ΝΑΝΟΤΝΘΕΣΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΤΛΙΚΑ (ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΝΑΝΟΫΛΙΚΑ) & ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΟΤ

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΝΑΝΟΤΝΘΕΣΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΤΛΙΚΑ (ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΝΑΝΟΫΛΙΚΑ) & ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΟΤ"

Transcript

1 Σ.Δ.Ι ΚΑΒΑΛΑ ΥΟΛΔ ΣΒΥΝΟΛΟΓΕΚΧΝ ΒΦΏΡΜΟΓΧΝ ΣΜΔΜΏ ΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΠΒΣΡΒΛΏΕΟΤ & ΦΤΕΚΟΤ ΏΒΡΕΟΤ ΠΣΤΦΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ της ΜΠΑΡΣΟΤΚΟΤΔΗ ΜΑΡΙΑ ΝΑΝΟΤΝΘΕΣΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΤΛΙΚΑ (ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΝΑΝΟΫΛΙΚΑ) & ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΟΤ Βπίβιεςε Πηπρηαθήο Βξγαζίαο ΜΔΣΚΕΑΟΤ ΟΦΕΏ Καζεγήηξηα ΓΣΘΒ ΚΏΐΏΛΏ 2010 The true delight is in the finding

2 out, rather than in the knowing. ηοσς γονείς μοσ Ώλ κπνξέζνπκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ζσζηά ηηο δπλαηφηεηεο ηεο ηερλνινγίαο, ην κέιινλ ηνπ αλζξψπνπ ζα γίλεη πην ιακπξφ θαη πην φκνξθν. Δ επηζηεκνληθή θαληαζία ηνπ ζήκεξα ζα γίλεη πξαγκαηηθφηεηα ηνπ αχξην θαη φηαλ ην αχξην γίλεη παξειζφλ λένη θνηηεηέο πηα ζηελ απγή ηεο λέαο ρηιηεηίαο ζα ηνλ θξαηνχλ ζηα ρέξηα ηνπο ζρεδηάδνληαο έλα λέν θφζκν αθφκα πην πινχζην μεπεξλψληαο ίζσο θαη ηα πην ηξειά ηνπο φλεηξα. 2

3 ΔΤΥΑΡΙΣΙΔ Δ εξγαζία απηή είλαη απνηέιεζκα κειέηεο 6 κελψλ, θαηά ηνπο νπνίνπο έιαβα άκεζε θαη έκκεζε βνήζεηα απφ νξηζκέλα άηνκα, ηα νπνία νθείισ λα επραξηζηήζσ. Καηαξράο, νθείισ επραξηζηίεο ζηελ θαζεγήηξηα ηνπ ΣΒΕ Καβάιαο θ.μεηθίδνπ νθία, ππφ ηελ επίβιεςε ηεο νπνίαο πξαγκαηνπνίεζα ηελ παξνχζα εξγαζία. Σελ επραξηζηψ αξρηθά επεηδή κνπ έδσζε ηελ δπλαηφηεηα ηεο ειεχζεξεο εθινγήο ηνπ ζέκαηνο, θαζψο θαη ην φηη κε βνήζεζε λα εξγαζηψ κε φξεμε θαη λα νινθιεξψζσ επηηπρψο ηελ εξγαζία. Εδηαίηεξεο επραξηζηίεο ηεο νθείισ γηα ηηο πνιχηηκεο παξαηεξήζεηο ηεο πνπ πξνθάιεζαλ παξαπέξα ζθέςεηο, θαζψο θαη γηα ηηο ζπδεηήζεηο καο θαηά ηηο νπνίεο κπφξεζα λα κνηξαζηψ ζθέςεηο, ηδέεο θαη ακθηβνιίεο κνπ. Δ ππνκνλή ηεο θαη ν ζπλνιηθφο ρξφλνο πνπ δηέζεζε γηα ηελ παξνχζα εξγαζία, ηέινο, είλαη έλαο αθφκε ιφγνο γηα λα ηελ επραξηζηψ. Βπίζεο, νθείισ ηδηαίηεξε επγλσκνζχλε ζηνπο γνλείο κνπ, θαζψο θαη ζηα πξνζθηιή κνπ πξφζσπα Σζηάηζηνπ Μαξία θαη Ώζηεξηάδε Εσζήθ γηα ηελ ακέξηζηε εζηθή ζπκπαξάζηαζε ηνπο, ζε φιε ηελ δηάξθεηα εθπφλεζεο ηεο εξγαζίαο κνπ. ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ 3

4 ΒΛΕΑΏ ΠΡΟΛΟΓΟ Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: ΣΙ ΔΙΝΑΙ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΣΕ ΒΕΝΏΕ ΣΟ ΝΏΝΟ ΏΠΟ ΠΟΕΏ ΤΛΕΚΏ ΠΏΡΏΓΒΣΏΕ ΣΟ ΝΏΝΟ ΑΟΜΔ ΣΔ ΤΛΔ-ΣΟ ΏΣΟΜΟ ΕΣΟΡΕΚΔΏΝΏΑΡΟΜΔ Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: Η ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΣΗ ΦΤΗ ΦΏΕΝΟΜΒΝΟ ΣΟΤ ΛΧΣΟΤ ΜΒ ΣΔΝ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΣΟ ΣΏΐΏΝΕ: ΟΕ ΏΤΡΒ ΓΚΒΚΏ ΤΓΚΟΛΛΔΔ ΚΏΣΏ ΑΕΏΣΏΓΔ BONDING ON COMMAND ΜΤΑΕΏ: ΚΏΛΛΕΣΒΥΝΒ ΣΔΝ ΤΓΚΟΛΛΔΔ ΐΕΟΟΡΤΚΣΟΠΟΕΔΔ ΟΡΕΏ ΣΔ ΦΤΔ, ΠΛΒΟΝΒΚΣΔΜΏΣΏ ΣΔ ΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΝΑΝΟΫΛΙΚΑ Ο ΏΝΘΡΏΚΏ ΚΏΕ ΟΕ ΏΛΛΟΣΡΟΠΕΚΒ ΜΟΡΦΒ ΣΟΤ ΦΟΤΛΒΡΒΝΕΏ ΏΝΏΚΏΛΤΦΔ ΣΧΝ ΦΟΤΛΒΡΒΝΕΧΝ ΣΏΞΕΝΟΜΔΔ-ΟΝΟΜΏΣΟΛΟΓΕΏ ΕΑΕΟΣΔΣΒ ΑΟΜΔ ΣΧΝ ΦΟΤΛΒΡΒΝΕΧΝ ΟΡΓΏΝΕΚΔ ΥΔΜΒΕΏ ΣΧΝ ΦΟΤΛΒΡΒΝΕΧΝ ΒΦΏΡΜΟΓΒ ΦΟΤΛΒΡΒΝΕΧΝ ΓΒΝΕΚΒ ΏΡΥΒ ΣΔ ΥΔΜΒΕΏ ΣΧΝ ΦΟΤΛΒΡΒΝΕΧΝ ΝΏΝΟΧΛΔΝΒ ΤΝΘΒΔ ΝΏΝΟΧΛΔΝΧΝ ΑΟΜΔ ΝΏΝΟΧΛΔΝΧΝ ΕΑΕΟΣΔΣΒ ΝΏΝΟΧΛΔΝΧΝ ΒΦΏΡΜΟΓΒ ΣΧΝ ΝΏΝΟΧΛΔΝΧΝ Δ ΒΞΒΛΕΞΔ ΣΧΝ ΠΟΛΤΜΒΡΧΝ.45 4

5 ΣΤΠΟΕ ΝΏΝΟΤΝΘΒΣΧΝ ΠΟΛΤΜΒΡΧΝ ΕΑΕΟΣΔΣΒ ΒΦΏΡΜΟΓΒ ΝΏΝΟΤΝΘΒΣΧΝ ΠΟΛΤΜΒΡΧΝ Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: ΔΡΓΑΛΔΙΑ & ΜΔΘΟΓΟΙ ΏΝΕΥΝΒΤΣΒ ΏΡΧΔ ΒΡΓΏΛΒΕΏ ΓΡΏΦΔ ΛΕΘΟΓΡΏΦΕΏ ΝΏΝΟΦΏΕΡΕΑΕΏ ΓΕΏ ΜΒΏΕΟΤ ΜΒΓΒΘΟΤ ΒΠΕΥΒΕΡΔΒΕ ΘΔΔ ΣΔΝ ΒΠΕΣΔΜΔ ΚΐΏΝΣΕΚΏ ΦΏΕΝΟΜΒΝΏ ΣΟ XFEL ΛΒΕΓΒΡ ΏΚΣΕΝΧΝ Υ ΕΥΤΡΟ ΦΧ ΓΕΏ ΣΔΝ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΥΒΑΕΏΜΟ ΤΛΕΚΧΝ Β ΝΏΝΟΜΒΣΡΕΚΔ ΚΛΕΜΏΚΏ ΜΒΘΟΑΟΕ ΚΟΛΛΟΒΕΑΧΝ ΑΕΏΛΤΜΏΣΧΝ/ΠΔΚΣΧΜΏΣΧΝ: ΚΛΒΕΑΕΏ ΓΕΏ ΝΒΏ ΤΛΕΚΏ ΏΒΡΟΠΔΚΣΧΜΏΣΏ Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΣΗ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΝΏΝΟΨΏΣΡΕΚΔ ΠΡΟΛΔΦΔ ΏΝΣΕΜΕΚΡΟΐΕΏΚΏ ΒΠΕΣΡΧΜΏΣΏ ΜΟΥΒΤΜΏΣΏ ΝΒΤΡΟΠΡΟΘΒΣΕΚΔ ΦΕΛΣΡΏ ΏΝΣΕΜΒΣΧΠΕΔ ΒΞΏΣΟΜΕΚΒΤΜΒΝΔ ΕΏΣΡΕΚΔ ΝΒΏ ΦΏΡΜΏΚΏ ΝΒΏ ΜΒΏ ΠΏΡΏΛΏΐΔ ΦΏΡΜΏΚΟΤ ΑΕΏΓΝΧΔ ΐΕΟΛΟΓΕΚΒ ΏΝΏΛΤΒΕ ΠΒΡΕΘΏΛΦΔ ΚΏΣ ΟΕΚΟΝ ΏΤΣΟΜΏΣΟ/-Δ ΝΟΔΛΒΤΣΔ/-ΣΡΕΏ

6 5.2 ΐΕΟΜΔΥΏΝΕΏ ΠΒΣΡΒΛΏΕΟΤ ΒΕΏΓΧΓΔ ΣΔ ΝΏΝΟΔΛΒΚΣΡΟΝΕΚΔ ΣΏ ΒΠΟΜΒΝΏ ΥΡΟΝΕΏ ΣΏ ΟΡΕΏ ΣΟΤ ΝΟΜΟΤ ΣΟΤ ΜΟΤΡ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΔΛΒΚΣΡΟΝΕΚΔ- ΤΠΟΛΟΓΕΣΒ ΓΡΔΓΟΡΟΣΒΡΟΕ ΒΠΒΞΒΡΓΏΣΒ ΝΒΟΕ ΣΤΠΟΕ ΜΝΔΜΔ NANODOTS ΜΝΔΜΒ ΣΤΥΏΕΏ ΠΡΟΠΒΛΏΔ ΜΒ ΏΛΛΏΓΔ ΦΏΔ (PHASE CHANGE RAM) ΜΏΓΝΔΣΟ- ΔΛΒΚΣΡΟΝΕΚΔ (SPINTRONICS)- ΤΠΟΛΟΓΕΜΟΕ ΜΒ ΠΒΡΕΣΡΒΦΟΜΒΝΏ ΔΛΒΚΣΡΟΝΕΏ ΚΐΏΝΣΕΚΟ ΤΠΟΛΟΓΕΜΟ ΣΔΛΒΠΕΚΟΕΝΧΝΕΒ ΚΏΕ ΦΟΡΔΣΒ ΤΚΒΤΒ ΓΡΔΡΟΡΟΣΒΡΔ ΜΒΣΏΦΟΡΏ ΟΠΣΕΚΔ ΝΒΟ ΦΧΣΕΜΟ ΝΒΒ ΒΠΕΑΒΕΞΒΕ ΒΕΏΓΧΓΔ ΣΔ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΟ ΠΒΡΕΐΏΛΛΟΝ ΒΛΒΓΥΟ ΒΝΣΟΠΕΜΒΝΒ ΏΝΏΓΝΧΒΕ ΝΏΝΟΜΟΡΕΏ ΜΒΕΧΔ ΣΟΤ ΏΝΣΕΚΣΤΠΟΤ ΥΏΜΔΛΟΣΒΡΔ ΥΡΔΔ ΣΟΤ ΤΛΕΚΟΤ & ΣΔ ΒΝΒΡΓΒΕΏ ΦΕΛΣΡΏ ΝΏ ΚΏΘΏΡΕΒΕ ΝΏ ΏΝΏΛΤΘΒΕ ΑΒΜΒΤΣΕΚΟΕ ΡΤΠΟΕ ΒΕΏΓΧΓΔ ΣΔ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΒΝΒΡΓΒΕΏ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΈΡΒΤΝΏ- ΘΒΡΜΟΔΛΒΚΣΡΕΜΟ ΘΒΡΜΟΦΧΣΟΐΟΛΣΏΕΚΏ ΤΣΔΜΏΣΏ ΦΔΛΟΣΒΡΔ ΑΤΝΏΜΔ ΝΒΒ ΏΕΣΔΒΕ

7 ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΒΝΒΡΓΒΕΏ- ΜΟΝΧΔ ΏΒΡΟΣΓΒΛ & NANOFOAMS ΒΠΕΣΡΧΜΏΣΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΣΟΠΟΘΒΣΔΔ ΤΏΛΟΠΕΝΏΚΧΝ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΒΝΒΡΓΒΕΏ- ΦΟΡΔΣΔ ΑΤΝΏΜΔ ΤΦΔΛΟΣΒΡΔ ΑΤΝΏΜΔ- SUPERCAPACITORS ΦΟΡΔΣΔ ΑΤΝΏΜΔ- ΒΠΏΝΏΦΟΡΣΕΓΟΜΒΝΒ ΜΠΏΣΏΡΕΒ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΣΔΝ ΔΛΕΏΚΔ ΒΝΒΡΓΒΕΏ ΔΛΕΏΚΟ- ΤΦΔΛΟΣΒΡΔ ΑΤΝΏΜΔ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΓΕΏ ΣΔΝ ΒΝΒΡΓΒΕΏ- ΤΑΡΟΓΟΝΟ ΏΠΟΘΔΚΒΤΔ ΏΠΟΑΟΣΕΚΟΣΒΡΔ ΥΡΔΔ ΚΏΣΏΚΒΤΔ ΏΤΣΟΚΏΘΏΡΕΓΟΜΒΝΟ ΣΕΜΒΝΣΟ ΤΛΛΟΓΔ ΔΛΕΏΚΔ ΒΝΒΡΓΒΕΏ ΠΒΡΕΐΏΛΛΟΝΣΕΚΏ ΤΣΔΜΏΣΏ ΏΕΘΔΣΔΡΧΝ ΠΡΟΔΓΜΒΝΏ ΤΛΕΚΏ ΜΒΣΏΦΟΡΏ ΝΒΏ ΤΛΕΚΏ ΟΕΚΟΝΟΜΕΚΟΣΒΡΔ ΚΏΣΏΝΏΛΧΔ ΐΒΝΓΕΝΔ ΚΏΣΏΛΤΣΕΚΟΕ ΜΒΣΏΣΡΟΠΒΕ ΏΠΟ ΥΡΤΟ ΥΡΤΟ ΒΝΏΝΣΕΟΝ ΟΜΧΝ ΚΏΣΏΝΏΛΧΣΕΚΏ ΏΓΏΘΏ ΔΛΒΚΣΡΟΝΕΚΔ ΚΏΛΛΤΝΣΕΚΏ ΚΏΘΏΡΕΣΕΚΏ ΒΝΑΤΜΏΣΏ ΏΝΏΦΤΥΔ & ΏΘΛΔΣΕΚΟ ΒΞΟΠΛΕΜΟ Δ ΝΏΝΟΣΒΥΝΟΛΟΓΕΏ ΣΔΝ ΤΠΔΡΒΕΏ ΣΔ ΣΒΥΝΔ

8 6 Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: ΚΙΝΓΤΝΟΙ ΑΠΟ ΣΗΝ ΔΦΑΡΜΟΓΗ ΣΗ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΔΘΕΚΏ ΠΡΟΐΛΔΜΏΣΏ ΚΕΝΑΤΝΟΕ ΓΕΏ ΣΔΝ ΏΦΏΛΒΕΏ ΏΝΘΡΧΠΧΝ & ΠΒΡΕΐΏΛΛΟΝΣΟ ΚΟΕΝΧΝΕΚΒ ΏΝΏΣΏΡΏΞΒΕ ΑΕΏΐΡΧΔ ΑΔΜΟΚΡΏΣΕΏ Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ: ΟΡΑΜΑΣΙΜΟ ΑΏΚΣΤΛΟΑΡΟΜΟ ΝΏΝΟΧΛΔΝΒ ΏΝΘΡΏΚΏ ΓΕΏ ΣΟΝ ΏΝΒΛΚΤΣΔΡΏ Β ΣΡΟΥΕΏ.129 ΠΡΟΛΟΓΟ 8

