Primjena nanotehnologije u automobilskoj industriji

7/26/2019 Primjena nanotehnologije u automobilskoj industriji

1/22

JU Univerzitet u TuzliPrirodno-matematiki fakultetDrugi ciklus studijaPrimjenjena hemija

Seminarski rad iz primjenjene hemije

Tema : Pr im jena nanotehnologi je u automobi lskoj

industr i j i

Profesor : Studenti :CipurkoviAmira Bianka Smajlovi

Dani Nenad


2/22

1. UVOD

Nanotehnologija je tehnologija koja ukljuuje razliite znanstvene grane. Ukljuujeklasine grane poput kemije, fizike i mehanikog inenjerstva, ali i novije tehnologijekao to su nano-bio tehnologija i mikroelektronika.

U tome kontekstu je razvitak nanotehnologije danas postao jako vaan faktor. Danasse nanoestice s novim karakteristikama proizvode u velikom broju, te su integriraneu proizvode. Svrha nanotehnologije je proizvodnja i istraivanje funkcionalnostistruktura manjih od 100 nm.Procjenjuje se da je trenutno na tritu dostupno oko 500 proizvoda baziranih nasintetikim nanoesticama. Neki od njih su: kreme za sunanje s visokim UVzatitnim faktorom, tinte za pisae, boje za automobile otporne na ogrebotine,hidrofobni tekstili otporni na prljavtinu, reketi za tenis s dodacima ugljika za boljustabilnost itd.

Gume za automobile su jedan primjer primjene nanotehnologije kod automobila.Trenutno dostupni modeli guma posjeduju visoke performanse, trajnost i hvat (grip)zbog aavog materijala naziva crni ugljik. Osim toga, nova vrsta tog materijala,naziva nanostrukturirana aa, posjeduje jo bolja svojstva.

Nanotehnologija se moe primijeniti u praktiki svim industrijama i tehnologijamazbog svojih uinaka i funkcionalnosti. Takoer, posjeduje korisna svojstva zaautomobilsku industriju: mehanika svojstva (vea tvrdoa, vrstoa, izdrljivost kodniih temperatura, elastinost kod viih temperatura), geometrijska svojstva (manjedodirne povrine manja oksidacija, korozija), elektronika/magnetska svojstva,optika svojstva, kemijska svojstva itd. (Slika 1)Nanostrukturirani materijali vrlo su ivo podruje istraivanja u svijetu, prije svegazahvaljujui svojim jedinstvenim svojstvima. Uz golem trini potencijal oni donose inove rizike. injenica je da postoji opa zabrinutost zbog negativnog utjecajananoestica na ljudsko zdravlje i okoli. Posljednjih godina raste broj istraivanjavezanih za tetne uinke nanomaterijala na ive organizme.

Cilj ovog seminara je pokazati neke primjene nanotehnologije u automobilskojindustriji, te toksinost nanostrukturiranih materijala na ive organizme.


3/22

2. POVIJEST NANOTEHNOLOGIJE

Pionir nanotehnologije je K. Eric Drexler.Kim Eric Drexler (roen 25 aprila, 1955.)jeamerikiinenjernajbolje poznat po popularizaciji potencijala (za sada, uglavnom)hipotetikemolekularne nanotehnologije. Tokom kasnih 70-tih razvija ideju

molekularne nanotehnologije. 1979. godine se susreo sa provokativnim predavanjemfiziara iNobelovcaRicharda Feynmana, "There's Plenty of Room at the Bottom"(bosanski: Mnogo je prostora na dnu).Termin "nanotehnologija" je 1974. skovao profesorNorio Taniguchi saTokyoScience University,da bi opisao preciznu proizvodnju materijala sa nanometarskompreciznou. Drexler je nehtijui, bez pitanja, upotrijebio taj naziv u svojoj knjizi iz1986.: Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, kako bi opisao onoto je poslije postalo poznato kao molekularna nanotehnologija. Tada je Drexler poprvi put upotrijebio izraz "gray goo" da opie ta se moe desiti ako hipotetikesamoreplicirajue maine izmaknu kontroli.Dr. Drexler je diplomirao interdisciplinarne nauke, magistrirao astro/aeronautiki

