NanotechnológiaInovácie pre svet zajtrajška

NANOTECHNOLÓGIE A NANOVEDY,

MULTIFUNKČNÉ MATERIÁLY ZALOŽENÉ NA VEDOMOSTIACH

A NOVÉ VÝROBNÉ PROCESY A ZARIADENIAVšeo

becn

é in

form

ácie

EURÓPSKA KOMISIA

Výskum Spoločenstva

Zaujímate sa o európsky výskum?

RTD info je náš trojmesačník, ktorý sprostredkúva hlavné trendy vývoja (výsledky, programy, udalosti atď.). Vychádza v angličtine, fran-

cúzštine a v nemčine. Bezplatný vzorový výtlačok alebo bezplatné členské získate na adrese:

European Commission

Directorate-General for Research

Information and Communication Unit

B-1049 Brussels

Fax: (32-2) 29-58220

E-mail: research@ec.europa.eu

Internet: http://ec.europa.eu/research/rtdinfo/index_en.html

Vydavateľ: EURÓPSKA KOMISIA

Generálne riaditeľstvo pre výskum

Riaditeľstvo G – Priemyselné technológie

Oddelenie G.4 – Nano- a konvergentné vedy a technológie

Kontakt: Dr. Renzo Tomellini, Dr. Angela Hullmann

E-mail: renzo.tomellini@ec.europa.eu, angela.hullmann@ec.europa.eu

Internet: http://cordis.europa.eu/nanotechnology

EURÓPSKA KOMISIA

Nanotechnológia

Inovácia pre svet zajtrajška

Táto brožúra je výsledkom projektu, ktorý financovalo nemecké federálne

ministerstvo školstva a výskumu (BMBF) a realizoval nemecký zväz technikov

– stredisko technológie (VDI-TZ). Európska komisia vyjadruje BMBF

poďakovanie za súhlas s prekladom tejto publikácie a jej sprístupnením

európskej verejnosti. Osobitná vďaka patrí Dr. Rosite Cottonovej (BMBF) a

Dr. Wolfgangovi Lutherovi (VDI-TZ) za ich pomoc pri koordinácii.

Preklady tejto brožúry do iných jazykov sa priebežne dopĺňajú a publikujú

vo formáte pdf na internetovej adrese http://cordis.europa.eu/nanotechnology.

Vydala: Európska komisia, GR pre výskum

Vyrobilo: Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, Berlín

Koordinácia: Divízia budúcich technológii, VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf

Autor: Dr. Mathias Schulenburg, Kolín

Úprava: Suzy Coppens, BergerhofStudios, Kolín

Generálne riaditeľstvo pre výskum

2007 „Nanovedy a nanotechnológie“ EUR 21151SK

PRÁVNA POZNÁMKA

Ani Európska komisia, ani akákoľvek iná osoba konajúca v mene Komisie nezodpovedajú za prípadné použitie nasledujú-

cich informácii.

Za názory vyjadrené v tejto publikácii nesie výhradnú zodpovednosť autor a nemusia sa zhodovať s názormi Európskej

komisie.

Na internete je o Európskej únii dostupné veľké množstvo ďalších informácii.

Možno ich nájsť na serveri Europa (http://europa.eu.int).

Na konci tejto publikácie možno nájsť katalogizačné údaje.

Luxemburg: Úrad pre úradné publikácie Európskych spoločenstiev, 2007.

ISBN 92-79-00886-2

© Európske spoločenstvá, 2007

Rozmnožovanie je povolené len s uvedením zdroja.

Europe Direct je služba, ktorá vám pomôže nájsť odpovede

na vaše otázky o Európskej únii

Bezplatné telefónne číslo:

00 800 6 7 8 9 10 11

Predslov

Nanotechnológia je nový prístup, ktorý sa vzťahuje na porozumenie a zvládnutie vlastností hmoty

v rozsahu nanoveľkosti: jeden nanometer (jedna miliardtina metra) je dĺžka jednej malej molekuly.

Pri tejto úrovni hmota prejavuje rozdielne a často prekvapujúce vlastnosti a hranice medzi platnými

vedecko-technickými disciplínami postupne miznú, z čoho vyplýva silný interdisciplinárny charakter

nanotechnológie.

Potenciál nanotechnológie sa často označuje ako „prevratný“ alebo „revolučný“, čím sa má na mysli jej možný

vplyv na smerovanie priemyselnej výroby. Nanotechnológia ponúka možné riešenia mnohých aktuálnych

problémov pomocou menších, ľahších, rýchlejších a lepšie fungujúcich materiálov, komponentov a systémov.

To otvára nové príležitosti na tvorbu bohatstva a zamestnanosť. Od nanotechnológie sa takisto očakáva, že

konkrétnejším použitím výrobkov a procesov sa ušetria zdroje a zníži sa množstvo odpadu a emisií, čo zásadne

prispeje k riešeniu globálnych a environmentálnych problémov.

V súčasnosti sa v nanotechnológii dosahuje obrovský pokrok na celom svete. Od polovice do konca 90. rokov

Európa včas investovala do nanovied mnohými programami. Potom vybudovala silnú vedomostnú základňu

a teraz musí zabezpečiť, aby európsky priemysel a spoločnosť zužitkovať tieto vedomosti prostredníctvom vývoja

nových výrobkov a procesov.

Nanotechnológia je predmetom nedávneho oznámenia Komisie („K európskej stratégii pre nanotechnológiu“).

V tomto oznámení sa nenavrhuje len posilnenie výskumu v oblasti nanovied a nanotechnológií, ale aj potreba

zohľadnenia ďalších navzájom súvisiacich hnacích síl.

• Lepšia koordinácia národných výskumných programov a investícií s cieľom zabezpečiť v Európe tímy

a infraštruktúru („centrá na svetovej úrovni“), ktoré môžu byť konkurencieschopné na medzinárodnej

úrovni. Zároveň je na dosiahnutie dostatočného kritického množstva dôležitá spolupráca medzi

výskumnými organizáciami vo verejnom a súkromnom sektore v celej Európe.

• Nemali by sa prehliadnuť iné faktory konkurencieschopnosti, ako primeraná metrológia, regulácia a práva

duševného vlastníctva, aby pripravili pôdu priemyselnej inovácii, ktorá sa má uskutočniť a viesť podniky

veľkej, strednej a malej veľkosti ku konkurenčným výhodám.

• Činnosti, ktoré súvisia so vzdelávaním a odbornou prípravou, sú mimoriadne dôležité; predovšetkým

v Európe existuje priestor na zlepšenie podnikateľského charakteru výskumných pracovníkov, ako aj

pozitívneho postoja výrobných technikov voči zmene. Realizácia skutočného interdisciplinárneho výskumu

v nanotechnológii môže vyžadovať aj nové prístupy k vzdelávaniu a odbornej príprave v oblasti vedy

a priemyslu.

• Sociálne aspekty (ako sú verejné informácie a komunikácia, zdravotníctvo, otázky životného

prostredia a hodnotenie rizika) sú ďalšie kľúčové faktory z hľadiska zabezpečenia zodpovedného rozvoja

nanotechnológie a splnenia očakávaní verejnosti. Z hľadiska dlhodobého rozvoja a úspešného uplatnenia je

rozhodujúca dôvera verejnosti a investorov v nanotechnológiu.

Cieľom tejto brožúry je ilustrovať, čo je nanotechnológia a čo môže európskym občanom ponúknuť.

Herbert von Bose

Director of Industrial Technologies Directorate

Research DG,

European Commission

3 Predslov

4-5 Obsah

6-7 Atóm: stará idea a nová realita

8-13 Nanotechnológia v prírode

14-15 Oči pre nanokozmos

16-17 Písacie prístroje

18-19 Impulzy pre vedu

20-21 Materiálový dizajn v nanoškále

Obsah

Cesta do nanokozmu

Nástroje

a metódy

Nanotechnológia pre spoločnosť

22-27 Zosieťovaný svet: nanoelektronika

28-29 Nanotechnológia v každodennom živote budúcnosti

30-33 Mobilita

34-37 Zdravie

38-41 Energia životné prostredie

42-43 Nanotechnológia pre šport a voľný čas

44-45 Vízie

46-47 Možnosti a riziká

Ďalšie informácie

48 Ako sa stanem nanoinžinierom?

49 Kontaktné osoby, linky, literatúra

50-51 Glosár

52 Obrázky

6

Cesta do nanokozmu

Atóm: stará idea a nová realita

Náš materiálny svet sa skladá z atómov. Tvrdil to už

približne pred 2 400 rokmi grécky mysliteľ Demokritos.

Moderní Gréci mu vyjadrili svoju vďačnosť portré-

tom na desaťdrachmovej minci. Bola veľmi rozšírená,

rovnako ako atómy. Dažďová kvapka ich obsahuje

1.000.000.000.000.000.000.000, lebo atómy sú naozaj

miniatúrne, ich rozmer dosahuje len desatinu nano-

metra. Jeden nanometer je milióntina milimetra.

Amedeo Avogadro(1776 - 1856),

profesor fyziky v Turíne, ktorý spravil

dažďovú kvapku „vypočítateľnou“.

Pomer priemeru atómov magnézia a tenisovej

loptičky sa rovnápomeru priemeru teniso-

vej loptičky a zemegule. Spomeňte si na to,

keď budete hltať tabletku magnézia!

Demokritov duch sa vznáša nad nanoscénou, týmto morombezpočetných možností.

Lukrécius, rímsky literát, napísal o pár storočí

neskôr báseň o atómoch:

"Vesmír je tvorený nekonečným priestorom a

nekonečným počtom častíc, ktoré sa už ďalej nedajú

deliť – atómov, ale počet ich druhov je konečný.

...Atómy sa navzájom líšia len tvarom, veľkosťou

a váhou; sú nepreniknuteľne tvrdé, nemenné, sú

hranicou fyzickej deliteľnosti…"

To znelo už celkom dobre, aj keď to bola iba

špekulácia. Potom dlho nikto o týchto veciach

nepremýšľal.

V sedemnástom storočí známy astronóm Johannes

Kepler pri úvahách nad snehovými vločkami

dospel k záveru, ktorý uverejnil v roku 1611:

Za svoj pravidelný tvar môžu vďačiť len

jednoduchým, rovnorodým stavebným prvkom.

Idea atómu zažiarila v novom lesku.

7

Moderné analytické prístroje dokázali zviditeľniť takéto

vysoko komplexné zložky živej hmoty až na úroveň

nanoštruktúry.

V roku 1980 vznikol v podobe rastrového tunelového

mikroskopu nástroj, ktorý umožnil jednotlivé atómy

kryštálu nielen zobraziť - pričom veľa ľudí považovalo

prvé obrázky za podvod - ale dokonca nimi aj

pohybovať.

To pripravilo pôdu pre nové, veľmi životaschopné

hnutie: nanotechnológiu.

Atómom mangánu sa u profesora Berndta vKieli dostalo cti reprodukovať logo UniverzityChristiana Albrechta.

Učenci skúmajúci minerály a kryštály považovali atómy

čoraz častejšie za hotovú vec. Priamy dôkaz sa však

podaril až v roku 1912 na mníchovskej univerzite:

kryštál modrej skalice lomil röntgenové svetlo podobne

ako materiál dáždnika svetlo pouličnej lampy –

kryštál sa musel skladať z atómov

zoradených v pravidelnom

zástupe, tak ako priadza, z

ktorej bol utkaný materiál

na dáždnik. Alebo ako

naukladané debničky

pomarančov na trhu.

Dôvod, prečo sú atómy v kryštále tak pravidelne

zoradené, je jednoduchý: hmota inklinuje k čo

najväčšiemu pohodliu, a zoradenie v šíku je tým

najlepším riešením. Aj keď

potrasieme orechmi v

miske, snažia sa vytvárať

pravidelné vzory, a

atómy to dokážu ešte

jednoduchšie.

Jednoduché vzory

sa však nie vždy ľahko

replikujú. Hmota, poháňaná

snahou o samoorganizáciu, vytvorila v priebehu miliárd

rokov na Zemi fantasticky komplexné, živé tvary.

Kryštalografické dekódovanie nanostrojov, akým je ribozóm, sa podarilo Ade Yonath, DESY.

8

Nanotechnológia v prírode

Živá príroda je srdcovou záležitosťou nanotechnológov. Našla totiž

počas štyroch miliárd rokov svojej existencie veľa ohromujúcich riešení

na svoje problémy. Typické pritom je, že život štruktúruje svoju hmotu

až do najmenších detailov, až na úroveň atómov. A o to isté sa snažia aj

nanotechnológovia.

Atómy bežne nie sú predmetom obdivu.

Kto o nich počuje, spája ich s mohutnými

explóziami alebo s nebezpečným žiarením.

To však platí len pre techniky, ktoré skúmajú

atómové jadro. Nanotechnológia sa zaoberá

obalom atómu, to je stupnica, na ktorej sa hrá

nanotechnologická hudba.

A aby sme odstránili akúkoľvek pochybnosť o tom,

že atómy sú naozaj celkom všedné a v určitých

spojeniach dokonca veľmi chutné výtvory,

vyberieme si za miesto vstupu do nanokozmu syr.

Syr mimolette je flámsky vynález. Jeho povrch,

prešpikovaný drobnými otvormi, dáva tušiť, že

tento syr je obývaný, dokonca so súhlasom majiteľa,

lebo vďaka aktivite roztočov má mimolette veľmi

príjemnú arómu. Roztoče sú veľké desatinku

milimetra. ESEM, špeciálny rastrový elektrónový

mikroskop, je schopný dokonca pozorovať živé

roztoče. Ako iné formy života, aj roztoče sa skladajú

z buniek. Meradlom bunky je mikrometer. V bunke

pracuje vysoko komplexná mašinéria. Jej dôležitou

súčasťou sú ribozómy, ktoré podľa príkazov

dedičnej substancie DNA vytvárajú všetky možné

proteínové molekuly. Veľkosť ribozómu je rádovo

20 nanometrov. Časti ribozómovej štruktúry sú už

dnes dešifrované až na úroveň jednotlivých atómov.

Prvými plodmi tohto druhu nanobiotechnológie sú

nové lieky, ktoré blokujú ribozómy baktérií.

Ces

ta d

o n

ano

ko

zmu

1 m

10 c

m1

mm

0,1

mm

10 μ

m10

nm

9

Lotosový efekt & Co.

Kapucínka si udržuje svoje listy čisté

pomocou lotosového efektu. Rastrový

elektrónový mikroskop ESEM ukazuje, ako

sa kvapky vody dištancujú od povrchu listu.

Umožňuje to nopková štruktúra listov. Vďaka

nej voda veľkou rýchlosťou kĺže po povrchu, a

pritom strháva aj špinu. Lotosový efekt, ktorý

veľmi podrobne preskúmal profesor Barthlott so

spolupracovníkmi na univerzite v Bonne, už našiel

uplatnenie v celom rade výrobkov, ako sú napríklad

nátery na fasádu, po ktorých sa kvapky vody kotúľajú

a strhávajú pritom špinu. Sanitárna keramika s

lotosovou štruktúrou sa ľahko ošetruje. Listy rastlín

vlastnia ešte viac nanotechnológií.

Ich vodný režim často riadia forizómy. To sú

mikroskopicky malé svaly, ktoré v kapilárnom

systéme rastliny buď otvárajú cesty, alebo ich

zatvárajú – keď dôjde k poraneniu rastliny. Až tri

vedecko-výskumné ústavy spoločnosti Fraunhofer

a Univerzita Gießen teraz pracujú na tom, aby sa

rastlinné svaly dali technicky využiť, napríklad pre

mikroskopicky miniatúrne lineárne motory, niečo

ako Lab-on-a-Chip.

Zasa máme do činenia s vysoko rafinovanou

technikou v atomárnom meradle: komplex

fotosyntézy, ktorý zhromažďuje energiu pre život

na Zemi. Dôležitý je každý jeden atóm. Komu sa to

podarí nanotechnologicky odkopírovať, získa energiu

na večnosť.

1 m

1 cm

50 m

m10

m m

1 μ

m10

nm

Lotosový kvet čistí svojelisty pomocou efektu, ktorý bol po ňom pomenovaný.

Kvapky vodyna liste kapucínky,

zobrazené špeciálnymelektrónovým

mikroskopom (ESEM) univerzity v Bazileji.

10

S „nanom“ na strope: gekón

Gekóny sa dokážu vyšplhať po každej stene,

uháňať dolu hlavou po strope a a zostať na

ňom visieť za jednu jedinú nohu. Možné to

je – ako ináč – vďaka nanotechnológii.

Noha gekóna je pokrytá veľmi jemnými chĺpkami,

ktoré tak dobre priliehajú, že sa na dlhej trase

dokážu držať od podkladu len na vzdialenosť

niekoľko nanometrov. Potom sa začína pôsobenie

tzv. Van der Waalsovej sily, ktorá je vlastne veľmi

slabá, ale jej pôsobenie spočíva v miliónoch

styčných bodov. Sila sa dá veľmi ľahko uvoľniť

„odlúpením“, ako keď odstraňujeme priesvitnú

lepiacu pásku. Vďaka tomu môže gekón behať po

strope. Vedci z oblasti vývoja materiálov sa už tešia

na syntetický „Geckolin“.

Lepenie pre život

Život môže existovať vďaka tomu, že jeho

komponenty udržiava pospolu rafinované

nanotechnologické umenie „lepenia“.

