1. Nanodimenzija in nanomateriali 1.poglavje skripta Uvodno predavanje

2.  Področje nanomaterialov je organizirano podobno kot tradicionalno področje kemije; organski nanomateriali (C) kot so npr., fullereni C 60 in anorganski nanomateriali (SiO 2 ), zeoliti (Fe 2 O 3 ) superparamagnetni delci itd.  Raziskave v nanotehnologiji so povezane z industrijsko rastjo in so podprte tudi z državno podporo z velikimi finančnimi zneski in rastjo 20 % letno. Investirajo npr. v kozmetiko.  Nanotehnologija bo vplivala na naše življenje v bodoče. Tu se postavlja vprašanje, kaj je sploh to - nanotehnologija in vzporedno nanokemija in kakšne funkcije opravljata.

3.  Nanomateriale razvijajo, da bi dosegli boljše karakteristike kot npr.:  povečanje trdnosti ali  povečana kemična reaktivnost  Na stotine izdelkov, ki vsebujejo nanomateriale je že v uporabi, kot npr., baterije, prekrivanje in nanos pigmentov, anti-bakterijska oblačila itd.  Nano-inovacije se bodo pojavile na mnogih področjih kot so zdravstvo, zaposlovanje, okolje, energija, transport, varnost in vesoljske tehnologije.

4. 1 informacijska tehnologija 2 senzorji plinov 3 svetila LED 4 nanoaluminij 5 gorivne celice 6 foto voltaika 7 baterije 8 kvantne pike 9 magnetni nanodelci 10 delci za zaščito kože pred UV 11delci z antibakterijskim delovanjem 12 anorganski delci za okoljsko čiščenje 13 nanodelci za katalizo 14 magnetni nanodelci za napredno osmozo Današnja uporaba nanodelcev Janja, dodaj kakšne slike prosim!

5. NANOSTRUKTURE NANOMATERIALOV IN LASTNOSTI. Nanostrukture ali nanomateriali (najmanj v eni dimenziji velikost 1 – 100 nm) imajo lastnosti različne od makroskopskih dvojnikov, kot npr.; Mehanska trdnost (kako odporni so proti zlomu-meje med zrni…) Električna prevodnost (kako hitro tečejo elektroni po njih-drgnjenje..) Toplotna prevodnost (Kako hitro toplota teče po njih-meje so ovira) Kemična aktivnost (reagirajo z drugimi kemikalijami-površina) Porozornost / transparentnost (kako dobro vidite skozi - elektro mag valovanje) Magnetizem (ali so ali niso magnetni…) Mikrostruktura, je „bratranec“ nanostrukturi razlika je med 100 nm in 100 mikroni

6. Nanodimenzija in njene posledice :  Beseda NANO pomeni v grščini škrat.  Nanodelce vidimo samo z elektronsko mikroskopijo. Nano tehnologija delo oz. aktivnost povezane z objekti z nano dimenzijo.  Skupki materiala, ki so manjši od 100 nanometrov (nm) lahko definiramo kot nanodelce.  Ena milijarda nanometrov sestavlja en meter in tisoč nanometrov je enako mikronu ali mikrometeru.  Noht na prstu rase s hitrostjo enega nanometra (nm) v sekundi. Kontinenti se premikajo enako hitro.

9.  Kolikšen je pravzaprav nanometer? Kako si predstavljati nekaj tako majhnega? Tako velika je, na primer, gruča iz nekaj atomov, ali pa je to debelina človeškega lasu potem, ko bi ga po dolgem razcepili na 80.000 nitk.  Poučna je primerjava z nogometno žogo, ki je prav tolikokrat manjša od Zemlje, kot je molekula ogljika (C60) manjša od nogometne žoge katere premer je 22 centimetrov. Tako lahko naredimo priročno skalo velikosti objektov.