inenjering i ima dva doktorata sa institutaMIT, jedan iz arhitekture, a drugi iz MITMedia Lab. Njegov doktorat iz 1991. pod patronatom MIT Media Lab-a je prvidoktorat na temu molekularne nanotehnologije.Jedna od prepreka dostizanja nanotehnologije je nedostatak efikasnog naina da senaprave maine na molekularnoj skali. Jedna od Drexlerovih ranih ideja je bila"assembler", nanomaina koja bi imala "ruku" voenu raunarom koja bi bilaprogramirana da pravi naredne maine. To do sada nije uinjeno.Voene su mnoge rasprave o buduem uticaju nanotehnlogije. Nanotehnologija imapotencijal da napravi mnoge nove materijale i ureaje sa irokim spektrom primjene,umedicini, elektronici, biomaterijalima i proizvodnji energije. Sa druge strane, sananotehnologijom se postavljaju ista pitanja kao kod svakog uvoenja novetehnologije, ukljuujui brigu o toksinosti i uticaju nanomaterijala na okolinu, kao injihovog potencijalnog uticaja na ekonomiju.Postoje i spekulacije oko razliitih scenarija totalnog unitenja. Ove zabrinutosti suvodile do debata izmeu zagovornikih grupa i vlada, o tome da se na neki nainosigura posebna regulacija za nanotehnologiju.Podruja ufizici kao to sunanoelektronika,nanomehanika inanooptika suevoluirale tokom nekoliko zadnjih decenija toliko da sada osiguravaju nauni temeljnanotehnlogije.
http://bs.wikipedia.org/wiki/Kim_Eric_Drexlerhttp://bs.wikipedia.org/wiki/SADhttp://bs.wikipedia.org/wiki/SADhttp://bs.wikipedia.org/wiki/In%C5%BEenjerhttp://bs.wikipedia.org/wiki/In%C5%BEenjerhttp://bs.wikipedia.org/wiki/In%C5%BEenjerhttp://bs.wikipedia.org/wiki/Molekulahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Nobelova_nagradahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynmanhttp://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Norio_Taniguchi&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Tokyo_Science_University&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Tokyo_Science_University&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Gray_goo&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Gray_goo&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/wiki/MIThttp://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanoassembler&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanoassembler&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/wiki/Medicinahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Fizikahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Nanoelektronikahttp://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanomehanika&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanooptika&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanooptika&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanomehanika&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/wiki/Nanoelektronikahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Fizikahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Medicinahttp://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanoassembler&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/wiki/MIThttp://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Gray_goo&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Tokyo_Science_University&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Tokyo_Science_University&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Norio_Taniguchi&action=edit&redlink=1http://bs.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynmanhttp://bs.wikipedia.org/wiki/Nobelova_nagradahttp://bs.wikipedia.org/wiki/Molekulahttp://bs.wikipedia.org/wiki/In%C5%BEenjerhttp://bs.wikipedia.org/wiki/SADhttp://bs.wikipedia.org/wiki/Kim_Eric_Drexler


4/22

3. PROIZVODNJA I PRIMJENA NANOMATERIJALA

Pojedini nanomaterijali proizvode se ve niz godina. estice ae, koje sunanometarskih veliina i rabe se u gumenim pneumaticima, proizvode se vie odstoljea. SiO2i ostali oksidi (Ti-, Al-, Zr-) proizvode se kao nanomaterijali vie od pola

stoljea i rabe kao tiksotropni agensi u pigmentima i kozmetici. U novijim primjenamadolaze u pracima za poliranje u industrijimikroelektronike.

Proizvodnja novih nanomaterijala za niz razliitih namjena esto je na laboratorijskojrazini (manje od 10 kg po danu). Primjer su magnetni materijali za elektrine motore igeneratore, pohranu podataka, elektrodni materijali za gorivne elije te materijali snovim povrinskim svojstvima za boje, prevlake, samoistee prozore, tekstilpostojanih boja i sl.

Veliina povrina i meupovrina kljuna je u nanomaterijalima. Smanjenjem veliineestica raste omjer izmeu broja atoma na povrini i onih u masi (volumenu) pa

nanoestice mogu biti mnogo reaktivnije i djelotvornije kao npr. katalizatori ili kaopunila/ojaavala u kompozitnim materijalima.

Istraivanja keramike, metala, koloida i polimera oduvijek su, zapravo, ukljuivala inanorazinu pa se oekuje da e nanotehnika kao tehnika disciplina u tim podrujimanajranije imati (ili ve ima) komercijalni uinak.

Nanokeramiki praci uske raspodjele veliine estica i visoke istoe omoguujudobivanje ureenih struktura i uniformnih poredaka, sinteriranje pri niimtemperaturama i proizvodnju dobro kontroliranih proizvoda za mikroelektroniku,magnetnu pohranu podataka, razliite kemijske primjene.

Polimerni nanokompoziti radikalna su alternativa klasinim kompozitima. Zahvaljujuidisperziji punila na nanorazini, oni pokazuju znatno bolja svojstva u usporedbi sistim polimerom ili klasinim kompozitom (povieni moduli i vrstoa, smanjenapropusnost za plinove, poboljana postojanost na otapala, toplinska postojanost,smanjena zapaljivost, elektrina i optika aktivnost i dr.).

Primjenom nanomaterijala pri detekciji zagaivala u okoliu i njihovu uklanjanju te uprojektiranju iihindustrijskih procesa moe se i poboljati stanje u okoliu.Procjena globalne proizvodnje razliitih nanomaterijala i naprava dana je u tablici 1.