9 Δ παξνχζα εξγαζία δηαπξαγκαηεχεηαη ηελ ζχγρξνλε επηζηήκε ηεο λαλνηερλνινγίαο θαη εηδηθφηεξα, ηηο πνηθίιεο εθαξκνγέο ηεο ζηελ θαζεκεξηλφηεηα ησλ αλζξψπσλ: ηφζν ησλ ζχγρξνλσλ, φζν θαη ησλ κειινληηθψλ θαηνίθσλ ηεο Γεο. Κπξίσο εζηηάδεη ζηηο κειινληηθέο εθαξκνγέο, θαζψο φπσο πξναλαθέξακε, πξφθεηηαη γηα κία επηζηήκε ε νπνία είλαη ζχγρξνλε, δειαδή αλαπηχζζεηαη θαη νξγαλψλεη ηηο δνκέο ηεο αθφκε. Δ ζηνρνζεζία ηεο εξγαζίαο πξνθχπηεη απφ ηελ ίδηα ηελ ιέμε «Ναλνηερλνινγία». Πξφθεηηαη γηα ιέμε ζχλζεηε, πξνεξρφκελε απφ ηνπο φξνπο «λάλν» θαη «ηερλνινγία». Ο φξνο «ηερλνινγία» νξίδεηαη σο εμήο: «είλαη ν ηνκέαο ηεο γλψζεο πνπ αζρνιείηαη κε ηελ εθαξκνζκέλε επηζηήκε, ηηο εθεπξέζεηο, ηελ αλάπηπμε θαη πξαθηηθή αμηνπνίεζε επηζηεκνληθψλ γλψζεσλ θαη κεζφδσλ». 1 Βλψ ν φξνο «λάλν» έρεη ηε ζεκαζία «ηνπ πνιχ κηθξνχ ζε κέγεζνο, ηνπ κηθξνζθνπηθνχ». 2 ηφρνο, επνκέλσο, ηεο εξγαζίαο είλαη λα θαηαδείμεη ηηο ζχγρξνλεο θαη κειινληηθέο εθαξκνγέο ηεο Ναλνηερλνινγίαο ζηελ δσή ησλ αλζξψπσλ, παξνπζηάδνληαο παξάιιεια ηνπο θηλδχλνπο ησλ εθαξκνγψλ απηψλ. Σν λαλφκεηξν (έλα δηζεθαηνκκπξηνζηφ ηνπ κέηξνπ) είλαη ην κήθνο ελφο κηθξνχ κνξίνπ. ην επίπεδν απηφ, απνθαιχπηνληαη δηαθνξεηηθέο θαη ζπρλά θαηαπιεθηηθέο ηδηφηεηεο ηεο χιεο, θαζηζηψληαο δπζδηάθξηηα ηα φξηα κεηαμχ ησλ θαζηεξσκέλσλ επηζηεκψλ θαη ηερληθψλ θιάδσλ. Χο εθ ηνχηνπ, ν ραξαθηήξαο ηεο λαλνηερλνινγίαο είλαη άθξσο δηεπηζηεκνληθφο. Βίλαη ζπρλέο νη αλαθνξέο ζην «ξεμηθέιεπζν» ή/θαη «επαλαζηαηηθφ» δπλακηθφ ηεο λαλνηερλνινγίαο, δειαδή ζηηο δπλαηφηεηεο λα έρεη επηπηψζεηο ζηηο κεζφδνπο ηεο βηνκεραληθήο παξαγσγήο. Σα κηθξφηεξα, ειαθξχηεξα, ηαρχηεξα θαη απνδνηηθφηεξα πιηθά/ θαηαζθεπαζηηθά ζηνηρεία θαη ζπζηήκαηα πνπ πξνζθέξεη ε λαλνηερλνινγία είλαη δπλαηφλ λα δψζνπλ ιχζεηο ζε πνιιά ηξέρνληα πξνβιήκαηα. Γελληνχληαη έηζη λέεο επθαηξίεο γηα δεκηνπξγία πινχηνπ θαη απαζρφιεζεο. Βμάιινπ, αλακέλεηαη φηη ε λαλνηερλνινγία ζα ζπκβάιεη ζεκαληηθά ζηελ αληηκεηψπηζε παγθφζκησλ θαη πεξηβαιινληηθψλ πξνθιήζεσλ, επεηδή ζα θαηαζηήζεη δπλαηή ηελ πινπνίεζε πξντφλησλ θαη δηαδηθαζηψλ πξνζαξκνζκέλσλ ζε 1 Μπαμπινιώτησ, Γ. (2005). Λεξικό της Νέας Ελληνικής Γλώσσας. Β ζκδ., Αθήνα: Κζντρο Λεξικολογίασ, λήμμα: τεχνολογία, ς Μπαμπινιώτησ, Γ. (2005). Βλ. ςχετ. όπ. π., λήμμα: νανο-, ς

10 ζπγθεθξηκέλεο ρξήζεηο, ηελ εμνηθνλφκεζε πφξσλ θαη ηε κείσζε ησλ απνβιήησλ θαη ησλ εθπνκπψλ ξχπσλ Βίλαη κία λέα επηζηήκε ε νπνία ζηα επφκελα ρξφληα ζα αλαηξέςεη ηα πάληα ζηελ θαζεκεξηλφηεηά καο. Βθαξκφδεηαη ζήκεξα ζηελ Εαηξηθή κε πνιχ εληππσζηαθά απνηειέζκαηα, ζε ιίγν θαηξφ αζζέλεηεο πνχ κέρξη ρζεο ήηαλ αλίαηεο ζα θαηαπνιεκεζνχλ. ην Αηάζηεκα γηα πξνζηαζία ησλ δηαζηεκηθψλ ζηαζκψλ ηελ πιεξνθνξηθή φπνπ λέεο γεληέο επεμεξγαζηψλ θαηαζθεπάδνληαη θαη ζα αλαηξέςνπλ ηα κέρξη ζήκεξα δεδνκέλα. ε θαηαλαισηηθά πξντφληα ηα νπνία απεπζχλνληαη ζην επξχ θνηλφ κε ζηφρν λα θάλνπλ ηελ δσή ησλ αλζξψπσλ θαιχηεξε, θαη αζθαιέζηεξε. ηα επφκελα ρξφληα ηα πάληα ζηελ δσή καο απφ ην ςσκί κέρξη ηα πνην πνιχπινθα αληηθείκελα ζα πεξηέρνπλ ζηνηρεία Ναλνηερλνινγίαο. ηνλ ηνκέα ηεο Ναλνηερλνινγίαο, παξαηεξείηαη ηεξάζηηα πξφνδνο, ε νπνία νθείιεηαη ζε έλαλ αληαγσληζκφ πνπ κε ηε ζεηξά ηνπ, πθίζηαηαη ζε παγθφζκην επίπεδν. Δ Βπξψπε θαηάθεξε λα επελδχζεη έγθαηξα ζε πνιιά πξνγξάκκαηα ησλ λαλνεπηζηεκψλ απφ ηα κέζα κέρξη ηα ηέιε ηεο δεθαεηίαο ηνπ ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ

11 Σ Ι Δ Ι Ν Α Ι Η Ν Α Ν Ο Σ Δ Υ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α Ναλνεπηζηήκε είλαη ε κειέηε αηφκσλ, κνξίσλ θαη δνκψλ κε κέγεζνο απφ λαλφκεηξα θαη ζεσξείηαη ε βάζε ηεο Ναλνηερλνινγίαο. Βίλαη κηα ζρεηηθά λέα επηζηεκνληθή πεξηνρή, πνπ πεξηιακβάλεη ηε ζπλεξγαζία πνιιψλ επηζηεκψλ, φπσο Φπζηθή, Υεκεία, Βπηζηήκε Τιηθψλ, ΐηνινγίαο, Εαηξηθήο θαη Πιεξνθνξηθήο. Αηεζλψο αλαγλσξηζκέλνο νξηζκφο ηεο λαλνηερλνινγίαο δελ ππάξρεη. Θα κπνξνχζακε λα πνχκε, φηη ε Ναλνηερλνινγία είλαη ε δεκηνπξγία λέσλ πιηθψλ, δηεξγαζηψλ θαη δηαηάμεσλ / ζπζθεπψλ, πνπ βαζίδνληαη ζηνλ έιεγρν αηφκσλ / κνξίσλ, κε ζθνπφ ηελ ρξήζε ησλ λέσλ ηδηνηήησλ πιηθψλ κε δηαζηάζεηο ζηελ θιίκαθα ηνπ λαλνκέηξνπ ζηηο κίθξν- θαη κάθξν- θιίκαθεο. Δ λαλνηερλνινγία είλαη ε επηζηήκε ηνπ πνιχ κηθξνχ θφζκνπ. Βίλαη ε ρξήζε θαη ν ρεηξηζκφο ηνπ ζέκαηνο ζε κηα κηθξνζθνπηθή θιίκαθα. ε απηφ ην κέγεζνο, ηα άηνκα θαη ηα κφξηα ιεηηνπξγνχλ δηαθνξεηηθά θαη παξέρνπλ πνηθίιεο ελδηαθέξνπζεο ρξήζεηο. Ώλ θαη ζπρλά απνθαιείηαη «κηθξνζθνπηθή επηζηήκε», ε λαλνηερλνινγία δελ ζεκαίλεη απιά ηηο πνιχ κηθξά δνκέο θαη ηα πξντφληα. Σα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ηεο λαλνθιίκαθαο ελζσκαηψλνληαη ζπρλά ζηα καδηθά πιηθά θαη ηηο κεγάιεο επηθάλεηεο γηα ηελ θαιπηέξεπζε ηνπο. Ώπφ ηηο αξρέο ηνπ 20νπ αηψλα νη εξεπλεηέο αζρνινχληαλ κε ηα άηνκα, ηα ζηνηρεηψδε ζσκάηηα, ηε ζεκειίσζε ηεο θβαληηθήο ζεσξίαο θαη αξγφηεξα κε ηελ ππξεληθή θπζηθή θαη ηηο ελνπνηεκέλεο ζεσξίεο γηα ηελ πξνέιεπζε ηνπ ζχκπαληνο. Σν θαηλνχξγην είλαη, φηη κπνξνχκε πιένλ λα δηαρεηξηζηνχκε ηα άηνκα, λα ηα ηνπνζεηήζνπκε ζε ζέζεηο, πνπ εκείο ζέινπκε ή λα θάλνπλ δηεξγαζίεο, πνπ εκείο επηιέμακε εθ ησλ πξνηέξσλ, γηα ζπγθεθξηκέλε εθαξκνγή θαη ζπγθεθξηκέλν ζθνπφ 1.1. ΣΗ ΔΗΝΑΗ ΣΟ ΝΑΝΟ 11

12 Σν Νάλν είλαη έλα ζσκαηίδην ζε ππεξβνιηθά κηθξφ κέγεζνο. Σν πξφζεκα ηεο λαλνηερλνινγίαο «λαλν-» είλαη ε ακηγψο ειιεληθή ιέμε, ζε νπνία γιψζζα θη αλ κεηαθξάζνπκε ηελ ιέμε. Έλα λαλφκεηξν ηζνχηαη κε ην 1 δηζεθαηνκκπξηνζηφ ηνπ κέηξνπ 10-9 ή κε 1 κπάια απέλαληη ζηελ Γε ή πεξίπνπ κε ην 1/ ηεο δηακέηξνπ αλζξψπηλσλ καιιηψλ. Δ εηθφλα παξνπζηάδεη ηελ ζχγθξηζε ησλ κεγεζψλ 1.2. ΑΠΟ ΠΟΗΑ ΤΛΗΚΑ ΠΑΡΑΓΔΣΑΗ ΣΟ ΝΑΝΟ Ώλάινγα κε ηηο εθαξκνγέο ησλ Ναλνπξντφλησλ ρξεζηκνπνηνχληαη θαη δηάθνξα πιηθά παξαγσγήο κεξηθά απφ απηά είλαη Ππξίηην, Σηηάλην, Υξπζφο,Ώζήκη, Κεξακηθφ πιηθφ 1.3. ΓΟΜΖ ΣΖ ΤΛΖ-ΣΟ ΑΣΟΜΟ Ο πιηθφο θφζκνο απνηειείηαη απφ άηνκα. Σνλ ηζρπξηζκφ απηφ δηαηχπσζε πξηλ απφ ρξφληα ν Έιιελαο δηαλνεηήο Αεκφθξηηνο. Γηα λα ηνλ ηηκήζνπλ, νη ζχγρξνλνη Έιιελεο απνθάζηζαλ λα ραξαρζεί ε κνξθή ηνπ ζην δεθάδξαρκν. Σν λφκηζκα απηφ θπθινθνξνχζε επξέσο, φρη φκσο φπσο ηα άηνκα. Μηα ζηαγφλα βξνρήο πεξηέρεη άηνκα, θη επεηδή ηα άηνκα έρνπλ απεηξνειάρηζηεο δηαζηάζεηο, ην πνζφ απηφ απνηειεί κφιηο έλα δέθαην ηνπ λαλνκέηξνπ. Έλα λαλφκεηξν είλαη έλα εθαηνκκπξηνζηφ ηνπ ρηιηνζηφκεηξνπ. Βλ ζπλερεία, ην δήηεκα ηεο δνκήο ηεο χιεο, παξέκεηλε ζηελ αθάλεηα γηα πνιιά ρξφληα. ην πξνζθήλην επαλήιζε ηνλ δέθαην έβδνκν αηψλα, φηαλ ν δηάζεκνο αζηξνλφκνο Γηνράλεο Κέπιεξ αζρνιήζεθε κε ηηο ληθάδεο ηνπ ρηνληνχ, δεκνζηεχνληαο επί ηνπ ζέκαηνο ην 1611, ηηο ηδέεο ηνπ: ε θαλνληθφηεηα ηεο ζρεκαηνκνξθήο ησλ ληθάδσλ ηνπ 12

13 ρηνληνχ δελ κπνξεί παξά λα νθείιεηαη ζην φηη απαξηίδνληαη απφ απιά, νκνηφκνξθα δνκνζηνηρεία. Με ηνλ ηξφπν απηφ, αλαβίσζε ε ηδέα ηνπ αηφκνπ. Οη επηζηήκνλεο πνπ αζρνινχληαλ κε ηα νξπθηά θαη ηνπο θξπζηάιινπο, επηβεβαηψλνληαλ φιν θαη πεξηζζφηεξν φηη ηα άηνκα απνηεινχλ κία πξαγκαηηθφηεηα. Βληνχηνηο, κφιηο ην 1912 πηζηνπνηήζεθε κε άκεζεο απνδείμεηο ζην Παλεπηζηήκην ηνπ Μνλάρνπ ε χπαξμε ησλ αηφκσλ: έλαο θξχζηαιινο ζεηηθνχ ραιθνχο ζθέδαδε ηηο αθηίλεο Υ κε ηνλ ίδην ηξφπν πνπ ην χθαζκα νκπξέιαο ζθεδάδεη ην θσο ησλ θαλαξηψλ ηνπ δξφκνπ - άξα ν θξχζηαιινο έπξεπε λα απνηειείηαη απφ άηνκα, δηαηεηαγκέλα ζε ζπζηνηρίεο, φπσο νη ίλεο ηνπ πθάζκαηνο ηεο νκπξέιαο ή έλαο ζσξφο πνξηνθαιηψλ ζηε ιατθή αγνξά. Βίλαη απιφο ν ιφγνο γηα ηελ θαλνληθφηεηα ηεο δηάηαμεο ησλ αηφκσλ ζηνλ θξχζηαιιν: ε χιε αθνινπζεί ηηο επθνιφηεξεο ιχζεηο, θαη ε ζηνηρηζκέλε δηάηαμε είλαη ε βνιηθφηεξε. Σαθηηθή δηάηαμε παξαηεξείηαη αθφκε θαη ζε θαξχδηα πνπ έρνπλ αλαθαηεπζεί ζε γαβάζα, θαη ε δηαδηθαζία απηή είλαη αθφκε επθνιφηεξε ζηελ πεξίπησζε ησλ αηφκσλ. Οη απιέο δηαηάμεηο δελ είλαη πάληνηε νη πην εχθνια επαλαιακβαλφκελεο. Μεηά απφ δηζεθαηνκκχξηα έηε, ε χιε ζηε γε, θαζνδεγνχκελε απφ δπλάκεηο απηνζπγθξφηεζεο, έρεη ιάβεη θαληαζηηθά πνιχπινθεο, δψζεο κνξθέο. Άηομο (εηπκ. = άηκεην < α ζηεξεη. + ηέκλσ) είλαη ην κηθξφηεξν δπλαηφ ζσκαηίδην ελφο ρεκηθνχ ζηνηρείνπ ην νπνίν δηαηεξεί ρεκηθέο ηδηφηεηεο. Δ ιέμε άηνκν ρξεζηκνπνηνχληαλ αξρηθά γηα λα πεξηγξάςεη ην κηθξφηεξν δπλαηφ άηκεην ζσκαηίδην, αιιά ζηε ζπλέρεηα ν φξνο απέθηεζε εηδηθφ λφεκα ζηελ επηζηήκε, φηαλ αλαθαιχθζεθε πψο θαη ηα άηνκα απνηεινχληαη απφ κηθξφηεξα ππναηνκηθά ζσκαηίδηα. Σα πεξηζζφηεξα άηνκα απνηεινχληαη απφ ηξεηο ηχπνπο ππναηνκηθψλ ζσκαηηδίσλ, ηα νπνία δηέπνπλ ηηο ηδηφηεηεο ησλ πξψησλ: ειεθηξφληα, ηα νπνία έρνπλ αξλεηηθφ θνξηίν θαη έρνπλ ηε κηθξφηεξε κάδα απφ φια ηα ηξία. πξσηφληα, ηα νπνία έρνπλ ζεηηθφ θνξηίν θαη έρνπλ κάδα πεξίπνπ 1836 θνξέο κεγαιχηεξε απφ απηή ησλ ειεθηξνλίσλ θαη λεηξφληα, ηα νπνία δε θέξνπλ θνξηίν θαη έρνπλ κάδα πεξίπνπ 1838 θνξέο κεγαιχηεξε απφ απηή ησλ ειεθηξνλίσλ. 13

14 Σα πξσηφληα θαη ηα λεηξφληα είλαη θαη ηα δχν λνπθιεφληα θαη ζρεκαηίδνπλ ηνλ ζπκπαγή αηνκηθφ ππξήλα. Σα ειεθηξφληα ζρεκαηίδνπλ ην, πνιχ κεγαιχηεξεο έθηαζεο, ειεθηξνληθφ λέθνο, ην νπνίν πεξηβάιιεη ηνλ ππξήλα. Σα άηνκα δηαθέξνπλ ζηνλ αξηζκφ ηνπ θάζε είδνπο ππναηνκηθψλ ζσκαηηδίσλ πνπ πεξηέρνπλ. Ο αξηζκφο ησλ πξσηνλίσλ ζε έλα άηνκν (ν ιεγφκελνο αηνκηθφο αξηζκφο) θαζνξίδεη ην ζηνηρείν ηνπ αηφκνπ. Γηα θάζε ζπγθεθξηκέλν ζηνηρείν, ν αξηζκφο ησλ λεηξνλίσλ δελ είλαη κνλαδηθφο ελψ ν αξηζκφο ηνπο θαζνξίδεη ην ηζφηνπν ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ ζηνηρείνπ. Σα άηνκα είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξα αλ έρνπλ ίζν αξηζκφ πξσηνλίσλ θαη ειεθηξνλίσλ. Σα ειεθηξφληα ηα νπνία βξίζθνληαη καθξχηεξα απφ ηνλ ππξήλα, κπνξνχλ λα κεηαθεξζνχλ ζε άιια γεηηνληθά άηνκα ή αθφκε θαη λα κνηξαζζνχλ κεηαμχ ηνπο. Άηνκα ηα νπνία έρνπλ έιιεηκκα ή πεξίζζεπκα ειεθηξνλίσλ νλνκάδνληαη ηφληα. Ο αξηζκφο ησλ πξσηνλίσλ θαη λεηξνλίσλ ζηνλ αηνκηθφ ππξήλα κπνξεί επίζεο λα αιιάδεη, κέζσ ηεο ππξεληθήο ζχληεμεο ή ηεο ππξεληθήο ζράζεο. Σα άηνκα είλαη νη ζεκειηψδεηο νηθνδνκηθνί ιίζνη ηεο ρεκείαο, θαη δηαηεξνχληαη ζηηο ρεκηθέο αληηδξάζεηο. Σα άηνκα είλαη ηθαλά λα ζρεκαηίδνπλ κεηαμχ ηνπο δεζκνχο δίλνληαο κφξηα, θαη άιινπ ηχπνπ ρεκηθά ζηνηρεία. Σα κφξηα απνηεινχληαη απφ πνιιαπιά άηνκα. Γηα παξάδεηγκα, έλα κφξην λεξνχ είλαη ζπλδπαζκφο δχν αηφκσλ πδξνγφλνπ θαη ελφο αηφκνπ νμπγφλνπ ΗΣΟΡΗΚΖ ΑΝΑΓΡΟΜΖ π. Υ.: Οη αξραίνη ξσκαίνη έγηλαλ «λαλνηερλνιφγνη» φηαλ θαηαζθεχαζαλ ην θφθθηλν ιεθηαζκέλν γπαιί κε ηελ κίμε ηνπ ρξπζνχ ρισξηδίνπ ζην ιεθηαζκέλν γπαιί. Ώπηφ δεκηνχξγεζε ηηο κηθξνζθνπηθέο ρξπζέο ζθαίξεο, νη νπνίεο απνξξνθνχζαλ θαη αληηθαηφπηξηδαλ ην θσο ηνπ ειίνπ κε ηέηνην ηξφπν, ψζηε λα παξάγεη έλα πινχζην 14

15 ξνδνθφθθηλν ρξψκα. Οη αιιαγέο ρξψκαηνο πξαγκαηνπνηνχληαλ αλάινγα κε ην κέγεζνο ησλ ζθαηξψλ θη έηζη, ηα ιεθηαζκέλα παξάζπξα γπαιηνχ επηηχγραλαλ κηα ιακπξφηεηα Ο Richard Feynman δεκηνχξγεζε ηελ ηδέα ηεο λαλνηερλνινγίαο ή ησλ κνξηαθψλ κεραλψλ ην 1959, κε ηελ δηάζεκε δηάιεμε ηνπ «There's Plenty of Room at the Bottom». Με απηή, έδσζε ψζεζε ζηνπο επηζηήκνλεο λα ζθεθηνχλ ηελ θαηαζθεπή ησλ αηνκηθψλ ζπζθεπψλ. Βίθνζη ρξφληα αξγφηεξα, ν Drexler δεκνζίεπζε ηηο πξψηεο επηηεχμεηο ηνπ πάλσ ζηελ λαλνηερλνινγία. Ο φξνο «λαλνηερλνινγία» εγθαηληάζζεθε απφ ην θαζεγεηή Παλεπηζηεκίνπ Norio Taniguchi ηνπ Σφθην ζε έλα έγγξαθν ηνπ 1974 σο εμήο: «Δ λαλνηερλνινγία» θπξίσο απνηειείηαη απφ ηελ επεμεξγαζία, ην ρσξηζκφ, ηε ζηαζεξνπνίεζε, θαη ηελ παξακφξθσζε ησλ πιηθψλ απφ έλα άηνκν ή έλα κφξην». Norio Taniguchi Σν 1981 εθεπξέζεθε κηθξνζθφπην αλίρλεπζεο (STM) έλα κε-νπηηθφ κηθξνζθφπην, απφ ηνπο Gerd Binnig θαη Heinrich Rohrer of IBM ζε έλα εξγαζηήξην ηεο Γπξίρεο.Σν STM επηηξέπεη ζηνπο επηζηήκνλεο λα απεηθνλίζνπλ ηηο πεξηνρέο ζηηο νπνίεο εληνπίδεηαη πςειή ππθλφηεηα ειεθηξνλίσλ θαη, σο εθ ηνχηνπ, λα ζπκπεξάλεη ηε ζέζε ησλ κεκνλσκέλσλ αηφκσλ θαη ησλ κνξίσλ ζηελ επηθάλεηα ελφο δηθηπσηνχ πιέγκαηνο. Gerd Binnig & Heinrich Rohrer 15

16 Δ αλάπηπμε ησλ θβαληηθψλ ζεκείσλ κπνξεί λα απνδνζεί ζηελ έξεπλα δχν δηαθνξεηηθψλ εξγαζηεξίσλ ζηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1980: Ώπφ ηνλ Αξ Louis Brus ζηα εξγαζηήξηα θνπδνπληψλ, θαη απφ ηνπο Αξ.Ώιέμαλδξνο Efros θαη Αξ. A.I. Ekimov ηνπ ηδξχκαηνο Yoffe ζηε Ώγία Πεηξνχπνιε (κεηέπεηηα Λέληλγθξαλη) ζηελ πξψελ νβηεηηθή Έλσζε. Σα θβαληηθά ζεκεία είλαη ηα θξχζηαιια ησλ πιηθψλ ησλ εκηαγσγψλ. Ώξρηθά, παξαηεξήζεθε, φηη δηαθνξεηηθνχ κεγέζνπο θβαληηθά ζεκεία (θηηαγκέλα απφ ίδην πιηθφ) είραλ δηαθνξεηηθά ρξψκαηα. Ώξγφηεξα, απηέο νη νπηηθέο δηαθνξέο ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηελ ηαηξηθή απεηθφληζε θαη ηα ιέηδεξ. Ώπεηθνλίδνληαη δηαθνξεηηθνχ κεγέζνπο θβαληηθά ζεκεία Σα θνπιιεξέληα (fullerenes) είλαη αιινηξνπηθέο κνξθέο άλζξαθα πνπ έρνπλ αλαθαιπθζεί πξφζθαηα. θαίξεο-θισβνί κε 60, 70 ή πεξηζζφηεξα άηνκα C ζπλδεδεκέλσλ κεηαμχ ηνπο ζε 5-κειείο θαη 6-κειείο δαθηπιίνπο ζε ζπλνιηθή δηάηαμε θαλνληθψλ πνιπέδξσλ. Σν πιήξεο φλνκα ηνπ C60 είλαη buckminsterfullerene (ζπρλά αλαθέξεηαη θαη σο bucky-ball) πξνο ηηκήλ ηνπ ακεξηθαλνχ αξρηηέθηνλα Richard Buckminster Fuller. Σν θνπιιεξέλην έρεη εθαξκνγέο ζηα θαιιπληηθά θαη ηα θαξκαθεπηηθά είδε, ηα ιηπαληηθά γηα ηα κέξε κεραλψλ, θαη ηελ ειεθηξνληθή. Μνξθή θνπιεξελίνπ ηε δεθαεηία ηνπ '80 ε βαζηθή ηδέα ηνπ θαζνξηζκνχ ηεο λαλνηερλνινγίαο εμεξεπλήζεθε ζε βάζνο απφ ην Αξ Eric Drexler. Ώπηφο, πξνψζεζε ηελ ηερλνινγηθή ζεκαζία ησλ θαηλνκέλσλ θαη ησλ ζπζθεπψλ λαλν-θιίκαθαο κέζσ ησλ νκηιηψλ θαη ησλ βηβιίσλ ηνπ: «Δ επεξρφκελε επνρή ηεο λαλνηερλνινγίαο θαη ησλ λαλνζπζηεκάησλ: Σα κνξηαθά κεραλήκαηα, ε θαηαζθεπή, θαη ν ππνινγηζκφο». 16

17 Σν 1989, ν επηζηήκνλαο ηεο IBM, Eigler, έκεηλε έθπιεθηνο κε ηελ αλαθάιπςε φηη εθηφο απφ ηε ρξεζηκφηεηα ελφο κηθξνζθνπίνπ αλίρλεπζεο (STM) γηα λα εμεηάζεη ηα κηθξνζθνπηθά αληηθείκελα, ζα κπνξνχζε επίζεο λα ην ρξεζηκνπνηήζεη φπσο έλα δεπγάξη απφ ηζηκπηδάθηα, γηα λα θηλήζεη ηα ηφζν κηθξά πξάγκαηα φζν έλα εληαίν άηνκν. Βθείλν ην έηνο, ρξεζηκνπνίεζε έλα STM γηα λα θηλήζεη ηα κεκνλσκέλα άηνκα αεξίνπ xenon ζε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο. Υξεζηκνπνίεζε, έπεηηα, ην κηθξνζθφπην, γηα λα ζπιιάβεη κηα εηθφλα ηνπ κηθξνζθνπηθνχ ινγφηππνπ, θαη αλαθνίλσζε ηα απνηειέζκαηά ηνπ ζηελ επηζηεκνληθή θνηλφηεηα. Ώπηή αθξηβψο ε δπλαηφηεηα, λα ηνπνζεηεζνχλ ηα κεκνλσκέλα άηνκα, έρεη νδεγήζεη ζε πνιιέο λέεο αλαθαιχςεηο. Δ νκάδα ηνπ Eigler, ζηε ζπλέρεηα, δηακφξθσζε έλαλ ηνίρν αηφκσλ ζηδήξνπ γηα λα παγηδέςεη ηα ειεθηξφληα θαη λα κειεηήζεη ην πψο ζπκπεξηθέξνληαη ζηα ζηελά πεξηνξηζκέλα δηαζηήκαηα Σν 1991 αλαθαιχθζεθε ν άλζξαθαο nanotubes (CNT) απφ ηνλ Sumio Iijima, εξγαδφκελν ζηελ NEC. Πξφθεηηαη γηα θπιεκέλα θχιια γξαθίηε, πνπ δχλαληαη λα είλαη εληαία ή πνιπ-πεξηηνηρηζκέλα. Ώλάινγα κε ηελ δνκή ηνπ, κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο εκηαγσγφο ζηελ ειεθηξνληθή. Βίλαη επίζεο πέληε θνξέο ιηγφηεξν ππθλνί απφ ην ράιπβα θαη πελήληα θνξέο ηζρπξφηεξνη, επνκέλσο, έρνπλ εθαξκνγέο ζηα ζχλζεηα πιηθά, φπσο νη πξνθπιαθηήξεο απηνθηλήησλ. Σα θαηαλαισηηθά πξντφληα πνπ θάλνπλ ρξήζε ηεο λαλνηερλνινγίαο άξρηζαλ λα θπθινθνξνχλ ζηελ αγνξά πξνο ην ηέινο ηεο δεθαεηίαο ηνπ '90. Ώλαθέξνπκε ραξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα: αληειηαθά θαη θαιιπληηθά, αζιεηηθφο εμνπιηζκφο, ην θεξί απηνθηλήησλ, ηα επηζέκαηα πιεγψλ, αθφκε θαη ηα ελδχκαηα Σν 2002, ε Βπξσπατθή Έλσζε ρξεκαηνδφηεζε ην πξφγξακκα Nanoforum ψζηε λα παξέρεη έλα πιαίζην γηα ηελ πιεξνθφξεζε θαη ηελ πηνζέηεζε ησλ λέσλ λαλνηερλνινγηψλ, θαζψο θαη ηελ αλάπηπμε ηεο λέαο βηνκεραλίαο ζε νιφθιεξε ηελ Βπξψπε. Μηα άιιε ζεκαληηθή δξαζηεξηφηεηα, είλαη ε φζν ην δπλαηφλ επξχηεξε δηάδνζε ησλ πιεξνθνξηψλ, κέζσ ησλ Μ.Μ.Β ή ησλ νκάδσλ εηδηθνχ ελδηαθέξνληνο. 17

18 2 Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ Η Ν Α Ν Ο Σ Δ Υ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α Σ Η Φ Τ Η Δ θχζε ζηα θπηά πξψηε εδψ θαη δηζεθαηνκκχξηα ρξφληα ρξεζηκνπνηεί ηελ Ναλνηερλνινγία. Δ θσηνζχλζεζε, είλαη έλα θιαζηθφ παξάδεηγκα, κία δηεξγαζία ην απφιπην εξγνζηάζην ζηε λαλνθιίκαθα. Αελ είλαη κφλνλ ηα πιηθά πνπ εκπιέθνληαη, αιιά φιε ε δηεξγαζία θαη είλαη έλα ζεηηθφ παξάδεηγκα απφ δχν απφςεηο: Πξψηνλ, γηαηί ην εξγνζηάζην ηεο Φχζεο δνπιεχεη ρξφληα θαη δελ έρεη «ραιάζεη», νχηε θαλείο ην έρεη θαηεγνξήζεη -εκείο πξνζπαζνχκε λα ην βηάζνπκε, αιιά απηφ αξλείηαη πεηζκαηηθά θαη ην δεχηεξν είλαη ε πξνζπάζεηά καο λα ην κηκεζνχκε. Άλ ην αληηγξάςνπκε, ηφηε πηζαλφλ λα εμαζθαιηζηεί ελέξγεηα επ άπεηξνλ Οη λαλνηερλνιφγνη αγαπνχλ ηδηαίηεξα ηελ δσληαλή θχζε. Ώπηφ ζπκβαίλεη γηαηί ε θχζε εθεχξε, εθπιεθηηθέο ιχζεηο αληηκεηψπηζεο ησλ πξνβιεκάησλ ηεο. Υαξαθηεξηζηηθφ είλαη, φηη ε δσή δηαξζξψλεη ηελ χιε ηεο έσο ην ειάρηζην δπλαηφ επίπεδν, έσο ην επίπεδν ησλ αηφκσλ. Ώπηφ είλαη πνπ επηδηψθνπλ θαη νη λαλνηερλνιφγνη. Σα άηνκα δελ είλαη δεκνθηιή. ην άθνπζκα ηεο ιέμεο, θάπνηνο αλαινγίδεηαη ηεξάζηηεο εθξήμεηο ή επηθίλδπλε αθηηλνβνιία. Σνχην ηζρχεη φκσο κφλν γηα ηηο ηερλνινγίεο πνπ έρνπλ σο αληηθείκελν ηνλ ππξήλα ηνπ αηφκνπ. Ώληηθείκελν ηεο λαλνηερλνινγίαο είλαη ν θινηφο ηνπ αηφκνπ, ε θιίκαθα φπνπ κπνξεί λα αλαδείμεη ην δπλακηθφ ηεο. Γηα λα κελ ππάξρεη φκσο θακία ακθηβνιία, φηη ηα άηνκα απαληψληαη ζηελ πεδή θαζεκεξηλφηεηα - θαη ζηηο θαηάιιειεο ελψζεηο είλαη κάιηζηα λφζηηκα -επηιέμακε γηα ηελ πεξηήγεζή καο ηνλ λαλφθνζκν έλαλ ηχπν ηπξηνχ. Ο ηχπνο ηπξηνχ Mimolette επηλνήζεθε ζηε Φιάλδξα. Μηθξέο ζπειαηψζεηο πνπ είλαη άθζνλεο ζηελ εμσηεξηθή ηνπ επηθάλεηα απνηεινχλ ελδείμεηο φηη θαηνηθείηαη απφ νξγαληζκνχο. Πξφθεηηαη γηα αθάξεα, ηα νπνία, κε ηελ αλνρή ηνπ θαηφρνπ, βειηηψλνπλ ην άξσκα ηνπ ηπξηνχ Mimolette. Σν κέγεζνο ησλ αθάξεσλ είλαη κφιηο έλα δέθαην ηνπ ρηιηνζηνκέηξνπ. Με ην εηδηθφ ειεθηξνληθφ κηθξνζθφπην ζάξσζεο ESEM, είλαη κάιηζηα δπλαηή ε παξαηήξεζε ησλ αθάξεσλ. 18

19 Ώθάξεα ζην ηπξί Mimolette πσο θαη ηα άιια είδε, ηα αθάξεα απνηεινχληαη απφ θχηηαξα. Σν κέγεζνο γηα ηε κέηξεζε ησλ θπηηάξσλ είλαη ην κηθξφλ ηνπ κέηξνπ. Ο κεραληζκφο ηνπ θπηηάξνπ είλαη άθξσο πνιχπινθνο. εκαληηθφ ζπζηαηηθφ απηνχ ηνπ κεραληζκνχ είλαη ηα ξηβνζψκαηα, πνπ παξάγνπλ φια ηα πηζαλά κφξηα πξσηετλψλ ζχκθσλα κε ηηο νδεγίεο ηνπ γελεηηθνχ πιηθνχ DNA. Δ ηάμε κεγέζνπο ηνπ ξηβνζψκαηνο είλαη 20 λαλφκεηξα. Μέξε ηεο δνκήο ηνπ ξηβνζψκαηνο έρνπλ πιένλ θαζνξηζηεί κέρξηο επηπεδνπ κεκνλσκέλσλ αηφκσλ. Οη πξψηνη θαξπνί απηνχ ηνπ είδνπο λαλνβηνηερλνινγίαο είλαη λέα θάξκαθα πνπ δεζκεχνπλ ηα ξηβνζψκαηα βαθηεξίσλ ΣΟ ΦΑΗΝΟΜΔΝΟ ΣΟΤ ΛΧΣΟΤ Έρεηε δεη φινη ζαο ηηο γλσζηέο δξνζνζηαιίδεο πνχ ππάξρνπλ ζηα θχιια ησλ δέλδξσλ φηαλ βξέρεη. Ώπηέο ηηο δξνζνζηαιίδεο έβιεπαλ νη επηζηήκνλεο θαη δελ κπνξνχζαλ λα θαηαιάβνπλ πψο δεκηνπξγνχληαη θαη πνηνο είλαη ν ιφγνο χπαξμεο ηνπο. Σα ηειεπηαία ρξφληα ράξηλ ζηελ θαηαζθεπή ελφο ππεξζχγρξνλνπ ειεθηξνληθνχ κηθξνζθνπίνπ ESEM, νη επηζηήκνλεο αθνχ κεγέζπλαλ ηα θχιια θαηά πνιιά εθαηνκκχξηα θνξέο, θαηάθεξαλ λα αληηιεθζνχλ πψο δεκηνπξγείηε απηφ ην θαηλφκελν. Αηαπίζησζαλ ινηπφλ φηη ηα θπηά γηα λα κπνξνχλ λα θαζαξίδνπλ ηα θχιια ηνπο απφ ηελ ζθφλε θαη άιιεο ξππαξέο νπζίεο,αλαπηχζζνπλ Ναλνζσκαηίδηα ηα νπνία ζθξαγίδνπλ ηνπο πφξνπο ησλ θχιισλ έηζη ψζηε ηα μέλα ζψκαηα λα κελ βξίζθνπλ ηξφπν λα ζηαζνχλ, θαη απιά παξακέλνπλ πάλσ ζην θχιν, ελψ ηαπηφρξνλα δελ εκπνδίδνπλ ηελ αλαπλνή ηνπ θπηνχ. ηαλ ηψξα βξέμεη ην λεξφ παξαζχξεη ηα μέλα ζψκαηα πνχ ππάξρνπλ πάλσ ζηα θχιια θαη ηα θαζαξίδεη, ηελ ίδηα ζηηγκή φκσο νχηε θαη ην λεξφ βξίζθεη πφξνπο λα αγθηζηξσζεί πάλσ ζην θχιιν, νπφηε παξακέλεη θαη δεκηνπξγεί ηηο γλσζηέο καο δξνζνζηαιίδεο. Σν θαηλφκελν απηφ νη επηζηήκνλεο ην νλφκαζαλ LOTUS EFFECT. 19

20 Φαηλφκελν ηνπ ισηνχ Σν θαηλφκελν ηνπ ισηνχ - πνπ δηεξεπλήζεθε δηεμνδηθά απφ ηνλ θαζεγεηή Barthlott θαη ηνπο ζπλεξγάηεο ηνπ ζην Παλεπηζηήκην ηεο ΐφλλεο - έρεη ήδε αμηνπνηεζεί γηα δηάθνξα πξντφληα, φπσο γηα παξάδεηγκα ρξψκαηα επηθάιπςεο πξνζφςεσλ, ψζηε ην λεξφ λα ζπκπαξαζχξεη ηηο αθαζαξζίεο. Βίδε πγηεηλήο κε πθή επηθαλείαο ζαλ ηνπ ισηνχ είλαη εχθνιν λα θαζαξηζηνχλ ΜΔ ΣΖΝ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΣΟ ΣΑΒΑΝΗ: ΟΗ ΑΤΡΔ ΓΚΔΚΑ Οη ζαχξεο Γθέθν κπνξνχλ λα αλαξξηρεζνχλ ζε νπνηνλδήπνηε ηνίρν, λα ηξέρνπλ ζην ηαβάλη κε ην θεθάιη πξνο ηα θάησ ή αθφκε θαη λα θξέκνληαη απφ ην ηαβάλη κε έλα κφλν πφδη. Ώπηφ ην επηηπγράλνπλ κε ηη άιιν;- ηε λαλνηερλνινγία. Σν πέικα ηνπ Γθέθν είλαη εθνδηαζκέλν κε ιεπηφηαηα ηξηρίδηα ηα νπνία είλαη ηφζν εχθακπηα, ψζηε γηα κεγάια δηαζηήκαηα λα πξνζεγγίδνπλ ην ππφβαζξν κεξηθά κφιηο λαλφκεηξα. Σφηε αξρίδνπλ λα δξνπλ νη δηακνξηαθνί δεζκνί δπλάκεηο Van-der-Waals, νη νπνίεο, παξφηη είλαη αζζελέζηαηεο, είλαη ηθαλέο λα θέξνπλ ην βάξνο ηεο ζαχξαο ιφγσ ησλ εθαηνκκπξίσλ ζεκείσλ πξφζθπζεο. Οη δεζκνί ραιαξψλνπλ εχθνια κε «απνηξίρσζε», φπσο φηαλ απνθνιιάηαη ε ζπγθνιιεηηθή ηαηλία. Έηζη, ην Γθέθν, κπνξεί λα ηξέρεη θξεκαζκέλν απφ ην ηαβάλη. Οη εηδηθνί ηεο επηζηήκεο ησλ πιηθψλ απνβιέπνπλ ήδε ζηελ παξαγσγή ζπλζεηηθνχ Geckolin. Λεπηφηαηα ηξηρίδηα εληφκσλ θαη ηεο ζαχξαο Γθέθν 20

21 2.3. ΤΓΚΟΛΛΖΖ ΚΑΣΑ ΓΗΑΣΑΓΖ BONDING ON COMMAND Δ δσή ππάξρεη επεηδή ηα ζπζηαηηθά ηεο είλαη ζπγθνιιεκέλα κε εμειηγκέλεο λαλνηερληθέο ζπγθφιιεζεο. Ώπηφ ζπκβαίλεη θαη ζηελ πεξίπησζε ηξαπκαηηζκψλ, φπσο γηα παξάδεηγκα ζε πεξίπησζε ηζηκπήκαηνο απφ θνπλνχπη: ην ζεκείν ηνπ ηζηκπήκαηνο θνθθηλίδεη, επεηδή δηεπξχλνληαη ιεπηφηαηα αηκνθφξα αγγεία, κέζσ ησλ νπνίσλ δηέξρνληαη ζκήλε ιεπθνθπηηάξσλ, δειαδή ιεπθά αηκνζθαίξηα. Σα θχηηαξα ζην ζεκείν ηνπ ηζηκπήκαηνο εθθξίλνπλ ειθπζηηθή νπζία. Ώλάινγα κε ηελ ζπγθέληξσζε ηεο νπζίαο απηήο, ηα θχηηαξα ησλ ηνηρσκάησλ ησλ αηκνθφξσλ αγγείσλ θαη ηα ιεπθνθχηηαξα παξάγνπλ ζπγθνιιεηηθά κφξηα ηα νπνία επηθνιινχληαη ραιαξά ζην ηνίρσκα ησλ αγγείσλ θαζπζηεξψληαο έηζη ηελ ξνή ησλ ιεπθνθπηηάξσλ. ηαλ ε ειθπζηηθή νπζία θζάζεη ζηελ αλψηαηε ζπγθέληξσζε, ηα ιεπθνθχηηαξα επηθνιινχληαη ζηαζεξά. Χζηφζν, άιια ζπγθνιιεηηθά κφξηα παξαζχξνπλ ηα αηκνζθαίξηα κέζσ ησλ ηνηρσκάησλ ηνπ αγγείνπ ζην ζεκείν ηνπ ηζηκπήκαηνο, φπνπ ηα ιεπθνθχηηαξα επηηίζεληαη ζε ηπρφλ εηζβνιείο. Πξφθεηηαη γηα ηελ ηέιεηα ηερληθή ζπγθφιιεζεο. Αηεξεπλνχληαη νη λαλνηερλνινγηθέο απνκηκήζεηο ηεο ηερληθήο απηήο, ππφ ηελ νλνκαζία «ζπγθφιιεζε θαηά δηαηαγή» - «bonding on command» ΜΤΓΗΑ: ΚΑΛΛΗΣΔΥΝΔ ΣΖΝ ΤΓΓΟΛΖΖ Σα κχδηα είλαη αμηνζαχκαζηνη θαιιηηέρλεο ζηε ζπγθφιιεζε ζε λαλνθιίκαθα. ηαλ ην κχδη ζέιεη λα πξνζθνιιεζεί ζε βξάρν, αλνίγεη ηηο ζπξίδεο ηνπ θαη πξνσζεί ηνλ πφδα ηνπ πξνο ηνλ βξάρν, θπξηψλεη ηνλ πφδα ψζηε λα ζρεκαηίδεη βεληνχδα θαη, κέζσ κηθξνζθνπηθψλ αγσγψλ, εθθξίλεη ζθαηξίδηα ζπγθνιιεηηθήο χιεο, πνπ νλνκάδεηαη κηθθχιην, ζην θνίισκα ππφ πίεζεο. Βθεί ηα ζθαηξίδηα δηαξξεγλχνληαη θαη απειεπζεξψλνπλ κέζα ζην λεξφ ηζρπξή ζπγθνιιεηηθή χιε, ε νπνία ακέζσο ζρεκαηίδεη κηθξά καμηιάξηα αθξνχ. ε απηφλ ηνλ απνξξνθεηή θξαδαζκψλ, αγθπξνβνιεί ην κχδη κε ειαζηηθά λεκάηηα βχζζνπ, έηζη ψζηε λα θιπδσλίδεηαη απφ ην θχκα ρσξίο επηπηψζεηο. Σν Ελζηηηνχην Fraunhofer IFAM ζηελ ΐξέκε δηελεξγεί έξεπλα ζε ηξνπνπνηεκέλεο θφιιεο κπδηψλ, κε ζθνπφ λα είλαη δπλαηφλ λα ζπγθνιινχληαη ιεπηφηαηεο πνξζειάλεο ηθαλέο λα αληέρνπλ ζην πιχζηκν ζε πιπληήξην πηάησλ. Σν δίθηπν εηδηθψλ ζηα «Νέα Τιηθά θαη ΐηνυιηθά» ζην Ρφζηνθ θαη ζην Γθξάηθζβαιλη κειεηά επίζεο ηα κχδηα. 21

22 2.5. ΒΗΟΟΡΤΚΣΟΠΟΗΖΖ Σα φζηξαθα έρνπλ φκσο θαη άιιεο ηθαλφηεηεο. Σν κάξγαξν απνηειείηαη απφ άπεηξνπο κηθξνζθνπηθνχο θξπζηάιινπο αζβεζηίνπ, ππφ ηελ κνξθή ηνπ νξπθηνχ αξαγσλίηεο, πνπ ζα ήηαλ πνιχ ςαζπξνί ζε θαζαξή κνξθή. Οη θξχζηαιινη απηνί δηαηεξνχλ ηε ζπλνρή ηνπο ράξε ζε ειηθνεηδείο, άθξσο ειαζηηθέο πξσηεύλεο. ΠξσηεΎλε ηξία ηνηο εθαηφ θαηά βάξνο αξθεί, ψζηε ην θέιπθνο ηνπ είδνπο «απηί ηεο ζάιαζζαο» (abalone) λα έρεη ηελ 3000-πιάζηα αληνρή ζε ζξαχζε ηνπ θαζαξνχ θξπζηάιινπ αζβεζηίηε. Οη αρηλνί εληζρχνπλ κε ηνλ ηξφπν απηφ ηηο, κέρξη ηξηάληα εθαηνζηά ηνπ κέηξνπ, καθξηέο αθάλζνπο ηνπο, ψζηε λα αληέρνπλ ζην θχκα. Δ βηννξπθηνπνίεζε δεκηνπξγεί εμάιινπ πνιχ πεξίηερλνπο ζρεκαηηζκνχο. ηνλ ζαιάζζην βπζφ κηαο κηθξήο πεξηνρήο ζηηο Φηιηππίλεο, δεη ην είδνο ζπφγγνπ «θαιάζη κε ηξχπεο», φπσο ην ςαζσηφ ηεο πιάηεο κηαο μχιηλεο θαξέθιαο. Σν πιέγκα απηφ ζρεκαηίδεηαη απφ νξζνγψλην δίθηπν πνπ ζπκπιεξψλεηαη κε δηαγψλην δίθηπν. Ο ζπφγγνο απηφο ζεσξείηαη σο αξηζηνχξγεκα βηννξπθηνπνίεζεο: κηθξνζθνπηθά δνκνζηνηρεία απφ δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ, δηακέηξνπ κφιηο ηξηψλ λαλνκέηξσλ, ζπλαξκφδνπλ αξρηθψο ηα θχηηαξα ηνπ ζπφγγνπ, ψζηε λα ζρεκαηηζζνχλ ιεπηεπίιεπηεο ζηξψζεηο. Οη ζηξψζεηο απηέο ηπιίγνληαη ζηε ζπλερεία, ψζηε λα ζρεκαηίζνπλ ηηο βειφλεο ππξηηίνπ, νη νπνίεο απνηεινχλ ην βαζηθφ ζηνηρείν ςαζσηνχ θαιαζηνχ, ην νπνίν έρεη πςειή αληνρή ζε απμνκεηψζεηο ηεο πίεζεο. Δ βηννξπθηνπνίεζε ήηαλ (άιινηε) ζηξαηεγηθήο ζεκαζίαο γηα ηα δηάηνκα, ππξηηηθά θχθε. Σα κηθξνζθνπηθνχ κεγέζνπο πιάζκαηα, πξνζηαηεχεη θέιπθνο απφ ππξηηηθφ νμχ, ηνπ νπνίνπ ην θχξην ζπζηαηηθφ είλαη δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ, SiO2. πσο ε ππξηηηθή χαινο, πνπ επίζεο απνηειείηαη απφ δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ, ην θέιπθνο απφ ππξηηηθφ νμχ είλαη ζρεηηθά αλζεθηηθφ ζε πνιιά δηαβξσηηθά φμηλα θαη αιθαιηθά δηαιχκαηα θαη, γηα ηνλ ιφγν απηφ, νη λαλνηερλνιφγνη πξνηίζεληαη λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηα θειχθε απηά σο δνρεία αληίδξαζεο γηα θξπζηάιινπο ζε λαλνκεηξηθή θιίκαθα. Έλα ηέρλαζκα γηα λα δεκηνπξγεζνχλ ζσκαηίδηα λαλνκεηξηθήο θιίκαθαο απφ ρεκηθέο αληηδξάζεηο ζπλίζηαηαη ζηνλ πεξηνξηζκφ ηνπ φγθνπ αληίδξαζεο. ηαλ ζηνλ φγθν αληίδξαζεο έρνπλ εμαληιεζεί νη αληηδξψζεο νπζίεο, παξακέλνπλ κηθξνί νη θξχζηαιινη πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ ηελ αληίδξαζε. Σα θειχθε ησλ δηαηφκσλ έρνπλ πνιινχο ηέηνηνπο πφξνπο λαλνκεηξηθήο θιίκαθαο, ηνπο ιεγφκελνπο λαλναληηδξαζηήξεο. Σν εξψηεκα είλαη «πψο πξνθχπηνπλ απηά ηα, ελ κέξεη, πνιχ πεξίηερλα θειχθε ησλ δηαηφκσλ;». Έρνπλ ήδε δνζεί νη πξψηεο απαληήζεηο. Βξεπλεηέο ηνπ Παλεπηζηήκηνπ ηνπ 22