10. Molekula DNA ima premer 2 nanometra, virusi približno 150 nanometra, rdeča krvnička že 7 mikronov, človeški las približno 80 mikronov, bolha je velika že 1 milimeter in jo lahko vidimo s prostim očesom:

11. Nogometna žoga 22 cm Bolha 1mm las 80  rdeča krvnička 7  m virus 150 nm DNA 2 nm Nanocevke 0.9 nm C 60 0.7 nm Nanokemija in materiali Nanodimenzija in njene posledice

12.  V tehniki so izdelki opremljeni s podatki v mikrometrih in mikrometrski vijak poznajo tehniki - strojniki. Desetinka mikrona je meja, pod katero se delec imenuje nanodelec in je enaka 100 nanometrom.  Bolj podrobno, definiran mora biti delec vsaj v eni dimenziji dovolj droben. Delci, ki sestavljajo tanke plasti, ali pa tanki igličasti kristali ali nitke spadajo po tej definiciji med nanodelce…  Študentje kemije morajo dobro poznati pomen in filozofijo velikih številk. Saj vemo da 1 mol elektronov je povprečna strela medtem, ko 10 - 5 mola elektronov pa poganja „ polvodniško tehniko“. ????

14. Nanodelci v atmosferi  Nanodelci v atmosferi imajo bistven vplivajo na naše počutje in zdravje. Imajo pomemben vpliv tudi na klimo zemlje.  Množina nastalih delcev s časom naraščala, saj so del naše civilizacije, npr, ogljikovi nanodelci nastali pri letalskem prometu in avtomobilskem prometu oz. ostali nastali pri industrijski proizvodnji.  Vendar pa je množina teh delce mnogo manjša od tistih nastalih v naravi.  Tu bomo omenili nanodelce, ki so nastali med aktivnostjo človeštva oz. ljudi, kot nastanejo pri pridobivanju energije, pri transportu, in tako dalje  Vpliv nanodelcev iz naravnega okolja ima seveda izjemen vpliv tudi na spremembo klime, kot npr. efekt mračenja zemlje “darkening effect of earth”

15.  Globalno senčenje „ darkening / dimming effect“ je postopno zmanjševanje sevanja zemljine površine, kar je bilo opaženo preko več desetletij, od leta 1950 dalje.  Ta pojav se spreminja od lokacije vendar so ugotovili, da je upad sevanja 4% v treh desetletjih 1960–1990. Po erupcijah vulkanov npr., Mount Pinatubo in 1991, se je pokazal rahel obraten efekt (zaradi močnega hitrega povišanja med erupcijo).Mount Pinatubo  Naraščanje senčenja je posledica povečanja aerosola zaradi naraščanja majhnih delcev, ki jih povzroča človek. To zmoti hidrodinamični cikel zaradi zmanjšanja izparevanja in zmanjšuje padavine na nekaterih mestih.  Globalno mračenje / senčenje povzroča tudi hlajenje, ki deloma kompenzira toplogredni vpliv.  Trenutno je splošno mnenje, da je globalno senčenje posledica povečanega števila aerosolnih delcev v atmosferi zaradi človeškega faktorja.

18.  Aerosol in ostali delci absorbirajo sončno energijo in jo odbijajo nazaj v vesolje.  Onesnaževalci lahko postanejo jedra za kapljice v oblakih. Vodne kapljice se združujejo okoli delcev.  Povečano onesnaženje povzroča več drobnih kapljic in zato oblake z večjim številom majhnih kapljic (enaka količina vode razpršena v več kapljic) kažejo, da te drobne kapljice tudi zmanjšajo padavine.  Manjše kapljica naredijo oblake bolj refleksivne / odbojne tako, da odbijajo več sončne svetlobe, ki ne pride na zemljo. Podoben efekt se dogaja pod oblaki in odbija sevanje iz površine zemlje in zadržuje toploto v atmosferi pod oblaki. Oblaki preprečijo toploto iz sonca in toploto iz zemlje. Efekt je zapleten in se spreminja s časom lokacijo in z intenziteto. Preko dneva prestrezanje sončne svetlobe prevladuje medtem, ko se preko noči ohlajanje zemljine površine zmanjša / upočasni. To slabo odvajanje toplote lahko povzroča nevihte, silovita deževje in poplave