5/22

TABLICA 1. Procjena globalne proizvodnje razliitih nanomaterijala i naprava

Pretpostavlja se da e se tijekom sljedeih pet godina bitan komercijalni uinak

osjetiti na tritu inkjeta, nanoestica za kozmetiku te za potrebe u automobilskojindustriji (pokrovi motora, katalizatori, baterije, ipovi). U sljedeih 10 godina oekujese komercijalizacija naprava za pohranu podataka, biosenzora za dijagnostiku.Vremenska skala za zrakoplovno-svemirsku tehniku i bionanotehniku je najdulja (vieod 15 godina).

Nema sumnje da nanomaterijali i nanoproizvodi imaju golem trini potencijal. Nosvaka nova tehnika, proces ili materijal donosi i nove rizike. Uvoenje novihmaterijala u industriju i njihovu primjenu zahtijeva procjenu sigurnosti i razumijevanjeutjecaja nanomaterijala na okoli i ljudsko zdravlje.


6/22

4. PREGLED PRIMJENE NANOTEHNOLOGIJE

Nanotehnologija se moe primijeniti u praktiki svim industrijama i tehnologijamazbog svojih uinaka i funkcionalnosti. Takoer, posjeduje korisna svojstva za

automobilsku industriju:

mehanika svojstva (vea tvrdoa, vrstoa, izdrljivost kod niih temperatura,elastinost kod viih temperatura),geometrijska svojstva (manje dodirne povrine manja oksidacija, korozija),elektronika/magnetska svojstva, optika svojstva, kemijska svojstva itd. (Slika 1)

Pregled primjene nanotehnologije (postojee i budue) u automobilskoj industrijiprikazan je na Slici 2.

Slika 2 - Primjena nanotehnologije kod automobila


7/22

5. PRIMJENA NANOTEHNOLOGIJE KOD IZVEDBE KAROSERIJEAUTOMOBILA

U domeni povrinskih tehnologija, nanostrukturirane povrine mogu poboljati,primjerice, prianjanje boje na povrinu. Otpornost na grebanje i prljavtinu te

samoobnovljiva boja ve postoje ili su u razvitku.Osim boje, nanotehnologija razvija ultra tanke premaze za stakla, ogledala ireflektore na karoseriji automobila.

5.1. Nano-lak

Nano-lak kojim se premazuju automobili daje automobilu veu otpornost naogrebotine i bolji sjaj u odnosu na konvencionalne boje (Slika 2). Konvencionalneboje se sastoje od veziva (Slika 2 naranasta boja) i unakrsno povezanih tvari(Slika 2 - crvena), a nanoboje se sastoje od organskih veziva s velikomelastinou (Slika 3uta) i anorganskih nanoestica s velikom vrstoom (Slika 3plava). Koritenjem nano-laka sjaj se nee izgubiti nakon brojnih pranja automobila.

Baza navedenog efekta (nano-laka) su ugraene keramike estice u zavrnom slojulaka. Koristi se AEROSIL, specijalna vrsta silicija. Baza je nanostrukturirani prahproizveden u plinovitoj fazi sinteze u plamenu (veliine 7 do 40 nm).

Ako je otopina boje tekuina, navedeni dijelovi su inicijalno nasumino raspodijeljeniu navedenoj otopini. Tijekom suenja i procesa kaljenja oni se mijeaju smolekularnom strukturom boje to rezultira gustom i ureenom matricom na povriniboje. Tako je otpornost na ogrebotine triput poboljana te se sjaj boje znatno

popravio. Ovaj novi nain bojanja automobila je razvijen od tvrtke Daimler-Chrysler,a koriste ga ve neki modeli Mercedes-Benz-a.

Procedura za kaljenje nanoboja koja podnosi visoke temperature je bazirana nakoritenju specijalnih infracrvenih reflektora. Takve reflektore proizvodi tvrtkaHeareus smjetena u Hanau.

Slika 3 - Usporedba konvencionalne boje (lijevo) i boje s nanoesticama ("nanoboja",desno)


8/22

Danas se koristi oko 6 m2 stakla kod proizvodnje automobila 1.2 m2 samo zazatitu od vjetra. Zakljuujemo potrebu za laganim staklima to se postie zamjenommineralnih stakala polimerskim staklom. Potonji mora biti otporan na ogrebotine,abraziju i klimatske promjene.

Polimerska stakla, posebno polikarbonat s odlinim svojstvima (velika vrstoa i malateina), se ve serijski koriste pri izradi prednjih svjetala i lea.

Nove mogunosti donosi vrsta plastika otporna na ogrebotine. Budui da se plastikalako formira donosi nove mogunosti u dizajnu od krovova automobila i tijelaautomobila do cijelih modela automobila napravljenih od plastike s integriranimsvjetlima i aerodinaminim elementima.