Vezmime si, napríklad, také poranenie, ako je

bodnutie komárom: Miesto vpichu očervenie, lebo sa

rozšíria jemnučké krvné cievky, cez ktoré sa potom

preháňajú kŕdle leukocytov, biele krvinky.

Bunky v mieste vpichu vylučujú „návnadu“.

Nezávisle od jej koncentrácie bunečná výstelka

krvných ciev a

leukocyty vylučujú

vzájomne sa dopĺňajúce

molekuly lepidla,

ktorých lepiaci účinok

mierne spomalí pohyb

leukocytov po stene

cievy. Pri maximálnej

úrovni návnady sa leukocyty pevne prilepia a iné

molekuly lepidla potom dopravia krvinky cez

stenu cievy do miesta

vpichu, kde sa vrhnú na

prípadných votrelcov

– dokonalá ukážka

lepiaceho umenia. Veda

sa zaoberá skúmaním

nanotechnologických

imitátov pod heslom

„lepenie na rozkaz“.

Mušle ako majstri v lepení

Slávka jedlá – práve tá, ktorú si môžete v

reštaurácii objednať varenú so zeleninou – je

majstrom nanotechnologického lepenia. Keď sa

chce niekde prichytiť, otvorí svoje korýtka a posunie

nohu na skalu, vyklenie ju do tvaru odsávacieho zvona

a malými trubičkami vstrekuje do podtlaku prúdy

lepidlových guľôčok, micély. Guľky tam prasknú a

zanechajú silné podvodné lepidlo, ktoré sa ihneď spení

do tvaru malého vankúšika. Na tomto kmitajúcom

tlmiči slávka zakotví pomocou elastických bysusových

vláken tak pevne, že ju nestrhne ani silný príboj.

Nohy muchy celkom zblízka

Nanotechnológia v prírode

Chrobáky, muchy,pavúky a gekóny

zanechali v Ústave Maxa

Plancka pre výskum kovov v

Stuttgarte tajomstvásvojej priľnavosti.

Chĺpkami sa držia na podklade,

s ktorým sú spojené Van der

Waalsovou silou.Čím je zvieratko

ťažšie, tým jemnejšie a početnejšie sú

tieto chĺpky.

Ces

ta d

o n

ano

ko

zmu

11

Slávka jedlá s bysusovými vláknami a nohou

Fraunhofer-Institut IFAM v Brémach vyvíja

modifikované mušľové lepidlá, ktoré by mali

zlepiť aj prasknutý porcelán tak, aby vydržal v

umývačke riadu. Na mušle sa cielene zameriava

aj výskumná sieť „Nové materiály a biomateriály“

v Rostocku a Greifswalde.

Biomineralizácia

Mušle však dokážu aj viac. Ich perleť sa

skladá z obrovského počtu drobučkých

kryštálikov vápenca v podobe minerálu

aragonitu, ktoré sú samy osebe veľmi krehké. V mušli

sú však navzájom pozliepané skrutkovitými, vysoko

elastickými proteínmi. Tri váhové diely proteínu stačia

na to, aby sa pancier japonskej mušle s abalonovým

vnútrom stal tritisíckrát pevnejší ako kryštál čistého

vápenca. Morské ježe si takto spevňujú svoje niekedy

až tridsaťcentimetrové pichliače, aby tak mohli

odolávať príboju.

Biomineralizáciou vznikajú aj veľmi filigránske

výtvory. V jednej malej oblasti v blízkosti filipínskych

ostrovov sa na morskom dne vyskytuje huba, ktorú

nazývajú „Venušin kôš“. Je zahnutá ako pošva

tureckého krivého meča, ale vo svojej pozdĺžnej

osi je okrúhla. Za svoj názov huba vďačí štruktúre

vnútorného skeletu svojej schránky. Tvorí ju tkanivo

z jemných kremíkových ihličiek, deravé ako

košíkársky výplet operadla drevenej stoličky.

Technická biomine-ralizácia: nanočastice opravujú zuby.

Toto tkanivo je prepletené tak v pravouhlej sieti, ako

aj v uhlopriečnom smere. Venušin kôš sa považuje

za majstrovské dielo biomineralizácie: malé základné

stavebné prvky z oxidu kremičitého, ktoré majú v

priemere tri nanometre, najprv pospájajú bunky huby

do super jemných vrstiev. Tie sa potom stočia tak,

že vytvoria kremičité ihličky. To sa stáva základným

stavebným prvkom úpletu, ktorý dokáže odolávať

veľkým zmenám tlaku.

Trojrozmernýúplet z biominerálovv zubnej sklovine hraboša poľného chráni žuvaciu plo-chu pred zlomením.

Keď sa zuby stanú citlivé na chladalebo kyslé prostredie, na vine sú väčšinou

malé kanáliky v zubnej sklovine,ktoré sú otvorené.

Tieto kanáliky sa dajú desaťkrát ľahšie uzatvoriť nanočasticami

firmy SusTechz fosforečnau vápenatého (apatit) a

proteínu než tradičnými preparátmi z apatiu.Nová mineralizovaná

vrstva materiálu sa v ústach správa úplne ako pôvodná zubovina.

12

Takmer strategický význam má biomineralizácia v

prípade diatomeí, kremičitých rias.

Tieto mikroskopicky malé živočíchy sa chránia

pancierom z kyseliny kremičitej, hlavnou zložkou

ktorého je SiO2 , oxid kremičitý. Tak ako kremenné

sklo, ktoré sa tiež skladá z oxidu kremičitého, sú aj

panciere z kyseliny kremičitej pomerne odolné proti

mnohým leptavým kyselinám a lúhom, čo je dôvod,

prečo si ich nanotechnológovia vybrali ako reakčné

nádoby pre kryštáliky nanometrických rozmerov.

Trik, ktorým sa dajú získať nanoštrukturované

častice chemickými reakciami, spočíva totiž v tom,

že sa obmedzí objem reakcie. Keď sa reakčná látka

spotrebuje, kryštáliky, ktoré počas reakcie narastú,

zostanú malé. A v pancieroch diatomeí sa nachádza

veľa nanoštrukturovaných pórov, nanoreaktorov.

A ako sa tvoria značne umelecky pôsobiace

panciere diatomeí? Na to už existujú prvé odpovede.

Výskumníci z univerzity v Regensburgu prišli na to,

že varianty známej skupiny proteínov, „polyamíny“,

dokážu v správne dávkovanom roztoku kyseliny

kremičitej vytvárať nanoguľôčky s nastaviteľným

priemerom, od 50 do 900 nanometrov. A to celkom

spontánne, hnané len snahou o samoorganizáciu.

Podobne spontánne, podľa jednoduchých rastových

modelov, by mali vznikať aj panciere z kyseliny

kremičitej.

Nanotechnológia v prírode: Ophiocoma wendtii,

hviezdica-vlasatica veľkosti dlane, bola dlho zdrojom

záhad. Zviera, z ktorého kotúčového, opancierovaného

tela vychádza päť ramien, sa po priblížení možného

nepriateľa ponáhľa do úkrytu, hoci nevidno, že by

malo nejaké oči. Nakoniec ich objavili vo vápenatom

pancieri živočícha. Ten je totiž posiaty perfektnými

poľami mikrošošoviek, ktoré vytvárajú z celého tela

vlasatice komplexné oko. A kde je nanotechnológia?

Jednotlivé šošovky sú kryštalizované tak, že sa

nemôže uplatniť zvláštnosť vápenca vytvárať dvojitý

obraz – kontrola kryštalizácie na nanotechnologickej

úrovni. Okrem toho šošovky s jemnou prímesou

magnézia korigujú aj „sférickú aberáciu“, aby sa

zabránilo tvoreniu nežiaducich farebných lemov.

Ophiocoma tak disponuje nanotechnologickými

nuansami, ktoré kedysi preslávili Carla Zeissa.

Pancierový obal a pole mikrošošoviekzároveň.

A prečo hovoríme o „strategickom význame“

panciera diatomeí? Švéd Alfred Nobel v roku 1867

zistil, že kremelina, oxid kremičitý z fosílnych

usadenín pancierov diatomeí, je schopný absorbo-

vať nitroglycerín a tlmiť pritom sklon tejto trhaviny

k spontánnej explózii. Nobel nazval túto zmes

„dynamitom“. Jej dobrý odbyt sa stal základom

nadácie, z ktorej sa dnes financujú Nobelove ceny.

Nanotechnológia v prírode

Ces

ta d

o n

ano

ko

smu

Morská hviezdica Ophiocoma wendtii je vybavená perfektným systémom mikrošošoviek na optické videnie.Hore: pohľad cez deň, dolu: v noci.

Panciere diatomey – hore

analógia k „Mengerovej

špongii“ (pozri ajs. 21) – majú vďakaoptimálnym tvarom

najvyššiustabilitu pri

najnižšej hmotnostia – ako sa zdá –

systémy zberu svetlapre svoje

zariadenia nafotosyntézu,chloroplasty.

13

Hranice prírodného, výhody umelého

Nanotechnológia je teda príroda v čistej

podobe.

Možnosti živej prírody sú však obmedzené,

nevie si poradiť s vysokými teplotami, ako keramika,

ani s kovovými vodičmi. Moderná technika má

preto k dispozícii umelé podmienky – extrémne

čistoty, chlad, vákuum – v ktorých hmota prejaví

prekvapujúce vlastnosti. Patria sem najmä kvantové

efekty,

ktoré vyzerajú, že čiastočne protirečia zákonom

bežného sveta. Takto získavajú častice v nanokozme

zároveň vlnové vlastnosti.

Takto môže atóm, ktorý predstavuje celok, prejsť ako

vlna zároveň dvoma štrbinami, aby potom ďalej tvoril

len jeden celok.

Častice získavajú celkom nové

vlastnosti, keď sa ich

veľkosť blíži nanometru: z kovov

sa stávajú polovodiče alebo

izolanty. Celkom nenápadné

substancie ako telurid kademnatý

(CdTe) fluoreskujú v nanokozme

vo všetkých farbách dúhy, iné zasa

premieňajú svetlo na prúd.

Keď sú častice nanoskopicky

malé, veľmi sa zvýši podiel ich

povrchových atómov. Povrchové

atómy však majú iné vlastnosti

ako stredové atómy častice,

väčšinou je ich reakčná aktivita

značne vyššia. Napríklad zlato je v

nanoskopickom meradle dobrým

katalyzátorom pre palivové

články (pozri tiež mobilitu). Na

nanočastice sa tiež dajú naniesť iné

substancie, materiály z takýchto

kompozitných častíc potom

kombinujú viaceré vlastnosti.

Príklad: keramické nanočastice s

organickými obalmi, ktoré znižujú

Ústav pre výskum novýchmateriálov v Saarbrückene (INM) vyvinul s použitím nanočastíc metódu na nanáša-nie nezoškrabateľných a nesfalšovateľných hologramovna kovové súčiastky.

povrchové napätie vody, používané na povrchovú

úpravu kúpeľňových zrkadiel, na ktorých sa nezráža

para. Nanoskopické častice z magnetitu, oxidu

železitého, tvoria pri špeciálnej úprave pri kontakte s

olejom magneticky tvárniteľnú kvapalinu, ferofluid.

Ferfrofluidy si nachádzajú stále viac aplikácií,

napríklad ako tesnenia pre otočné priechodky

vákuových nádrží a kryty pevných diskov,

alebo v riadených tlmičoch vibrácií pre

stroje alebo autá.

Netreba sa nechať odstrašiť zložitosťou

nanotechnológie, aj také jabĺčko je

komplikované – bunky, ribozómy, DNA – a

nijako to neznižuje jeho obľubu. Lebo jablko

sa dá používať veľmi jednoducho – ako

dobrá nanotechnológia.

Ani toto prírodanedokáže: nanosadzami upravená keramika prenehrdzavejúce zapaľovače,napríklad preprietokové ohrievače. Nastaviteľná vodivosťkeramiky ušetrítransformátor.

Nanočastice magnetitu v oleji. Kvapalina sa dámagneticky tvarovať.

Častice teluridu kademnatéhofluoreskujú, farba závisí len od veľkosti častíc.

„Magnetotactikum bavaricum.“Magnetické baktérie dokážu syntetizovať reťazce nanomagne-titov a využiť ich ako ihlu kompasu.

14

Nástroje a metódy

Čo má európsky röntgenový teleskop

„Newton“ spoločné s nanotechnológiou?

Zberá röntgenové žiarenie vzdialených

objektov pomocou 58 zrkadlových misiek veľkosti

papierového koša, zasunutých do seba ako cibuľové

šupky, vákuovo pokovovaných zlatom.

Ich priemerná drsnosť povrchu dosahuje iba 0,4

nanometra – majstrovský výkon, na ktorom sa

v rozhodujúcej miere podieľal Carl Zeiss AG.

Veľmi presné röntgenové zrkadlá pre röntgenovú

spektroskopiu a mikroskopiu sú zhotovené z

niekoľkých stoviek vrstiev dvoch rozlične ťažkých

prvkov. Požiadavky na takéto zrkadlá sú ešte

náročnejšie, priemerná odchýlka vrstiev od ideálneho

stavu môže dosahovať iba zlomok priemeru atómu.

Táto technika sa vyvíja v ústave spoločnosti

Fraunhofer pre materiálovú a radiačnú techniku

v Drážďanoch.

Trik s vrstveným reflektorom objavila pre oblasť

viditeľného svetla aj príroda: Sépia Euprymna

scolopes, ktorá je aktívna v noci, smeruje

zrkadielkami z reflektínových proteínov svetlo

svetielkujúcich baktérií smerom dolu a v

nepriateľoch, ktorí sa pohybujú pod ňou, takto

vytvára ilúziu, že ide o kúsok hviezdnej oblohy.

Tento príklad biologickej nanotechnológie len

nedávno objavili výskumníci havajskej univerzity.

Rastrové sondy

Rastrové sondy ako oči pre nanokozmos sa

zdajú menej senzačné, ale nie je to celkom

tak. Veď za vývoj prapredka všetkých

rastrových sond, rastrový tunelový mikroskop, bola

udelená Nobelova cena. V rastrových sondách

pohybujú piezokryštály hrot sondy ďalej a ďalej s

jemným posuvom po predmete záujmu, napríklad

atómových poliach. Pohyby sú drobnejšie ako

drobné, vzdialenosť medzi hrotom a poľom atómu

je často menšia ako priemer atómu. Pritom sa niečo

deje: raz tečie prúd, inokedy sa objavia miniatúrne

magnetické polia.

Vedecká senzácia: blesk z gama žiarenia

vypaľuje kruhy dogalaktického prachového

oblaku.

Oči pre nanokozmos

„Nano“ vo vesmíre: zrkadlá európskeho

röntgenového teleskopu„Newton“ sú vyleštené

v priemere na 0,4 nanometra, čo im

umožní dovidieť zdroje röntgenového žiarenia v

hmlovine Andromedy.

„Quantum Corral“, Don Eigler, IBM. Vlny vo vnútriodrážajú pravdepodobnosť stretnutia s elektrónom.

Počítače umiestnia merania graficky na plochu,

vzniká obraz, ktorý má podľa spôsobu merania

presnosť atómu alebo aj vyššiu.

Obzvlášť prefíkané: rastrový silový mikroskop.

Zachytáva najjemnejšie sily, ktorými pôsobia atómy

poľa atómu na predný atóm hrotu sondy. Metóda

dokáže dokonca nazerať do elektrónových obalov

atómov – skutočné odhaľovanie tajomstiev na

najspodnejšej úrovni. Držiteľom aktuálneho

svetového rekordu v rozlíšení je univerzita v

Augsburgu.

Z predného atómu hrotu sondyvisia dva elektrónové obláčky, orbitály,

úplne ako v učebnici.

15

Kryštál bromidu draselného s atómovými terasami. Takto nejako vyzerá soľ na vajci, ktoré raňajkujete.

Kremík celkom zblízka, kontúryhustoty elektrónov v rastrovom silovom mikroskope

„Kapacitnými“ sondami sa dajú zobraziť aj spínacie

pochody v čipe.

Rastrový silový mikroskop: Vychýlenie ihly prenosky laserový lúč hlási foto-bunke.

Klasický hrotrastrového silového mikroskopu(schéma)

„Euprymna scolopes“ klame svojich nepriateľov mnohovrstvo-vými reflektormi z reflektínového proteínu. Zdrojom svetla sú svetielkujúce batérie.

Zakrivené mnohovrstvové zrkadlo na vysoko výkonnú röntgenovú analýzu

16

svlnovou dĺžkou 193 nanometrov, aby sa dali

realizovať šírky štruktúr od 130 a potom

90 nanometrov, čo je možné vďaka celému radu

jemných optických trikov ako „korekcia optickej

blízkosti“ a „fázový posuv“.

V súčasnosti sa vytvárajú základy na používanie

litografie s extrémnym UV-žiarením, tzv. EUV-

litografia, ktorá pracuje s vlnovými dĺžkami 13

nanometrov a následne má umožniť vytvárať v

kremíku štruktúry široké len 35 nanometrov.

Požiadavky na materiál masiek sú extrémne,

tak napr. platnička dlhá desať centimetrov sa pri

zahriatí o jeden stupeň Celzia nesmie roztiahnuť

viac ako o niekoľko málo desatín nanometra,

teda o pár atómových priemerov.