19.  Vpliv nanodelcev je pomemben saj predstavlja po teoriji G(a)eja vzvratne posledice za ravnotežje na zemlji.  Geja hipoteza je ekološka hipoteza, po kateri ima planet zemlja odlike živega organizma. Ime izhaja iz Grške mitologije. Po tej teoriji je zemlja agregat samo- regulativnih podsistemov, ki tvorijo celoto – planetarni sistem. Pri tem je dejstvo, da je kljub svoji velikosti njena sposobnost samoregulacije omejena in človeška dejavnost jo lahko ogroža.  Naravni nanodelci se nahajajo sočasno na kopnem, morju in zraku. Njihov izvor je različen: od vulkanskega izvora, gozdnih požarov, nastalih na morskem dnu pri tektonskih premikih, iz hidrotermalnih lukenj - geološki procesi, od živih organizmov in med industrijsko proizvodnjo.   https://val202.rtvslo.si/2011/03/ziva-zemlja-in-teorija-gaje/

20.  Odstranitev delcev iz atmosfere: aglomeracija in sedimentacija.  V vlažni atmosferi služijo delci za kondenzacijska jedra izločijo iz atmosfere s padavinami.  V naseljih prevladujejo delci od 0.5 – 10  m, ki so nastali kot produkt prahu avtomobilskih pnevmatik prinesenega z vetrom itd., majhen (po masi) delež nanodelcev < 100 nm so spregledali.  Številčno je velikih delcev relativno malo v primerjavi z nanodelci. Delcev z velikostjo 10  m je okoli 50 na cm 3 in z velikostjo 10 nm okoli 10 5, ki v zraku prevladujejo

21. F g = 4 / 3 πr 3 (  1 -  2 )g F linearni zakon = 6πrηv v = 2 / 9 (  1 -  2 )gr 2 /η F kvadratni zakon = 1/2c  Sv 2

22.  V urbanih naseljih zajamejo pljuča vsakič na milijone nanodelcev, kar je sigurno tveganje za zdravje ljudi.  Težko si je predstavljati, da bi industrija z nanotehnologijo proizvedla proste nanodelce take množine takih delcev.  Pogost primer nastanka nanodelcev v atmosferi je proces nastanka delca iz plinaste faze. Ko se izparina hitro ohladi se kondenzirajo in nastanejo v končni fazi majhni delci.  Šolski primer je izgorevanje sveče. V velikih količinah nastanejo nanodelci ogljika velikosti okoli 10 nm pri gorenju petroleja, dizel goriva, kar je glavni izvor delcev v urbanih naseljih.

23. Nanodelci in klima  Najpomembnejši parameter je število delcev na prostornino in ne prostornina delcev. Ti delci so odgovorni za klimo na zemlji.  Najpomembnejši prispevek aerosola je tvorjenje oblakov. Nevidna vodna para kondenzira v majhne mikroskopske vodne kapljica suspendirane, kot aerosol, po večji površini neba nastanejo oblaki.  V čisti nasičeni plinski atmosferi je malo verjetno, da bo prišlo do rasti vodnih kapljic razen, če so prisotna jedra na katerih voda kondenzira.  Ta jedra imenujemo kondenzacijska jedra oblakov. V primeru, ko vodna kapljica doseže kritično velikost, bo v vlažni atmosferi rasla. Vendar brez kondenzacijskih jeder (KJ) ne bodo nastale kapljice kritične velikosti.

24.  Prisotnost kondenzacijskih jeder omogoča lahko kondenzacijo in nato nastanek kapljic v oblakih.  Te padajo izjemno počasi in jih obravnavamo kot suspendirane v atmosferi.  Velikost (KJ), kapljic v oblakih in dežnih kapelj je sledeča: 100 nm, 10  in 0.5 mm.  Pod posebnimi pogoji te kapljice zrasejo in padejo na zemljo. Dežne kapljice obravnavamo kot čiste, vendar vsebujejo najmanj kondenzacijska jedra, brez katerih ne bi niti nastala.  Če vsebujejo kapljice žveplo, so kisle narave, so pa naravnega izvora in niso povezana s človeško aktivnostjo.

25.  Precipitacija oblakov je mehanizem za odstranjevanje atmosferskega aerosola in predstavlja samo - regulativni mehanizem.  Povečanje aero-sola proizvede več kondenzacijskih jeder (KJ), poveča množino oblakov, ki skozi padavine izperejo aerosol iz atmosfere.  (KJ) je en primer, kjer je le številčna gostota pomembna in ne masa delcev.  Vsak delec deluje kot kondenzacijsko jedro, ne glede ali je majhen ali pa ima mikronske dimenzije.