Slika 4 - Testni automobil sa staklenim krovom


9/22

6. ELEKTROKROMATSKI SLOJ ZA ANTIREFLEKSIJSKIRETROVIZOR

Dananji retrovizori u visokoj klasi automobila imaju automatsko zatamnjenje staklaretrovizora ovisno o tome koliko svjetla dopire do njega. Koriste se tzv.

elektrokromatska stakla.Retrovizori imaju ugraenu odreenu razliku napona koja u srednjem sloju pomienaboje to omoguuje promjenu optikih svojstava. Struktura iona se nalazi okoelektroda te apsorbira ulaznu svjetlost i reflektira samo manji dio. Taj efekt moe bitiobrnut zamjenom polova kako bi staklo vratilo poetna svojstva.Senzor na retrovizoru koji je usmjeren prema naprijed prepoznaje manjak svjetlostite alje signal kako bi sustav obratio pozornost na jarku svjetlost. U svrhu optimalnogzatamnjivanja stakla, senzor na retrovizoru mjeri jainu jarke svjetlosti dolazeihvozila i kontrolira intenzitet svjetla. Ako jarka svjetlost nestane, retrovizor prelazi uinicijalno stanje.

Slika 5 - Usporedba retrovizora(gore - sa elektrokromatskim staklom, dolje - bez elektrokromatskog stakla


10/22

7. HIGHT-TECHGUME

Slika 6 - Slojevi gume (Dunlop)

Znaajnu ulogu u svojstvima automobilskih guma ima gumena smjesa. Ona odreujesvojstva sloja gume koji dolazi u dodir s cestom.Postoje tri produkta koja znaajno poboljavaju svojstva gume: aa, silicij i organskisilani (Slika 6). aa se dodaje u gumenu smjesu iji je sastav nepoznat (tajan), kaoto je silicij, kojemu je potreban organski silicij za kemijsko vezanje s gumom. Nakonto su proizvedeni, estice ae i silicija imaju dimenzije u nanometrima (Slika 7).aa pridonosi veoj trajnosti i veoj uinkovitosti goriva. Takoer, gume s aomimaju grublju povrinu to pridonosi veem meudjelovanju s prirodnim molekulamagume te manjim unutarnjim trenjem i boljim otporom kod kotrljanja. Istovremeno,vibracije koje nastaju usred naprezanja koje se pojavljuju u materijalu na velikimbrzinama su smanjene. Posljedica toga je bolja vua, pogotovo na mokrim cestama.

Slika 7 - komponente gume:aa(gore), silicij (lijevo) i organski silan (desno)


11/22

Slika 8. Usporedba veliina pojedinih komponenata gume


12/22

8. OSTALO

Postoji jo puno primjena nanotehnologije kod automobila. U ovome odlomku e sekroz slike prikazati dodatna zanimljiva primjena.

Slika 9 - Zatita od prljavtine (iznad crvene linije sa zatitom, ispod bez)

Slika 10 - antirefleksijska prevlaka na kontrolnoj ploi


13/22

Slika 11 - Mikrostrukture solarnih elija ugraene u krov e se u budunosti zamijenitinanoelijama

Nanomaterijali e unijeti promjene u automobilskoj industriji. U futuristikim voziluSmart Forvision koriste se tkanine s toplinskim provodljivim nanopremazima umjestotradicionalnog grijanja sjedala, dok je na vjetrobranu i bonim prozorima koritenanova vrsta premaza koji odbija IR zraenje i titi unutranjost automobile odneugodnog zagrijavanja.


14/22


15/22

9. PREGLED NAJNOVIJIH DOSTIGNUA U OBLASTINANOTEHNOLOGIJE

Mnogi naunici i futuristi kau da se svijet nalazi na ivici krupnih tehnolokih imedicinskih otkria, koja bi mogla da naunu fantastiku pretvore u stvarnost.

Otkria u tehnologiji na nivou molekula - takozvanoj nanotehnologiji - ve seprimenjuju u industrijskim proizvodima - od trajnijih tenis lopti, preko odjee koja neupija tenosti do brih kompjutera i novih raketnih goriva. Mnogi eksperti kau damogunost kontrole spajanja molekula uvee strukture radikalno mijenja neke granenauke. Profesor Pol Safo, sa Univerziteta Stanford, u Kaliforniji, ve vie od dvijedecenije prati tehnoloke promjene.Nanotehnologija je daleko odmakla u medicini. Na Univerzitetu Braun, u Rod Ajlendu,istraivaki tim neurologa Dona Donohjua sagradio je ureaj kojim su paralizovanipacijenti uspjeli da upravljaju signalima iz sopstvenog mozga i da tako manipuliupredmetima. Jedan od njih uspjeo je da otvori elektronsku postu, mijenja kanale natelevizoru i ukljuuje svjetlo u sobi.Istraiva na Univerzitetu drave Nebraska, Ravi Saraf, izvjestio je nedavno orazvoju elektronske koe za robote, dvostruko osjetljivije od koe na ljudskom dlanu.Roboti su se do sada oslanjali preteno na sluh i vid, dok osjeaj dodira nisu imali.Veina dananjih robota ne moe da vam prui au vode, jer bi snaniji stisakrazbio au, a pri slabijem stisku aa bi im ispala iz ruke.Prole godine, jedan tim istraivaa na Nortvestern univerzitetu proizveo je providnetranzistore pomou kojih je mogue prikazati sliku prividno u vazduhu. IstraivaTobin Marks kae da bi takav materijal mogao da nadje iroku primenu:Instrumenti u automobilu mogli bi da se premjeste na vjetrobran i da se oitavajubez sputanja pogleda sa puta. Mogue je zamisliti vojnika sa naoarima na kojima