23 Ρέγθελζκπνπξγθ αλαθάιπςαλ φηη, παξαιιαγέο γλσζηήο νκάδαο πξσηετλψλ, ησλ πνιπακηλψλ, ζε θαηάιιειε δφζε δηαιχκαηνο ππξηηηθνχ νμένο είλαη ηθαλέο λα παξάγνπλ λαλνζθαηξίδηα κε ειεγρφκελε δηάκεηξν, κεηαμχ 50 θαη 900 λαλνκέηξσλ, θαζνδεγνχκελεο απφ δπλάκεηο απηνζπγθξφηεζεο, ηειείσο. χκθσλα κε απιά κνληέια εμέιημεο, επίζεο απζφξκεηα δεκηνπξγνχληαη ηα θειχθε απφ ππξηηηθφ νμχ. Ναλνηερλνινγία ζηελ θχζε: Ophiocoma wendtil, ν καιιηαξφο απηφο αζηεξίαο ζρήκαηνο επίπεδνπ, απνηέιεζε έλα αίληγκα γηα κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα. Ώπηφ ην πιάζκα, απφ ην ζσξαθηζκέλν ζψκα ηνπ νπνίνπ πξνεμέρνπλ πέληε πφδηα, βηάδεηαη λα θξπθηεί ζην παξακηθξφ πιεζίαζκα νπνηνπδήπνηε ελδερφκελνπ ερζξνχ, παξφιν πνπ δελ δηαζέηεη κάηηα. Ώπηά ηειηθά βξέζεθαλ επάλσ ζην ζσξαθηζκέλν ηνπ θέιπθνο, ην νπνίν είλαη γεκάην απφ ηέιεηεο θαθνεηδείο κηθξφ-θνηιφηεηεο πνπ κεηαηξέπνπλ νιφθιεξν ην ζψκα ηνπ ζε έλα πνιχπινθν κάηη. Οη αλεμάξηεηνη θαθνί έρνπλ θξπζηαιινπνηεζεί θαηά ηέηνην ηξφπν, ψζηε ε ηδηφηεηα ηνπ αλζξαθίηε λα δεκηνπξγεί δηπιφ είδσιν δελ επεξεάδεη - έιεγρνο θξπζηαιινπνίεζεο ζην επίπεδν ηνπ λαλφκεηξνπ. Οη θαθνί έρνπλ επίζεο ππνζηεί δηφξζσζε ζθαηξηθνχ ζθάικαηνο κε κηθξή πξφζζεζε καγλεζίνπ, έηζη ψζηε λα απνθεχγνληαη νη πηζαλνί θξνζζνί ρξσκάησλ. Έηζη ινηπφλ ν αζηεξίαο Ophiocoma, ρξεζηκνπνηεί ηέηνηνπ είδνπο λαλνηερλνινγηθέο κεζφδνπο φπσο απηέο πνπ θάπνηε βνήζεζαλ ηνλ Carl Zeiss λα απνθηήζεη ηελ κεγάιε ηνπ θήκε ΟΡΗΑ ΣΖ ΦΤΖ,ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΣΖ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ Δ λαλνηερλνινγηα βαζίδεηαη ακηγψο ζηε θχζε, αιιά νη δπλαηφηεηεο ηεο έκβηαο θχζεο είλαη πεξηνξηζκέλεο: δελ κπνξεί λα αληηκεησπίζεη ζπλζήθεο πςειψλ ζεξκνθξαζηψλ, πνπ απαηηνχληαη γηα ηα θεξακηθά ή ηνπο κεηαιιηθνχο αγσγνχο. Ώληηζέησο, ε ζχγρξνλε ηερληθή έρεη ζηε δηάζεζή ηεο επξεία θιίκαθα ηερλεηψλ ζπλζεθψλ εμαηξεηηθή θαζαξφηεηα πιηθψλ, αθξαίν ςχρνο, ζπλζήθεο θελνχ - ππφ ηηο νπνίεο ε χιε απνθαιχπηεη εθπιεθηηθέο ηδηφηεηεο. ε απηέο ζπγθαηαιέγνληαη ηδίσο ηα θβαληηθά θαηλφκελα, ηα νπνία θαίλεηαη ελίνηε λα βξίζθνληαη ζε απφιπηε αληίθαζε κε ηνπο θπζηθνχο λφκνπο πνπ γλσξίδνπκε ζηελ θαζεκεξηλή καο δσή. Έηζη, ηα ζσκαηίδηα ηνπ λαλφθνζκνπ έρνπλ ηαπηφρξνλα θπκαηηθέο ηδηφηεηεο. Γηα παξάδεηγκα, έλα άηνκν, κηα αδηαίξεηε ελφηεηα, είλαη δπλαηφλ λα δηέιζεη ηαπηφρξνλα κεηαμχ δχν θελψλ, φπσο έλα θχκα, θαη ελ ζπλερεία λα αλαδπζεί πάιη σο αδηαίξεηε ελφηεηα ζηελ άιιε πιεπξά. 23

24 Σα ζσκαηίδηα απνθηνχλ ηειείσο λέεο ηδηφηεηεο, φζν ην κέγεζφο ηνπο πιεζηάδεη ην λαλφκεηξν: ηα κέηαιια γίλνληαη εκηαγσγνί ή κνλσηέο. Σειείσο αθαλείο νπζίεο φπσο ην ηειινπξηνχρν θάδκην(cdte) θζνξίδνπλ ζηνλ λαλφθνζκν ζε φια ηα ρξψκαηα ηεο ίξηδαο, ελψ άιιεο νπζίεο κεηαηξέπνπλ ην θσο ζε ειεθηξηθφ ξεχκα. ηαλ ηα ζσκαηίδηα γίλνπλ λαλνζθνπηθψο κηθξά, απμάλεηαη πνιχ ην πνζνζηφ ησλ αηφκσλ ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηά ηνπο. Σα άηνκα ηεο επηθάλεηαο ζπρλά έρνπλ δηαθνξεηηθέο ηδηφηεηεο απφ ηα άηνκα ζην θέληξν ηνπ ζσκαηηδίνπ, θαηά θαλφλα είλαη πην επηξξεπή ζε αληηδξάζεηο. Γηα παξάδεηγκα, ν ρξπζφο ζε λαλνκεηξηθή θιίκαθα είλαη θαιφο θαηαιχηεο γηα θπςέιεο θαπζίκνπ. Βμάιινπ, είλαη δπλαηφλ λα επηζηξσζνχλ λαλνζσκαηίδηα κε άιιεο νπζίεο, 24

25 3 Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΝΑΝΟΫΛΙΚΑ ηελ αλάπηπμε ηεο λαλνηερλνινγίαο ζεκαληηθνί ζηαζκνί ζεσξνχληαη ε αλαθάιπςε δνκψλ άλζξαθα ζε κνξθή ζθαίξαο, γλσζηέο σο θνπιεξέληα, θαζψο θαη ζε κνξθή ζσιήλα, γλσζηέο σο λαλνζσιήλεο άλζξαθα κε ηδηαίηεξεο ηδηφηεηεο ην θαζέλα. Δ αλαθάιπςε ηνπο είλαη κεηαμχ ησλ θαηαπιεθηηθψλ αληηθεηκέλσλ ηα νπνία ε επηζηήκε δεκηνχξγεζε ηπραία, αιιά ζην κέιινλ ζα επεξεάζνπλ ζεκαληηθά ην ηερλνινγηθφ ηνπίν ηνπ αηψλα καο. Οη λαλνζσιήλεο άλζξαθα κπνξνχλ λα καο βνεζήζνπλ λα εθπιεξψζνπκε ηελ πξνζδνθία καο γηα ζηαζεξή ηερλνινγηθή πξφνδν κε ζηφρν ηελ θαιχηεξε πνηφηεηα δσήο 3.1 Ο ΑΝΘΡΑΚΑ ΚΑΗ ΟΗ ΑΛΛΟΣΡΟΠΗΚΔ ΜΟΡΦΔ ΣΟΤ Ο άλζξαθαο έρεη ηελ ηδηαίηεξε ηθαλφηεηα λα θάλεη δεζκνχο ηφζν κε ηνλ εαπηφ ηνπ, φζν θαη κε άιια ρεκηθά ζηνηρεία κε δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο. Δ πνηθηινκνξθία ησλ δεζκψλ ηνπ επηηξέπεη ηε δεκηνπξγία δηαθνξεηηθψλ ηχπσλ άλζξαθα, πνπ φινη φκσο είλαη εμαηξεηηθά ζηαζεξνί. Ο άλζξαθαο έρεη ηέζζεξα κνλήξε ειεθηξφληα, δειαδή ηέζζεξα ειεθηξφληα πνπ είλαη δηαζέζηκα γηα πηζαλνχο ρεκηθνχο δεζκνχο. ην απινχζηεξν κφξην ηνπ κεζαλίνπ, ην θαζέλα απφ ηα ηέζζεξα απηά ειεθηξφληα ηνπ άλζξαθα ζρεκαηίδεη δεχγνο ειεθηξνλίσλ κε ην κνλήξεο ειεθηξφλην απφ ηέζζεξα άηνκα πδξνγφλνπ θαη νη ηέζζεξηο δεζκνί βξίζθνληαη ζε δηάηαμε ψζηε λα απιψλνληαη απφ ην θέληξν (άλζξαθαο) ζηηο ηέζζεξηο θνξπθέο (πδξνγφλα) κηαο ππνζεηηθήο ηξηγσληθήο ππξακίδαο. Οη θπζηθέο ηδηφηεηεο ηνπ άλζξαθα εμαξηψληαη απφ ηε κνξθή ηνπ. Ο γξαθίηεο, ην δηακάληη, ην κφξην ηνπ θνπιεξελίνπ θαζψο θαη νη λαλνζσιήλεο άλζξαθα απνηεινχλ δνκέο κε βάζε ην ίδην ζηνηρείν, ηνλ άλζξαθα θαη απνηεινχλ αιινηξνπηθέο κνξθέο ηνπ άλζξαθα. Χζηφζν, δηαθέξνπλ σο πξνο ην είδνο ησλ δεζκψλ νη νπνίνη ζρεκαηίδνληαη 25

26 κεηαμχ ησλ αηφκσλ ηνπο κε απνηέιεζκα ην θαζέλα λα έρεη ηδηαίηεξε κνξηαθή ή θξπζηαιιηθή δνκή θαη θαη επέθηαζε ηδηφηεηεο. Χο αιινηξνπηζκφο ελφο ζηνηρείνπ νξίδεηαη ε χπαξμε ελφο ζηνηρείνπ ζε ζηεξεά θξπζηαιιηθή θαηάζηαζε ζε ηνπιάρηζηνλ δχν δηαθξηηέο κνξθέο πνπ δηαθέξνπλ κεηαμχ ηνπο ζηε ρσξηθή δηάηαμε ησλ αηφκσλ. Δ έλλνηα ηνπ αιινηξνπηζκνχ, κε ηνλ ηξφπν πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο, δελ κπνξεί λα πεξηγξάςεη κε ηξφπν πξαθηηθφ ηελ πιεζψξα ησλ ρεκηθψλ κνξθψλ πνπ έρνπλ αλαθαιπθζεί αιιά θαη πξνβιεθζεί ζεσξεηηθά γηα ηνλ άλζξαθα. Ο ζηνηρεηαθφο άλζξαθαο απαληά ζε πνιιέο κνξθέο θαη πιήζνο κηθηψλ δνκψλ. Γηα ην ιφγν απηφ ζα ήηαλ πην πξφζθνξν ε θαηεγνξηνπνίεζε ηνπ άλζξαθα λα γίλεηαη θαηά ηξφπν πνπ λα ζπκπεξηιακβάλεη πξαθηηθά ηνλ νινέλα απμαλφκελν αξηζκφ κνξθψλ ζηηο νπνίεο απαληά. Έλα απνηειεζκαηηθφ ζρήκα ηαμηλφκεζεο ησλ κνξθψλ ηνπ άλζξαθα είλαη ε δηάθξηζε κνξθψλ αλάινγα κε ηνλ ηχπν ησλ ρεκηθψλ δεζκψλ αλάκεζα ζηα άηνκα άλζξαθα, δειαδή αλάινγα κε ηνλ πβξηδηζκφ ησλ ηξνρηαθψλ ζζέλνπο. Με βάζε απηφ ην ζχζηεκα ηαμηλφκεζεο ππάξρνπλ ηξεηο ζεκειηψδεηο αιινηξνπηθέο κνξθέο: ν αδάκαο, ν γξαθίηεο θαη ηα πνιπχληα (γξακκηθέο αιπζίδεο αλζξάθσλ κε ελαιιαζζφκελνπο απινχο θαη ηξηπινχο δεζκνχο). Κάζε κία απφ ηηο κνξθέο απηέο ηνπ ζηνηρεηαθνχ άλζξαθα είλαη ραξαθηεξηζηηθή ησλ ηξηψλ ηχπσλ πβξηδηζκνχ, sp3, sp2 θαη sp αληίζηνηρα. Σα θνπιεξέληα, νη λαλνζσιήλεο άλζξαθα θαη νη ζρεηηθέο δνκέο ζεσξνχληαη ελδηάκεζεο κνξθέο ζε απηφ ην ζχζηεκα ηαμηλφκεζεο θαζψο εκθαλίδνπλ ελδηάκεζν πβξηδηζκφ: απνθιίλνπλ απφ ηελ επίπεδε δηάηαμε (sp 2 ) αιιά δελ δηαηάζζνληαη κεηαμχ ηνπο ζε ηεηξαεδξηθέο ζέζεηο (sp 3 ). Διάθορες αλλοηροπικές μορθές ηοσ άνθρακα: α) γραθίηης, β) αδάμας, γ)lonsdaleite, δ) C60, ε) C70 ζη) νανοζωλήνες άνθρακα. 26

27 ην δηακάληη θάζε άηνκν άλζξαθα ελψλεηαη κε ηα γεηηνληθά ηνπ κέζσ πβξηδηθψλ sp 3 δεζκψλ ζρεκαηίδνληαο έλα θαλνληθφ ηεηξάεδξν κε ίζεο κεηαμχ ηνπο γσλίεο ησλ 109 κνηξψλ, φπσο θαίλεηαη ζηελ παξαθάησ εηθφλα δεκηνπξγψληαο έηζη έλα πιέγκα. Κξπζηαιιηθή δνκή δηακαληηνχ ηελ πεξίπησζε ηνπ γξαθίηε έρνπκε πάιη απνθιεηζηηθά δεζκνχο άλζξαθα-άλζξαθα, κε ηε δηαθνξά φηη ν θάζε άλζξαθαο ρξεζηκνπνηεί κφλν ηα ηξία απφ ηα ηέζζεξα ειεθηξφληα γηα ην ζρεκαηηζκφ ησλ δεζκψλ απηψλ. Ώπηφ έρεη ζαλ ζπλέπεηα ην ζρεκαηηζκφ κηαο ζηνηρεηψδνπο κνλάδαο πνπ έρεη έλαλ άλζξαθα ζην θέληξν θαη άιινπο ηξεηο ζηηο θνξπθέο ελφο ηζφπιεπξνπ ηξηγψλνπ. Δ επαλάιεςε ηνπ κνηίβνπ απηνχ δεκηνπξγεί έλα επίπεδν πιέγκα απφ εμάγσλα, ελψ ηα «ηέηαξηα» ειεθηξφληα δεκηνπξγνχλ έλα λέθνο ειεθηξνλίσλ πνπ βξίζθεηαη απεληνπηζκέλν ζε φιε ηελ έθηαζε ηνπ πιέγκαηνο. Δ ηειηθή κνξθή ηνπ γξαθίηε πξνθχπηεη απφ ηελ επηζηνίβαμε απηψλ ησλ πιεγκάησλ, ηα νπνία ζπγθξαηνχληαη κέζσ αζζελψλ δπλάκεσλ van der Waals. Θα κπνξνχζακε λα πνχκε φηη ν γξαθίηεο είλαη έλα πιηθφ πνπ απνηειείηαη απφ πνιιά ζηξψκαηα πάρνπο «ελφο αηφκνπ». Ανκή γξαθίηε 27

28 3.2 ΦΟΤΛΔΡΔΝΗΑ ΑΝΑΚΑΛΤΦΖ ΣΧΝ ΦΟΤΛΔΡΔΝΗΧΝ Δ δπλαηφηεηα ζρεκαηηζκνχ ησλ θνπιεξελίσλ είρε πξνβιεθζεί ζε αξθεηέο κειέηεο, θπξίσο ζεσξεηηθήο θχζεο, αξθεηά πξηλ ηελ ηπραία σο πξνο ην ζηφρν αιιά εκπλεπζκέλε σο πξνο ηελ αλάιπζε ησλ πεηξακαηηθψλ απνηειεζκάησλ αλαθάιπςή ηνπο ην Σν 1966 ν David Jones θάησ απφ ην ςεπδψλπκν Daedalus δηαηχπσζε ηελ εηθαζία φηη αλ κπνξνχζαλ κε θάπνην ηξφπν λα εηζαρζνχλ πεληάγσλα αλάκεζα ζηα εμάγσλα ελφο θχιινπ γξαθίηε, ζα πξνθαιείην θάκςε ηνπ γξαθηηηθνχ θχιινπ, κε απνηέιεζκα ηνλ ηειηθφ ζρεκαηηζκφ γηγάληησλ θιεηζηψλ δνκψλ πνπ ζα απνηεινχληαλ απφ άλζξαθα, ζήκεξα γλσζηά σο γηγάληηα θνπιεξέληα. ηα ηέιε ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1960 αξθεηέο εξεπλεηηθέο νκάδεο αλαδεηνχζαλ ηελ χπαξμε κε-επίπεδσλ αξσκαηηθψλ ζπζηεκάησλ. Δ ζχλζεζε ηνπ θνξαλλνπιελίνπ, ελφο θνίινπ κνξίνπ πνπ απαξηίδεηαη απφ πεληακειείο θαη εμακειείο δαθηπιίνπο, εκθαλίδεη αξσκαηηθφ ραξαθηήξα θαη απνηειεί ηκήκα ηνπ ζρήκαηνο ηνπ C60 (κε ηε δηαθνξά φηη νη αθξαίνη άλζξαθεο είλαη πδξνγνλσκέλνη), ήηαλ ην έλαπζκα γηα λα δηαηππσζεί ην 1970 απφ ηνλ Eiji Osawa ε εθηίκεζε γηα ηε ζηαζεξφηεηα ηνπ C60.Κηλνχκελνη απφ ηελ νκνηφηεηα ηεο δνκήο ηνπ θνξαλλνπιελίνπ κε ηκήκα κηαο κπάιαο πνδνζθαίξνπ νη Osawa κε ηνλ Yoshida πξνέβιεςαλ ηνλ επφκελν ρξφλν ζην βηβιίν Aromaticity φηη ην κφξην ζα δηέζεηε ζθαηξηθή Εh-ζπκκεηξία φκνηα κε ην ζρήκα κηαο κπάιαο πνδνζθαίξνπ πξνρσξψληαο θαη ζηελ, φπσο απνδείρηεθε εθ ησλ πζηέξσλ, ιαλζαζκέλε εθηίκεζε φηη ζα επξφθεηην γηα έλα ζνππεξαξσκαηηθφ κφξην. Θεσξεηηθέο εξγαζίεο άιισλ εξεπλεηψλ επηβεβαίσζαλ θαη επέθηεηλαλ ηηο εθηηκήζεηο ηνπ Osawa θαη γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ C

29 Σν 1985, ν Kroto (Μ.ΐξεηαλία) θαη νη Heath, Brien, Curl, Smalley (ΔΠΏ) αλαθάιπςαλ πσο φηαλ εμαεξψλεηαη ν γξαθίηεο ππφ ηελ επίδξαζε κηαο δέζκεο laser κέζα ζε ξεχκα ειίνπ δεκηνπξγνχληαη κφξηα, αξθεηά ζηαζεξά, πνπ απνηεινχληαη απφ έλαλ κεγάιν (32-90) αξηζκφ αηφκσλ άλζξαθα. Σν ζηαζεξφηεξν κφξην ήηαλ ην C 60, ην νπνίν απνηειείηαη απφ έλα ζθαηξηθφ ζπγθξφηεκα εμήληα αηφκσλ άλζξαθα. Κάζε κφξην απνηειείηαη απφ νκάδεο αηφκσλ άλζξαθα πνπ είλαη ζπλδεδεκέλα κεηαμχ ηνπο γηα λα ζρεκαηίζνπλ πεληαγσληθνχο θαη εμαγσληθνχο γεσκεηξηθνχο ζρεκαηηζκνχο. πλνιηθά έλα κφξην απαξηίδεηαη απφ 20 εμάγσλα θαη 12 πεληάγσλα, ηα νπνία είλαη δηαηαγκέλα ψζηε λα κελ ππάξρνπλ δχν πεληάγσλα κε θνηλή πιεπξά. Οη επηζηήκνλεο πνπ ην αλαθάιπςαλ ζεψξεζαλ πσο είρε ηε κνξθή κηαο κπάιαο πνδνζθαίξνπ (buckball). Δ ζπιινγή φισλ ησλ C 60 νλνκάζηεθε θνπιεξέληα (fullerene). Δ αλαθάιπςε ησλ θνπιεξελίσλ νδήγεζε ζηελ απνλνκή ηνπ βξαβείνπ Nobel Υεκείαο ην 1996 ζηνπο ηξεηο θπξηφηεξνπο εξεπλεηέο Harold W. Kroto, Richard E.Smalley θαη Robert F.Curl. Σν φλνκα απηήο ηεο λέαο αιινηξνπηθήο κνξθήο ηνπ άλζξαθα πξνέξρεηαη απφ ηνλ ακεξηθαλφ αξρηηέθηνλα θαη εθεπξέηε Richard Buckminster Fuller. Σα έξγα ηνπ Fuller βαζίδνληαλ ζε γεσδαηηηθέο δνκέο, νη νπνίεο ππαθνχλ ζηηο ίδηεο γεσκεηξηθέο αξρέο θαηαζθεπήο κε ηα θνπιεξέληα. Δ πην γλσζηή γεσδαηηηθή θαηαζθεπή ηνπ Fuller είλαη ην πεξίπηεξν ησλ ΔΠΏ γηα ηελ έθζεζε EXPO 67 πνπ έγηλε ζην Montreal. Ο γεσδαηηηθφο ζφινο πνπ θαηαζθεχαζε ν Fuller γηα ην πεξίπηεξν ησλ ΔΠΏ ζηελ έθζεζε EXPO 67 ζην ΐαλθνχβεξ 29

30 Παξά ηελ αλαθάιπςή ηνπο ηα θνπιεξέληα παξέκεηλαλ άγλσζηα σο πξνο ηηο ηδηφηεηέο ηνπο θαζψο ζρεκαηίδνληαλ ζε πνιχ κηθξέο πνζφηεηεο ρσξίο δπλαηφηεηα απνκφλσζεο. Δ δεχηεξε ζεκαληηθή εμέιημε ζρεηηθά κε ηα θνπιεξέληα ήηαλ ε εχξεζε κεζφδνπ παξαγσγήο ηνπο ζε απνκνλψζηκεο πνζφηεηεο. Ώπηφ έγηλε ην 1990 απφ ηνπο Krätschmer, Lamb, Fostiropoulos θαη Huffman, νη νπνίνη πξνζπαζψληαο λα αλαπαξάγνπλ ηηο ζπλζήθεο κέζσ ησλ νπνίσλ παξάγνληαη θφθθνη άλζξαθα ζην δηάζηεκα, επηρείξεζαλ εμάρλσζε ηνπ γξαθίηε ζε ειεθηξηθφ ηφμν θάησ απφ αηκφζθαηξα ειίνπ. Σν απνηέιεζκα ήηαλ ν ζρεκαηηζκφο ελφο πξντφληνο δηαιπηνχ ζην βελδφιην, ην νπνίν αληαπνθξηλφηαλ πιήξσο ζηε θαζκαηνζθνπηθή πεξηγξαθή ηνπ C 60 ζην IR πνπ πεξηιάκβαλε ηέζζεξηο ηζρπξέο, νμείεο θνξπθέο επάλσ ζην ζπλερέο πνπ νθεηιφηαλ ζηε ζπλήζε αηζάιε πνπ παξαγφηαλ, ελψ νη κειέηεο πεξίζιαζεο αθηίλσλ-υ έδεημαλ κφξηα κε ην πξνβιεπφκελν κέγεζνο γηα ην C 60. Σν πξντφλ απνκνλψζεθε κε εμάρλσζε ή εθρχιηζε κε βελδφιην πξνθεηκέλνπ λα ραξαθηεξηζηεί θαζκαηνζθνπηθά θαη θξπζηαιινγξαθηθά. Με ηε κέζνδν απηή παξάγνληαη καδί κε ην C 60 θαη αλψηεξα κέιε ηεο νκφινγεο ζεηξάο ΣΑΞΗΝΟΜΖΖ-ΟΝΟΜΑΣΟΛΟΓΗΑ Ο θιαζζηθφο νξηζκφο ησλ θνπιεξελίσλ αλαθέξεηαη ζηελ έλσζε ε νπνία απνηειείηαη απνθιεηζηηθά απφ άξηην αξηζκφ αηφκσλ άλζξαθα πνπ ζρεκαηίδνπλ έλα πνιπθπθιηθφ ζχζηεκα ελσκέλσλ δαθηπιίσλ, ηχπνπ θισβνχ, θαη πεξηιακβάλεη 12 πεληακειείο δαθηπιίνπο θαη ηνπο ππφινηπνπο εμακειείο. Σν πην θιαζζηθφ παξάδεηγκα είλαη ε δνκή πνπ απνηειείηαη απφ 60 άηνκα άλζξαθα, φπνπ ηα άηνκα θαη νη δεζκνί ραξάζζνπλ ην ζρήκα ελφο θφινπξνπ εηθνζάεδξνπ. Ο φξνο θνπιεξέληα έρεη δηεπξπλζεί θαη πεξηιακβάλεη θάζε θιεηζηή δνκή θισβνχ πνπ απνηειείηαη απφ 20 ή πεξηζζφηεξα 30

31 άηνκα άλζξαθα θαη απνηειείηαη ζπλνιηθά απφ έλα αλζξαθηθφ ζχζηεκα ηξηψλ δηαζηάζεσλ. Πιήξσο θνξεζκέλα θνπιεξέληα, φπσο γηα παξάδεηγκα ην C 60 H 60, θνπιεξάληα (fulleranes) ελψ δνκέο πνπ νκνηάδνπλ κε ηα θνπιεξέληα ζηε δνκή αιιά δε ζπκκνξθψλνληαη ζηνλ νξηζκφ πνπ δφζεθε πην πάλσ, φπσο ηα εηεξνθνπιεξέληα, ηα λνξθνπιεξέληα, ηα νκνθνπιεξέληα θαη ηα secoθνπιεξέληα θαινχληαη θνπιεξνεηδή («απηά πνπ κνηάδνπλ κε θνπιεξέληα»). Ώπηά αλαθέξνληαη γεληθψο σο θνπιεξνεηδή αιιά νλνκάδνληαη σο ηξνπνπνηεκέλα θνπιεξέληα. Παξαδείγκαηα (α) εηεξνθνπιεξελίσλ, (β) νκνθνπιεξελίσλ, (γ) λνξθνπιεξελίσλ θαη (δ) secoθνπιεξελίσλ. Βηεξνθνπιεξέληα : Ανκέο θνπιεξελίσλ φπνπ έλα ή πεξηζζφηεξα άηνκα άλζξαθα έρνπλ αληηθαηαζηαζεί απφ άηνκα άιισλ ζηνηρείσλ, π.ρ. άδσην. Οκνθνπιεξέληα : Ανκέο πνπ πξνθχπηνπλ απφ αληηθαηάζηαζε δεζκνχ(-ψλ) αλάκεζα ζε άλζξαθεο απφ κεζπιεληθέο νκάδεο. Ννξθνπιεξέληα : Ανκέο πνπ πξνθχπηνπλ κε ηελ απαινηθή αηφκσλ άλζξαθα απφ ην θνπιεξεληθφ θισβφ. Οη δεζκνί πνπ ζπλέδεαλ ην άηνκν άλζξαθα πνπ απνκαθξχλζεθε κε ηνπο γεηηνληθνχο άλζξαθα θαιχπηνληαη απφ άηνκα πδξνγφλνπ ή εηεξναηφκνπ, π.ρ. άδσην ή βφξην. Secoθνπιεξέληα : Ανκέο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηελ απαινηθή δεζκψλ αλάκεζα ζε άηνκα άλζξαθα ηνπ αξρηθνχ θνπιεξελίνπ. Σν φλνκα ηνπ C 60 πνπ πξνθχπηεη βάζεη ησλ θιαζζηθψλ κεζφδσλ ηεο IUPAC είλαη πνιχ κεγάιν θαη θαζφινπ ρξεζηηθφ γηα θνηλή ρξήζε: 31

32 Κπθινηξηαθνληαελ[ ,14.03,12.04, ,58.07,55.0.8,53.09,21.011, ,18.015,30.016,28.017,25.019,24.022,52.023,50.026,49.027,47.029,45.032,44.033,60.034,57.035,43.036,56.037,41.038,54.039,51.040,48.042,46]εμήθνληα-1, 3, 5(10), 6, 8, 11, 13(18), 14, 16, 19, 21, 23, 25,27, 29(45), 30, 32(44), 33, 35(43), 36, 38(54), 39(51), 40(48), 41, 46, 49, 52, 55,57, 59-ηξηαθνληαέλην. Δ βάζε γηα ηελ αλαγλψξηζε ησλ αηφκσλ άλζξαθα ζηα θνπιεξέληα πξνηηκάηαη λα αθνινπζεί ειηθνεηδή θαη ζπλερφκελε αξίζκεζε θαη λα είλαη ζαθψο θαζνξηζκέλε. Οη θαλφλεο γηα ηελ νλνκαηνινγία πεξηιακβάλνληαη ζηηο ζπζηάζεηο πνπ εθδφζεθαλ απφ ηελ IUPAC ην 2002 θαη ην «Βμεηάδνληαη δηαδνρηθά νη θαηάιιεινη άμνλεο πεξηζηξνθήο, (Cn), απφ ηνλ άμνλα ηεο πςειφηεξεο ηάμεο πξνο ηνλ άμνλα ρακειφηεξεο ηάμεο, έσο φηνπ βξεζεί ηνπιάρηζηνλ κία ζπλερήο ζπεηξνεηδήο νδφο, ε νπνία ζα μεθηλά είηε απφ έλα δαθηχιην απφ ηνλ νπνίν ζα πεξλά έλαο θαηάιιεινο άμνλαο πεξηζηξνθήο, είηε απφ άθξν ελφο δεζκνχ πνπ ηέκλεηαη απφ έλαλ θαηάιιειν άμνλα πεξηζηξνθήο είηε απφ έλα άηνκν απφ φπνπ πεξλά έλαο θαηάιιεινο άμνλαο πεξηζηξνθήο. Δ αξίζκεζε ησλ αλζξάθσλ μεθηλά απφ ην ηέινο ελφο ηέηνηνπ ζπλερνχο ζπεηξνεηδνχο ζρήκαηνο.» Έλα παξάδεηγκα αξίζκεζεο δίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα. Σν C60 έρεη πέληε ηζνδχλακνπο άμνλεο C5 πνπ δηέξρνληαη απφ αληηδηακεηξηθά πεληάγσλα θάζε έλα απφ ηανπνία δίλεη φκνηεο ζπλερφκελεο ζπεηξνεηδείο νδνχο πξνο φιεο ηηο θαηεπζχλζεηο μεθηλψληαο απφ νπνηνδήπνηε άηνκν ηνπ πεληαγψλνπ. Έηζη, θάζε έλαο απφ απηνχο ηνπο άμνλεο κπνξεί λα ιεθζεί σο άμνλαο αλαθνξάο. Ώξίζκεζε ησλ αλζξάθσλ ηνπ C 60 βάζεη ησλ θαλφλσλ νλνκαηνινγίαο ηεο IUPAC. 32

33 Άιια γλσζηά θνπιεξέληα είλαη απηά κε 70, 76 θαη 84 άηνκα άλζξαθα. Δ δηάκεηξνο ελφο θνπιεξέληνπ θπκαίλεηαη κεηαμχ 0,7 θαη 1,5 nm. Ώλ θαη κεγάια κφξηα φζνλ αθφξα ζηηο δηαζηάζεηο, ηα θνπιεξέληα παξακέλνπλ ζπγθξηηηθά κε ηα νξγαληθά κφξηα αξθεηά κηθξά ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΓΟΜΖ ΣΧΝ ΦΟΤΛΔΡΔΝΗΧΝ Σα θνπιεξέληα είλαη γεληθά ζηαζεξά κφξηα θαη απαηηνχλ ζεξκνθξαζίεο ηάμεσο C θαη άλσ γηα λα δηαζπαζηνχλ νη δεζκνί κεηαμχ ησλ αλζξάθσλ νη νπνίνη ην απνηεινχλ. Ώλάιπζε κε αθηίλεο Υ ή ζθέδαζε λεηξνλίσλ ελφο κνξηαθνχ θξπζηάιινπ C 60 κπνξεί λα θαλεξψζεη ηε ζθαηξηθή δνκή ηνπ κνξίνπ θαζψο θαη ηε δηάκεηξν ηνπ. Βπηπιένλ θαζκαηνζθνπία NMR δίλεη έλα θάζκα κίαο κφλν θνξπθήο, ππνδεηθλχνληαο πσο φια ηα άηνκα άλζξαθα ηνπ κνξίνπ είλαη ηζνδχλακα, γεγνλφο ην νπνίν επίζεο παξαπέκπεη ζε ζθαηξηθή δνκή. Σξία ειεθηξφληα απφ θάζε άλζξαθα ζπκκεηέρνληαο ζε sp 2 πβξηδηθά ελψλνπλ ηνπο άλζξαθεο κεηαμχ ηνπο κε ζ δεζκνχο. Τπάξρνπλ δχν είδε δεζκψλ ζην κφξην, έλαο κεηαμχ αλζξάθσλ ζηελ θνηλή αθκή κηαο πεληαγσληθήο θαη κηαο εμαγσληθήο έδξαο θαζψο θαη έλαο ζηελ θνηλή αθκή δχν εμαγσληθψλ εδξψλ. Δ ζθέδαζε κε λεηξφληα καο δίλεη κήθε δεζκψλ 0,1455nm θαη 0,1391nm αληίζηνηρα. πσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ, ηα άηνκα άλζξαθα ζε έλα θχιιν γξαθίηε ραξαθηεξίδνληαη επίζεο απφ ίδηνπ ηχπνπ πβξηδηθά ( sp 2 ) φπσο ην θνπιεξέλην. Ώπηνχ ηνπ είδνπο πβξηδηθά δίλνπλ ηξεηο ηζρπξνχο ζ δεζκνχο πάλσ ζην ίδην επίπεδν θαη έλαλ αζζελή π ζε θάζεηε δηεχζπλζε. Καζψο νη ζ δεζκνί είλαη θνξεζκέλνη ν γξαθίηεο ζεσξείηαη ρεκηθά αδξαλήο. ηελ πεξίπησζε ηνπ θνπιεξελίνπ σζηφζν, ιφγσ ηεο θπξηφηεηαο ηνπ κνξίνπ, νη ζ δεζκνί παχνπλ λα βξίζθνληαη ζην ίδην επίπεδν ελψ επίζεο ην λέθνο ησλ π ειεθηξνλίσλ παξακνξθψλεηαη θάλνληαο ην θνπιεξέλην πεξηζζφηεξν ελεξγφ ρεκηθά. Δ δηάκεηξνο ηνπ κνξίνπ ηνπ C 60 βξίζθεηαη απφ δηάθνξεο θαζκαηνζθνπηθέο κεζφδνπο ίζε κε 0,710nm. Πξνθεηκέλνπ λα βξεζεί ε ελεξγφο δηάκεηξνο ηνπ κνξίνπ ζα πξέπεη λα ζπλππνινγηζηεί ην εχξνο ηνπ ειεθηξνληθνχ λέθνπο ησλ π-ειεθηξνλίσλ ην νπνίν είλαη ίζν κε 0,335nm θαη ηειηθά ε δηάκεηξνο ηνπ κνξίνπ βξίζθεηαη 1,380nm. Σν θνπιεξέλην C 60 εκθαλίδεη 3 είδε αμφλσλ ζπκκεηξίαο, 2εο, 3εο θαη 5εο ηάμεσο, ζπλνιηθά ζε αξηζκφ 21. Βκθαλίδεη επίζεο 15 δηαθνξεηηθά επίπεδα ζπκκεηξίαο. Σέινο 33