26. Modelna primerjava: površina proti prostornini Če zanemarimo prostornino med majhnimi škatlami potem sta prostornini na obeh straneh enaki vendar je površina na desni mnogo večja, kot škatle na levi Single Box Ratio 6 m 2 1 m 3 =6 m 2 /m 3 Smaller Boxes Ratio 12 m 2 1 m 3 =12 m 2 /m 3

27. Zmanjševanje dimenzije ter njene posledice Vpliv dimenzije na živo in neživo naravo

28.  Zmanjševanje dimenzije je povezano s spreminjanjem razmerja površina proti prostornini, kar je ena najpomembnejših lastnosti tudi v biologiji, kjer so posamezni mehanizmi povezani s presnovo organizmov povezanih s tem razmerjem.  Poleg tega pa se razlikujejo vsi efekti, ki so odvisni od tega razmerja, kot, npr., v biologiji.  Delovanje organizma je povezano z dvema ključnima procesoma, tj., proizvodnjo energije (oksidacija) potrebne za delovanje živega organizma in emisijo odvečne toplotne energije, ki se sprosti med procesom oksidacije..

29. Velikostni zakon  Narava favorizira manjše dimenzije. Primer so insekti: –Majhnih organizmov je veliko –Insekti skačejo daleč –Hitro segrevanje in hlajenje (hladno/ mrzlo) –Majhen toplotni raztezek –Insekti hodijo po vodi. Površinska napetost podpira njihovo maso. Masa / površinska napetost ustreza L 3 / L)  Različni fizikalni mehanizmi se obravnavajo v majhnem merilu

30. Vpliv velikosti na naravo Gravitacija omejuje velikost teže, teža ~ L 3 Majhni sesalci morajo skozi jesti, da vzdržujejo primerno toploto (izguba toplote~ L 2, ustvarjanje toplote z hranjenjem ~ L 3 ). –Slon s težavo premosti silo gravitacije ~ L 3 –Majhna rovka (voluhar) izgublja toploto ~ L 2, generiranje toplote ~ L 3. –Insekti premagujejo ta pojav s hladno krvjo! –Še manjši organizmi (5 -10  m) se ne morejo obdržati njihove življenjske tekočine ni dovolj dogo za preživetje.

31. Primer učinka površne proti prostornini pri dveh sesalcih Veliko razmerje površina proti prostornini –Zelo dovzeten za spremembo toplote / temperature Smaller surface-to-volume ratio – Less susceptible to changes in heat

32. L – dolžina  – površinska napetost (voda) 75 N za 1 nogo F  = L  = 2  r  Insekti hodijo po vodi (površina podpira njihovo maso. Masa / površinska napetost = L 3 / L)

33.  Od same oblike delca je odvisna njegova gibljivost in tudi prestrezanje s filtri. Odvisno od njegovega aerodinamičnega premera je odvisno uhajanje v zrak oz. za njegovo potovanje po zraku in vodi.  Majhni in približno okrogli delci so podvrženi hitremu gibanju v plinu ali tekočini. Lahko prehajajo skozi luknjice filtrov in trkajo med teboj ter z molekulami medija, v katerem se gibljejo.  Nitkasti delci imajo običajno večjo maso, zato so bolj podvrženi sedimentaciji, lažje jih je prestreči s filtri, hkrati pa se lažje srečajo med seboj in se pri trčenju združijo. Oblika nanodelcev in njihova gibljivost

34.  Njihova togost ali gibkost vplivata na to, ali se bodo nitke med seboj združile v snope, ki se lahko spet razpršijo, ali pa v kroglaste skupke, v katerih se nitke ukrivijo in se težko spet sprostijo.  Na te procese seveda močno vplivata tudi kemijska sestava delcev in električni naboj oziroma polarnost delcev.  Tanki lističi materiala, ki prav tako spadajo v družino nanodelcev, če so tanjši od sto nanometrov, se običajno gubajo ali zvijajo pod vplivom trkov okoliških molekul

35.  Tudi v idealno brez zračnem prostoru so dvodimenzionalne snovi energijsko nestabilne, zato pride do neenakomerne razporeditve naboja, kar poveča sposobnost vezave tankih lističev na podlago, tudi na sluzi in druge telesne tekočine.  To so izkoriščali v preteklosti za pozlate, in sedaj pri novi generaciji maziv, kjer plasti volframovega disulfida (WS 2 ) ali molibdenovega disulfida (MoS 2 ) t. i. tribofilm dekorativen efekt, ima sljuda, v nekaterih kremah za zobe, ali tanki lističi bizmuta v ličilih-TV “šminka“  Nanos lističev povzroča optične efekte - interferenco, ko se posamezne barve v vpadni in odbiti svetlobi med seboj okrepijo.

36. Oblika nanodelcev in njihov vpliv na zdravje  Morfologija nanodelcev: določa njeno površino na kateri se nahajajo proste kemijske vezi, električni naboj, ki vpliva na kemijske in fizikalne lastnosti  Nanodelci v obliki, ki imajo nekatere dimenzije zelo velike v primerjavi z ostalimi npr., igličasti in nitkasti nanodelci lahko prav tako kot azbestna vlakna povzročajo vnetja in zasluzenje pljuč.  Vlakno ( 1:3 = širina:dolžina ), ki je ožje od 3  m, lahko prodre v pljučne mešičke ( alveoli ). Vlakna daljša od 15  m so predolga, da bi jih makrofagi lahko odstranili. Sem sodijo tudi ogljikove nanocevke.

37. Vdihovanje: Vdihnjeni delci povzročijo vnetja dihalnih poti in škodo tkivu. Primer: Inhaliranje silicijevih delcev povzroči “silikozo”. Prebava: Nanodelci poškodujejo jetra. Prebavljeni nanodelci (tj., pri oralnem jemanju zdravil se nabirajo v jetrih. Pogost varen/ odgovor povzroči permanentno poškodbo jeter. Nanodelci so potencialno tveganje za človekov organizem. Izpostava kože: Delci lahko prodrejo skozi kožo. Potencialna škoda ni znana..

39. Nanodelci, ki so približno kroglasti, se v alveolnih območjih pljuč lažje izognejo celicam makrofagov (spodaj), zato ne povzročajo toliko vnetnih procesov kot nitkasti delci a - Prekritje tujka s podaljškom membrane: nastane fagosom. b - Z zlitjem fagosoma in lizosoma nastane fagolizosom; tujek razgradijo različni encimi iz lizosoma. c - Odvečni material je odstranjen ali asimiliran (sprememba v snovi, lastne organizmu). 1 - tujki, 2 - fagosom, 3 - lizosomi 4 - odpadni material, 5 -citoplazma, 6 - celična membrana makrofaga

40.  So pa po velikosti bližji receptorjem celične membrane, zato pljučna celica takega delca ne spozna kot sovražni tujek, in ga s procesom endocitoze spusti vase in posledično tudi v krvni obtok. Endocitoza je proces, pri katerem celica vnese snov (molekulo ali druge celice) prek celične membrane v svojo notranjost. Proces, nasproten endocitozi, je eksocitoza, pri katerem membrana tvori vezikel, ki se loči od nje. Endocitoza je eden od načinov aktivnega transporta. Pri endocitozi se snovi dotaknejo membrane, ta jih obda, s tem nastane endocitozni mehurček. Potuje po citoplazmi, kjer se sreča z lizosomom (mehurček, ki vsebuje encime).

41.  Nekateri nanodelci, predvsem kvantne pike, se že rutinsko uporabljajo v medicinski diagnostiki in jih spustijo direktno v krvni obtok ter izkoriščajo njihovo fluorescenco.  To so polprevodniške spojine, kot so kadmijev selenid (CdSe), kadmijev telurid (CdTe), indijev arzenit (InAs), galijev nitrid (GaN), ki imajo posebno ovojnico za povečanje topnosti v biološki tekočini ter reaktivne molekule, ki se vežejo na antitelesa in omogočijo vezavo na točno določeno vrsto celic.  Pri tovrstni diagnostiki in ciljnem zdravljenju je treba usmeriti pozornost tudi na neželena mesta, kjer so tovrstne nanodelce v eksperimentih na živalih že našli, kot so jetra, limfne žleze in kostni mozeg.