se projektuju vane informacije. Ili hirurga koji, dok operie, moe da prati ta sedogaa na drugoj strani tijela pacijenta.Ali mnogi naunici upozoravaju da e ove nove, snane tehnologije, sve vie uticatina drutvo, ekonomiju, politiku, pa i ljudski identitet.


16/22

10. UTJECAJ NANOESTICA NA ZDRAVLJE IVIH ORGANIZAMA IOKOLI

Svojstva koja ine nanoestice jedinstvenima i koja trenutano pobuuju velikozanimanje u industrijskoj i biomedicinskoj primjeni izazivaju u isto vrijeme i

zabrinutost zbog sigurnosti. Nanoestice su reaktivne i mogu pokazivati jedinstvenubioraspodjelu odreenu veliinom (npr. deponiranje u pluima) ili meudjelovanje sbjelanevinama.Svojstva nanoestica koja treba uzeti u obzir pri procjeni opasnosti su veliina, oblik,aglomeracijsko stanje, topljivost, povrinska svojstva (veliina povrine, naboj).1

Pri razmatranju utjecaja nanotehnike na zdravlje ivih organizama i okoli razlikuju sedvije vrste nanostruktura. Prvoj skupini pripadaju nanokompoziti, nanostrukturiranepovrine i nanokomponente (elektronike, optike, senzori), u kojima su nanoesticeukljuene u materijal ili ureaj (fiksne nanoestice). Drugoj skupini pripadajuslobodnenano-estice, koje su prisutne u pojedinim fazama proizvodnje ili uporabekao individualne nanoestice.

Moe se rei da meu znanstvenicima postoji konsenzus o tome da najvei problempredstavljaju izolirane, slobodne estice, to ne znai da ne treba biti oprezan i sproizvodima u kojima su integrirane nanoestice.

Prema podrijetlu, odnosno nastanku, nanoestice se mogu podijeliti u dvije skupine:namjerno nainjene (tehnike, planirane, krojene) nano-estice i sluajne(uzgredne,nenamjerno nainjene) nanoestice (slika 1)2. Tehnike nanoestice (kvantne toke,dendrimeri) stvorene su radi iskoritavanja svojstava inherentnih nanorazini

(vodljivost, spektralna svojstva, bioraspodjela...). Trenutano na tritu postoje brojniproizvodi koji deklariraju sadraj odreene nanokomponente.

Nenamjerno nainjene nanoestice mogu potjecati od antropogenih izvora(izgaranjem goriva) ili iz prirodnih izvora (npr. estice nastale tijekom umskihpoara, erupcije vulkana i sl.). Neke estice poput fulerena ili ugljikovih nanocjevicamogu pripadati i jednoj i drugoj skupini.2


17/22

Toksikologija estica, nanotoksikologija, obuhvaa istraivanja djelovanja ultrafinihestica i mineralnih vlakana nanometarskih veliina (npr. azbest) na ljudsko zdravlje.Istraivanja mogu biti epidemioloka ili eksperimentalna na ivotinjama. Nanoesticemogu ui u tijelo udisanjem, gutanjem, preko koe i parenteralno (u biomedicinskimprimjenama). Do izloenosti nanoesticama moe doi tijekom njihova razvoja,

proizvodnje, uporabe i odlaganja.

10.1. Epidemioloka i toksikoloka istraivanja problemi i dvojbe

Posljednjih godina raste broj istraivanja vezanih za tetne uinke nanomaterijala naive organizme. Podaci o nanorizicima dolaze uglavnom iz epidemiolokihistraivanja incidentnih nanoestica. Broj eksperimentalnih istraivanja utjecajanamjerno i nenamjerno proizvedenih nanoestica na ivotinjama ili in vitro vrlo jeogranien.

Epidemioloka istraivanja podupiru povezanost izmeu estica kao zagaivala

zraka i bolesti plua, kardiovaskularnoga i sredinjega ivanog sustava. Treba,meutim, naglasiti da u epidemiolokim studijama nikad nije mjeren udio iskljuivoestica nanometarskih veliina, pa zbog toga nije bilo mogue odvojiti uinaknanoestica od uinka veih estica na zdravlje.