Aj požadovaná rovnosť v rámci niekoľkých

atómových priemerov je na hranici technicky

možného.

Litografia

Vo svete počítačov sa litografia považuje

za techniku štruktúrovania počítačových

čipov pomocou svetla. Vysokoleštená

tabuľka polovodičového materiálu, kremíková

doštička, sa pritom potiahne ochranným lakom,

citlivým na svetlo, kde sa zobrazí obraz štruktúry.

Vyvíjanie ochranného laku odkrýva osvietené

(alebo neosvietené) miesta plátu, ktoré potom

štruktúrotvornými procesmi, ako sú leptanie,

implantácia cudzích atómov a odlučovanie získavajú

potrebné elektrické vlastnosti. Opakovaním

tohto procesu so stále novými architektúrami,

novými maskami v konečnom dôsledku vznikajú

najkomplexnejšie výtvory, aké kedy vytvorili ľudské

ruky: vysoko integrované obvody, čipy. Hustota

tranzistorov narástla medzičasom tak, že pod hrot

ceruzky sa ich zmestí pol milióna i viac. Moderné

čipy majú štruktúry, ktoré sú menšie ako vlnová

dĺžka litografického svetla, používajú sa lasery KrF

Písacie prístroje

N

ástr

oje

a

met

ód

y

Litografický proces:Čip je trojrozmerný útvar, v ktorom sú všetky spínacie prvky zora-dené do jednotlivých rovín. Moderný, vysoko výkonný čip potrebu-je 25 až 30 takých rovín, z ktorých každá musí mať svoju vlastnú litografickú masku.Štruktúry masky sa vytvárajú na doštičke svetlom a systémom šošoviek wafersteppera, podobne diaprojektoru. Každá nová maska zo súboru masiek znamená pre čip nové funkcie a zvýšenie jeho komplexnosti.

17

Nano-imprintná litografia pre stredne veľké podniky

Keď si niekto predstavuje nanoelektroniku,

má zvyčajne pred očami miliónové až

miliardové zariadenia, ktoré však na základe

obyčajného množstva svojich výstupov produkujú

výrobky, ktoré sa dajú zaplatiť. Do nanokozmu

však vedú aj cesty, ktoré sú otvorené i stredne

veľkým podnikom. Metódy vyzerajú na prvý

pohľad archaicky; pri UV-nano-imprintnej metóde

sa nanoštruktúry lisujú mechanicky – naozaj

mechanicky – v laku, ktorým je pokrytý elektronický

nosič, ako napríklad kremík. Pečiatka, ktorá

obsahuje filigránske nanoštruktúry, je z kremičitého

skla, a kremičité sklo prepúšťa UV-žiarenie. Keď

sa pečiatka vnorí do laku, UV-svetelný impulz

polymerizuje fotosenzitívny lak, ktorý sa vytvrdí.

Potom sa pečiatka vytiahne, lakový reliéf sa zúži. S

uvoľneným kremíkom sa dá pracovať podľa potreby;

viacnásobným opakovaním procesu so stále inými

pečiatkami vznikne nakoniec komplexná štruktúra

čipu s tranzistormi, vodičmi atď. V laboratórnych

Prototyp zariade-nia EUV-wafers-teppera na výrobubudúcich čipových generácií

Zerodur prelitografické masky,špeciálna keramikazostáva tvarovo stabilná aj v nanoškále.

pokusoch sa podarilo dosiahnuť minimálnu veľkosť

štruktúr 10 nanometrov. Proces sa neobmedzuje

len na elektronické prvky, dajú sa tak veľmi jemne

štruktúrovať aj kovy alebo plasty. Proces by mohol

viesť aj k Lab-on-a-Chip. Náklady na stroj, ktorým

by sa dal robiť UV-nanoimprint, sa dnes odhadujú na

menej ako jeden milión eur, čo predstavuje zlomok

toho, čo stoja príslušné stroje v modernej konvenčnej

fabrike na výrobu čipov. Ale UV-nanoimprint

neprinesie lacnejšie výrobky, lebo kapacita je oveľa

menšia. Pre špeciálne minisérie – „mini“ v porovnaní

s veľkosériami výrobcov procesorov – by UV-

nanoimprint mohol byť dobrým prostriedkom.

Vznik elektronického závodu v Drážďanoch je dôkazom

úspešnosti nemeckej podpory výskumu. V regióne vzniklo

približne 16 000 pracovných miest s veľkým inovačným

dosahom na celé nemecké hospodárstvo. V projektoch, ktoré

podporovalo spolkové ministerstvo vzdelávania a výskumu,

44 partnerov z priemyslu a štátnych výskumných ústavov,

medzi nimi 21 stredne veľkých podnikov, vyvinulo štandard

pre budúce používanie 300 milimetrových waferov – platničiek

čistého kremíka - vo výrobe vysoko komplexných integrovaných

obvodov. Centrum technológie masiek v Drážďanoch, v ktorom

boli prostriedky na štruktúrovanie budúcich nanoelektronic-

kých čipov vyvinuté, má pritom kľúčový význam.

S pečiatkami do nanokozmu: v ústave polovodičovej techniky (IHT) v RWTH Aachen sa už s použitím mechanicko/optických metód realizovali čipové štruktúryo šírke 80 nanometrov. Použitie: malé série vysoko komplexných obvodov.

18

Röntgenový laser XFEL – silné svetlopre nanotechnológiu

Keď všetko pôjde podľa plánu, pár miliárd

elektrónov zažije v roku 2012 niečo veľmi

vzrušujúce. Začne sa to na teritóriu

DESY v Hamburgu-Bahrenfelde, kde ich zrýchlia v

supravodivom elektrónovom urýchľovači na veľmi

vysokú energiu, aby ich potom o 3,3 kilometra

ďalej magnetmi systematicky vychyľovali z línie

na vlnovkovú dráhu. Vzniká pritom krátkovlnné

röntgenové žiarenie osobitného druhu:

laserové žiarenie. Toto žiarenie bude

to najkvalitnejšie, akým vedci kedy

disponovali. Na jeden raz sa tým bude

dať určiť štruktúra jednej jedinej (!)

biomolekuly. Zdroje röntgenového

žiarenia, ktoré sú dnes k

dispozícii, budú potrebovať

dobre formované kryštály

biomolekuly, čo sa nie vždy

dá dosiahnuť.

Kvantové efekty

Na Univerzite Ludwiga Maximiliána v

Mníchove už medzičasom rutinovane

vháňajú hmotu do nanotechnologických

extrémov, v ktorých potom prejavuje svoje bizarné

vlastnosti. Keď sa napríklad schladí para státisícov

atómov rubídia na milióntinu stupňa nad absolútny

bod mrazu (-273 °C) a necháme na ňu pôsobiť

magnetické pole, atómy sa spoja do „Bose-

Einsteinovho kondenzátu“. Tu atómy tvoria jednotku,

ako šík pochodujúcich vojakov. Takýto šík dokážu

mníchovskí kvantoví optici vohnať

do trojrozmerného pletiva

zo stojacich laserových vĺn a

manipulovať s ním, napr. natoľko

zosilniť svetelnú pascu, až sa jednota

šíku rozpadne na „Mottov kondenzát“.

Za tento objav bolo udelené významné

ocenenie. Prečo? Výskumy tohto druhu

napĺňajú životom kvantovú teóriu, a tá v

nanokozme rozkazuje. Kto sa v nej dobre

vyzná, dokáže vyvinúť napríklad presné

časové štandardy. Presné hodiny môžu zasa

napomôcť urýchlenie dátového styku

v internete - zdanlivo ezoterický výskum sa

takto vyplatí.

Impulzy

pre vedu

N

ást

roje

a

met

ód

yPodzemné závodisko pre rýchle elektróny.

Klasický spektrometer na röntgenovú štrukturálnu analýzu.Takýmto nástrojom veda vďačí za väčšinu svojich poznatkov o nanokozme.

„Motov kondenzát“ – exotická hmota na ultrapresné meranie času.

Supravodivé prvky naurýchľovanie elektrónov.

19

Röntgenové záblesky sú také krátke, že rôzne

pohybové štádiá molekuly sa nimi dajú doslova

filmovať. Čo sa pri iných metódach javí ako

rozmazaná smršť, nadobúda pod röntgenovým

laserom rozoznateľné tvary.

To by mohlo prispieť k odhaleniu tajomstiev trenia.

Čo, ako a s čím sa trie, o tom rozhodujú nanometrické

ostrovčeky niekoľkých stoviek atómov.

Pomocou XFEL sa tiež dajú oveľa lepšie ako

akýmkoľvek iným nástrojom preskúmať osobitosti

jednotlivých klastrov, zhlukov niekoľkých

stoviek atómov.

Stručne: veda a technika sa vďaka najsilnejšiemu

nástroju v Európe v oblasti nanotechnológie posunú

výrazne dopredu. Celkové plánované náklady na tento

účel vo výške 684 miliónov EUR (stav v roku 2003)

sa podľa všetkých predpokladov viac ako zaplatia. A to

nielen v podobe čistých poznatkov, ale takpovediac v

hotovosti.

Záblesky röntgenového lasera v trvaní niekoľkých femtosekúnd umožnia presne vysledovať a pochopiť priebeh chemických reakcií – reakcií, používaných napríklad v optoelektronike, fotovoltaike, palivových alebo solárnych článkoch – tu už ide o jednu z najdokonalejších nanotechnológií.

Výstavba lasera navoľných elektrónoch Takto bude vyzerať.

Podzemná dráha na urýchľovanie elektrónov.

20

Sól-gélové procesy pre nové materiály

Béarnská omáčka /Sauce Bearnaise/ dostala

svoje meno na počesť Henricha IV.,

francúzskeho kráľa, ktorý pochádzal z

Béarnu. Recept nájdete okrem iného na adrese

www.weltderphysik.de/themen/stoffe/magazin/

materie/, pretože táto omáčka je prekrásnym (a

veľmi chutným) príkladom koloidálneho systému.

O koloide hovoríme vtedy, keď je veľa drobučkých

kvapiek jednej matérie stabilne rozptýlených

v druhej. V prípade béarnskej omáčky sú to

kvapky octu, ktoré plávajú v rozpustenom masle.

Materiálový dizajn v nanoškáleN

ástr

oje a

pro

cesy

Koloidmi sú aj krémy a náterové farby. Sól-gélová

technika uvádza koloidy priamo do sveta vysokých

technológií.

Pomocou sól-gélovej techniky sa z rozpustných

zlúčenín, napr. zlúčenín kremíka (väčšinou

koloidných) získava sól, v ktorom kvapôčky

obsahujúce kremík plávajú v nosnej kvapaline.

Keď ju nastriekame napríklad na plech a zohrejeme,

nosná kvapalina zmizne a kvapôčky kremíka

vytvoria sieť, zrôsolovatejú.

Z takejto gélovitej siete sa napokon vytvorí tvrdá

keramická vrstva. Plech to chráni pred koróziou a

poškrabaním.

Sól-gélová technika existuje v stovkách variantov

pre početné materiály. Z gélovitých sólov sa dajú

tvarovať aj vlákna, ktoré po vypálení mutujú na

keramické vlákna. Zo sólov sa dajú pripravovať

nanoškálové prášky, ktoré sa v porovnaní s

tradičnými práškami oveľa ľahšie a pri nižších

teplotách spekajú na keramické telesá schopné

odolávať najvyšším tlakom a teplotám.

Sól-gélová technika je vhodná aj na výrobu

rafinovaných optických komponentov, akými

sú svetlovodivé vlákna, zdvojovače kmitočtu,

mikrošošovkové polia a podobne. Od tohto druhu

nanotechnológií možno očakávať doslova revolúciu

v materiálovej technike.

Rozpúšťadlo gélu sa dá odstrániť aj tak, že gélové

teliesko si ponechá svoj vonkajší objem; takto

získame vysoko porézny materiál s malou hustotou,

aerogél.

Sól-gél pre kráľa:béarnská omáčka na počesť

Henricha I. Francúzskeho

Pripravený na prácus najmenšími časticami:

sól-gélový časticový reaktor

21

Aerogély

Aerogély sú v rôznych formách súčasťou

nášho života. Napríklad v cukrárni

ich predávajú pod názvom „snehová

(cukrová) pusinka“.

Je to pocukrovaný, ušľahaný a zapečený vaječný

bielok. Kto ho vezme do ruky, cíti, ako sa mu

zohrievajú prsty. Je to tým, že vzduch je uväznený

v miliónoch mikroskopicky malých bubliniek a

keďže nemôže cirkulovať, nedochádza k výmene

tepla, a preto je snehová pusinka tepelný izolant

ako polystyrén. Podobne štruktúrované aerogély z

penového skla sú preto tiež prvotriednym tepelným

izolantom.

Vaječný bielok je bezfarebný, ale snehová pusinka

je biela. Je to dané komôrkovou štruktúrou bielkovej

peny, ktorú tvoria mikrometricky malé bublinky.

Mikrometrické štruktúry však rozptyľujú svetlo

vo všetkých farbách, celkovo teda vzniká biela.

Nanometricky drobné póry už svetlo nerozptyľujú.

Cez „nanoporéznu“ penu zo sklovitého materiálu

vidno takmer rovnako jasne ako cez obyčajné

okenné sklo. Dvojité sklá naplnené takouto penou

sú zdrojom dobrého okenného skla s vynikajúcimi

teploizolačnými vlastnosťami.

Keďže takéto peny sú tvorené takmer samým

vzduchom, dostali meno aerogély. Označenie „gél“

je dané spôsobom ich výroby: do vodného roztoku

vhodného materiálu sa pridá katalyzátor, vďaka

ktorému vzniknú miniatúrne, tenkostenné duté

guľôčky, ktoré sa spájajú do reťazcov, až sa napokon

vytvoria zhluky reťazcov, gél. Sušením sa zmení na

aerogél, ľahučký ako pierko.

Aerogél, ktorý si najďalej zacestoval, sa nachádza

v prachovom analyzátore CIDA firmy Hoerner

& Sulger GmbH, ktorý v januári 2004 po piatich

rokoch letu a prekonanej vzdialenosti 3,22 miliárd

kilometrov zobral prach z kométy „Wild 2“.

Materiál, ktorý je naplnený množstvom bubliniek,

má veľký vnútorný povrch. Najväčší možný povrch,

nekonečný, má Mengerova špongia, pričom jej

objem je rovný nule. Špongia existuje len v hlavách

matematikov. Reálny vnútorný povrch aerogélov

je však tiež dostatočne veľký na to, aby vznikli

prekvapujúce efekty. V uhlíkovom aerogéle, veľkom

ako kocka cukru, je miesto pre 2 000 metrov

štvorcových vnútornej plochy. Táto a iné vlastnosti

zabezpečujú aerogélom na báze vodíka isté miesto

v energetickej technike budúcnosti. Dajú sa z nich

napríklad vyrobiť kondenzátory s kapacitou do

2 500 faradov, ktoré môžu slúžiť ako zásobárne

energie v prúdových špičkách, napríklad v

elektroautomobile. Geniálna pena umožní aj výrobu

lepších lítiových batérií, nových palivových článkov

atď.

Len zriedkakedy takéto „nič“ skrýva v sebe taký

veľký potenciál. Typické „nano“.

Dvojité sklo naplnené aerogélom bráni tepelným stratám.

Kométu „Wild 2“navštívil aerogél.

Mengerovu špongiu matematici považujú za „univerzálnu krivku“. Vzniká vtedy, keď sanižšie uvedené nekonečne častoopakuje.

Aerogél akovedeckýlapač prachu.Narážajúce časticev sebe bezpečne uzatvorí roztavenáhmota aerogélu.

22

Nanotechnológia pre spoločnosť

Zosieťovaný svet: nanoelektronika

Od notebooku v štúdiu k štúdiu v notebooku –

úroveň techniky

krivkami hlasitosti. A potom prelieta Orville Wright

veľmi presvedčivo so strojom Flyer One ponad Kill

Devil Hills, ako 17.

decembra 1903, s príbojom a piskotom trávy na

pieskových dunách – v notebooku. (Iní pionieri

lietania ako napr. Nemec Gustav Weißkopf

prehrmeli vzduchom už v roku 1901, ale svoj vynález

nedokázali nikdy zaviesť do praxe.)

Pred dvadsiatimi rokmi by ešte takáto akcia bola

pre jednotlivca nezaplatiteľná a vyžiadala by si

niekoľkotonové vybavenie. Dnes však postačí

notebook, mini písací stôl a zopár hodín času.

Encyklopédia sa zmestí na jedno DVD, ktoré

nahradí 30 ťažkých zväzkov a pre rýchle

vyhľadávanie je neporovnateľne pohodlnejšie ako

jeho papierový náprotivok. Zvukový program je

celkom nemateriálne ukotvený na pevnom disku a

prostredníctvom mnohých virtuálnych segmentov

poskytuje nekonečné množstvo efektov. Vývoj

moderného počítača spustil vlnu dematerializácie,

ktorá bude mať za následok aj redukciu energetických

tokov. Zníženie cien hardvéru a softvéru zároveň

sprístupnil vysnívaný výrobný prostriedok aj

kreatívcom s nižším príjmom.

V budúcnosti nebude knižnica na zápästí nič

nezvyčajné, práve tak ako interaktívna mobilná

komunikácia.

Zadanie: štyri a pol minúty rozhlasového

vysielania o prvom motorovom lete bratov

Wrightovcov plus trocha dôveryhodnej

atmosféry. Čo urobí rozhlasový

autor, pre ktorého je práca vášňou?