42.  Zmanjševanje dimenzije je povezano s spreminjanjem razmerja površina proti prostornini, kar je ena najpomembnejših lastnosti miniaturizacije delcev.  Na ta način se večina efektov oz. naravnih pojavov prične razlikovati, ker se pojavi večja skupina atomov oz molekul, za katere veljajo drugačna pravila v primerjavi z atomi, ki niso na površini.  Poleg tega pa se razlikujejo vsi pojavi, ki so povezani oziroma odvisni od tega razmerja, kot, npr., v biologiji  Material zmanjšan na nano-velikost je različen od običajne velikosti. Lastnosti se drastično spremenijo, ko se spremeni velikost, ki je karakteristična za obravnavan / karakterističen fizikalni pojav. Lastnosti Nanodelcev

43. Neposreden vpliv nanovelikosti: vpliv površine Majhna velikost Veliko razmerje površina proti prostornini Za kocko s 3 Å atomi:

44. Neposreden vpliv nanovelikosti: vpliv površine Mala velikost Veliko razmerje površina proti prostornini Neurejena površinska plast 0.3 nm Velikost delce Fe 3 O 4 Velikost delca [nm] 1000 100 10 8 5 3 1.5 Specifična površina [m 2 /g] 1.1 11.3 113 141 226 376 752 Delež površinske plasti [%] 0.18 1.8 17 20 32 49 78

45. Sprememba fizikalvih lastnostri: tališče Makro velikost Nano velikost Vsi atomi v notranjosti Atomi razdeljeni na dve področji Atomi so na določenih mestihmestih Pri spremembi velikosti delca Ima majhen vpliv na atome Ima velik vpliv na delež atomov na površini Tališče V tem primeru ni vpliva na tališče Tališče se zniža pri majhnih delcih

46. Nekatere lastnosti nanodelcev, ki jih volumski materiali nimajo  Neprozoren material, kot npr., baker, postane prozoren  Aluminij, železo in svinec postanejo vnetljivi-piroforni. Železovi 2nm delci eksplodirajo na zraku – oksidativna eksplozija  Trdni postanejo tekoči. Zlato postane tekoče.  Povečajo katalitični učinek elementov tudi žlahtnih kovin kot zlato

47. Tališče malih delcev  Manjši ko postaja trden delec večji je delež atomov na površini.  V kristalu so atomi stisnjeni na površini so pa bolj prosti in se lažje premikajo / gibajo.  Pri povišani temperaturi pričnejo atomi nihati. Ko doseže vibracija atomov na površini določen delež dolžine vezi se prične taljenje, ki se nadaljuje skozi vso snov

48. Spremeni se fizikalna lastnost – tališče  Tališče (Mikroskopska definicija) Temperature pri kateri imajo, atomi, ioni ali molekule v snovi dovolj energije, da prevladajo med-molekularne sile, ki držijo substanco skupaj - na fiksnih pozicijah v snovi. v stiku s 3 atomi v stiku s 7 atomi Površinski atomi potrebujejo manj energije za gibanje, ker so v kontaktu z manj atomi v snovi.

49. Površina / volumen razmerje in tališče zlata primer: nanodelci zlata Eksperimentalna temperature tališča delcev zlata: Eksperiment in teorija (zvezna krivulja)

50. Dvig tekočine (vode) zaradi majhnih dimenzij premera kapilare. Pomemben pojav kapilarne penetracije / prediranja; vlaga v hišah, plastične rokavice itd. Kapilarni dvig mg = 2  r  mg = 2  r   r 2 hρ g = 2  r  r h = 2  / ρ g Višina (h) obratno sorazmerna s premerom kapilare (r) 1  dvigne 20 m  (H2O) = 0,12 N/m g = 9,84 m/s 2 Kohezivne sile so intermolekularne privlačne sile med enakimi molekulami (npr., vodikova vez, van der Waalsove sile) Adhezivne sile so privlačne sile med različnimi molekulami F Koh < F Adh F Koh > F Adh

51. mg = 2  r   r 2 hρ g = 2  r  r h = 2  / ρ g

52. van der Waalsove sile in te ž nost F disp. = 3 h o (    ) / 4r 5 _ + F disp F mg