Kod toksikolokih istraivanja vano je naznaiti sve eksperimentalne uvjete kojimogu utjecati na interpretaciju rezultata (npr. uporaba dispergenata/povrinskiaktivnih tvari radi odravanja nanorazine i poveanja topljivosti). U jednomistraivanju3npr. povezivani su fulereni s izazivanjem oksidacijskog stresa u mozguriba. Kasnija istraivanja4,5 pokazala su da se glavnina oksidacijskog stresa moepripisati preostalom otapalu tetrahidrofuranu. U mnogo sluajeva toksinostpovezivana s nanoesticama pripisana je zagaivalima koja su se adsorbirala tijekomdobivanja ili transporta.


18/22

Budui da konstrukcijski nanomaterijali nastaju kontroliranim procesom proizvodnje,eventualno prisutna toksina zagaivala mogu se ukloniti iz gotovog proizvoda.Pokazalo se i da povrinske prevlake mogu bitno utjecati na toksinost nanoestica.

Nanoestice nisu nuno toksinije od veih estica istog materijala. Usaivanje

estica TiO2 razliitih veliina i oblika rezultiralo je, nakon 24-satnog izlaganja,jednako jakim upalama plua i oteenjima tkiva.6

U veini istraivanja plune toksinosti kod ivotinja primijenjeno je intratrahealnousaivanje. Ono ne mora biti odgovarajui model u procjeni toksinosti za ovjeka.Nadalje, upotrijebljene doze u studijama plune toksinosti bile su vrlo visoke. Obinose takvi uvjeti opisuju pojmompreoptereenje plua. Takvi uvjeti kod takora, ali ne ikod mieva ihraka, izazivaju upalu plua i fibrozu te nastanak tumora.

Kronina inhalacija TiO2 estica mikrometarskih veliina rezultirala je kod takoratumorima na pluima20. Epidemioloka istraivanja stope smrtnosti radnika u

proizvodnji TiO2 nisu pokazala povean rizik za rak plua ili bilo koji drugi uzroksmrti7.

SLIKA 12. Broj publikacija za navedene teme (kljune rijei) dobiven pretraivanjembaze Web of Science


19/22

10.2. Toksinost nanovlakana

Zbog ozloglaenosti azbestnih mineralnih vlakana koja uzrokuju teke bolesti plua(fibroza, rak) postoji zabrinutost da bi i nova, konstrukcijska nanovlakna mogla imatislian uinak. Posebnu pozornost pritom su pobudile ugljikove nanocjevice. Prema

klasinoj toksikologiji vlakana, za predvianje plune toksinosti vlakana vana jebioperzistencija i duljina vlakana.Alveolarni makrofagi ne mogu lako ukloniti dugaka vlakna pa ona dulje ostaju upluima te mogu izazvati upalu plua. Eksperimentalna istraivanja na glodavcimapokazala su da CNT mogu izazvati upalu plua, fibrozu, pa ak i smrt8.U nekim istraivanjima, meutim, uzrok smrti pripisan je mehanikom zaepljenjudinih puteva zbog prevelikih primijenjenih doza. Treba nadalje istaknuti da su upojedinim istraivanjima CNT dozirane nefiziolokom intratrahealnom inhalacijom ilifaringealnom aspiracijom (usisavanjem) te da su barem djelomino bile u oblikuagregiranih snopova koji se u normalnim uvjetima ne bi mogli udahnuti.Prema nekim istraivanjima provedenima na ivotinjama, nanoestice ae, za

razliku od CNT, nisu se pokazale toksinima. Bez obzira na potencijalnu opasnost odCNT da izazovu oboljenja plua, preliminarne procjene rizika predviaju maluizloenost inhalacijom.

10.3. Izloenost nanoesticama u zraku

Vrlo malo istraivanja bavilo se profesionalnom izloenou nanoesticama u zraku.Otegotni faktor u takvim istraivanjima je visoka razina pozadinskih, incidentalnih,nenamjerno proizvedenih nanoestica9. Tako je npr. u postrojenjima za obradumetala razina metalnih estica u zraku bila manja od razine uzgrednih nanoestica uispunim plinovima iz pei.Da bi izbjegli utjecaj sluajnih nanoestica, Maynard i sur. provodili su istraivanja uzatvorenom sustavu. Nali su da je masena koncentracija ugljikovih nanocjevica usimuliranom proizvodnom okruju ispod 53 g/m3. Veina estica sastojala se odaglomerata promjera veih od 1 nm. Za usporedbu, razina incidentalnih estica kojesu ulazile u promatran prostor bio je 500 g/m3.Slini rezultati dobiveni su i u postrojenjima za proizvodnju ae. Koncentracijaestica ae nanometarskih veliina bila je nemjerljiva tijekom proizvodnje, ali suzapaene estice mikro-metarskih veliina. Nanoestice su potjecale od viliara iisputanja grijalice na plin. Mala razina izloenosti nanometarskim ugljikovim

