdravotnictví. Dělají se z nich lasery, filtrační materiály, umělé kůže nebo roušky. 

„Viry mají přibližně velikost 10 nanometrů, a proto obyčejná látka, která se pohybuje mikrometrech, nedokáže takové malé částečky zastavit,“ upřesnil Dvořák. 

(Ne)lehké restaurování památek  

Nanotechnologie se pomalu, ale jistě prosazují i v oborech nejkonzervativnějších, například v restaurování památek. Na to se specializuje Jiří Rathouský z Centra nanomateriálů a nanotechnologií při Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského. Restaurování památek má několik významných požadavků, které jsou specifické: 

„První je vratnost zásahu, když něco změníme, tak abychom byli schopni se vrátit do původního stavu. Druhým požadavkem je trvanlivost. Samozřejmě nelze památku restaurovat každý rok. Třetím významným požadavkem je kompatibilita, nejlépe restaurovat památku podobným materiálem, z jakého je ta památka vybudována.“ 

Rathouský tvrdí, že vratnost je největší z problémů.  

„Nový trend je využití nanočástic, které budou schopny proniknout do porézní struktury, zejména třeba kamene, omítek a podobně. A zde je ideální situace, že bychom použili na to restaurování nanočástice z prakticky stejného materiálu, jako je materiál té historické památky. V poslední době bylo vyvinuto tzv. nanovápno. Je to v podstatě běžné vápno, ale je ve formě nanočástic, což přináší obrovskou výhodu, protože hydroxid vápenatý, což je sloučenina, která tvoří vápno, je ve vodě velmi málo rozpustný. Je velmi obtížné vpravit nějaké rozumné množství hydroxidu vápenatého do restaurovaného vápence. Vyžaduje to opakované a opakované nanášení velmi zředěných vodních roztoků i více než 100x. to je velmi náročný proces a je také pro památku velmi nevhodný, protože nanášíme na ni obrovské množství vody. Nanočástice jsou tak malé, že proniknou do pórů, jsou mnohem menší, než je šířka pórů, ale na druhé straně je v nich zkoncentrováno daleko větší množství hydroxidu vápenatého, než je v té vápenné vodě. Tím pádem se nám řádově snižuje počet nutného nanášení,“ popsal Jiří Rathouský. 

A jaké vidí problémy s částicemi?  

„Vypadá to sice jednoduše, ale je to věc složitá, protože tyto částice nevynikají příliš stabilitou, mají velmi velký povrch, a tím pádem velkou reaktivnost. Takto malé částice budou mít sklon se shlukovat, aby snížily svou povrchovou energii. To je velmi špatné, protože pak se vytvoří velké shluky, které do pórů už neproniknou. Proto je nutno věnovat velkou pozornost stabilitě nanočástic,“ odpověděl pro Rádio Česko Rathouský. 

Pro ilustraci velikosti plochy nanočástic si představme kostku cukru o hraně jeden centimetr. Kdybychom ji rozdělili na drobné krychličky o hraně jeden nanometr a sečetli jejich povrch, dostali bychom 6000 m2, tedy zhruba fotbalové hřiště. 

Plocha kompaktní kostky cukru přitom čítá 6 cm2. 

 

21. století bude pravděpodobně stoletím nanotechnologií. Populárně-naučný magazínu přípravila Tereza Burianová.

Vložit na svůj web

Autor:  Tereza Burianová, Marián Vojtek  (mvo)
Pořad: Klik-a  |  Stanice: ČRo Rádio Česko (archivováno)
Čas vysílání: vysíláno do 26. 2. 2013  
 

Mobilní verze | Podmínky užití | English
© 1997-2017 Český rozhlas

Tento web používá k analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace