Nejnovejsi historie chemie, nanotechnologie, biotechnologie, kompozitní materialy, pocitacova chemie

1. HIC 13
NejnovEjší trendy
ve vývoji chemie
Nanomateriály
Biomateriály
Kompozitní materiály
Počítačová chemie
Katedra chemie, FP Technická univerzita v Liberci, 2010

2. Nanomateriály
Nanomaterials

3. Nanotechnologie – nanomateriály
nano = v řečtině „trpaslík“
nano– předpona pro jednu miliardinu,
tedy 10–9 základní jednotky
nanotechnologie + nanomateriály
se zabývají skladbou materiálů
v rozměrech nanometrů

4. BIOMATERIÁLY
Propojení chemie
s biologii,
biochemií,
medicínou
a farmacií …

5. Kompozitní
materiály
Materiály složené ze dvou nebo více složek vykazující
synergický efekt
– tedy zlepšení vlastností celku
díky spolupráci složek chemickou nebo nevazebnou
interakcí povrchů složek

6. Kompozitní materiály
Composite materials

7. Pocítacová chemie
Molekulární modelování a vizualizace
Molekulární mechanika a dynamika –
výpočty sil působících uvnitř a mezi
molekulami
QSPR-QSAR – kvantitativní
výpočty vlastností a aktivit
molekul z jejich struktury

8. Nová výstavba na TUL
Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace
Výše dotace: 800 009 tisíc Kč
Poskytovatel dotace: MŠMT ze zdrojů ESF
- operační program VaVpI

9. Nová výstavba na TUL

10. Nanomateriály
Podrobnější informace o aktivitách naší univerzity
v oblasti nanotechnologií a nanomateriálů najdete
na adrese: http://nano.tul.cz/

11. Uplatnění nanomateriálů

12. Nanotechnologie – nanomateriály
„Chtěl bych popsat obor,
v němž se toho dosud
udělalo málo, ale v principu
toho v něm může být
vykonáno nesmírně mnoho.“
„Proč ještě neumíme zapsat
Richard Feynman, všech dvacet čtyři svazků
29. 12. 1959 Encyklopedie Britanniky na
„Směrem dolů je špendlíkovou hlavičku?”
spousta místa“

13. Škála nanometrických velikostí

14. Velikosti v nanometrech
Most královny Alexandriny – Dánsko: délka cca 1012 nm
Mravenec 5 000 000 nm

15. Velikosti v nanometrech
Fotbalový míč:
průměr 220 000 000 nm
Molekula fulerenu C60:
průměr cca 1 nm

16. Poměr počtu povrchových a vnitřních atomů
Paradoxy nanosvěta
10
Počet buněk v hraně krychle
1
1 10 100 1000 10000 100000
0,1
Výpočet pro strukturu
železa
0,01
0,001
0,0001
1E-05

17. Paradoxy nanosvěta
Bod tání masivního zlata 1064 oC
Bod tání [oC]
Poloměr částic [nm]

18. Paradoxy nanosvěta
zmenšení zvětšení
průměru povrchu
částic stokrát stokrát

19. Paradoxy nanosvěta
zmenšení
zmenšení
manipulační
průměru drátů,
pevnosti vláken
vláken stokrát
desetitisíckrát

20. Paradoxy nanosvěta
zmenšení zmenšení
průměru částic hmotnosti částic
stokrát milionkrát

21. Paradoxy nanosvěta
zmenšení průměru zmenšení ohybové
vláken stokrát tuhosti milionkrát

22. Pozorování nanočástic
SEM AFM
Mikroskopie
atomových sil
Rastrovací elektronová mikroskopie

23. Nanoaktivity TU v Liberci
ferroelektrické materiály

24. Polymerní nanovlákna
nepřítomnost dutiny, průměry – mezi 50 -1000 nm,
délka – různá dle technologie výroby (většinou však
se jedná o vlákna kontinuální – nekonečná)
Může se jednat o vlákna z organických polymerů ale
i vlákna anorganického původu – křemičitá,
titaničitá, nebo kombinovaná anorganicko-organická

25. Výroba polymerních nanovláken
metoda melt-blown, podrobně známá technologie
pro výrobu netkaných textilií,
výroba bikomponentních vláken typu „ostrovy
v moři“ a následné odstranění (rozpuštění) matrice,
metoda elektrostatického zvlákňování -
electrospinning
Tým nanovláken, katedra netkaných textilií FT TUL

26. Výroba polymerních nanovláken
Oldřich Jirsák; prof. RNDr., CSc.
rozvinul metodu electrospinningu
má světově uznané patenty
na produkční úpravu této metody

27. Schéma procesu výroby nanovlákenné vrstvy
pomocí elektrostatického zvlákňování

28. Nanospider – zařízení pro výrobu nanovláken

29. Biodegradabilní nanovlákna

30. Orientovaná nanovlákna

31. Ruční elektrospiner pro přípravu
nanovláken

32. Pyl z kopretiny na nanovláknech

33. Pyl dýně a gerbery na nanovláknech

34. Pyl růže a bílé lilie na nanovláknech

35. Pyl zvonku lučního na nanovláknech

36. Modelové zařízení pro sanace

37. Modelové zařízení pro sanace

38. Pracoviště studia ferroelektrik

39. AFM snímek povrchu korundové podložky

40. Plazmatická úpravy povrchu kovů

41. Pracoviště plazmatické úpravy kovů

42. Nanoúpravy povrchů součástek pro auta

43. Nanomateriály v automobilech

44. uhlíkové nanotrubice
Carbon nanotube

45. Uhlíkové nanotrubice
Sumio Sumio Iijima:
Helical
Iijima microtubules of
graphitic carbon:
Nature 354, 56 -
58 (07 November
1991)
http://www.vega.org.uk/video/real/71

46. Uhlíkové nanotrubice
Vlastnosti uhlíkových nanotrubic:
pevnost v tahu 20 - 100 GPa
modul pružnosti 1,2 TPa
1/5 měrné hmotnosti oceli
vysoká tepelná vodivost
vysoká elektrická vodivost
Cena: rok
2004 – 400 €/g
2006 – 5 €/g
2010 – 10 c/g

47. Uhlíkové nanotrubice metodou CCVD

48. Prales uhlíkových nanotrubic

49. Uhlíkové nanohokejky

50. Uhlíkové nanotrubice metodou CCVD

51. Vodivé vrstvy polypyrrolu
Vodivé nanovrstvy pro textilní materiály,
vhodné pro elektromagnetické stínění

52. Vodivé vrstvy polypyrrolu

53. Vodivé vrstvy polypyrrolu

54. Vodivé vrstvy polypyrrolu

55. Vodivé vrstvy polypyrrolu

56. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
UV-VIS spektrometr GBC Cintra 202
Molekulová spektrofotometrie,
kvalitativní a kvantitativní analýza,
stanovení barevnosti

57. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
Rentgen-fluorescenční analýza
analýza přítomnosti kovových prvků v tuhých vzorcích

58. Přístrojové vybavení KCH FP TUL

59. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
Adsorpce dusíku nebo kryptonu na povrchu materiálů
výpočty specifických povrchů

60. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
Elipsometrie
stanovení tloušťky tenkých vrstev na materiálech

61. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
IR mikroskop firmy Nicolet (Thermo scientific) mikroskop iN
10MX s vedlejším vzorkovacím prostorem iZ10

62. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
IR mikroskop firmy Nicolet
Infračervená analýza na materiálech i na mikrovzorcích

63. Přístrojové vybavení KCH FP TUL
Mlýnek na velmi jemné prášky

64. Děkuji za pozornost
Prosím o dotazy
?Použity fotografie SEM: Ing. Jana Grabmüllerová a Ing. Eva Košťáková, foto přístrojů KCH: Ing. Martin Stuchlík