nanoesticama (CNT) i esticama ae u zraku objanjena je tendencijomnanoestica aglomeriranju i taloenju. To, meutim, ujedno moe znaiti veuizloenost preko koe ili oralnu izloenost (preko ruku ili stvari u usta).Posebno zabrinjava kretanje inhaliranih nanoestica iz plua prema krvotoku i drugimorganima. Neka istraivanja upuuju na to da CNT izazivaju agregaciju trombocita invitro i poveavaju trombozu in vivo. Ipak, rezultati istraivanja translokacijenanoestica iz plua u druge organe nisu jednoznana; neki rezultati upuuju natranslokaciju, a neki ne.Kreyling i sur. pokazali su da je manje od 1 % dane doze estica iridija (80 i 15 nm)translociralo iz plua takora u jetra, slezenu, srce i mozak, s tim to je translokacijabila izraenija za estice manjih veliina. U svojim istraivanjima Brown i sur. nisu

opazili translokaciju ugljikovih nanoestica (60 nm) obiljeenih tehnecijem 99m u


20/22

druge organe. Na temelju dosad dostupnih podataka zakljuuje se da dini sustavpredstavlja znatnu zapreku za sustavnu izloenost nekim nanoesticama.

10.4. Izloenost preko koe

Izloenost preko koe izaziva veliku pozornost zbog poveanog koritenjananoestica za odjeu postojanih boja, u kozmetici, zatitnim sredstvima prisunanju. Pritom treba jo jedanput naglasiti tendenciju aglomeriranih estica izzraka da se taloe na povrinama te tekoe sprjeavanja kontakta koe i istaloenihestica.Prema nekim izvorima ultrafine estice TiO2 (10 - 60 nm) iz zatitnih sredstava zasunanje ne prodiru dublje u kou, ve se taloe u povrinskom dijelu koe (stratumcorneum). Ne zna se, meutim, koje su posljedice u sluaju oteenja i bolesti koe.Istraivanja s kvantnim tokama pokazala su njihovo ogranieno prodiranje u kou,manji dio proao je kroz epidermu i akumulirao se u dermi. Prodiranje je ovisilo o

veliini, obliku i povrinskom naboju kvantnih toaka.Kuglaste estice pokazale su vee prodiranje u usporedbi s veim elipsoidnimesticama. Ogranieno prodiranje kroz kou zamijeeno je i za nanometarske esticeeljeznog oksida i eljeza (Baroli i sur.).Iako jo nema znanstvene potvrde, moe se oekivati da e oteena koa biti loijabarijera za odreene nanoestice u usporedbi sa zdravom, neoteenom koom.

10.5. Izloenost preko probavnoga (gastrointestinalnog) sustava

Podrijetlo nanoestica u probavnom sustavu moe biti kontaminirana hrana i voda,gutanje inhaliranih estica ili prijenos estica s ruku u usta. Dosad provedenaistraivanja veinom upuuju na malu oralnu apsorpciju nanoestica (14C-radioobiljeenih fulerena i 192Ir nanoestica na takorima). Raspoloivi podaci sugerirajuda apsorpcija nanoestica iz probavnog sustava ovisi o veliini i povrinskimobiljejima. Manje, hidrofobne i neutralne estice pokazuju poveanu apsorpciju,preteno u limfnom sustavu.

10.6. Sigurno rukovanje nanomaterijalima i nanoproizvodima

Kako rizik za ljudsko zdravlje i okoli smanjiti na najmanju moguu mjeru?Znanstvenici savjetuju da se sve dok ne postoji vie podataka o rizicima uporabepojedinih nanomaterijala i nanoproizvoda, njima rukuje kao opasnim i tetnim tvarima(iako se u budunosti mogu pokazati bezopasnima).

U najnovijoj literaturi navode se i smjernice za sigurno rukovanje, uporabu i odlaganjenanoestica. Smjernice se zasnivaju na postojeim propisima o radu s opasnimtvarima, to podrazumijeva odravanje dobre profesionalne higijene (dobraventilacija, zatvorene reakcijske posude i spremita, zatitna obua i odjea) te nizadministrativnih mjera (skraenje radnog vremena, zabrana odlaganja i konzumiranjahrane u radnom prostoru, ienje prostorija usisavaima opremljenima visoko

uinkovitim filtrima i dr.).


21/22

11. ZAKLJUCI

Nanotehnologija nudi mogunost razvoja pametnih nano i mikro ureaja i sistema iradikalni proboj u vitalna polja kao to su zdravstvo, energetika, okoli i proizvodnja:Mikro i nanoelektronika, ukljuujui poluvodie su osnovni za sve proizvode i usluge

koji trebaju inteligentnu kontrolu u raznolikim sektorima kao u automobilskoj industrijii transportu, aeronautici i svemirskoj tehnologiji. Pametni industrijski kontrolni sistemidozvoljavaju vie uinkovitog upravljanja proizvodnjom elektrine energije,skladitenjem, transportom i potronjom kroz inteligentne elektrine mree i ureaje:Suvremeni materijali nude velika usavravanja irokog spektra razliitih primjenanpr. u svemirskoj tehnologiji, transportu, graevinarstvu i zdravstvenoj skrbi. Oniolakavaju recikliranje, smanjenje isputanja ugljika i energetske potrebe, a takoer iograniavaju potrebu za sirovinama kojih je malo u Europi.Svjesni smo da se nanotehnologija nalazi tu negdje uz nas. Ova nova nauka edonijeti vie dobrih nego loih stvari ljudskom rodu. Pojava nanotehnologije e imatiza poslijedicu : nano medicina (kraj opasnim bolestima), prestanak zagaenja,