Najskôr si pozrie miesto činu.

Virtuálny glóbus ukáže Kitty Hawk

na kúsku pevniny v severnom

Atlantiku, širokom len niekoľko

kilometrov, s Kill Devil Hills na

okraji, teda Wrightovci budú počuť

hučanie príboja. To existuje v

zvukovom archíve, ako aj búrlivý

morský vietor pri prvom lete, o

ktorom sa píše v Encyclopaedia Britannica, so

šelestením trávy na pieskových dunách. Motor

dosahoval 1 200 otáčok za minútu, v zvukovom

archíve je jeden veteránsky Chrysler, ktorý tak

pekne hlboko vrčí. Spektroskop v zvukovom

programe ukazuje presvedčivé frekvencie, je

to akceptované. Prvý let trval dvanásť sekúnd,

teraz vyberá pasáž, kde zvuk na konci poklesne,

kvôli Dopplerovmu efektu pri lete. V zvukovom

programe sa to všetko pekne poprekrýva

na rôznych stopách. Lietadlo letí zľava doprava, čo

sa dá nastaviť panoramatickými krivkami. Zvuk

motora je raz hlučnejší a raz tichší, čo sa dá nastaviť

Go Nano! Budúcnosť

Tranzistorová technika, ktorá sa dnes používa

v počítačových procesoroch - volá sa CMOS

(skratka z Complementary Metal Oxide

Semiconductor) - bola vyvinutá okrem iného pre prvé

elektronické náramkové hodinky, lebo spotrebovala

oveľa menej prúdu ako jej predchodcovia. Od 70.

rokov odborníci predpovedajú, že technika počas

nasledujúcich desiatich až pätnástich rokov narazí

na svoje hranice. Je to tak aj dnes. Tento raz má však

elektronický priemysel závažný dôvod vzdať sa tradície

pokračujúcej miniaturizácie svojich štruktúr: na ceste

do mikrokozmu sa postupne zviditeľňuje zrnitosť

hmoty, jej atomárna stavba. Elektronické obaly atómov

sú však najmenšie stavebné prvky, ktoré sa dajú spojiť

do trvalých technických štruktúr za normálnych

podmienok. Blížime sa teda k zásadnej hranici. Vodivá

dráha nemôže byť užšia ako atóm.

Technológia CMOS narazila na hranice samozrejme

už dávno predtým, čo sa však prejavilo v niektorých

smeroch veľmi kuriózne. Vodivé dráhy, ktoré spájajú

tranzistory jedného čipu navzájom, sú už teraz také

malé, že atómy hliníka by boli nestabilné. Prúd

elektrónov by ich jednoducho spláchol ako štrk v

potoku, odborne sa tento jav nazýva „elektromigrácia“.

Ako tomu úspešne odpomôcť? - vodivé spoje robiť

z medi, ktorá je ešte lepším vodičom, čo urýchľuje

prúd signálov na čipe. Vodivé spoje sa časom natoľko

priblížili jeden k druhému, že tým vzniká citeľná

kapacita, ako v prípade kondenzátora. Keby sa

tento efekt nezohľadnil pri dizajne čipu, čip by mohol

vypadnúť z rytmu.

Medzičasom sú už určité štruktúry čipových

tranzistorov menšie ako dvadsať nanometrov.

Tým sme dosiahli ríšu kvantovej teórie, a začína

pôsobiť tunelový efekt:

Tečú prúdy, kde by pri väčších tranzistoroch nemali

tiecť žiadne – systém elektronických hrádzí začína mať

netesnosti. A aj keď sú prúdy nepatrné, pri miliónoch

tranzistorov sa však spoja do značných strát, a

procesor sa zahrieva. Okrem toho bludné náboje

spôsobujú logické chyby, ktoré sa môžu stať osudné.

Vo veľmi jemných štruktúrach začína byť napokon

vidieť – ako to popisuje kvantová teória – vlnovú

povahu elektrónu.

Na túto okolnosť sa však viacerí vedci pozerajú aj ako

na šancu, ako sa prepracovať k celkom novému druhu

elektroniky, ktorá by mohla priniesť kvantový počítač.

A ten by mohol objaviť celkom nové matematické

vesmíry.

23

Televízne štúdio na nechte prstu:multimediálny čip s kontrolným zariadením na riadenie obrazovky s veľkou rozlišovacou schopnosťou, s energetickou spotrebou vreckovej lampy.

64bitový procesorod AMD pre aplikácie v PC so 106 mil. tranzistorovv technológii 130nm.

24

Moorov zákon naráža na hranice

Už v roku 1965

Gordon Moore,

spoluzakladateľ

firmy Intel, sformuloval svoje

konštatovanie, že kapacita

mikročipov sa približne

každých 18 mesiacov

zdvojnásobí.

Tento „zákon“ sa teraz stáva

predmetom pochybností aj

kvôli jednému problému

spočívajúcemu v ľuďoch.

Zatiaľ čo sa skutočne

darí dosahovať približne

50 percentný rast počtu

tranzistorov na jednom čipe

ročne, analytici sa sťažujú, že

produktivita čipového dizajnu

rastie približne len o 20 percent ročne.

Priemysel sa tomu snaží čeliť nepretržitým

zväčšovaním dizajnérskych tímov – dnes už

počtom 250 až 300 ľudí dosiahli taký počet,

ktorý sa nedá efektívne riadiť.

Večnému rastu protirečí aj 2. Moorov zákon, podľa

ktorého spolu so zmenšovaním štruktúr kráča

ruka v ruke zdražovanie výroby. Kým všetky tieto

obmedzenia natrvalo nepriaznivo zasiahnu vývoj,

bude nanotechnológii pripadať stále dôležitejšie

miesto v nanoelektronike. Už dnes dosahujú

N

ano

tech

no

lóg

iap

re s

po

ločn

osť

najmenšie štruktúry aktuálnych CPU menej ako

100 nm a majú viac ako 100 miliónov tranzistorov.

Keď máme veriť cestovnej mape polovodičového

priemyslu, ktorej predpovede vychádzajú väčšinou

z reálneho technického vývoja, potom nás už o pár

rokov očakávajú štruktúry so 45 nm (2010), ktoré

nás obdaria viac ako miliardou tranzistorov na

jeden čip. S tým sú spojené možnosti využitia, o

ktorých dnes môžeme len snívať.

Atómy mangánu na striebre, Univerzita

Christiana Albrechtav Kieli. Elektróny, uzat-

vorené plotom mangánových atómov,

tvoria vzory, ktoré závisia od použitého

elektrického napätia.Efekty ako tento budú

dôležité pre elektroniku zajtrajška.

Zosieťovaný svet: nanoelektronika

Malý kremíkový ostrov na

kremíkovom kryštále sa pri 450 stupňoch

postupne rozpúšťa.Poznanie takýchto

procesov je dôležité pre

kvalitu tenkých vrstiev.

25

Pamäť s fázovou zmenou (Phase Change RAM)

Dnešné dátové pamäte sa opierajú o rôzne

technológie so všetkými súvisiacimi

výhodami a nevýhodami.

Magneticko-mechanický pevný disk má veľmi

vysokú hustotu pamäti, dáta ukladá aj bez

neustáleho napájania elektrickým prúdom, ale

je veľmi pomalá. DRAM je rýchlejšia, ale bez

nepretržitého „obnovenia“ vo forme prúdových

impulzov zabúda svoje údaje. Flashová pamäť, ktorá

sa používa napr. v MP3-prehrávačoch, mobilných

telefónoch a kamerách, uchováva svoje údaje

aj bez napájania prúdom, ale nie je taká rýchla

ako DRAM a dá sa popísať len cca. 1 milión ráz.

Nanotechnologické koncepcie pamäte budúcnosti,

ktoré sľubujú v zásade len uvedené výhody: vysoká

hustota pamäte, rýchlosť, uchovanie údajov

bez napájania prúdom a vysoká životnosť, sú z

dnešného hľadiska MRAM (magnetická pamäť

s priamym prístupom) a fázovej zmeny RAM,

opísaná v ďalšej časti.

Pevné hmoty sa môžu vyskytovať v dvoch

extrémnych stavoch: raz kryštalicky, vtedy sú atómy

zoradené presne ako smreky v úžitkovom lese,

alebo amorfne, keď sú atómy nahromadené bez

poriadku. Rozšírenými amorfnými pevnými

telesami sú sklá, ako napríklad kremičité sklo;

rovnaká hmota, oxid kremičitý, existuje aj v

kryštalickej forme, ako rýdzi kremeň. Kryštalický

– amorfný, o obidvoch týchto stavoch hmoty

budeme v budúcnosti počuť asi častejšie, pretože

pravdepodobne budú ovplyvňovať veľkokapacitné

pamäte budúcnosti. Veľa pevných telies sa dá viac-

menej dobrovoľne pretransformovať z amorfného

do kryštalického stavu a opačne; táto zmena fázy,

spôsobená väčšinou účinkom tepla, má v optických

pamäťových médiách široké použitie.

Keď, napríklad, popisujeme prepisovateľné DVD,

špeciálna vrstva na DVD zmení účinkom tepelného

šoku z laserového impulzu svoju fázu lokálne z

„kryštalickej“ na „amorfnú“ a tým zmení svoje

reflexné vlastnosti, takže sa potom dá zapísať

čitateľná bitová štruktúra. Dlhšie a silnejšie

pôsobenie lasera lasera opäť mení amorfné miesta

na kryštalické, a DVD sa dá znovu popísať.

Je veľmi pravdepodobné, že materiály s fázovou

zmenou čaká ďalšia kariéra, a to v elektronických

pamätiach, pamätiach s fázovou zmenou, Phase

Change RAM. Fázová zmena tam neprebieha

opticky, ale elektronicky. Krátke elektrické impulzy

menia materiál na amorfný s vysokým elektrickým

odporom, dlhšie impulzy ho opäť menia

na kryštalický s nízkym odporom. Na čítanie

informácie sa zisťuje odpor pamäťových prvkov.

Pomocou Phase Change RAM by sa mala dať

dosiahnuť hustota pamäte, umožňujúca umiestniť

jeden terabit na veľkosti poštovej známky – čo

je desať hodín nekomprimovaného videa, teda

najvyberanejšia kvalita.

Notebooky s touto technikou by pokračovali

jednoducho tam, kde ich majiteľ prestal pracovať

– žiadne naťahovanie údajov by nebolo potrebné.

Vpravo: elektrickými impulzmi a s tým spojenými tepelnými impulzmi rôznej dĺžkysa dajú prepínať vrstvy fázových zmien(PC-Layer) na uklada-nie bitov medzi amorf-ným a kryštalickým stavom. Patentovaný dizajn IHT RWTH Aachenumožňuje rýchle pamä-te s malou spotrebou energie.

Vľavo: konkrétnarealizácia pamäte s fázovou zmenou

26

Pokračovanie s 3D – čipy rastú do výšky

Mrakodrapy boli na skromnom priestore

Manhattanu ekonomickým riešením

pri vytváraní nových kancelárskych

a bytových priestorov.

Samozrejme aj dizajnéri čipov už skoro uvažovali

o treťom rozmere, ale pokusy zlyhali na množstve

prekážok.

Cestu k tretiemu rozmeru možno našla spoločnosť

Infineon AG v Mníchove. Medzičasom sa im

darí opakovane, plánovane nechať rásť do výšky

karbónové nanotrubice, CNT, na plátkoch (wafer)

– leštených kremíkových doštičkách, na ktorých

vznikajú počítačové čipy. Fullerenové trubice

sú prvotriedne vodiče prúdu, vytvárajú teda

málo odpadového tepla a možno ich využiť aj

ako mechanicky namáhané spoje, VIA, medzi

jednotlivými prepájacími úrovňami čipu.

Z dlhodobého hľadiska je podľa výskumníkov

spoločnosti Infineon možné dopracovať sa

prostredníctvom CNT ku skutočnej 3D-technológii

pre čipy, navyše ak by CNT mohli ako vynikajúce

vodiče tepla odvádzať teplo zvnútra 3D-čipu.

Zosieťovaný svet: nanoelektronika

Cielený rast karbónových nanotrubíc

na preddefinovaných bodoch kremíkovej dosky prostredníctvom procesu,

ktorý je kompatibilný s mikroelektronikou.

10 μ m

Najmodernejšie umenie:experimentálne štruktúry pre spintronikovú-pamäť .

Nan

ote

chn

oló

gia

pre

sp

olo

čno

sť

27

Spintronika – výpočty s rotujúcimielektrónmi

Skutočnú revolúciu, ktorá pravdepodobne

prenesie Mooreov zákon do ďalekej

budúcnosti, by mohli vyvolať spintronikové

stavebné prvky, ktoré okrem elektrických vlastností

elektrónu využívajú aj jeho magnetické vlastnosti,

teda spin. Elektronový spin sa prejavuje ako

minimálny magnetický moment, ktorý komplexne

reaguje spoločne s inými magnetickými danosťami

a dá sa vďaka tomu využiť na elektronické funkcie.

Využitie takejto spintroniky alebo magneto-

elektroniky je už každodennou realitou: nové pevné

disky disponujú takzvanými „Spin Valve“- tenko

vrstvovými čítacími hlavami, ktoré – na základe

obrovského magnetického odporu – odhalia veľmi

malé magnetické domény a tým umožňujú veľmi

vysokú hustotu zápisu.

V MRAM-kách, magnetických pamäťových čipoch,

je informácia uložená v spine magnetických vrstiev.

Vývoj je zaujímavý pre nesúosé hlavné disky a mohol

by z dlhodobého hľadiska viesť k nahradeniu

mechanicky pohybovaných pevných diskov.

Spintronika je konečne predmetom diskusií ako

technológia pre kvantový počítač, okrem iného na

univerzite vo Würzburgu.

Tunelovo spriahnuté kvantové drôty – elektróny križujú pasáže, ktoré by v klasickej teórii boli blokované.Nanotechnologické experimenty začínajú dobiehať teóriu.

Magnetická sonda spinovo polarizovaného rastro-vého tunelového mikroskopu vyhmatáva magnetic-ké vlastnosti jednotlivých atómov.

Komplexný ako mesto – vyleptaný plošný spojčipu (IBM), zobrazený rastrovým elektrónovým mikroskopom Moderné čipy majú až 9 prepájacích úrovní.

Prstové cviče-nia pre kvantový počítač:„Aharonov- Bohmov interferometer“,na univerzite Ruhr- Universität Bochum s rastrovým silovým mikroskopom.

Jednotlivé organické molekuly posedávajú na kremíku.Záber z rastrového tunelového mikroskopu, rurská univerzita v Bochume.

Nové efekty pre silné pevné disky:čítacia hlava využíva obrovský magnetický odpor, polovodičovým prvok s viac ako dvadsiatimi vrstvami v nanorozmeroch.

28

Nanotechnológia v každodennom živote budúcnosti

Ak sa nanotechnológia stane súčasťou

každodenného života, nemusí navonok

dôjsť k žiadnym dramatickým zmenám.

Ľudia budú naďalej radi sedieť v pouličných

kaviarničkách, potom dokonca ešte radšej ako

doteraz. Keďže dunenie spaľovacích motorov

nahradilo decentné bzučanie a syčanie, ako keď

vesmírna loď Enterprise zatvára priečku. Zápach

spálených pohonných hmôt nahradí príležitostný,

takmer nebadateľný závanu metanolu, ktorý

zásobuje palivové články. Obsluha potom bude

veľmi rýchla: poklepaním požadovaného jedla

na elektronickom jedálnom lístku zmobilizujeme

kuchyňu. Platiť sa bude dotykom platobnej karty

na značku eura v rohu jedálneho lístka. Prepitné

sa bude naďalej platiť v hotovosti, lebo mince

pekne zvonia, ale budú hygienicky pokryté

antibakteriálnou vrstvou z nanočastíc. Okná

kaviarničky sú dosť nákladné, pretože majú

množstvo funkcií – čo z nich v končenom dôsledku

robí opäť okná lacné: odpudzujú špinu a odolávajú

škrabancom, zatemnia sa, ak je príliš svetlo,

premieňajú svetlo na elektrickú energiu a rozsvietia

sa v prípade požiadavky ako obrovský displej:

Je zábavné sledovať v kaviarni alebo pred ňou

spoločnes ďalšími ľuďmi majstrovstvá sveta.

S vyzretou nanoelektronikou si dokážeme predstaviť

prístroje s okúzľujúcou eleganciou, ako skutočný

PDA (Personal Digital Assistent) s rozmermi

kreditnej karty (niežeby to nešlo ešte menšie, ale

ruky človeka potrebujú niečo ovládateľné).

Tá vec by mohla byť matne čiernym monolitom bez

zjavných štruktúr, čerň absorbuje slnečné svetlo

a premieňa ho na elektrickú energiu; vďaka tenučkej

diamantovej vrstve by sa nedala poškrabať, pod ňou

by sa nachádzala tenká vrstva piezokeramiky, ktorá

premieňa zvuk na napätie a, naopak, takže je možné

dorozumieť sa hovoreným slovom.

Piezopodložky zabraňujínepříjemným vibracím

Palivové články dodávajíproud pro mobilní telefony a vozidla

Magnetické vrstvy pro nejmenšídatové paměti

Termochromové skloreguluje příliv světla

Barva s nanočásticemiproti korozi

Rám z nanotrubic jelehký jako pírko, ale pevný

Inteligentní oblečeníměří tep a dýchání

Kyčelní klouby z biokompatibilních materiálů

Přilba udržuje kontakts jejím nositelem

Nan

ote

chn

oló

gia

pre

sp

olo

čno

sť

29

Nanočastice od Nanosolutionssvetielkujú v UV-lúčoch, sú

však inak úplne neviditeľné.Jemne rozptýlené v kvapalinách sa

dajú nanášať tlačovou technikou atramentových trysiek bez toho, aby

zmenili dizajn a funkciu označeného predmetu.

Nanopigmenty sa vďaka tomu dajú využiť veľmi dobre ako ochrana pred

falšovaním.

Tabule opatřené povrchem odolným proti poškrábání s lotosovým efektem

Látka opatřená povrchemodolným proti skvrnám

Samozrejme, zvládala by aj prenos dát svetlom

a rádiovými vlnami. Táto vec by vďaka plytkému

objektívu a čipu meniča obrazu s vysokým rozlíšením

dokázala aj vidieť, na želanie by sa rozsvietila

ako displej a bola by takto diktafónom, kamerou,

videorekordérom, TV, mobilným telefónom

a prostredníctvom GPS, orientačnou pomôckou

v jednom, na požiadanie by vo francúzskej kaviarni

prečítala, preložila a vysvetlila jedálny lístok, tlmočila

objednávku v milej francúzštine a zaplatila účet.

Samozrejme by poznala hlas a odtlačky prstov

tých osôb, ktoré má obslúžiť a chránila sa tak pred

zneužitím.

Jídelní lístek z elektronického papíru

OLED (organické diódy emitujúce svetlo) pro displeje

Fotovoltaické fóliepřeměňují světlo na proud

Světelné diody konkurujížárovkám

Nanotrubice pro novédispleje notebooků

„Fotochrómne sklo“: svetelnú priepustnosť takýchto skiel možno regulovať napätím – klimatizácia kancelárií zajtrajška.

Virtuálna klávesnica:Systém rozpozná dotyk na premietnutý prvok klávesnice a vyhodnotí ho ako stlačenie klávesu.

30

Nanotechnológia v automobile

Čelné sklá môžu vďaka solárno-gelovým

vrstvám, ktoré budú obsahovať tvrdé,

nanočastice odolávať škrabancom. Budú

však úplne priehľadné, lebo nanočastice sú také

malé, že nelámu svetlo. Tento princíp funguje už pri

sklách okuliarov, aj keď nie dokonalo.

Autolak by mohol byť vybavený štruktúrou

lotosového kvetu, ktorá odpudzuje špinu.

Pri klimatizácii auta by pomohli čelné sklá s

prvkami o nanorozmeroch, ktoré by

regulované napätím odrážali raz viac

a raz menej svetla a tepelného žiarenia.

Takáto technika by mohla pri uplatnení

v kancelárskych priestoroch pomáhať

ušetriť množstvo energie.

Svetlo, ktoré autá potrebujú, sa už aj dnes vytvára

z väčšej časti nanotechnologicky: svetelné diódy

luxusných brzdových svetiel obsahujú – ako všetky

LED – rafinovane v nanometroch vrstvené systémy,

ktoré veľmi efektívne premieňajú elektrickú energiu

na svetlo. Ďalšie plus: LED premieňajú elektrickú

energiu pre zrakové zmysly

človeka prakticky okamžite na svetlo, brzdové svetlá

so žiarovkami potrebujú trochu viac času. Tento

rozdiel môže predstavovať niekoľko metrov brzdnej

dráhy. Medzičasom je svietivosť LED taká vysoká,

že združené LED môžu nahradiť denné stretávacie

svetlá reflektorov.

Tak ako v prípade iných strojov bude nanotechno-

lógia aj pri autách nahrádzať kvantitu kvalitou.

Viac techniky vystačí s menším množstvom

hmoty, technika sa pomerí s prírodou.

Drobné výstupky,veľký prehľad:

Pravidelné mikro-skopické štruktúry

výstupkov zabraňujú rušivým svetelným

odrazom na displejoch a sklách áut.

Vzorom je oko mole. Moľa chce v noci vidieť čo najviac

bez toho, aby bola videná.

Mobilita

Nan

ote

chn

oló

gia

p

re s

po

ločn

osť

LED v semaforoch šetria čas na údržbu a energiu.Doba amortizácie je len jeden rok.

Lak by mohol byť nanotechnologicky dokonca byť

v prevedení solárneho článku (variant, ktorý ešte

nebol zrealizovaný). Elektrická energia z článku by

na parkovisku dobíjala akumulátor – konvenčné

solárne články sa na toto už využívajú – alebo

vďaka tepelnému čerpadlu by ostával interiér auta

chladný. Tepelné čerpadlo by zase mohlo vďaka

Vstřikovací tryska pro vozidla se vzněto-vým motorem. Budoucí systémy budou mít diamantové vrstvy chránící proti opotřebe-ní, které budou silné pouze několik desítek nanometrů.

polovodičovému systému nanotechnologických vrstiev

pozostávať z nepohyblivých častí.

Ak sa bude naopak značné teplo spaľovacieho motora

odvádzať takýmto polovodičom, bude opäť vznikať

elektrická energia – Pozri aj „termoelektrika“ v

„Energia a životné prostredie“.

Palivové články (pozri s. 33)Dopomôžu automobilom jazdiť bez škodlivín. Ak sa bude získavať vodíkové palivo aj z obnoviteľných zdrojov energie, bude tento spôsob pohonu vyslovene šetrný k životnému prostrediu.

31

Dnešné elektronické bezpečnostné systémy ako ABS alebo ESP zasahujú v kritických jazdných situáciách, budúce systémy sa im budú automaticky vyhýbať.

Elektronika pre bezpečnosť cestujúcich:Senzor zrýchlenia pre čelný airbag.

Biele LED dosiahli takú svietivosť, že sa budú v budúcnosti dať využiť v reflekto-roch denných stretávacích svetiel.

Váhy z křemíku: snímač rychlosti otáčenípro stabilizaci vozidla.

32

Zlatý katalyzátor

Nanotechnológia môže dopomôcť aj zlatu

k novej kariére. Zatiaľ čo „hrubé“ zlato ako

katalyzátor ďaleko zaostáva za platinou,

vytvárajú zlaté nanočastice na poréznom nosiči

použiteľný katalyzátor, ktorý už pri studenom štarte

rozkladá oxidy dusíka a oxid uhoľnatý na neškodné

látky. Zlaté nanočastice sú aj nádejným novým

kandidátom na katalyzátor pre palivové články.

Samozrejme budú všetky tieto pokroky prospešné

aj pre dopravné techniky, ktoré nemajú súvislosť

s automobilom. Napríklad bicykel by sa vynikajúco

znášal s nanotechnológiou, najmä s palivovými

a solárnymi článkami, pre „perpetuum mobile“, ktoré

poháňané len svetlom, vzduchom a vodou, nehlučne

tiahne krajinou, a je celé vďaka rámu z karbónových

nanovlákien, LED-svetlám a ďalším ľahučké ako

pierko.

Zlato proti pachom

Katalyzátory so zlatými nanočasticami sa testujú

v súčasnosti aj ako rozkladače pachov. V malých

klimatizačných zariadeniach, aké sú v autách, dokážu

odstrániť pachy a usídlené baktérie. V Japonsku sa

uplatnili dokonca už aj na toaletách.

Nanotechnológia na odpočívadle

Vodiči sa stretávajú s technikou mikrosystémov

zatiaľ aspoň na odpočívadlách. Pisoáre pokrokových

toaliet obsahujú senzory, ktoré hlásia pripojenej

elektronike akýkoľvek nárast teploty a následne

vyvolajú spláchnutie. Elektrickú energiu na tento účel

dodáva vodná miniturbína poháňaná pri spláchnutí.

Systém nemožno vyradiť z činnosti – ako je tomu pri

systémoch s infračervenými bunkami – žuvačkou.

Nanotechnologické pisoáre na rozdiel od nich

fungujú jednoduchšie a zároveň rafinovanejšie:

Vďaka lotosovému efektu na stene pisoáru sú

kvapaliny odpudzované, preniknú vrstvou, ktorá

blokuje pachy a zmiznú bez stopy – do akej miery

to zodpovedá pravde, musí ukázať prax. Samozrejme

takúto techniku je možné využiť aj v súkromných

domácnostiach.

Mobilita

Voňavé kapsule s nanorozmermi

pôsobivo zmenia kožu.

Nanočastice zo zlata pre nové katalyzátory

Pisoár na odpočívadle s mikrosystémovou

technikou, ktorá odoláva vandalizmu.

Vrstvy podľa lotosového efektu s nanorozmermi

by mali ďalejzjednodušiť údržbu.

Nan

ote

chn

oló

gia

pre

sp

olo

čno

sť

Palivový článok – agregát pre tisíc prípadov

Palivové články sa podobajú akumulátorom:

dodávajú elektrickú energiu. Kým

chemický obsah akumulátora

sa po čase spotrebuje, palivový článok

je sústavne zásobovaný vysoko

energetickou látkou. Táto látka môže

byť čistý vodík alebo plyn, alebo iná

kvapalina, ktorá obsahuje vodík,

ako zemný plyn alebo

repkový olej.

V posledných dvoch prípadoch

je potom treba oddeliť

vodík v „meniči“ skôr,

ak môže účinkovať

v palivovom článku. Ak

sa spoja vodík a kyslík,

prechádzajú elektróny z vodíka

do kyslíka.

V palivovom článku sa tieto

elektróny vypudzujú do

vonkajšieho elektrického obvodu,

ktorý potom môže poháňať

motor a podobne. Výsledným

produktom reakcie je čistá voda.

Palivové články majú dobrú

účinnosť, ktorá je – v závislosti od typu – aj vo

veľkej miere nezávislá od veľkosti. Vyrábajú sa

v mnohých rôznych variantoch. Nanotechnológia

môže prispieť k tejto technike keramickými fóliami,

povrchmi s nanoštruktúrami a katalyticky účinnými

nanočasticami.

V uplynulých rokoch bolo na celom svete

vynaložených 6 – 8 miliárd dolárov na

technológiu palivových článkov, ktorá

bezpochyby naplní vysoké očakávania.

Veľkosť tichých dodávateľov elektrickej

energie sa bude pohybovať od známky

po kontajner a v žiadnom prípade sa

nebudú využívať len v autách.

Pre drobných spotrebiteľov by

sa mohla stať zdrojom vodíka

nehorľavá zmes metanolu a vody,

„tankovať“ by sa chodilo

do obchodu.

Palivový článok

zabezpečí

elektromotoru, ako

najlepšiemu zo všetkých motorov,

opäť miesto na stupni víťazov

(1881 jazdil po Paríži prvý

elektromobil).

Len elektromotor sa dá

prevádzkovať s účinnosťou

vyššou ako 90 percent, len on

môže zároveň pôsobiť

ako generátor a premieňať hybnú

energiu, napríklad pri brzdení auta, spätne

na elektrickú energiu. Extrémne dobré

magnetické látky nových elektromotorov

a generátorov sú prirodzene

z nanokryštálov.

Kovové kocky „Nanocubes“ spoloč-nosti BASF dokážu absorbovať vďaka svojej nanoporéznosti veľké množstvá vodíka.

Palivové články sa nasťahujú aj do domác-ností a budú dodávaťelektrickú energiu a zároveň teplo.

33

34

zubom opäť pomáha dosiahnuť pôvodné zloženie

(pozri aj biomineralizácia).

Denný krém (už existuje) obsahuje nanoguľôčky

z oxidu zinočnatého proti škodlivému UV-žiareniu.

Guľôčky sú neviditeľné, lebo majú nanorozmery,

krém teda nie je biely, ale úplne priesvitný.

Špióni na špičkách prstov

Nanotechnológia, nanoelektronika, a

mikrosystémová technológia umožnia

výrobu komplexných analytických

prístrojov, ktoré budú cenovo dostupné aj pre

domácnosti. Malé pichnutie do prsta bude

v budúcnosti postačovať na analýzu krvi. Sú hodnoty

cholesterolu v poriadku? Je hladina cukru v normále?

Výsledky bude možné posielať elektronickou poštou

do najbližšieho nanozdravotníckeho centra, ktoré

potom bude požadovať presnejšiu analýzu alebo

vytvorí v mikroreaktoroch nanobiotechnológiou

individuálny liek. Liečivo budú v tele prenášať

nanočastice, ktoré budú mať špeciálnu vrstvu, vďaka

ktorej sa zachytia len v ohnisku choroby.

„Drug delivery“ (dodávka liekov) úplne precízne.

Lekár, ktorému dôverujete, bude mať vo veci prehľad.

Alebo senzor na vonkajšej strane, ktorý

z potu prstov držiacich škatuľu analýzou

zistí nedostatok kalcia a iné nedostatky,

ktoré bude možné nahradiť jedlom typu „funkčné

potraviny“. Alebo konvenčný kozí syr, OLED-štítok

na obale odporučí, čo bude správne.

Zrkadlo v kúpeľni je prešpikované

nanoelektronikou, neodráža len obraz, ale na

požiadanie poskytuje informácie a má trochu

rezervovaný postoj k pomarančovému džúsu.

Lebo pomarančový džús je cukornatý a cukor je

príčinou vzniku zubného kazu. Opäť úloha pre

nanotechnológiu: v zubnej paste (už existuje)

sú ukryté nanoguľôčky z apatitu a proteínu,

prirodzeného stavebného materiálu zubov, ktorý

Raňajky s následkami v roku 2020:

Bude existovať ešte káva? Asi áno, a pomarančový džús? Určite, ale

obal by mohol byť osobitý, niečo ako „elektronický jazyk“ vo vnútri,

ktorý vopred džús ochutná, či nie je napríklad skazený.

ZdravieN

ano

tech

no

lóg

iap

re s

po

ločn

osť

Inteligentné prostredie – vďaka nanoelektroni-ke udeľuje inteligentné

zrkadlo lekcie správneho čistenia zubov.

Obrázok vľavo hore:Fólie s nanočasticami udržiavajú potraviny

dlhšie čerstvé.

Obrázok vpravo hore:Inteligentný obal s

komunikačným čipomna báze polyméru

35

Supramolekulárne liekové kapsule

Podávané lieky opäť môžu byť mimoriadne

rafinované. Boli by ukryté

v supramolekulárnych dutých molekulách

(pracuje sa na nich), prepravných nádobách

s nanorozmermi, na ktorých by boli antény a

na nich umiestnené hmatové proteíny podobné

protilátkam. Ak sa dostanú do kontaktu so

štruktúrami, ktoré sú typické pre agens vyvolávajúci

chorobu – obaly rakovinotvorných buniek, baktérií

– zachytia sa a vyšlú signál dutej molekule,

ktorá sa otvorí a uvoľní svoj obsah. Takouto

nanotechnológiou sa dajú lieky dopraviť vo

vysokých dávkach priamo k ohnisku choroby bez

toho, aby zaťažovali zvyšok organizmu.

Magnetické častice na rakovinovú terapiu

Podobnými trikmi sa dajú nasmerovať

aj magnetické častice s nanorozmermi

k ohnisku rakoviny, kde ich môže zohrievať

elektromagnetické striedavé pole a tak zničiť nádor.

Nanočastice prechádzajú aj filtračným systémom

nazývaným „krvno-mozgová bariéra“ a dali by sa

priviesť k mozgovým nádorom.

Táto takzvaná magnetická fluidná hypotermia bola

vyvinutá pracovnou skupinou pod vedením biológa

Andreasa Jordana. V súčasnosti sa začína s jej

klinickým testovaním.

Skrine na čipe

Mikrosystémová technológia

a nanotechnológia – prechody medzi

nimi sú plynulé – vyplatia sa v lekárskom

sektore už len tým, že sa známe techniky zmenšia

a stanú lacnejšími, v niektorých prípadoch až

o stotisícnásobok a viac.

Toto bude okrem iného platiť pre jemné stroje, ktoré

skontrolujú určité znaky miliónov buniek, napríklad

krvných buniek, po tisíckach za sekundu a vytriediť

ich v živom stave. To môže prebiehať takto:

Diagnostika zajtrajška. Čoraz nákladnejšie metódy sú vďaka nanotechnológii ekonomicky únosné.

Rakovinové bunky moz-gového nádoru glioblastó-mu sa „nažrali“ až tesne po hranicu zdravého tkaniva špeciálnych magnetitom pokrytých nanočastíc.Ak elektromagnetické pole častice zohreje, začnenádor citlivo reagovať na doplňujúce opatrenia.Lekárske uvoľnenie tejto techniky sa má uskutoč-niť už v roku 2005.

36

Do krvi sa budú pridávať protilátky, ktoré sa

pripoja na príslušné bunky – a len na takéto bunky –

a zároveň budú mať v sebe farbivo, ktoré v svetle lasera

zažiari, svetielkuje. V triediči buniek sa takéto bunky

potom uzavrú do kvapôčok, prevedú popred laser;

keď fluoreskujúci signál zažiari, nasmerujú elektrické

polia kvapôčku a tým aj bunku do zbernej nádoby

– táto technika je čiastočne požičaná z atramentových

tlačiarní.