53. Intermolekularne sile Sposobnost kuščarje (Gecko) da hodi po stropu niso pogojene z vakuumom kot je to narobe razumljeno /razloženo - To se zgodi zaradi van der Waals-ove privlačne sile stopala in stropa / stene. -Na stopalu kuščarja je milijon majhnih - nano blazinic. -Te se prilagodijo površini in ustvarijo tesen kontakt, da pridejo do veljave van der Waals-ove privlačne sile

54. Lots of nano-toes! http://shasta.mpi-stuttgart.mpg.de/biomaterials.html http://shasta.mpi-stuttgart.mpg.de/research/Bio-tribology.htm Masa Ščurki, muhe in ostali insekti imajo nanostrukture na podplatih, da se primejo sten in stropov. Dosti nano prstov Ščurek Muha Pajek Kuščar- Geko

55. Kako lepljiv? 2 000 000 dlak s 1000 dlačic Adhezivna sila na stopalo = 100 N Velikost kovanca lahko dvigne otroka, ki tehta 20 kg Če je tako lepljiv, kako se odlepi?

56. Kako se kuščar odlepi od stene ? Odlepi se kot bi odstanil lepilni trak in to pri vsakem koraku. Če je tako lepljiv, kako se odlepi?

57. Kemijska sestava in vpliv na lastnosti  Kemijska sestava nanodelcev je pomembna s stališča topnosti v vodi in bioloških tekočinah.  Hidrofilnost je lastnost materiala, da se nanj veže voda, in je ravno nasprotna vodo odbojnosti (hidrofobnosti)  Ko delček materiala postane res majhen, je oba pojma treba na novo definirati, podobno kot mnoge druge fizikalne količine.  Omočitveni kot in s tem stopnja hidrofilnosti sta močno odvisna od ukrivljenosti površine nanodelca, torej od njegove velikosti.  Majhni okrogli nanodelci lahko celo ustvarijo t. i. Lotos efekt, ko voda sploh ne omoči več delca in preprosto ostane kot povsem okrogla kapljica na podlagi, prekriti s takimi nanodelci.  Če to podlago nagnemo, se bodo kapljice preprosto odkotalile, kar ustvarja osnovo za samočistilne prevleke na oknih, tekstilu ipd..

58.  SL +  LG cos  =  SG Young-ova enačba  SG >  SL

59. OK = 137 0 OK = 179 0 Meritve omakalnega kota / OK/ Super hidrofobna površina Hidrofilna površina OK = 108 0 po 20 min. OK= 162 0

60. Obdelava površine samočiščenje Omakalni kot

61. Samočiščenje

63. Specifične lastnosti nanodelcev / Povečana kemijska aktivnost  V čem se torej nanodelci razlikujejo od večjih delcev z velikostmi nad 100 oziroma 200 nanometrov, da je treba biti tako previden z njimi? Manjši kot je delec, večja je njegova površina glede na njegov volumen.  Delec zlata, ki v premeru meri 8 nm, ima 7 % vseh atomov na površini. Ti atomi nimajo vseh sosedov, zato so kemijsko aktivni. Delec 1 nm, pa ima kar 58 % vseh atomov na površini. Velika kem. aktivnost, pozitivno za določene kemijske reakcije in negativno za neželene reakcija /oksidacija kovin.  Koordinacija atomov motena spremembe tudi v energijski strukturi elektronov in drugačne optične in električne lastnosti. Nastopijo t. i. kvantni pojavi, ki so privlačni, ker z njimi lahko izboljšamo lastnosti materialov

64.  Povečana kemijska aktivnost majhnih delcev tvori aglomerate in izgubijo specifične kemijske in fizikalne lastnosti, ki jih odlikujejo. Nano-lastnosti se pri tem izgubijo.  Zato se površina namensko oksidira ali se nanese nanjo tanko prevleko, da se prepreči medsebojno združevanje nanodelcev.  Prav zaradi te preprečene aglomeracije se namenski nanodelci razlikujejo od nenamenskih, ki nastajajo pri reakcijah kot nezaželen produkt - izgorevanju dizelskih goriv, pri kajenju, brušenju, mletju, spajkanju itd.  Ti nanodelci niso nič bolj varni, če ohranijo svojo velikost zaradi spontane pasivizacije z oksidacijo ali zaradi nepravilnih oblik, ki preprečujejo, da bi se posamezni delci res trdno sprijeli skupaj.  Celo zlato, ki je v naši miselnosti simbol obstojnosti, postane močno reaktivno, ko so delci veliki le nekaj nanometrov, ter ga lahko uporabljamo kot katalizator.

