Nanotechnológia

Je to už 43 rokov od pamätnej prednášky laureáta Nobelovej ceny za fyziku Richarda Feynmana „There is plenty room at the bottom", ktorú predniesol na výročnom zasadnutí American Physical Society v Kalifornskom Institute of Technology (Caltech), v ktorej predpovedal možnosť vytvárania materiálov a mechanizmov na úrovni atómov a molekúl. Feynman sa vtedy vyjadril, že to bude možné až vtedy, keď bude k dispozícií experimentálna technika, ktorá umožní manipulovať s „nano" štruktúrami a merať ich vlastnosti.

V 80. rokoch minulého storočia boli takéto prístroje vyrobené. Tieto prístroje, ako napr. Rastrovací tunelový mikroskop (STM), Electron Backscattered Diffraction system (EBSD), mikroskop využívajúci atómové sily (AFM), optický rastrovací sondový mikroskop blízkeho poľa (NSOM) a iné umožňujú skúmanie a analýzy nanoštruktúr. Súčasne prebiehajúca expanzia kapacity počítačov potom dovoľuje sofistikované simulácie materiálových vlastností v nanorozmeroch 1 až 100 nm, keď 1 nm je 10-9 m.

Nenotechnológia je oblasť výzkumu, ktorá v sebe zahrňuje veľké množstvo vedných disciplín ako sú fyzika, chémia, biológia, elektronika a iné. Z toho vyplýva, že táto oblasť vyžaduje interdisciplinárny prístup k riešeniu týchto odborne veľmi náročných problémov. Pred 10 – 15 rokmi sa vedci všetkých vedných disciplín začali postupne s narastajúcou intenzitou zameriavať na nanotechnológie a nanomateriály. Bol rozpoznaný skrytý potenciál problematiky a vo veľkom počte krajín boli vyhlásené výskumné programy zamerané na túto oblasť.

Nezaostali ani nadnárodné aktivity, ako napr. 5. rámcový program výzkumu a vývoja EÚ, program COST, programy European Scientific Foundation (ESF) atď. Prioritné orientácie na nanotechnológie nájdeme aj v tematickom zameraní 6. rámcového programu výskumu a vývoja EÚ. Na oblasť nanotechnológie a nanomateriálov je tiež v rozsiahlej miere sústredená aj inštitucionálna podpora výskumných pracovísk, vznikajú siete zamerané na rôzne vedné odbory v oblasti nanotechnológií, vydáva sa množstvo monografií a na oblasť nanorozmerov sa orientujú novovznikajúce periodiká a klasické časopisy.

Čo je vlastne nanotechnológia?

Vzhľadom na to, že ide ešte o pomerne novú problematiku, je na mieste si vysvetliť aspoň stručne dva pojmy, a to „nanotechnológia" a „nanomateriály".* Nanotechnológia je štúdium a použitie materiálov, zariadení a systémov s rozmermi rádovo nanometrov (1 nm = 10-9 m).* Nanotechnológia je populárny termín pre vytváranie a využitie funkčných štruktúr s minimálne jedným charakteristickým rozmerom meraným v nanometroch.* Nanotechnológiu si môžeme predstaviť ako všeobecný popis aktivít na úrovní atómov a molekúl, ktoré majú uplatnenie v reálnom svete.* Nanotechnológia je rozvíjajúci sa obor výzkumu a vývoja zameraný na riadenie štruktúry materiálov v nanorozmeroch (0,1 až 100 nm, a to aspoň v jednom rozmere).

* Nanotechnológia je tiež vnímaná ako skupina rozvíjajúcich sa technológií (technológie v tuhom stave látky, biotechnológie, chemické technológie a iné), ktoré metódami zhora dole (top – bottom) a zdola hore (bottom – top) konvergujú k nanorozmerom. V súčasnej dobe sa skladá nanotechnológia zo štyroch hlavných oblastí: nanoelektroniky, nanomateriálov, molekulárnej nanotechnológie a mikroskopov pracujúcich s rozlíšením v nanometroch.

Trošku špecificky sa zastavíme pri problematike nanomateriálov. Nanomateriály sa vyznačujú nasledujúcimi spoločnými znakmi:

a) Stavebnými časticami sú nanočastice s definovanými vlastnosťami: rozmermi, tvarom, atómovou štruktúrou, kryštálovou mriežkou, medzifázovým rozhraním, homogénym, resp. nehomogéným zložením a chemickým zložením. Rozmery sú limitované v oblasti od molekúl k pevným časticiam menším ako 100 nm. Z dôvodu malých rozmerov v niektorých prípadoch počet povrchových atómov prevyšuje počet atómov vo vnútornom objeme.
b) Tieto stavebné jednotky sú usporiadané v makroskopických multiklastrových materiáloch s veľmi rozdielným topologickým „poriadkom". Chemicky identické častice môžu byť tesne usporiadané a kompaktované za vzniku hraníc zŕn. Častice môžu byť spojené koalescenciou alebo podložkou a môžu vytvárať nanodrôty, nanotrubice, nanokompozity, keramické alebo iné tenké filmy alebo vrstvy.

c) Stavebné jednotky a ich typológia môže byť použitá pri vytváraní rozmernejších materiálov vhodných pre technické aplikácie.