Triediče buniek sú veľmi náročné prístroje, v ktorých

sú využité najjemnejšia mikromechanika, optika,

elektronika, a tieto prístroje sú patrične drahé.

Nanotechnológia zredukuje súčasné triediče buniek

veľkosti skrine na veľkosť známky a v určitých

oblastiach z nich urobí jednorazové stroje.

To výrazne zrýchli pokrok v medicíne. Ešte

náročnejšia nanotechnológia je určená pre Lab-on-

a-Chip. Podľa názoru významných vývojárov by sa

použitie nanoprístrojov rozšírilo na milióny, ktoré by

koordinovane spolupracovali na svojej úlohe.

Čipy by mali veľkosť niekoľkých štvorcových

centimetrov, boli by teda obrovské v porovnaní

s nanostrojčekmi, ktoré by na nich spočívali, čo by

bolo zapríčinené tým, že by v nich museli cirkulovať

kvapaliny, ktoré sú v nanokozme tuhé ako med, a teda

potrebujú priestor na to, aby mohli tiecť. Labs-on-a-

Chip budú revolúciou v biológii, ak sa v budúcnosti

bude dať nano-laboratóriom pozorovať v jednotlivých

bunkách krok za krokom, čo sa práve deje. Takže

by sa dalo zrekonštruovať niečo ako video, video

života. A neuspokojili by sme sa len pozorovaním

bunky, budeme ich štípať, sledovať ako reagujú a tak

odhaľovať hádanky života.

Neuroprotetika

Veľmi náročnou aplikáciou mikrosystémovej

technológie a nanotechnológie je

v súčasnosti skúšaný učenlivý implantát

sietnice. Má čiastočne navrátiť zrak pacientom,

ktorí oslepli v dôsledku zápalu sietnice retinitis

pigmentosa,. Systém sa skladá z malej kamery v

Sítnicový implantát.

Zdravie

Na

no

tech

no

lóg

iap

re s

po

ločn

osť

Malé ale milé, „Lab-on-a-chip“

laboratórium na špičke prsta

Implantát sietnice S východiskovými práškami

s nanorozmermi sa dajú vypalovať(spekať) bezchybné

spoľahlivé keramické telieska, napríklad pre implantáty.

37

Obrázok vpravo:Tenké čipy z kremíka na pružných nosičoch napr. na inteligentné štítky, ktoré bude možné integrovaťdo obalov potravín alebo oblečenia.

Obrázok vľavo:Spojenie nervových buniek a elektrických kontaktov

ráme okuliarov, ktorá prenáša obrazy okolia na

špeciálny učenlivý signálny procesor.

Procesor prenáša obrazové údaje bezdrôtovo do

vnútra postihnutého oka. Tam sa nachádza pružná

fólia s miniaturizovanými elektródami, ktoré

priliehajú k sietnici a stimulujú ju príslušným

spôsobom. Ak bude vývoj úspešný, bude existovať

prvé rozhranie „man-machine-interface“ pre

zrakový zmysel na svete. Mnohým ľuďom, ktorí

stratili sluch už dlhšie pomáha implantát kochley.

S nanotechnológiou sa protézy takéhoto druhu

budú sústavne zlepšovať.

Domáca opatera

Vďaka lepšej strave a čoraz rafinovanejšej

lekárskej vede sa čoraz viac ľudí dožíva

vyššieho veku. Tento vlastne veľmi žiaduci

vývoj má prírodou danú nevýhodu, čoraz viac

ľudí bude odkázaných na pomoc. Túto bude sčasti

môcť zabezpečovať nanoelektronika, uvažuje sa o

senzoroch a počítačoch votkaných do šatstva, ktoré

umožnia sústavné monitorovanie zdravotného

stavu seniorov – pulz, dýchanie, látkovú výmenu.

V prípade porúch, medi-vesta samočinne informuje

domáceho lekára alebo príbuzných. Miesto pobytu

hlási všitý GPS- alebo modul systému Galileo

(Galileo je budúci európsky variant GPS).

Automatickí ošetrovatelia

„Stará Európa“ má k mechanickým

pomocníkom – aspoň zatiaľ – skôr

dištancovaný vzťah. V Japonsku

stojí autonómne sa pohybujúci robot pred

priemyselnou veľkovýrobou. Je dosť možné, že

sa z toho budú dať vyvinúť ošetrovatelia vhodní

pre každodenné opatrovanie, už sa na tom

aspoň pracuje. Robotika dokáže bez námahy

prijať sústavne vzrastajúci výpočtový výkon

nanoelektroniky, a to v masovom meradle.

Inteligentné oblečenie: integrovaná elektronika hrá MP3-hudbu, sprevádza mestom a monitoruje pulz - pridaná hodnota, ktorú možno zažiť na vlastnej koži.

Roboti s empatiou z univerzity v Oxforde.Na pasenie kačíc to už stačí, od automatického ošetrovateľa sa však očakáva viac.

38

Európe sa približne 10 percent vyrábanej

elektrickej energie využíva na osvetlenie. LED,

svetlo emitujúce diódy medzičasom

svietia tiež na bielo, dokážu teda nahradiť doterajšiu

techniku. Náhrada by znamenala podstatné úspory,

pretože LED potrebujú na rovnaké množstvo svetla

približne len 50 percent výkonu, ktorý potrebuje

bežná žiarovka.

Spolkový úrad životného prostredia stanovil pre

sektor osvetlenia potenciál úspor vo výške 77 percent.

V európskych domácnostiach čakajú milióny

televíznych prijímačov s trubicami, aby ich nahradili

prístroje s LCD technikou prípadne z dlhodobejšieho

hľadiska aj s OLED-technikou.

Obe techniky majú potenciál znížiť spotrebu

energie o 90 percent. LED a OLED sa vyrábajú

nanotechnológiou. Ak milióny domácnosti ušetria

kilowatty, budú to gigawatty – kapacita viacerých

veľkých elektrární.

Výkon palivových článkov sa dá rýchlo regulovať.

V súčasnosti sa do domácností dostávajú prvé kotly

na zemný plyn s palivovými článkami, ktoré sú

schopné voliteľne produkovať teplo i elektrickú

energiu. Ak nimi budú vybavené milióny domácností,

môžu sa tieto kotly spojiť elektrickou distribučnou

sieťou a internetom k virtuálnym veľkoelektrárňam –

s teoretickou maximálnou kapacitou 100

gigawattov. Z dlhodobého hľadiska by zemný plyn

mohol nahradiť vodík z obnoviteľných zdrojov.

Nanotechnológia sa na tom podieľa novými

materiálmi a katalyzátormi.

Na rozdiel od doterajšej histórie techniky dokáže

nanotechnológia spojiť hospodársky rast s menšou

spotrebou materiálov.

Hospodárenie à la nano: vyšší komfort s menšími

materiálnymi nárokmi.

Revolúcia efektívnosti prostredníctvom LED.

Energia a životné prostredie

Nan

ote

chn

oló

gia

pre

sp

olo

čno

sť

Prognóza spoločnostiShell AG.

Pri obnoviteľných zdrojoch energie

je nanotechnológia správnou voľbou

39

Keramické membrány s nanopórami nadobúdajú

čoraz väčší význam pri úprave kvapalín, aj pri úprave

čistej pitnej vody. Baktérie a vírusy sa takýmito

membránami dajú jednoducho odfiltrovať.

Vďaka nanotechológii sa solárna energia stane

lukratívnou záležitosťou. Spojovacie polovodiče z

india, gália a dusíka vykazujú hodnoty, vďaka ktorým

sa možno budú dať vyrobiť solárne články

s viac ako päťdesiatpercentnou účinnosťou.

Účinnosť je ale iba jedným kritériom,

nanotechnológia zabezpečí aj drastické zlacnenie

zberačov svetla, či už vďaka technike tenkých alebo

časticových vrstiev. Laboratórne vzorky solárnych

fólií, ktoré boli vyrobené technikami vrstvenia

podobným ako pre LED a OLED, produkujú pri 30

gramovej hmotnosti 100 Wattov elektrického výkonu

– radikálna dematerializácia získavania energie,

v Lipsku zrealizovaná spoločnosťou Solarion.

Päťpercentnú účinnosť propagujú výskumníci

spoločnosti Siemens pre najnovšie organické solárne

bunky, ktoré sa dajú vytlačiť na plastovú fóliu

a majú byť vyslovene lacné. Fotoaktívna vrstva

je hrubá len 100 nanometrov, súčasne dosahovaná

životnosť sa pohybuje na hranici niekoľko tisíc hodín

slnečného svitu. Prvé výrobky s touto technikou sa

očakávajú v roku 2005.

Široké spektrum:Sklená fasáda haly hotela Weggis pri Lucernskom jazere, ktorá je iluminovaná 84 000 LED od firmy Osram vo všetkých farbách dúhy.

OLED, organické LED, budú použité v mnohých budúcich displejoch.

40

Existuje celý rad dlho známych fyzikálnych

javov, ktoré – bez zjavného záujmu

verejnosti – skôr skromne pôsobia

v trhových medzerách. Je tu chladiaci box, ktorý sa

zapojí do zástrčky v automobile a potom skutočne

chladí. Vo vnútri neviditeľne pôsobí dedičstvo Jean-

Charles-Athanase Peltiera, francúzskeho učenca,

ktorý v roku 1834 objavil po ňom nazvaný jav,

podľa ktorého tok prúdu miestom spoja dvoch

rôznych kovov na jednej strane vytvára teplo a na

druhej chlad. O trinásť rokov skôr objavil Nemec

Thomas Johann Seebeck opačný jav, podľa ktorého

tok tepla miestom spoja dvoch rôznych kovov

vytvára elektrickú energiu. Obaja páni sa vďaka

nanotechnológii stanú opäť slávnymi,

pretože teraz vznikajú nanotechnologicky

nové materiály, ktoré oba javy – konečne

– vybavia veľmi dobrou účinnosťou.

Na výrobe týchto materiálov sa opäť

podieľajú stroje, ktoré vyrábajú LED.

Tieto stroje sú napríklad schopné naniesť

na vrstvu bizmutu a telúru hrubú jeden

nanometer vrstvu antimónu a telúru

hrubú päť nanometrov a opakujú tento

proces, kým vznikne polovodičová

fólia, z ktorej by boli páni Peltier a

Seebeck nadšení: pri prechode elektrickej

energie, sa jedna strana tejto vrstvy stáva

horúcou a druhá studenou. Fólia sa dá

veľmi jemne štruktúrovať, takže sa dá

využiť na bodovo presné chladenie čipov

alebo dokáže v Lab-on-a-Chip poháňať

malilinké reakčné nádoby, v ktorých sa

rýchlo zmenou teplôt rozmnožuje DNA.

Nanotechnológia vdýchla nový život mnohým starým

nápadom, ktoré zlyhali z dôvodu neefektívnosti dostup-

ných materiálov. Sem patrí nápad termoelektrickej výroby

elektrickej energie:

Elektrická energie z tepla, teplo z elektrickej energie – termo-

elektrika

Energia a životné prostredieN

ano

tech

no

lóg

iap

re s

po

ločn

osť

Konvenčný termo-elektrický modul:prúd tepla sa mení blokmi polovodičovna elektrickú energiu.Nanoštruktúry pomáhajú technike dosahovať vysokú účinnosť a otvárajú tak nové trhy.

Chemická technika mikroreakcií

na efektívnu výrobu aj exotických látok

41

Dá sa ľahkop predstaviť, že vďaka drasticky

stúpajúcej účinnosti sa peltierove prvky stanú

voľbou číslo jedna pre celý chladiarenský priemysel.

Ak v opačnom prípade niekto disponuje lacnými

zdrojmi tepla, ako je teplo zo zeme, môže takýmito

termoelektrickými vrstvami výhodne vyrábať

elektrickú energiu. Island by sa mohol stať boháčom

energetiky, s elektrolyticky vyrábaným vodíkom.

V chemickom priemysle budú techniky ako táto

premieňať obrovské množstvo odpadového tepla na

elektrickú energiu – nehlučne, takmer neviditeľne,

efektívne. Jednoducho nanotechnologicky.

Termofotovoltika

Termoelektrika nie je jediná možnosť, ako

elegantne meniť odpadové teplo na elektrickú

energiu. Termofotovoltika, napríklad využíva

(neviditeľné) tepelné žiarenie, infračervené žiarenie,

horúcich objektov.

Nanotechnológia je

ukrytá v štruktúrach

emitorov, ktoré

prispôsobujú

spektrum tepelného

zdroja spektrálnej

citlivosti termofoto-

voltických článkov.

Aixtronové reaktory pre výskum(vľavo) a na atómovo-presnú výrobutenkých vrstiev zo spájacích polovodičov (vpravo)

Volfrámový emitor s nanoštruktúrovanou plochou na prispôso-benie infračerveného spektra.

Svetlo sviečky postačuje na to, aby termofotovoltický článok zásoboval energiou rádio.

42

V júni 1979 si Bryan Allen postavil

Gossamerského albatrosa, prepedáloval sa

silou vlastných nôh vzduchom ponad

anglický kanál a vyhral Cremerovu cenu dotovanú

sumou 100 000 libier. Vďaka novým materiálom

bola konštrukcia Gossameského albatrosa od Paula

MacCreadyho ľahučká ako pierko. 1981 sa pošťastil aj

dlhý let na solárny pohon, Lenže Solar Challenger bol

mimoriadne krehký.

Ocenenia dávajú krídla: začiatkom deväťdesiatych

rokov vypísalo mesto Ulm spomínajúc na svojho

nešťastného priekopníka lietania Albrechta Ludwiga

Berblingera („Krajčíra z Ulmu“) súťaž na vývoj

solárneho lietadla použiteľného v praxi. V júli 1996

odštartoval motorový klzák Icaré II z univerzity

v Stuttgarte a stal sa s prevahou víťazom.

Ako náhrada satelitu je skoncipované experimentálne

solárne lietadlo HELIOS spoločnosti NASA, ktoré

je cez deň poháňané solárne a v noci ho udržuje vo

vzduchu „nabíjateľný“ agregát na palivové články.

Dosiahnutá výška: takmer 30 kilometrov.

V roku 2003 sa stretli vo Švajčiarsku experti na

termodynamiku, aerodynamiku, elektrické systémy,

kompozitné materiály, fotovoltiku, premenu energie

a počítačovú simuláciu – nanotechnológia je súčasťou

takmer všetkých odborov – a rokovali o projekte,

ktorý má okrídliť nové technológie budúcnosti bez

zaťažovania životného prostredia. Okrídliť v pravom

zmysle slova: Podľa ctižiadostivého projektu majú

okolo roku 2009 Bertrand Piccard a Brian Jones, ktorí

v roku 1999 už obleteli svet v balóne, obletieť svet

ešte raz. Tentoraz v lietadle, ktoré bude poháňať len

slnečná energia, nonstop!

Sústavné zjemňovanie technológie, teraz už

aj v nanomierke, oživuje čoraz viac starých

myšlienok, ktoré v minulosti zlyhali pre

maličkosti. Medzi nimi nápad s lietaním na

slnečnú energiu.

Icaré II, slnečný klzák, ktorý možno

zaťažiť ako bežný vetroň a dokáže

vzlietnuť z vlastnej sily. Hore: záver neoficiálneho rekordného letu zo Stuttgartu do Jeny.

Nanotechnológia pre šport a voľný čas

Nan

ote

chn

oló

gia

pre

sp

olo

čno

sť

Tento projekt by skutočne mohol zabezpečiť novým

technológiám zaslúžený rešpekt a okrem iného

potiahnuť celú flotilu strojov, ako napríklad počítačmi,

senzormi a GALILEOM riadené solárne lietadlá,

ktoré vynesú do vzduchu aj neskúsených – bez hluku

a splodín. Nad oblakmi je vraj sloboda bezhraničná.

Ponad Mecklenburgskú Seenplatte potom možno

budú tiahnuť solárne katamarány.

Pedeleky, elektricky podporované

bicykle, pomôžu na súši seniorom

nasadnúť do sedla, bez tejto pomoci

by to bolo pre nich namáhavé.

Elektrické minivozidlá sa vyvíjajú

na mnohých miestach, už len

preto, aby sa zachránili mestá

utápajúce sa v splodinách prudko

sa spriemyselňujúcich zón.

43

Plachetnica s pohonom na palivové články MTU/Materiálno-technickej univerzity, Friedrichshafen, Bodamské jazero. Nanotechnológia dokáže pomôcť takýmto vozidlám k maximálnej elegancii,vieme si predstaviť plachty z pružných textilných solár-nych článkov, ktoré by však potom museli byť tmavé.

„Vzdušný červík“ univerzity Stuttgart.Plánuje sa nasadenie ako relačná stanica pre mobilnú telefóniu.

Dizajnová štúdia firmy Fuseproject, palivový článok poháňa kolobežku nehlučne po meste.

Solárny katamarán spoločnosti Kopf Solardesign GmbH križuje okolo Hamburgu.

Uhlíkové nanotrubice pre výťah na obežnú dráhu

Recept pochádza z vesmíru: v obale starých

hviezd ako napríklad Betelgeuze (červené

oko), červenom obrovi, víri množstvo

prvkov. Ak vzájomne chemicky reagujú, vznikajú

okrem iného nanokryštály z karbidu kremíka,

oxidu kremíka, korundu, dokonca diamantov, čo

vieme z výskumov meteoritov, ktoré z takéhoto

prachu vznikli. Aby sa dozvedeli viac, vytvorili

vedci podmienky hviezdneho obalu v laboratóriu

– a našli v roku 1985 stopy úplne neznámej látky.