65. Aglomeracija (združevanje) nanodelcev in nastanek prahu prah  Nanodelci se zaradi povečane kemijske aktivnosti med seboj radi združujejo v gruče, a za združitev se morajo najprej srečati. V tekočinah in plinih so zaradi termične energije podvrženi močnemu Brownovemu gibanju.  Temperatura plina, zraka na primer določa, kako hitro se bo neki delec premikal. Hitrost je seveda odvisna od mase delca. Termična energija = Kinetična energija  Deset nanometrov velik delec ogljika ima pri sobni temperaturi hitrost kar 11m/s. Zaradi trkov spreminja smeri gibanje.  Tak način gibanja delcev zaradi termične energije se imenuje Brownovo gibanje. Kljub trkom v določenem času delec doseže vsa mesta v prostoru, če spotoma ne naleti na primeren objekt, s katerim se sprime, ali ga ne ujame stena prostora.

66. Naključno gibanje molekul je pomembno Majhni delci prahu se gibajo naključno –Na makroskopskem nivoju komaj vidimo gibanje, zakaj se sploh gibajo. –Na nanonivoju se delci gibajo daleč ker so zadeti od manjših delcev.  Analogija Velik balon potiska / udarja množica ljudi v stadionu iz zraka se to skoraj ne vidi, kljub temu, da je od blizu gibanje hitro. Gibanje delca prahu v zraku

67.  Iz vsakdanjega življenja smo vajeni, da nekateri objekti v našem delovnem ali domačem okolju bolj privlačijo nase t. i. prah kot drugi. Prah je sestavljen iz različnih delcev, tako po kemijski sestavi kot po velikosti in obliki.  Zaslon računalnika ali televizorja je pravi „magnet“ za delce, prav tako zavese, preproge, hrapave stene. V primeru ekrana je v igri električna sila, ki prek električnega polja ujame delce z nasprotnim nabojem, kot ga ima ekran.  Zavese in drugi kosmati objekti delce ujamejo mehansko, saj se v drobnih luknjicah tolikokrat odbijejo, da je velika verjetnost, da ne najdejo poti nazaj v prostor.  Lovilci prahu v obliki kosmatih omel izkoriščajo oba pojava: sintetična vlakna so električno nabita, hkrati pa je med drobnimi vlakni veliko prostora, kamor se lahko delci mehansko ujamejo.  Delci so zelo živahni tudi v tekočinah. Tudi tam njihovo hitrost določa temperatura, smer pa v veliki meri tok tekočine, dokler so delci dovolj veliki.

68.  Čim manjši je delec, manj uboga tokovnice tekočine, saj ima preveliko termično energijo, ki ga sili v gibanje. Ker je tekočina zelo dovzetna za difuzijo vzdolž drobnih kanalčkov, ki ji pravimo kapilarni dvig, se skupaj z njo v tesne kanale spravijo tudi nanodelci  To ima velik pomen pri testiranju zaščitnih polimernih rokavic. Polimeri so dolge molekule na osnovi ogljikovodikov, ki so med seboj zamrežene, a v celoti ne izpolnijo vsega prostora z atomi.  Prazen prostor in tudi manjše, očem nevidne pore v rokavicah so možne vstopne poti nanodelcev, še posebej, ko se roke navlažijo, pot potegne v drobne kapilare, z njim pa tudi delce.

69.  Zaradi majhnosti nanodelci torej zlahka letijo po zraku. Opazujemo gibanje prašnih delcev v stanovanju, osvetljenem s soncem. Nanodelcev ne vidimo so pa hitrejši in ne ubogajo sesalnika, dosežejo vse kote prostora in seveda tudi naša pljuča.  Prodirajo lahko tudi skozi kožo, še posebej, če jih vanjo vtiramo in jim s tem damo potrebno kinetično energijo za penetracijo ali pa bosi stopamo po njih