Om nanoteknik

Vad är en nanopartikel?

En nanopartikel kan beskrivas som ett mycket litet objektmed en diameter mellan 1 och 100 nanometer. Objekt mindre än 1 nanometer anses inte vara partiklar utan bara enskilda atomer och molekyler som fritt svävar omkring.

Nano betyder dvärg på grekiska.

1 nanometer är 1 miljarddels meter och motsvarar längden av ca 10 atomer som ligger på rad och sätter man ihop ett antal atomer till objekt som är större än 1 nanometer börjar de bete sig annorlunda än vad de gör som fria atomer, de har bildat ett material!

Dessa små partiklar uppför sig ofta väldigt annorlunda än de som vi kan se med ögonen, eftersom de är så små och inte väger så mycket påverkas de t.ex. inte av gravitationen på det sätt som vi är vana vid att saker och ting gör.

Elektronerna i dessa små partiklar kan också röra sig också annorlunda än vad de gör i större objekt eftersom antalet elektroner i varje enskild partikel är väldigt få. Detta gör att elektronerna t.ex. inte riskerar att kollidera med varandra och därför kan röra sig friare, eller absorbera och sända ut ljus på ett sätt som elektroner hos större partiklar inte gör.

Storleken hos nanopartiklar gör även att de kan tas upp av celler och därmed t.ex. leverera läkemedel.

I början på 1980-talet gjordes en rad tekniska och vetenskapliga genombrott, såsom upptäckten av så kalladefullerener (Nobelpriset i kemi 1996), som banade väg för ett ökat intresse för nanoteknologin. Fullerener är nanopartiklar som helt består av kol, och kan beskrivas som mycket små fotbollar.

Fullerener bildas när grundämnet kol förångas och kondenseras i ett vakuum av trög gas.

Nanoteknologi

Begreppet nanoteknologi myntades redan 1974 av den japanske forskaren Norio Taniguchi då han vid en konferens använde uttrycket för att beskriva vissa processer som används inom halvledarteknologin.

Nanoteknik, eller atomslöjd som det kallades i början, är en en medveten framställning av strukturer som tar till vara de fysikalisk-kemiska egenskaper som uppstår på nanometernivå. En sådan definition rymmer en mängd olika tekniker från skilda vetenskapliga discipliner.

Till nanoteknik räknas idag tillämpningar inom de flesta tekniska områdena, t ex datateknik, bioteknik och materialforskning. Inom biotekniken har man använt sig av nanoteknologi sedan 1970-talet då man lärde sig att klippa och klistra i genmaterialet, och biotekniken är därmed äldst inom nanoteknologin.

Ibland kan det vara svårt att förstå att det är just nanoteknik som ett visst forskningsområde ägnar sig åt, då begreppet "nanoteknik" inte alltid används i forskningsförklaringarna.

Nanomaterial används idag i en mängd applikationer, såsomelektronisk utrustning, bilar, kosmetik, hygienartiklar, kläder, hushållsprodukter, livsmedel, sportutrustning och leksaker.

En sökbar sida som samlar alla nanoprodukter är. 

Vad är så speciellt med nanomaterial?

Hos nanomaterial är andelen ytatomer betydligt högre än hos material som vi vanligtvis stöter på och dessa ytatomer beter sig annorlunda än atomerna inuti materialet. Omgivningen vid ytan skiljer sig radikalt från omgivningen inuti det studerade materialet.

Ytatomer återfinns hos alla material men det är bara hos nanomaterial som deras egenskaper börjar styra över hur materialet beter sig.

Andelen atomer som sitter på ytan jämfört med de som befinner sig "inne" i materialet hos nanopartiklar är också mycket större än vad som är fallet för större partiklar, och dessa ytatomer reagerar gärna med sin omgivning vilket gör nanopartiklar intressanta i t.ex. filter, sensorer, katalysatorer eller bärare av molekyler.

Ett exempel på detta beskrivs i figuren nedan där en sockerbit delas upp i mindre delar. Sidan på den ursprungliga sockerbiten är 1 cm vilket gör att ytan hos sockerbiten är 6 kvadratcentimeter. Om denna sockerbit skärs itu till 8 stycken lika stora bitar blir den sammanlagda ytan hos sockerbitarna 12 kvadratcentimer, även om mängden socker fortfarande är den samma. Om man fortsätter att dela sockerbitarna ökar den totala ytarean hos sockret och när sockerbitarna inte är större än några nanometer blir den totala ytarean flera hundra kvadratmeter, dvs flera miljoner gånger större än hos den ursprungliga sockerbiten!

 

Naturliga nanopartiklar?