Ukázalo sa, že ide o nový druh väzby uhlíka:

dutá molekula, ktorej forma sa výrazne podobá

futbalovej lopte. Opätovný pohľad do nebies

ukázal, že táto molekula vniká aj v obale hviezd.

Vízie

Prstová ulica

S nanotechnológiou si vieme predstaviť aj

celkom utopicky pôsobiace dopravné systémy,

ako „prstovú ulicu“.

Ak budú – na čom sa pracuje – k dispozícii v praxi

použiteľné umelé svaly, vieme si predstaviť cestu

vyloženú uholníkovými prvkami, prstami, ktoré

budú premiestňovať predmety nachádzajúce sa na

nej cez rohy, podobne ako bičíky z buniek, cílie,

ktoré mávaním vyháňajú špinu z pľúc alebo

pohon nálevníka paramecium.

Tento nápad má mnoho priestoru

na vyšperkovanie; o malilinkých, na

tomto princípe pracujúcich lineárnych

motoroch, ktoré pracujú s rastlinnými

svalmi, „forizómami“, sa už vážne uvažuje.

Ďalšími kandidátmi na umelé svaly sú

tkanivá z uhlíkových nano-trubíc. A tento

nápad vlastne ani nie je taký fantastický ako

výťah k planétam, ktorý NASA skutočne vážne

preskúmava. A vlastne o ňom prvýkrát uvažoval

ruský priekopník kozmonautiky Konštantín

Eduardovič Ciolkovskij.

Konštantín Eduardovič Ciolkovskij (1857-1935)

44

Nanotrubice s (Červeným okom) Betelgeuze, obrovskou hviezdou, v ktorej atmosfére sa nachádzajú Fullereny.

Fullereny, duté priestory z uhlíkových sietí, nádejní kandidáti pri hľadaní exotických materiálov.

Dnes sú známe mnohé varianty sieťovo spojeného

uhlíka, medzi nimi uhlíkové trubice, drobučké

uhlíkové trubičky, ktoré sa dajú spriasť k vysoko

pevným materiálom. Otázka masovej produkcie

takýchto nanotrubíc je v zásade technicky vyriešená.

Vyzretému kompozitnému vláknu z nanotrubíc

sa medzičasom pripisuje astronomická pevnosť v

ťahu a zlomová húževnatosť. S plnou vážnosťou

uskutočňuje NASA v súčasnosti štúdiu projektu, ktorý

– využívajúc druh indického lanového triku – povedie

k „výťahu ku hviezdam“. Podľa jedného scenára sa

napne pás z kompozitného materiálu nanotrubíc,

meter široký a tenší ako papier, konvenčnými

raketovými a satelitnými technológiami do vesmíru.

Jeden koniec by sa nachádzal vo vesmíre vo výške

približne 100 000 kilometrov, druhý by bol ukotvený

v blízkosti rovníka v Tichom oceáne. Gravitačná sila

smerujúce k zemi a odstredivá sila v opačnom smere

budú pás udržiavať v napnutom stave. Pozdĺž neho

by sa dali presúvať náklady niekoľkých ton na obežnú

dráhu zeme a dokonca aj medzi Venušou a pásom

asteroidov. Užitočné vedľajšie produkty takýchto vízií:

Vysoko pevné konštrukčné látky pre mrakodrapy,

45

Vízia:Výťah k planétam.

Robert Curl, s Fullerenmi na prstoch,ktoré mu vyniesli Nobelovu cenu.

Obrovské molekuly ako

majstri výpočtov:

Nanotrubice môžu

byť základom výkonných

čipov budúcnosti.

46

Šance a riziká

Potenciál nanotechnológie v dobrom

zmysle, teda aspoň z pohľadu výnosnosti

je očividne veľký. Vďaka inováciám v

mnohých aplikačných oblastiach sa nanotechnológii

pripisuje podstatný ekonomický potenciál.

Už dnes sa v Európe zaoberá niekoľko stoviek

spoločností komerčným využitím nanotechnológie

a poskytuje viacerým desaťtisícom prevažne

vysokokvalifikovaných ľudí chlieb a prácu. Vedci

a podnikatelia sa zhodujú: nanotechnológia je viac

ako nový reklamný trik.

Príliš dobré na to, aby to bola pravda? Minimálne

teoreticky možný superboom už vošiel do literatúry:

V bestselleri Michaela Crichtona „Korisť“ sa zlučujú

kŕdle šikovných nanočastíc do polointeligentných

bytostí, ktoré sa zameriavajú na svojich tvorcov, aby

sa v nich usídlili.

Iná tmavá vízia amerického nanoproroka Erica

Drexlera, vidí

svet v ohrození

takzvaného šedého

maziva, „Gray Goo“,

šedého mraku

z nepodarených

nanorobotov.

Eric Drexler

skutočne považuje

za možné

postaviť robotov

v nanoveľkosti,

ktorí sú veľkí len

niekoľko milióntin milimetra a vedia riadení

programom vybudovať z pripravených surovín

niečo veľké, novodobé. A ak by sa proces vymkol

spod kontroly, vzniklo by namiesto niečoho

úžasného práve to šedé mazivo, ktoré by možno

bolo pre človeka i stroje nákazlivé a nebezpečné.

Väčšina odborníkov neberie túto koncepciu vážne.

Richard Smalley napríklad, nositeľ Nobelovej

ceny za chémiu v roku 1996, argumentuje proti

tomu vlastnosťami chemickej väzby; nie každý

atóm, každá molekula sa dajú vzájomne spojiť.

Už len preto je predstava nanobota, robota

s nanorozmermi, zostavovateľa, nepravdepodobná.

Potom ale, a predovšetkým: ak by takýto

zostavovateľ spájal hmotu atóm po atóme, musel by

to robiť „prstami“, ktoré tiež pozostávajú z atómov

a nutne by museli mať určitú minimálnu hrúbku.

A nebolo by potrebné uchopiť len zvolený atóm,

pri skladaní by bolo potrebné kontrolovať všetky

atómy kubického nanometra, a pritom by si prsty

nutne museli zavadzať. Takže toľko k problému

tučných prstov. Okrem toho je tu problém

Scenár Gray-Goo od Erica Drexlera je

rovnako nepravdepodobný ako

predstava, že sa svetprostredníctvom

nanotechnológie zmení na gumených medvedíkov.

Tomu bránia tučné prsty.

47

lepkavých prstov, uchopené atómy by sa v závislosti

od druhu nedali ľubovoľne uchopiť a potom opäť

pustiť, vznikali by totiž väzby – fenomén známy

z každodenného života: nie je práve jednoduché

striasť z prsta lepkavú guľôčku. A to sú zásadné

námietky, ktoré nemožno obísť. S mechanickými

nanobotmi to nemôže fungovať. Richard Smalley

bude mať pravdu, obava, že armády nepodarených

nanostrojov sa vrhnú na svet, zmenia ho na šedé

mazivo, je neodôvodnená.

Odôvodnenejšia je skôr obava, že nanočastice by

mohli mať neželané účinky na človeka a životné

prostredie. Nanočastice by napr. na základe svojej

drobnosti, ktorá im dokonca umožňuje vniknúť

do buniek tela a prekonať dokonca aj biologické

prekážky (ako napr. krvno-mozgovú bariéru) mohli

mať zdraviu škodlivé účinky. Vedecké výskumy

musia najprv preskúmať a preukázať neškodnosť

nanočastíc a iných ultra-jemných častíc, ako napr.

naftových sadzí v automobilových splodinách, ktoré

môžu mať neznáme vedľajšie účinky. Doteraz máme

len málo poznatkov o bezpečnosti nanočastíc, takže

otvorené otázky treba zodpovedať čo najrýchlejšie

príslušnými pokusmi nano-výskumníkov

a toxikológov. Ale riziko pravdepodobne

zvládneme, pretože nanočastice sú vo voľnej

prírode extrémne „lepkavé“. Preto sa veľmi rýchlo

zlučujú do väčších zhlukov, s ktorými sa telo bez

problémov vysporiada. O niektorých nanočasticiach

už vieme, že nie sú zdraviu škodlivé. Preto sa

používajú v opaľovacích krémoch ako ochranný

faktor alebo sú v pevne viazanej forme primiešané

do materiálu, takže sa spotrebiteľ vôbec nedostane

do styku s jednotlivými nanočasticami. Okrem

toho sa priemysel snaží vhodnými bezpečnostnými

opatreniami vylúčiť v čo najrozsiahlejšej miere

akékoľvek zdravotné riziko pre zákazníkov

i spolupracovníkov.

Nano-botické vízie sú zatiaľ hypotetické,

no predpovede materiálových vedcov,

ktorí pracujú v nanorozmeroch, vyzerajú veľmi

reálne. Prvé produkty už sú tu, ako vysoko citlivé

čítacie hlavy pevných diskov s vrstvami tenkými

dvadsať a viac nanometrov. Nanoelektronika sa

nachádza v každom novom notebooku. Ako každá

výkonná technológia bude mať samozrejme aj

nanotechnológia vedľajšie účinky, mnohé činnosti

sa vďaka nej stanú zbytočnými. Zato však vzniknú

nové polia činnosti. Celoživotné vzdelávanie bude

čoraz dôležitejšie, ale s nanotechnológiou môže byť

aj zábavné.

Richard Smalley, nositeľ Nobelovej ceny za chémiu, si myslí – ako väčšina vedcov - že riziká nanotechnológie ovládneme.

48

Ďalšie informácie

Ako sa stanem nanoinžinierom?

Ak niekto navštívi výskumné stredisko,

v ktorom sa intenzívne pracuje na

nanotechnológii, uvidí vlastne naraz všetky

prírodovedecké disciplíny: biológov, chemikov,

inžinierov rôznych odborov, kryštalografov,

mineralógov, fyzikov – spoločným menovateľom

je úroveň atómu, a časťou spoločného jazyka je

matematika. Klasické prírodovedecké študijné

smery môžu teda všetky viesť k nanotechnológii,

medzičasom ale sa začína nanotechnológia etablovať

ako samostatná disciplína, napríklad na univerzite

vo Würzburgu. Ak sa niekto venuje odboru

nanotechnológie, tvrdí Alfred Forchel z katedry

fyziky Univerzity vo Würzburgu, nemusí mať obavy,

že sa venuje krátkodobému trendu, (výťah z «abi

10/2003» univerzity Würzburg)

"Keďže trend miniaturizácie nie je jednodňovou

záležitosťou, ale už má za sebou dlhý vývoj. Je

zjavné, že v mnohých oblastiach budú aplikácie

smerovať k čoraz menším mierkam, takpovediac

z mikro na nano, či už je to v informačných

technológiách, alebo v chémii. Človek nemusí byť

jasnovidcom, aby mohol tvrdiť, že všetko sa bude

ďalej scvrkávať – príkladom sú stavebné prvky – a to

podľa možnosti čo najmenšie."

Fyzici, chemici a iní prírodovedci môžu oprávnene

tvrdiť, že sa už vždy venovali nanotechnológii.

Predmety klasickej atómovej fyziky, molekuly

chemikov sídlia totiž v nanokozme. Dnes existujú

experimentálne možnosti – napríklad atómovo

presné štruktúrovanie clustrov, vrstiev, čipov;

dostupnosť látok najvyššej čistoty, odhalenie

najjemnejších biologických štruktúr – otvoril sa

roh hojnosti úplne nových možností, z ktorého sa

môže aplikované inžinierstvo obslúžiť. Pracovné

vyhliadky nanoinžinierov považuje Alfred Forchel

za dosť dobré:

"Možnosti nájsť si zamestnanie samozrejme aj v našej

oblasti závisia od konjunktúry. Ale často je rozdiel v

relatívne malých veciach:

Ak prichádzajú do firiem stohy žiadostí, je ťažké

vyniknúť. Vďaka našej praxi v priemysle existuje

aspoň jedna firma, ktorá študenta pozná už bližšie.

Rovnako môžu naši študenti písať svoju diplomovku

v priemysle, čo je ďalší krok k pracovnému miestu.

Okrem toho absolvujú aspoň jeden netechnický

voliteľný predmet, ako je podniková ekonómia, takže

disponujú aj na tomto poli základnými znalosťami

potrebnými pre pracovný život."

Solídnemu prírodovedeckému vzdelaniu vrátane

matematiky sa ale nanoinžinieri nevyhnú, a to ani

vo Würzburgu, ani na iných miestach:

"Nestačí snívať o vývoji ponorky, ktorá dokáže plávať

žilami. Kým sa tak stane, treba vložiť množstvo času

a práce.

Treba sa naučiť matematickému opisu, ovládať

fyziku a chémiu, teda náročné a tvrdé základy. To

nie je dôvod nechať sa odstrašiť: Aby sa tým človek

prehrýzol, možno mu pomôžu nanofantázie."

Ponorka v žile – to bol len film. Nanotechnológia je

však o inom, ide tam o skutočné peniaze.

49

Kontaktné osoby, linky, literatúra

Možnosti štúdia nanotechnológie

Študijný odbor technika nanoštruktúr vo WürzburguUniverzita WürzburgInternetová stránka: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/nano/Kontakt: ossau@physik.uni-wuerzburg.de

Bio- a nanotechnológie v IserlohneFachhochschule SüdwestfalenInternetová stránka: http://www2.fh-swf.de/fb-in/studium.bnt/bnt.htmKontakt: Werner@fh-swf.de

Molekulárna veda v ErlangeneUniverzita Erlangen-NürnbergInternetová stránka: http://www.chemie.uni-erlangen.de/Molecular-ScienceKontakt: hirsch@chemie.uni-erlangen.de

Magisterské štúdium mikro- a nanotechniky v MníchoveFachhochschule MünchenInternetová stránka: http://www.fh-muenchen.de/home/fb/fb06/studiengaenge/mikro_nano/home.htmKontakt: sotier@physik.fh-muenchen.de

Nanomolekulárna veda v BrémachMedzinárodná univerzita v BrémachInternetová stránka: http://www.faculty.iu-bremen.de/plathe/nanomolKontakt: f.mueller-plathe@iu-bremen.de

Veda o nanoštruktúrach v KasseliUniverzita v KasseliInternetová stránka: http://www.cinsat.uni-kassel.de/studiengang/studiengang.htmlKontakt: masseli@physik.uni-kassel.de

Experimentálne bakalárske štúdium biofyziky alebo nanovied v BielefeldeUniverzita v BielefeldeInternetová stránka: http://www.physik.uni-bielefeld.de/nano.htmlKontakt: dario.anselmetti@Physik.Uni-Bielefeld.de

Diplomovaný študijný odbor „Mikro- a nanoštruktúry“ v SaarbrückeneUniverzita Sárska/Universität des SaarlandesInternetová stránka: http://www.uni-saarland.de/fak7/physik/NanoMikro/InfoMikroNano.htmKontakt: wz@lusi.uni-sb.de

Literatúra

BMBF-Programm IT-Forschung 2006 - FörderkonzeptNanoelektronikVyd.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, marec, 2002.

Vom Transistor zum Maskenzentrum Dresden,Nanoelektronik für den MenschenVyd.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, október, 2002.

Nanotechnologie erobert Märkte- Deutsche Zukunftsoffensivefür NanotechnologieVyd.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, marec 2004.

Bachmann, G.Innovationsschub aus dem Nanokosmos: Analyse &Bewertung Zukünftiger Technologien (Band 28)Vyd.: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des BMBF; 1998.

Luther, W.:Anwendungen der Nanotechnologie inRaumfahrtentwicklungen und –systemenTechnologieanalyse (zväzok 43)Hrsg.: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des DLR; 2003

Wagner, V; Wechsler, D.:Nanobiotechnologie II: Anwendungen in der Medizinund PharmazieTechnologiefrüherkennung (zväzok 38)Hrsg.: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des BMBF; 2004.

Hartmann, U.:Nanobiotechnologie – Eine Basistechnologie des21.JahrhundertsZPT, Saarbrücken, 2001.

Rubahn, H.-G.:Nanophysik und NanotechnologieTeubner Verlag 2002

Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft-WINGVyd.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, október 2003.

Internetové adresy

Portál nanotechnológie v EÚhttp://cordis.europa.eu/nanotechnology

Európsky portál pre nanotechnológiuwww.nanoforum.org

Nanotruck - Cesta do nanokozmu www.nanotruck.net

Internetová dobrodružná cesta za čiarku www.nanoreisen.de

Fóra o novinkách a diskusné fóra o nanotechnológii www.nano-invests.de

Podpora nanotechnológie Spolkového ministerstva pre vzdelávanie a výskum/BMBFhttp://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php

Portál o nanotechnológii Zväzu nemeckých inžinierov/VDI-TZwww.nanonet.de

Upozorňujeme, že táto brožúra pochádza z nemeckého ministerstva pre vzdelanie a výskum (BMBF). Pôvodne bola teda napísaná pre nemeckých čitateľov. Pozri internetový portál o nanotechnológii Európskej komisie (http://cordis.europa.eu/nanotechnology/), kde je okrem nemeckých kurzov uvedená literatúra a informačný zdroj na internete.

Glosár

Ďal

šie

info

rmác

ie

Palivový článok: zariadenie, v ktorom reaguje vodík

a kyslík (väčšinou kyslík zo vzduchu) bez plameňa

a vzniká voda, pričom sa s vysokou účinnosťou dá

odoberať elektrická energia.