Nanotechnológie v 6. RP EÚV nadväznosti na realizáciu programu „Vytváranie Európskeho výskumného priestoru" navrhla komisia EÚ v máji 2001 vyhlásiť na obdobie 2002 až 2006 už 6. rámcový program výskumu a technického rozvoja. Jedna z troch hlavných aktivít – „Integrovaný výskum“ je rozdelená do siedmich tematických oblastí:

* Genomika a biotechnológia pre zdravie,* technológie pre informačnú spoločnosť,* nanotechnológie, inteligentné materiály, nové výrobné procesy,* letectvo a kozmický výzkum,* bezpečnosť potravín a zdravotné riziká,* trvale udržateľný vývoj a globálne zmeny,* občania a vládnutie v európskej znalostnej spoločnosti.

S výskumom nanotechnológií a nanomateriálov sa okrem ich vlastnej tematickej oblasti počíta v tematických oblastiach genomika a biotechnológia pre zdravie a technológie pre informačnú spoločnosť. Výskum a vývoj nanotechnológií a nanomateriálov sa stal obrovskou výzvou pre vedeckých a výskumných pracovníkov. Bolo už jednoznačne potvrdené, že rozmerová oblasť 1 – 100 nm, skôr v podstate zabudnutá, obsahuje kľúč k riešeniu mnohých špecifických problémov v najrôznejších odboroch vedy a techniky aj každodenného života. Súčasné poznatky ukazujú na netušené možnosti v rôznych vedných disciplínach.

V dňoch 13. a 14. septembra 2004 sa uskutočnila v Košiciach celoslovenská vedecká konferencia o nanovedách, nanotechnológiach a nanomateriáloch NANOVED 2004. Organizátormi boli Centrum excelentnosti SAV „Nanosmart", EÚ – siete pre nanomateriály MINAEAST – NET a NENAMAT. Konferencia bola organizovaná pod záštitou predsedu Slovenskej akadémie vied Dr. h. c. prof. Ing. Štefana Lubyho, DrSc.

Vedecká konferencia NANOVED 2004 bola odborne členená na sekcie:- Syntéza nanomateriálov,- vlastnosti nanoštruktúr,- charakteristika nanomateriálov,- konštrukčné nanomateriály,- aplikácie nanomateriálov. Aktívne sa konferencie zúčastnilo 60 prednášateľov z vedeckých a pedagogických inštitúcií Slovenskej republiky. Veľmi pozitívne bola predsedníctvom konferencie hodnotená účasť mladých vedeckých pracovníkov a doktorandov hlavne však z ústavov SAV Bratislava a SAV Košice. Na vedeckej konferencií NANOVED 2004 bola tiež zastúpená Žilinská univerzita, Strojnícka fakulta.

Doc. Ing. Tibor Donič, PhD. predniesol príspevok v sekcií Konštrukčné nanomateriály s názvom „Kompaktovanie práškového hliníka dopredným pretlačovaním" v spoluautorstve s prof. Ing. Petrom Skočovským, DrSc., a internými doktorandmi Ing. Martinou Pastirčákovou a Ing. Milanom Martikánom. Vedecký príspevok vznikol pri podpore agentúry APVT na vedecký projekt APVT 51 – 02 1102 „Konštrukčné kovové profily s nanoštruktúrov", ktorý rieší Centrum technologickej plastometrie Katedry technologického inžinierstva SjF v spolupráci s Ústavom materiálov a mechaniky strojov SAV Bratislava.

Nanotech_1Model systému mechanizmu nanoprevodu

V Centre technologickej plastometrie ŽU boli vyvinuté unikátne experimentálne systémy pre dynamické spôsoby kompaktácie práškových substancií na báze Al, ktoré umožňujú kompaktácie, t. j. vytváranie kovových štruktúr s veľkosťou zrna 100 nm. Prezentované postupy vzbudili rozsiahly odborný záujem prítomných odborníkov na konferencií NANOVED 2004. Problematika nanomateriálov a nanoštruktúr sa stala jednoznačne veľkou odbornou a vedeckou výzvou hlavne pre mladých ambicióznych študentov, doktorandov a vedeckých pracovníkov aj na Žilinskej univerzite, pričom chceme vysloviť nádej, že túto výzvu príjmu a aktívne sa zapoja do rozvoja štúdia NANO problematiky, ktorá iste pozitívnym spôsobom rozšíri ich vedecké obzory.

Záverom si dovoľujú autori tohto príspevku vysloviť poďakovanie novému vedeniu Strojníckej fakulty ŽU menovite jej dekanovi prof. Ing. Štefanovi Medveckému, PhD. za všestrannú podporu a pomoc pri implementácií problematiky „NANOVIED" v študijnom a vedeckovýskumnom profile Strojníckej fakulty Žilinskej univerzity. doc.Ing.Tibor Donič, PhD. – Ing. Milan Martikán Strojnícka fakulta ŽU