molekularna sinteza hrane, billion puta bri raunari, i ekstremno novi izumi.Nanotehnoloki proizvodiu najveoj mjeri koristiti e se u sljedeim podrujima:proizvodnji i skladitenju energije, poljoprivrednoj proizvodnji, vodoopskrbiprvenstveno u pogledu zatite od oneienja, dijagnosticiranju bolesti, proizvodnjipametnih lijekova te produkciji novih materijala. Ve danas stotine poduzea plasiraproizvode koji koriste nanotehnoloke aplikacije a lepeza koritenja je izuzetno irokai protee se od kozmetike do automobilske industrije.Nanotehnologija je jedan segment visokih tehnologija koji e nam u skorojbudunosti u velikoj mjeri preoblikovati svakodnevni ivot. Pri tome se radio tehnologiji koja ima veliki profitabilni potencijal te moe u znaajnoj mjeri pozitivnoutjecati ne samo na nacionalno gospodarstvo ve i svjetsku ekonomiju u cjelini.

Pretpostavlja se da e se tijekom sljedeih pet godina bitan komercijalni uinakosjetiti na tritu inkjeta, nanoestica za kozmetiku te za potrebe u automobilskojindustriji (pokrovi motora, katalizatori, baterije, ipovi). U sljedeih 10 godina oekujese komercijalizacija naprava za pohranu podataka, biosenzora za dijagnostiku.Vremenska skala za zrakoplovno-svemirsku tehniku i bionanotehniku je najdulja (vieod 15 godina).Nema sumnje da nanomaterijali i nanoproizvodi imaju golem trini potencijal. Nosvaka nova tehnika, proces ili materijal donosi i nove rizike. Uvoenje novihmaterijala u industriju i njihovu primjenu zahtijeva procjenu sigurnosti i razumijevanje

utjecaja nanomaterijala na okoli i ljudsko zdravlje.Iako broj istraivanja vezanih za tetne uinke nanomaterijala na ive organizmeposljednjih godina raste, razumijevanje i preveniranje rizika jo nemaju prioritet ukompetitivnom svijetu financiranja istraivanja.Umjesto podupiranja ekstremnih stajalita, jednih koji u nanomaterijalima ne videnikakvu opasnost za zdravlje i drugih (katastrofiara) koji u nanotehnici vide golemrizik i trae prestanak razvojnih aktivnosti, treba nastaviti istraivanja utjecajananoestica na ljudsko zdravlje i okoli.Zajedniki cilj znanstvenika koji razvijaju nove materijale i toksikologa su zeleninanomaterijali s kooptimiranim svojstvima, koji bi bili i funkcionalni i minimalno biutjecali na zdravlje i okoli. Sve dok ne postoji vie podataka o rizicima uporabe

pojedinih nanomaterijala i nanoproizvoda, njima treba oprezno rukovati


22/22

12. Literatura

1.Warheit, D. B. et al.: Health effects related to nanoparticle exposures:Environmental, health and safety considerations for assessing hazards and risks,Pharmacology &Therapeutics, 120(2008)1, 35-42. , July 2010.

2.Stern, S. T., McNeil, S. E.: Nanotechnology safety concerns revisited, ToxicologicalSciences, 101(2008)1, 4-21.3.Oberdorster, E.: Manufactured nanomaterials (Fullerenes, C-60) induce oxidativestress in the brain of juvenile largemouth bass, Environmental Health Perspectives,112(2004)10, 1058-1062.4.Andrievsky, G., Klochkov, V., Derevyanchenko, L.: Is the C-60 fullerene moleculetoxic?!, Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures, 13(2005)4, 363-376.5.Zhu, S. Q., Oberdorster, E., Haasch, M. L.: Toxicity of an engineered nanoparticle(fullerene, C-60) in two aquatic species, Daphnia and fathead minnow, Marine Envi-ronmental Research, 62(2006), S5-S9.6. Warheit, D. B. et al.: Pulmonary instillation studies with nanoscale TiO2 rods and

dots in rats: Toxicity is not dependent upon particle size and surface area,ToxicologicalSciences, 91(2006)1, 227-236.7. Boffetta, P. et al.: Mortality among workers employed in the titanium dioxideproductionindustry in Europe, Cancer Causes & Control, 15(2004)7, 697-7068. Carrero-Sanchez, J. C. et al.: Biocompatibility and toxicological studies of carbonnanotubes doped with nitrogen, Nano Letters, 6(2006)8, 1609-1616.

Documents

Primjena nanotehnologije u automobilskoj industriji