34 παξακέλεη αλαιινίσην ζε αληηζηξνθή ησλ αμφλσλ ηνπ ζπζηήκαηνο αλαθνξάο. πλδπάδνληαο φια ηα παξαπάλσ βξίζθεηαη πσο είλαη πηζαλέο 120 δηαθνξεηηθέο δηαδηθαζίεο ζπκκεηξίαο ζεκείνπ. Ώπηφ θαζηζηά ην κφξην ηνπ C 60 ην πεξηζζφηεξν ζπκκεηξηθφ. Δ ζπκκεηξία απηή πεγάδεη απφ ηελ ζρεδφλ ηέιεηα ζθαηξηθφηεηα ηνπ κνξίνπ. Σν κνξηαθφ πιηθφ πνπ πξνθχπηεη κε βάζε ην θνπιεξέλην νλνκάδεηαη θνπιεξίηεο (fullerite) θαη έρεη εδξνθεληξνκέλε δνκή. Βπηπιένλ, κε πξνζζήθε αηφκσλ, ηφλησλ, κνξίσλ ή ξηδψλ ζηα δηακνξηαθά θελά ηνπ θξπζηάιινπ ηνπ θνπιεξίηε πξνθχπηεη ην ιεγφκελν θνπιεξίδην (fulleride). Ώπνδείρζεθε πσο ηα θνπιεξέληα δελ είλαη ζπάληα: απαληψληαη ζηελ αηζάιε αεξίσλ θαη ζε άιιεο νπζίεο πνπ παξάγνληαη απφ αηειείο θαχζεηο. ην κφξην απηφ, νη θνξπθέο είλαη άηνκα άλζξαθα θαη νη αθκέο είλαη νη δεζκνί ζζέλνπο ηνπο. Αελ ππάξρνπλ ειεχζεξα ζζέλε θαη απηφ εμεγεί ηε κεγάιε ρεκηθή θαη θπζηθή ζηαζεξφηεηα ηνπ. Δ χπαξμε θνηιφηεηαο κέζα ζην buckball έρεη απνδεηρζεί πεηξακαηηθά κέζσ ηεο κηνληθήο αλάιπζεο. ε απηή ηε κέζνδν ν αληρλεπηήο είλαη κηνληθφ πδξνγφλν (ν ππξήλαο ηνπ αληί πξσηφλην έρεη έλα κηφλην, κε θνξηίν +e θαη κάδα 200m). Οη επηζηήκνλεο θαηάθεξαλ λα ηνπνζεηήζνπλ κηνληθφ πδξνγφλν ζε έλα 'θινπβί θνπιεξελίνπ' θαη λα δείμνπλ πσο νη ηδηφηεηεο ηνπ κηνληθνχ πδξνγφλνπ έγιεηζηνπ θαη ειεχζεξνπ ήηαλ νπζηαζηηθά νη ίδηεο. Σα ειεχζεξα κφξηα ηνπ buckball ελψλνληαη κεηαμχ ηνπο κε αζζελείο δπλάκεηο van der waals θαη εμαηηίαο απηήο ηεο έιμεο, ηα κφξηα ζρεκαηίδνπλ θξπζηάιινο θπβηθνχ εδξνθεληξσκέλνπ πιέγκαηνο, πνπ νλνκάζηεθαλ θνπιεξίηεο. Δ απφζηαζε αλάκεζα ζηα γεηηνληθά κφξηα buckball ηνπ θξπζηάιινπ είλαη 1nm. Ο θαζαξφο θνπιεξίηεο πνπ απνηειείηαη κφλν απφ buckminsterfullerene είλαη κνλσηήο. Ώπηά ηα λέα κφξηα άλζξαθα (ηα θνπιεξέληα) θαη νη θξχζηαιινη πνπ δεκηνπξγνχλ (νη θνπιεξίηεο) είλαη ε ηξίηε κνξθή ηνπ άλζξαθα ή ε ηξίηε αιινηξνπηθή κνξθή. ε αληίζεζε κε ηηο γλσζηέο κνξθέο άλζξαθα, απηή ηνπ γξαθίηε θαη ηνπ αδάκαληα, φπνπ ε δνκή παξάγεηαη απφ έλα εθηεηακέλν ηξηζδηάζηαην ζπλδπαζκφ ησλ αηφκσλ άλζξαθα πνπ κπνξεί λα ιάβεη ζεσξεηηθά απεξηφξηζηε έθηαζε, ηα θνπιεξέληα δηαζέηνπλ ζπγθεθξηκέλεο δηαζηάζεηο πνπ θαζνξίδνληαη απφ ηνλ αξηζκφ αλζξάθσλ ηνπ θάζε κέινπο ηεο νκφινγεο ζεηξάο. 34

35 ΟΡΓΑΝΗΚΖ ΥΖΜΔΗΑ ΣΧΝ ΦΟΤΛΔΡΔΝΗΧΝ Δ αλάπηπμε παξαζθεπαζηηθήο κεζφδνπ απφ ηνπο Krätschmer et al. γηα ηελ παξαγσγή ησλ θνπιεξελίσλ ζε κεγάιεο πνζφηεηεο νδήγεζε ζηε δηαζεζηκφηεηα θαη ηελ πξφζβαζε ζηα δηάθνξα κέιε ηεο νκφινγεο ζεηξάο ησλ θνπιεξελίσλ παξέρνληαο ηε δπλαηφηεηα γηα κειέηε ηεο ρεκείαο ηνπο. Έηζη, ζήκεξα ηα θνπιεξέληα απνηεινχλ επέιηθηεο θαη ρξήζηκεο δνκηθέο κνλάδεο γηα ηελ νξγαληθή ρεκεία εηζάγνληαο λέεο ειεθηξνληαθέο, γεσκεηξηθέο, ρεκηθέο θαη θσηνθπζηθέο ηδηφηεηεο. Ώλάκεζα ζηα κέιε ηεο νκφινγεο ζεηξάο ησλ θνπιεξελίσλ πεξηζζφηεξν έρεη κειεηεζεί ην C 60. Ο ιφγνο γη απηφ είλαη ε κεγάιε δηαζεζηκφηεηα ζηελ νπνία ππάξρεη ζε ζρέζε κε ηα ππφινηπα κέιε ηεο ζεηξάο. Σν ζθαηξηθφ ηνπ κέγεζνο, εθηφο απφ αηζζεηηθψο ειθπζηηθφ σο κφξην, είλαη ππεχζπλν γηα ηα ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά πνπ δηαζέηεη. Σν C 60 κπνξεί λα ζεσξεζεί σο ην ηξηζδηάζηαην αλάινγν ηνπ βελδνιίνπ κε ηε δηαθνξά αθελφο φηη ηα φξηα ηνπ π- ζπζηήκαηνο δελ είλαη δηαθξηηά ιφγσ ηνπ ζρήκαηνο ηνπ C 60 αθεηέξνπ φηη δελ δηαζέηεη πδξνγφλα ηα νπνία λα κπνξνχλ λα ιάβνπλ κέξνο ζε αληηδξάζεηο ππνθαηάζηαζεο. Γίλεηαη θαη απηφλ ηνλ ηξφπν εκθαλήο ε θαη αξρήλ ζεκαληηθή δηαθνξά ησλ θνπιεξελίσλ απφ ηα θιαζζηθά επίπεδα αξσκαηηθά ζπζηήκαηα. Έηζη, νη πηζαλέο αληηδξάζεηο ηνπ εθηεηακέλνπ δηθηχνπ ελαιιαζζφκελσλ δηπιψλ δεζκψλ έρνπλ θπξίσο δχν θαηεπζχλζεηο: ηηο αληηδξάζεηο πξνζζήθεο θαη ηηο νμεηδναλαγσγηθέο αληηδξάζεηο. Οη αληηδξάζεηο πξνζζήθεο θαη νη νμεηδναλαγσγηθέο αληηδξάζεηο νδεγνχλ ζηελ πξνζζήθε ηκεκάησλ θαη αιάησλ, αληίζηνηρα, ζην εμσηεξηθφ κέξνο ηνπ θνπιεξελίνπ. Πεξαηηέξσ ηξνπνπνηήζεηο ησλ ηκεκάησλ απηψλ κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζε άιιεο θαηεγνξίεο παξαγψγσλ ησλ θνπιεξελίσλ, φπσο εηεξνθνπιεξέληα (θνπιεξέληα ζηα νπνία ν θισβφο πεξηιακβάλεη θαη έλα εηεξνάηνκν πιελ ηνπ άλζξαθα), κεξηθέο δνκέο ή πξντφληα δηάζπαζεο ησλ θνπιεξελίσλ, θνπιεξέληα αλνηθηνχ θισβνχ, θαη ελδνεδξηθά θνπιεξέληα. Δ κεγαιχηεξε θαηεγνξία παξαγψγσλ είλαη ηα εμσεδξηθά παξάγσγα. Οη αληηδξάζεηο πξνζζήθεο ζπγθεληξψλνπλ ηε κεγαιχηεξε δπλακηθή ζηε ρεκεία ησλ θνπιεξελίσλ. Μπνξνχλ επίζεο λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θαη γηα ηε κειέηε ηεο δξαζηηθφηεηαο θαη ησλ ρεκηθψλ ηδηνηήησλ ηεο επηθάλεηαο ησλ θνπιεξελίσλ. Οη θπθινπξνζζήθεο ζηα θνπιεξέληα ιακβάλνπλ ρψξα απνθιεηζηηθά ζηνπο [6,6]- δηπινχο δεζκνχο θαη ην C 60 δξα είηε σο δηέλην είηε σο δηελφθηιν. Ώπηνχ ηνπ είδνπο νη ρεκηθέο ηξνπνπνηήζεηο ησλ θνπιεξελίσλ έρνπλ ζπκβάιιεη ζεκαληηθά ζηε γλψζε ηεο ρεκείαο ησλ θνπιεξελίσλ θαζψο κέζσ ηεο θπθινπξνζζήθεο έρεη παξαζθεπαζηεί 35

36 πιήζνο κνλν- θαη πνιχ-ππνθαηεζηεκέλσλ παξαγψγσλ θαζηζηψληαο ηηο αληηδξάζεηο απηέο έλα ηζρπξφ εξγαιείν γηα ηελ παξαγνληνπνίεζε ησλ θνπιεξελίσλ. Σα πξντφληα θπθινπξνζζήθεο έρνπλ κεγάιε ζηαζεξφηεηα, θάηη πνπ είλαη απαξαίηεην πξνθεηκέλνπ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα πεξαηηέξσ ρεκηθή ηξνπνπνίεζε ηεο πξνζηηζέκελεο πιεπξηθήο αιπζίδαο, θάηη πνπ ελδηαθέξεη ηδηαίηεξα εθαξκνγέο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηε ζχλζεζε πιηθψλ. ην παξαθάησ ζρήκα δίλνληαη νη γεληθέο πεξηπηψζεηο θπθινπξνζζεθψλ. Ώληηδξάζεηο Κπθινπξνζζήθεο ζε C 60 Σα πδξνγνλσκέλα θνπιεξέληα είλαη ελψζεηο πνπ θέξνπλ έλαλ ή πεξηζζφηεξνπο δηπινχο δεζκνχο πνπ έρνπλ ππνζηεί πδξνγφλσζε. Οη πδξνγνλψζεηο ήηαλ απφ ηηο πξψηεο αληηδξάζεηο πνπ επηρεηξήζεθαλ. Δ αξρηθή πξφθιεζε ήηαλ ν ζρεκαηηζκφο πιήξσο πδξνγνλσκέλσλ πξντφλησλ θάηη πνπ απνδείρηεθε κέρξη ζήκεξα αδχλαην ιφγσ ηεο αζηάζεηαο ησλ πνιππδξνγνλσκέλσλ θνπιεξελίσλ. Βληνχηνηο έρεη πξαγκαηνπνηεζεί κε επηηπρία ν ζρεκαηηζκφο πδξνγνλσκέλσλ θνπιεξελίσλ θαηψηεξνπ βαζκνχ πδξνγφλσζεο. Ώλψηεξα θνπιεξέληα έρνπλ ζπληεζεί κέρξη ηεο πξνζζήθεο 44 αηφκσλ πδξνγφλνπ ή θαη παξαπάλσ. ηηο πεξηπηψζεηο φκσο απηέο ιακβάλεη ρψξα δηάζπαζε ηνπ θνπιεξεληθνχ θισβνχ θαη ην κφξην ράλεη ηε δνκηθή ηνπ αθεξαηφηεηα. Σα πδξνγνλσκέλα θνπιεξέληα έρνπλ πξνηαζεί γηα εθαξκνγέο, φπσο ε απνζήθεπζε 36

37 πδξνγφλνπ, θαζψο ην αξθεηά ζηαζεξφ C 60 H 36 έρεη ρσξεηηθφηεηα απνζήθεπζεο πδξνγφλνπ ηεο ηάμεο ηνπ 4.8%. Δ αινγφλσζε ησλ θνπιεξελίσλ είλαη αληίδξαζε ξηδψλ, ε νπνία κπνξεί λα γίλεη κε ηα αινγφλα θζφξην, ριψξην θαη βξψκην αιιά φρη κε ην ηψδην. Σα αινγνλνθνπιεξέληα είλαη πνιχ πην δξαζηηθά απφ ηα αληίζηνηρα αινγνλναιθάληα θαη είλαη επαίζζεηα ζε λνπθιεφθηιεο ππνθαηαζηάζεηο απφ ηελ πγξαζία ηεο αηκφζθαηξαο, εηδηθά παξνπζία θαη θάπνηνπ άιινπ δηαιχηε ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΦΟΤΛΔΡΔΝΗΧΝ Ο ζπλδπαζκφο ησλ κνλαδηθψλ δνκηθψλ, θπζηθνρεκηθψλ θαη ειεθηξνληαθψλ ηδηνηήησλ ησλ θνπιεξελίσλ ζε ζπλδπαζκφ κε ηα ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά ησλ νκάδσλ πνπ πξνζηίζεληαη θαηά ηε ρεκηθή ηξνπνπνίεζε ηνπο κπνξεί λα νδεγήζεη ζηελ αλάπηπμε λέσλ πιηθψλ κε ηεξάζηηα δπλακηθή ζε επξέσο δηαδεδνκέλεο θαη εληππσζηαθέο ηερλνινγηθέο θαη βηνινγηθέο εθαξκνγέο. Έρεη παξαζθεπαζηεί πιήζνο νξγαλνθνπιεξεληθψλ πιηθψλ κε επνίσλεο πξννπηηθέο αλαθνξηθά κε εθαξκνγέο ζηε λαλνηερλνινγία θαη ηε βηνηερλνινγία, φπσο ζε ειεθηξνληθέο θαη νπηνειεθηξνληθέο ζπζθεπέο, θσηνβνιηατθά, LEDs (light emitting diodes), ζεξκνηξνπηθνχο πγξνχο θξπζηάιινπο, αηζζεηήξεο, κέζα απνζήθεπζεο ηεο πιεξνθνξίαο, θαζψο θαη ζηε θσηνδηάζπαζε ηνπ DNA, ζηελ παξεκπφδηζε ηεο HIV πξσηεάζεο, ηεο θσηνδπλακηθή ζεξαπεία ηνπ θαξθίλνπ θαη ηελ ππξεληθή ηαηξηθή. Σα θνπιεξέληα είλαη δηαιπηά ζε δηάθνξνπο νξγαληθνχο δηαιχηεο, θάηη πνπ είλαη θξίζηκν γηα ην ρεηξηζκφ ηνπο ζε ρεκηθέο αληηδξάζεηο. Δ δπλαηφηεηα ζπκκεηνρήο ηνπ C 60 ζε βηνινγηθέο θαη ηαηξηθνχ ελδηαθέξνληνο εθαξκνγέο απνηέιεζε θίλεηξν γηα ην ζρεδηαζκφ θαη ηελ αλάπηπμε παξαγψγσλ ζπκβαηψλ κε βηνινγηθά πεξηβάιινληα. Δ αλαδήηεζε ηξφπσλ γηα λα ρξεζηκνπνηεζνχλ νη μερσξηζηέο ηδηφηεηεο ηνπ C 60 ζε δηαιχηεο κε κεγάιε πνιηθφηεηα θαη ηδηαίηεξα ζην λεξφ, νδήγεζε ζε κηα ζεηξά απφ πξνζπάζεηεο γηα ηελ παξαζθεπή πδαηνδηαιπηψλ παξαγψγσλ. Δ νκνηνπνιηθή ζχλδεζε νξγαληθψλ ηκεκάησλ ζηνπο δηπινχο δεζκνχο πνπ ζπλδένπλ δχν εμακειείο δαθηπιίνπο ζην κφξην ηνπ C 60 παξείρε πξντφληα κε ειθπζηηθά ραξαθηεξηζηηθά απφ πνιχ πδαηνδηαιπηά παξάγσγα κέρξη θαη παξάγσγα ηθαλά γηα ζηνρεπκέλε κεηαθνξά θαξκάθσλ. 37