Bysusové vlákna: ľudovo nazývané aj „mušlí hodváb“

alebo „mušlie fúzy“. Materiálno-technicky veľmi

rafinované vlákna, ktorými sa mušle prichytávajú na

podklad. Na jednom konci sú pružné ako guma, na

druhom tuhé ako nylon.

CNT: Carbon Nano-Tubes, uhlíkové nanotrubice

Cluster: drobné zhluky malých častíc, v tomto prípade

atómov. Cluster má väčšinou iné vlastnosti ako

rozsiahle pevné skupenstvo z rovnakého materiálu,

okrem iného preto, lebo cluster obsahuje mnoho

povrchových atómov.

Rozsievky: malé jednobunkovce žijúce v sladkých i

slaných vodách, ktoré majú veľmi dômyselný pancier

z kyseliny kremičitej, oxidu kremičitého a

vody. R. vykonávajú fotosyntézu a preto obsahujú aj

štruktúry na vedenie tepla.

DNA: Deoxyribonukleová kyselina, DNK, po anglicky

je „kyselina“ „acid“, preto skratka DNA. Obrovská

molekula v tvare dvojitej špirály, ktorá obsahuje

informáciu o stavbe organizmu a zároveň recepty na

množstvo proteínov.

ESEM: Environmentálny skenovací elektrónový

mikroskop – špeciálny rastrový elektrónový

mikroskop, ktorý dovoľuje na vzorke prítomnosť

zvyškov vzduchu a vlhkosti. Povrch šošoviek už nie je

potrebné špeciálne upravovať, napríklad výparmi zlata.

Fáza: pre potreby tejto publikácie sa rozumie ako

stav, napr.: usporiadaný/neusporiadaný, kryštalický/

amorfný

Forizómy: z latinského slova pre „krídlo dverí“

takzvané rastlinné proteíny, ktoré sa skúmajú ako

možní kandidáti pre nanoskopické umelé svaly.

Fotosyntéza: zelené rastliny, riasy a

Cyanobaktérie (modré riasy) získavajú energiu

fotosyntézou. Pomocou slnečného svetla premieňajú

oxid uhličitý a vodu na cukor a kyslík. Fotosyntéza

pracuje s úžasnou primárnou energetickou

výťažnosťou viac ako 80 percent.

Laser voľných elektrónov: vytvára laserové svetlo

zrýchleným lúčom elektrónov, ktoré sa pohybujú v

trubici s vákuom.

Zosilňovač frekvencie: Tu: materiál, ktorý

zdvojnásobuje frekvenciu svetla. Takto sa napríklad z

infračerveného svetla stane svetlo zelené.

Polovodič: Materiál, ktorého elektrické vlastnosti

sa dajú cielene nastaviť medzi izolantom a vodičom.

Polovodiče sa stali najdôležitejšími súčasťami

moderných priemyselných výrobkov, ako sú počítače,

mobilné telefóny a pod.

Lab-on-a-Chip: vysoko komplexné čipy, teraz v

poslednom štádiu vývoja, ktoré mikromechanikou,

mikrofluidikou, nanosenzorikou a nanoelektronikou

dokážu vykonávať také komplexné vyšetrenia buniek,

ktoré sa dnes ešte musia robiť vo výskumných

ústavoch. Tento názov sa používa už pre porovnateľne

jednoduché mikroskopicky tvarované nosiče objektov.

Leukocyty: biele krvinky, bránia telo tým, že v krvi

pohlcujú cudzie telieska ako sú vírusy a baktérie,

ale aj trosky buniek a rakovinové bunky; alebo ako

lymfocyty vytvárajú protilátky. Protilátky sú veľmi

špecifické priľnavé molekuly.

Optické vlákno: vedie svetlo prostredníctvom

extrémne priesvitného materiálu na dlhé vzdialenosti,

väčšinou sa využíva na prenos údajov, ale aj energie.

Litografia: tu: umenie vytvárať v mikrokozme

štruktúry, čo sa väčšinou deje prostredníctvom

fotolaku, ktorý sa opisuje lúčmi svetla alebo

elektrónov, následne sa vyvolá a potom, podľa potreby,

zakrýva časti svojho podkladu alebo ich odkrýva na

leptanie či iné procesy.

Maska: druh priesvitného filmu, ktorý obsahuje

štruktúry pre počítačový čip, ktoré sa potom

fotolitograficky prenášajú na plátok (wafer).

Mikrošošovkové polia: mikrooptické prvky, ktoré sú

okrem iného dôležité pri prenose informácií svetlom.

Micely: malé, guľovité útvary, ktoré príroda – v našom

prípade mušľa – využíva ako prepravnú nádobu.

Piezokryštály: ak sú mechanicky namáhané

vzniká v piezoprvkoch elektrina, ako napríklad

zapaľovacia iskra v „elektronických“ zapaľovačoch.

Elektrické napätie dokáže naopak jemne deformovať

piezoelektrický kryštál na zlomky priemeru atómu.

Proteíny: veľké molekuly zložené z aminokyselín

z ribozómov, ktoré v bunke slúžia čiastočne ako

nanoskopické nástroje a čiastočne ako stavebny

material pre mnohé orgány ako napr. očné šošovky i

nechty. Dekódovanie proteómu, teda sumy všetkých

proteínov a ich striedavých účinkov v bunke je zatiaľ

len v začiatkoch.

Kvantový počítač: využíva osobité pravidlá kvantovej

mechaniky na riešenie problémov, napríklad

na rozlúštenie zakódovaných informácií, ktoré

sú pomocou konvenčných počítačov prakticky

neriešiteľné. Ešte nerealizované.

Reflektíny: špeciálne proteíny, ktoré využívajú

organizmy na budovanie štruktúr odrážajúcich svetlo.

Ribozómy: nanostroje, ktoré dokážu – riadené

molekulárnym pásom s informáciami idioplazmy

DNA – vyprodukovať množstvo proteínov.

Röntgenové žiarenie: elektromagnetické žiarenie s

krátkou vlnovou dĺžkou, ktoré slúži okrem iného na

určenie nanoskopického tvaru molekúl pri analýze

štruktúry kryštálov.

Tunelový prúd: prúd, ktorý vlastne nemôže tiecť, lebo

prechádza izolujúcou medzerou, v nanokozme je to

však napriek tomu možné, hoci to extrémne závisí

od veľkosti izolačnej medzery. Tento efekt umožnil

vytvorenie tunelového rastrového mikroskopu.

UV-žiarenie: žiarenie s krátkou vlnovou dĺžkou,

ktoré umožňuje vytváranie veľmi jemných čipových

štruktúr.

Van der Waalsova väzba: slabá chemická väzba medzi

molekulami, ktorej hlbokou príčinou sú vlastnosti

prázdneho priestoru. Van der Waalsove väzby určujú

aj vlastnosti vody a tým všetky procesy života.

52

Obrázky

s. 4 hore: Kompetenzzentrum Nanoanalytik/Kompetenčné centrum pre nanoanalytiku, univerzita v Hamburgus. 4 dolu: Lambda Physik AG, Göttingens. 5 hore: Infineon Technologies AG, Mníchovs. 5 dolu: BergerhofStudios, Kolíns. 6 hore vľavo: Nadácia chemického dedičstvas. 6 hore + dolu vpravo, dolu vľavo: BergerhofStudios, Kolíns. 7 hore vľavo: NASA/ESAs. 7 hore vpravo: DESY, Hamburgs. 7 v strede vľavo: BergerhofStudios, Kolíns. 7 dolu vpravo: Institut für Experimentelle und AngewandtePhysik/Ústav pre experimentálnu a aplikovanú fyziku, univerzita v Kielis. 8 hore vľavo: Laboratórium REM, univerzita v Bazileji s. 8 pás obrázkov, zhora BergerhofStudios, Kolín; dtto.; dtto.;Laboratórium REM, univerzita v Bazileji; Nobelova komisia v Stockholme(upravené); DESY, Hamburgs. 9 hore vľavo: Botanisches Institut/Botanický ústav, univerzita v Bonnes. 9 hore vpravo: Laboratórium REM, univerzita v Bazilejis. 9 pás obrázkov, zhora: BergerhofStudios, Kolín; dtto.; Spoločnosť Fraunhofer Gesellschaft; Botanisches Institut/Botanický ústav, univerzitav Bonne; dtto.; TU Berlin, FU Berlins. 9 záber v pozadí: BASF AGs. 10, hore vľavo + vpravo: MPI für Metallforschung/Ústav Maxa Plancka pre výskum kovov, Stuttgarts. 10, v strede vpravo: ESAs. 10, dolu vľavo: MPI für Metallforschung/ Ústav Maxa Plancka pre výskum kovov, Stuttgarts. 11, hore vľavo: Ostseelabor Flensburg, daneben: BergerhofStudios, Kolíns. 11, hore vpravo: Univerzita Florencia, Talianskos. 11, v strede vpravo: Paläonthologisches Institut/Ústav paleontológie, univerzita v Bonnes. 11, dolu vľavo: BergerhofStudios, Kolíns. 11, dolu vpravo: SusTech, Darmstadts. 12, hore v strede a vpravo: Bell Laboratories, USAs. 12 vľavo: Katedra biochémie, Univerzita Regensburgs. 13 hore: Institut für Neue Materialien/Ústav pre nové materiály, Saarbrückens. 13 v strede vpravo: Degussa AG Advanced Nanomaterialss. 13 dolu vpravo: Institut für Geophysik/Ústav pre geofyziku, univerzita v Mníchoves. 13 dolu: Institut für Physikalische Chemie/Ústav fyzikálnej chémie, univerzita v Hamburgus. 14 hore + dolu vľavo: ESAs. 14, dolu vpravo: IBM Corporations. 15, hore + v strede vľavo: Fyzika IV, univerzita v Augsburgus. 15, v strede vpravo + v strede: Kompetenzzentrum Nanoanalytik/ /Kompetenčné centrum pre nanoanalytiku, univerzita v Hamburgus. 15, Grafika dolu vpravo: BergerhofStudios, Kolíns. 15, dolu: University of Hawaii, Honolulus. 16, vľavo: Carl Zeiss SMT AG, Oberkochens. 17, hore vpravo: Carl Zeiss SMT AG, Oberkochens. 17, dolu vľavo: IHT RWTH Aachens. 17, dolu vpravo: Schott AG, Mainzs. 18, hore vľavo: Bayer AG, Leverkusens. 18, dolu vľavo: MPI für Quantenoptik/Ústav Maxa Plancka pre kvantovú optiku, Garchings. 19, všetky obrázky: DESY, Hamburgs. 20, hore vľavo: BergerhofStudios, Kolíns. 20, dolu vpravo: Institut für Neue Materialien/Ústav pre nové materiály v Saarbrückenes. 21, hore vľavo: HILIT, EU Joule III-Programs. 21, hore vpravo: NASA/ESAs. 21, dolu vpravo: Univerzita Stuttgarts. 22, všetky obrázky: BergerhofStudios, Kolíns. 23, hore vľavo: National Semiconductor, Feldafings. 23, dolu vpravo: Advanced Micro Devices, Drážďanys. 24, hore vpravo: Grafik: BergerhofStudios, Kolíns. 24, v strede vľavo: Experimentálna fyzika IV RUB/Rurská univerzita v Bochume

s. 24, dolu: Institut für Experimentelle und AngewandtePhysik/Ústav experimentálnej a aplikovanej fyziky, univerzita v Kielis. 25, hore vpravo: grafika: BergerhofStudios, Kolíns. 25, dolu: IHT RWTH/Ústav pre kaliacu techniku RWTH v Aachenes. 26, hore vpravo: IBM Corporations. 26, dolu vľavo: Infineon Technologies AG, Mníchovs. 26, dolu vpravo: IBM/Infineon, MRAM Developement Alliances. 27, hore: Experimentálna fyzika IV RUB/Rurská univerzita v Bochumes. 27, v strede: Kompetenzzentrum Nanoanalytik/Kompetenčné centrum pre nanoanalytiku, univerzita v Hamburgus. 27, vpravo: Katedra nanoelektroniky, RUB/Rurská univerzita v Bochumes. 27, dolu: IBM Speichersysteme Deutschland GmbH, Mainzs. 28: Siemens AG, Mníchovs. 29, hore vpravo: Nanosolutions GmbH, Hamburgs. 29, v strede: Institut für Neue Materialien/Ústav pre nové materiály, Saarbrückens. 30, dolu: Siemens AG, Mníchovs. 30, hore: DaimlerChryler AGs. 30, dolu vľavo: Fraunhofer Allianz opticko-funkcionálne povrchys. 30, dolu vpravo: University of Wisconsin-Madisons. 31, hore: Robert-Bosch GmbH, Stuttgarts. 31, v strede: Audi/Volkswagen AGs. 31, dolu vľavo: VW archív tlačes. 31, dolu vpravo: Robert-Bosch GmbH, Stuttgarts. 32, hore vľavo: Bayer AG, Leverkusens. 32, hore vpravo: Institut für Neue Materialien/Ústav pre nové materiá-ly, Saarbrückens. 32, dolu vľavo: Keramag AG, Ratingens. 33, hore: BASF AG, Ludwigshafens. 33, v strede: MTU Friedrichshafens. 33, dolu vpravo: Siemens AG, Mníchovs. 34, hore vľavo: Bayer AG, Leverkusens. 34, hore vpravo: Siemens AG, Mníchovs. 34, dolu: Infineon Technologies AG, Mníchovs. 35, hore vľavo: Siemens AG, Mníchovs. 35, hore vpravo: Siemens AG, Mníchovs. 35 v strede: Charité Berlin / Institut für Neue Materialien/Ústav pre nové materiály, Saarbrückens. 36, hore vpravo: BergerhofStudios, Kolíns. 36, vľavo: Infineon Technologies AG, Mníchovs. 36, vpravo: IIP Technologies, Bonns. 37, hore vľavo: Siemens AG, Mníchovs. 37, hore vpravo: Fraunhofer ISITs. 37, v strede vpravo: Oxford Universitys. 37, dolu vľavo, vpravo: Infineon Technologies AG, Mníchovs. 38, hore vľavo: OSRAM Opto Semiconductors GmbH, Regensburgs. 38, dolu: grafika: BergerhofStudios, Kolíns. 39, hore: Park Hotel Weggis, Švajčiarskos. 39, dolu: Siemens AG, Mníchovs. 40, hore vľavo: BergerhofStudios, Kolíns. 40, dolu vľavo: Bayer AG, Leverkusens. 41, hore: AIXTRON GmbH, Aachens. 41, vpravo: Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme/Ústav Fraunhof pre systémy solárnej energie, Freiburgs. 42: Institut für Flugzeugbau/Ústav pre stavbu lietadiel, univerzita v Stuttgartes. 43, hore vľavo, vpravo: MTU Friedrichshafens. 43, v strede vľavo: Institut für Luft- und Raumfahrt-Konstruktionen/Ústav leteckých a vesmírnych konštrukcií pri univerzite v Stuttgartes. 43, v strede vpravo: Fuseprojects. 43, dolu: Kopf Solardesign GmbH, Hamburgs. 44, hore vľavo: koláž: BergerhofStudios, Kolíns. 44, dolu vpravo: RWTH Aachens. 45, hore vľavo: Siemens AG, Mníchovs. 45, hore vpravo: Infineon Technologies AG, Mníchovs. 45, dolu: NASAs. 46, v strede: BergerhofStudios, Kolíns. 47: IBM Corporation, Insert: Siemens AG, Mníchov

Európska komisia

EUR 21151 – Nanotechnológia – Inovácia pre svet zajtrajška

Luxemburg: Úrad pre vydávanie úradných publikácií Európskych spoločenstiev

2007 – 56 strán – 21.0 x 29.7 cm

ISBN 92-79-00886-2

PREDAJ A PREDPLATENIE PUBLIKÁCIÍ

Platené publikácie, ktoré vydáva Úrad pre úradné publikácie, môžete dostať v našich

predajných kanceláriách na celom svete.

Ako treba postupovať, aby ste získali niektorú z našich publikácií?

Zadovážte si zoznam našich predajných kancelárií, vyberte si kanceláriu, ktorá Vám

najviac vyhovuje a zašlite na jej adresu objednávku.

Ako si zadovážite zoznam predajných kancelárií?

Potrebnú informáciu nájdete na internetových stránkach Úradu pre úradné publikácie

http://publications.europa.eu/

Zoznam si môžete objednať faxom na čísle (352) 2929-42758

a bude Vám zaslaný v tlačenej verzii.

Nanotechnológia sa považuje za kľúčovú technológiu 21. storočia. Môže ponúknuť riešenia mnohých

aktuálnych problémov pomocou menších, ľahších, rýchlejších a lepšie fungujúcich materiálov, komponentov

a systémov. Nanotechnológia otvára nový trh príležitostí a môže tiež podstatne prispieť k ochrane životného

prostredia a zdravia.

Cieľom tejto brožúry je vysvetliť verejnosti, čo je nanotechnológia, a podnietiť tak diskusiu. Opísaním

vedeckého pozadia, technologického vývoja, oblastí uplatnenia a potenciálneho rozvoja v budúcnosti táto

brožúra poskytuje komplexný a celistvý obraz nanotechnológie tak, ako ju vidíme dnes.

15

KI-5

9-0

4-9

68

-SK

-C