I naturen finns många exempel på nanopartiklar och nanostrukturer, till exempel består ytan hos bladen på lotusblomman av nanometertunna hår. Dessa hår står rakt ut från bladen och gör att vatten inte stannar kvar på dem, vilket leder till att bladen alltid hålls rena genom att damm och smuts sköljs bort av det vatten som hamnar på bladen och sedan rullar av. Många nanoforskare får sin inspiration från biologin och letar efter sätt att härma naturens egna nanomaterial för att till exempel skapa nya självrengörande ytor.

I stort sett alla processer i alla levande organismers celler sker på nanonivå. Arvsmassans (DNA) dubblering vid celldelning, de processer som tillverkar proteiner efter receptet i DNA i våra celler, samt förvandlingen av den föda vi intar till energi och byggstenar åt vår kropp.

Kombinationen av nya analysmetoder och metoder för att tillverka material med nanodimensioner har lett till en explosion för nanoteknologin under 2000-talet eftersom det nu går att skräddarsy material som utnyttjar de unika fenomen som erbjuds hos nanomaterial.

Det senaste nanoteknologiska genombrottet är upptäckten avgrafen (Nobelpriset i fysik 2010), ett kolbaserat material som bara är ett atomlager tjockt men starkt, och som leder elektroner extremt bra och är tillräckligt stabilt för att kunna bilda filmer synliga för blotta ögat!

Guldnanopartiklar

Guldnanopartiklar är kända sedan mitten på 1800-talet då Michael Faraday förklarade varför glas innehållande guld fick en rödaktig färg.

Det var helt enkelt så att glaset innehöll små partiklar av guld och dessa partiklar absorberar ljus så att glaset såg rött ut.

Senare har det visat sig att nanopartiklar av guld med varierande storlek absorberar ljus med olika våglängd och därför ser ut att ha olika färg vilket har att göra med hur ytelektronerna hos guldet interagerar med ljuset.

Guldnanopartiklar har idag en mängd olika användningsoråden där bl.a. deras unika optiska egenskaper används.

Det utnyttjas t.ex. i sensorer för detektion av olika molekyler som kan fästa på ytan hos gulpartiklarna och därför påverka de optiska egenskaperna hos partiklarna.

De kan också användas i applikationer för att fånga in ljus i t.ex.solceller, eller i fiberoptiska sammanhang förinformationsöverföring.

Nobelpris och nanoteknik

Det finns en mängd Nobelpris som är kopplade till utvecklingen och möjliggörandet av nanoteknologin, t.ex. 

Nobelpriset i fysik 1986 som gick till prof. Ernst Ruska för utvecklingen av elektronmikroskopet.

Nobelpriset i kemi 1991 till prof. Richard R. Ernst för utvecklingen av kärnmagnetisk resonans (NMR).

Nobelpriset i kemi 1996 som gick till prof. Robert F Curl Jr, prof. Sir Harold W. Croto, och prof. Richard E. Smalley för upptäckten av fullerener, grundämnet kol i form av nanopartiklar som har formen av en liten fotboll.

Nobelpriset i fysik år 2010 till André Geim och Konstantin Novoselov för experiment med det tvådimensionella materialet grafen.

Bilden visar guldnanopartiklar och är tagen av Kathryn Grandfied på Ångströmlaboratoriet via ett transmissionselektronmikroskåp. 

Länksamling

http://www.kemi.se/sv/Innehall/Fragor-i-fokus/Nanoteknik-och-nanomaterial/

http://www.su.se/forskning/ledandeforskning/naturvetenskap/materialkemi/...

ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/nanotechnology/docs/nano_brochure_sv.pdf

http://www.forskning.se/temaninteraktivt/teman/nanoteknik.4.303f5325112d...

http://www.vr.se/franvetenskapsradet/pocketeradpopularvetenskap/pop3darg...

http://urplay.se/157500

http://urplay.se/162257

http://fof.se/tidning/2010/1/starkast-tunnast

http://fof.se/tidning/2007/8/gigantisk-upptackt-i-lilleputtvarlden

http://fof.se/tidning/2007/3/forhoppningar-om-framtida-bot

http://fof.se/tidning/2007/3/nanotradar-gor-elektricitet-av-forlorad-varme

http://fof.se/tidning/2007/3/nanohuvudvark

http://fof.se/tidning/2005/4/fotonkristallen-den-fina

http://www.nyteknik.se/nyheter/innovation/forskning_utveckling/article34...

 

Forskarhjälpens samarbetspartners 2012

Forskarhjälpen 2012 leddes av Nobelmuseet i samarbete med Uppsala universitet och med finansiering från Stiftelsen för Strategisk Forskning. 

Samarbeten och finansiärer

Kontakt

Nobelmuseet Stortorget 2, Gamla Stan, Box 2245, 103 16 Stockholm
work 08-534 818 00
Ansvarig utgivare: Olov Amelin

Main sponsors

Idag på museet

Öppettider

Stängt

Dagens lunch

Dagens lunch serveras under veckodagar när Nobelmuseet är öppet.