38 Λφγσ ηεο πνιχ κεγάιεο αληνρήο ηνπο, έρεη πξνηαζεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζαλ ιηπαληηθά, ζηε Φπζηθή, ζηε Υεκεία, ζηε ΐηνινγία θαη ζηελ Εαηξηθή. πγθεθξηκέλα, πξνηείλεηαη λα ηνπνζεηεζνχλ ζηελ θνηιφηεηα ηνπ δηάθνξα κφξηα θαη λα νδεγήζνπλ ην θνπιεξέλην καδί κε ην μέλν κφξην ζηε ζέζε πνπ επηζπκνχλ π.ρ. ζε κηα επηζπκεηή ζέζε πξσηετλεο λα κεηαθέξνπκε έλα νξγαληθφ κφξην, νπφηε ζα θηηάμνπκε έλα ηερλεηφ ηφ κε επηζπκεηέο ηδηφηεηεο. ηε Φπζηθή θαη ζηνλ ηνκέα ηεο λαλνιεθηξνληθήο, ζα κπνξνχζακε λα θηηάμνπκε θβαληηθέο θνπθθίδεο -κηθξνθξχζηαιινη ή άιινη ζρεκαηηζκνί ζε θπθιψκαηα- απφ θνπιεξέληα. Σηο θνπθθίδεο απηέο κπνξνχκε λα ηηο ρξεζηκνπνηήζνπκε ζε επεμεξγαζηέο ππεξππνινγηζηψλ ή ζε ζηνηρεία ειέγρνπ ζε επηθνηλσλίεο νπηηθψλ ηλψλ. Βπίζεο, ζηελ ππεξαγσγηκφηεηα. Λφγνπ ράξηλ, έλαο θνπιεξίηεο κε πξφζκημε θαιίνπ ή ξνπβηδίνπ έγηλε ππεξαγσγφο ζε 28-29Κ. Φσηνβνιηατθά Δ πςειή ειεθηξνληθή ζπγγέλεηα ησλ θνπιεξελίσλ νδήγεζε γξήγνξα ζηε ζθέςε φηη ζα κπνξνχζαλ λα ζρεκαηίζνπλ ζχκπινθα κεηαθνξάο θνξηίνπ κε αζζελείο δφηεο, φπσο ζπδπγηαθά πνιπκεξή, ρξήζηκα ζε εθαξκνγέο θσηνβνιηατθψλ. Πξφζθαηα, ν ζρεδηαζκφο θαη ε ζχλζεζε ειηαθψλ θειηψλ κε ζεκαληηθά βειηησκέλεο ηδηφηεηεο νδήγεζε ζε πιηθά, φπνπ ε αιιειεπίδξαζε αλάκεζα ζηα δχν ζπζηαηηθά, δφηε θαη δέθηε ειεθηξνλίσλ, πξαγκαηνπνηείηαη ζε φιε ηε κάδα ηεο ζπζθεπήο εληζρχνληαο αθφκε πεξηζζφηεξν ην θχθισκα ηνπ θσηνπαξαγφκελνπ ξεχκαηνο. Οπηηθέο Βθαξκνγέο Σν απεληνπηζκέλν π-ζχζηεκα ειεθηξνλίσλ ηνπ θνπιεξελίνπ παίδεη ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ χπαξμε ησλ αζπλήζηζησλ θσηνθπζηθψλ ηδηνηήησλ ηνπ. Σν θάζκα απνξξφθεζεο ηνπ C 60 εκθαλίδεη ηζρπξή απνξξφθεζε ζηελ πεξηνρή ηνπ ππεξηψδνπο θαη πνιχ αζζελή ζηελ πεξηνρή ηνπ νξαηνχ ΓΔΝΗΚΔ ΑΡΥΔ ΣΖ ΥΖΜΔΗΑ ΣΧΝ ΦΟΤΛΔΡΔΝΗΧΝ Με βάζε ηα παξαπάλσ θαη ζε ζπλδπαζκφ κε πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα πνπ έρνπλ αλαθεξζεί κπνξνχλ λα ζθηαγξαθεζνχλ θάπνηεο γεληθέο αξρέο αλαθνξηθά κε ηε ρεκεία ηνπ C 60 : 38

39 1. Σν C 60 ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ έλα πησρφ ειεθηξνληαθά πνιπ-αιθέλην, κε εληνπηζκέλνπο δηπινχο δεζκνχο, θαη φρη ζαλ αξσκαηηθφο πδξνγνλάλζξαθαο. ηηο ραξαθηεξηζηηθέο ηνπ αληηδξάζεηο πεξηιακβάλνληαη θπθινπξνζζήθεο θαζψο θαη πξνζζήθεο λνπθιεφθηισλ, ειεχζεξσλ ξηδψλ θαη θαξβελίσλ θαηά κήθνο ησλ δεζκψλ πνπ βξίζθνληαη αλάκεζα ζε δχν εμακειείο δαθηπιίνπο (6,6 δεζκνί). Πξαγκαηνπνηνχληαη επίζεο πδξνγνλψζεηο, αινγνλψζεηο, αληηδξάζεηο πδξνβνξίσζεο, πδξνγνλνκεηάιισζεο, θαη αληηδξάζεηο ζρεκαηηζκνχ κεηαιιηθψλ ζπκπιφθσλ. 2. Δ ζεκαληηθφηεξε θηλεηήξηα δχλακε γηα ηελ πξνζζήθε ζηα θνπιεξέληα είλαη ε εθηφλσζε ηεο ηάζεο πνπ δεκηνπξγείηαη ιφγσ ηνπ ππξακηδηζκνχ ησλ αηφκσλ άλζξαθα, ε νπνία νδεγεί ζε αιιαγή ηνπ πβξηδηζκνχ ησλ αλζξάθσλ ηεο επηθάλεηαο πνπ αληηδξνχλ απφ sp 2 ζε sp 3, θάηη πνπ αληρλεχεηαη άκεζα απφ ηε θαζκαηνζθνπία 13C NMR. Οη δνκέο ησλ κνλνυπνθαηεζηεκέλσλ παξαγψγσλ ηνπ C 60 ππνδεηθλχνπλ φηη θαηά ηελ ππνθαηάζηαζε ιακβάλεη ρψξα κείσζε ησλ ηάζεσλ, πξάγκα πνπ έρεη ηζρπξή επίδξαζε ζηηο πεξαηηέξσ αληηδξάζεηο πξνζζήθεο. Καζψο νη αληηδξάζεηο πξνζζήθεο ησλ θνπιεξελίσλ είλαη θαηά θαλφλα εμψζεξκεο θαη εμσεξγηθέο, ιφγσ ηεο κείσζεο ησλ ηάζεσλ, είλαη ζπρλά δχζθνιν λα ζηακαηήζνπλ ζην επίπεδν ηεο πξνζζήθεο ζε έλα ζεκείν. Ώληηζέησο παξάγνληαη πνιχ-ππνθαηεζηεκέλα πξντφληα κε ελδηαθέξνπζεο δνκέο θαη ηδηφηεηεο. ε κεγάιν βαζκφ ππνθαηάζηαζεο νη εμακειείο δαθηχιηνη πνπ δελ έρνπλ αληηδξάζεη κεηαηξέπνληαη ζε αξσκαηηθνχο δαθηπιίνπο θαη ζηακαηά ε ππνθαηάζηαζε. Δ ζεκαζία ηεο ειάηησζεο ηεο ηάζεο θαίλεηαη επίζεο θαη απφ ην γεγνλφο φηη ζηα αλψηεξα θνπιεξέληα ε αληίδξαζε ζηηο θακπχιεο πεξηνρέο ηνπ κνξίνπ επλνείηαη ζε ζρέζε κε ηελ αληίδξαζε ζηηο πην επίπεδεο πεξηνρέο φπνπ ε δνκή κνηάδεη κε ηνπ γξαθίηε αθξηβψο ιφγσ ηεο ειάηησζεο ηεο ηάζεο. 3. Σν C 60 είλαη ζρεηηθά ειεθηξαξλεηηθφ κφξην, κε εχθνιε πξφζβαζε ζε αληηδξάζεηο αλαγσγήο θαη λνπθιεφθηιεο πξνζζήθεο ΝΑΝΟΧΛΖΝΔ Μεηά ηελ αλαθάιπςε ηνπ buckminsterfullerene ην 1990, κηα λέα δηάηαμε αηφκσλ άλζξαθα δεκηνπξγήζεθε: νη λαλνζσιήλεο άλζξαθα (carbon nanotubes, CNT). Βηδηθφηεξα, νη λαλνζσιήλεο θαηαζθεπάδνληαη απφ έλα πιέγκα αηφκσλ άλζξαθα ην νπνίν ζρεκαηίδεη έλαλ θχιηλδξν ζηνλ ρψξν. Δ δνκή ελφο CNT είλαη ελεξγεηαθά ζηαζεξφηεξε απφ απηή ηνπ επίπεδνπ πιέγκαηνο αηφκσλ (γξαθίηε), δηφηη ε θπιηλδξηθή 39

40 δνκή δελ παξνπζηάδεη ειεχζεξνπο δεζκνχο (dangling bonds) ζηηο άθξεο ηνπ πιέγκαηνο. πλεπψο, νη λαλνζσιήλεο θαηαζθεπάδνληαη θαηά θχξην ιφγν κε εκηζθαηξηθά θαιχκκαηα ζηα άθξα θάζε θπιίλδξνπ, ηα νπνία είλαη ην κηζφ ελφο κνξίνπ θνπιεξελίνπ. Έηζη, νη λαλνζσιήλεο ζρεκαηίδνπλ κηα ζπλερή επηθάλεηα, ρσξίο ηελ παξνπζία αδέζκεπησλ ειεθηξνλίσλ. Έλαο λαλνζσιήλαο άλζξαθα (carbon nanotubes) κπνξεί λα πεξηγξαθεί ζαλ έλα γξαθηηηθφ θχιιν (graphene) ηπιηγκέλν ζε ζρήκα θπιίλδξνπ κε δηάκεηξν ηεο ηάμεσο ησλ λαλνκέηξσλ. Ώπνηειεί επνκέλσο κνλνδηάζηαζε λαλνδνκή ελψ θαη ν ιφγνο κήθνπο πξνο δηάκεηξν κπνξεί λα μεπεξλά ην Οη λαλνζσιήλεο κπνξεί λα είλαη πνιπθινητθνί (multi-wall nanotubes, MWNT) κε έλα θεληξηθφ ζσιήλα λα πεξηβάιιεηαη απφ έλα ή πεξηζζφηεξα ζηξψκαηα γξαθίηε ή κνλνθινητθνί (single-wall nanotubes, SWNT) φπνπ ππάξρεη κφλν έλαο ζσιήλαο θαη θαζφινπ επηπιένλ ζηξψκαηα γξαθίηε. ηαλ λαλνζσιήλεο νκαδνπνηνχληαη πξνθχπηνπλνη ιεγφκελεο ζπζηνηρίεο λαλνζσιήλσλ (nanotubes bundles). ε κηα ζπζηνηρία λαλνζσιήλσλ θνηλά πξνζαλαηνιηζκέλνη κνλνθινητθνί λαλνζσιήλεο ζπγθξαηνχληαη κεηαμχ ηνπο κε αζζελείο δπλάκεηο Van Der Waals ζρεκαηίδνληαο έλα δχν δηαζηάζεσλ ηξηγσληθφ πιέγκα. Δ ζηαζεξά ηνπ πιέγκαηνο απηνχ είλαη 1,7nm ελψ ε απφζηαζε κεηαμχ ζσιήλσλ είλαη 0,315nm. Δ ζχλζεζε ζπζηνηρηψλ δηεπθφιπλε ηελ παξαγσγή πξαθηηθψλ πνζνηήησλ λαλνζσιήλσλ. Ώλαπαξάζηαζε κνλνθινητθνχ, πνιπθινητθνχ λαλνζσιήλα θαη ζπζηνηρίαο λαλνζσιήλσλ 40

41 ΤΝΘΔΖ ΝΑΝΟΧΛΖΝΧΝ Ναλνζσιήλεο άλζξαθα κπνξνχλ λα παξαζθεπαζηνχλ κέζσ δηαθφξσλ ηερληθψλ φπσο: Βμάρλσζε ειεθηξνδίσλ άλζξαθα κε ηε ρξήζε ειεθηξηθνχ ηφμνπ εθθέλσζεο (electricarc discharge technique ). Φσηνδηάζπαζε γξαθίηε κε ηε ρξήζε laser (laser ablation, laser evaporation technique). Έλα θνκκάηη άλζξαθα εμαηκίδεηαη κε αθηηλνβνιία απφ laser ζε πςειή ζεξκνθξαζία θαη αδξαλή αηκφζθαηξα. Οη παξαγφκελνη ζσιήλεο έρνπλ κηθξή δηαζπνξά σο πξνο ηε δηάκεηξν. Καηαιπηηθή ρεκηθή απφζεζε απφ αηκφ (catalytical chemical vapor deposition, CCVD). Ώέξηεο ελψζεηο ηνπ άλζξαθα (ζπλήζσο πδξνγνλαλζξάθσλ ή κνλνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα) δηαζπψληαη θαηαιπηηθά κε ηε ρξήζε κεηαιιηθψλ θαηαιπηψλ (Fe, Co, Ni) ππνζηεξηγκέλσλ ζε ππνζηξψκαηα νμεηδίσλ κεηάιισλ ή αηξνπκέλσλ ζηελ αέξηα θάζε. Σα πξντφληα κπνξεί λα είλαη πνιπθινητθνί λαλνζσιήλεο ή κνλνθινητθνί αλάινγα κε ηηο παξακέηξνπο ηεο κεζφδνπ. Γεληθά, ελψ νη πνιπθινητθνί λαλνζσιήλεο κπνξνχλ λα ζπληεζνχλ θαη ρσξίο ηε ρξήζε θαηαιχηε, νη κνλνθινητθνί απαηηνχλ ηελ παξνπζία ηνπ. Σν κέγεζνο κάιηζηα ησλ θαηαιπηηθψλ ζσκαηηδίσλ θαζνξίδεη θαη ηε δηάκεηξν ηνπ λαλνζσιήλα ΓΟΜΖ ΝΑΝΟΧΛΖΝΧΝ Οη λαλνζσιήλεο κπνξεί λα ζεσξεζεί φηη πξνθχπηνπλ φηαλ έλα θχιιν γξαθίηε δηπισζεί ψζηε ηα 2 άθξα ηνπ λα ελσζνχλ. κσο ν ηξφπνο αλαδίπισζεο ηνπ θχιινπ γξαθίηε δελ είλαη κνλαδηθφο. Ώλ πεξηζηξαθεί ε άλσ πιεπξά ελφο θχιινπ γξαθίηε, φπσο θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα 3.1, θαηά ηελ θάζεηε δηεχζπλζε, ψζηε λα ζπκπέζεη κε ηελ θάησ πιεπξά, ηφηε δεκηνπξγείηαη ν ζσιήλαο ηχπνπ armchair (a). Ώλ ε δεμηά πιεπξά πεξηζηξαθεί θαηά ηελ νξηδφληηα δηεχζπλζε, ψζηε λα ζπκπέζεη κε ηελ δεμηά πιεπξά, ηφηε πξνθχπηεη ν λαλνζσιήλαο zig-zag (b). Ώλ ε πεξηζηξνθή γίλεηαη κε νπνηνδήπνηε άιιν ηξφπν, π.ρ. κε ηέηνην ηξφπν, ψζηε ην άλσ αξηζηεξφ άθξν λα ελσζεί κε ην θάησ δεμηφ, ηφηε ζρεκαηίδεηαη ν ζσιήλαο ηχπνπ chiral (c). ινη απηνί νη ηξφπνη αλαδίπισζεο ηνπ θχιινπ γξαθίηε ζπλνςίδνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα: 41

42 ρήκα 3.1: ρεκαηηζκφο λαλνζσιήλα χζηεξα απφ δίπισκα ελφο θχιινπ γξαθίηε θαη θάιπκκα θάζε άθξνπ κε ην κηζφ ελφο κνξίνπ θνπιεξελίνπ ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΝΑΝΟΧΛΖΝΧΝ πσο γίλεηαη αληηιεπηφ, νη λαλνζσιήλεο έρνπλ πνιχ κεγάιε εηδηθή επηθάλεηα. πγθεθξηκέλα, έλαο κνλνθινητθφο CNT (single wall carbon nanotube, SWCNT) έρεη δηάκεηξν 1-20nm, ην κήθνο ηνπ σζηφζν κπνξεί λα επεθηαζεί έσο 10cm. Βπίζεο, πνιπθινητθνί λαλνζσιήλεο (multiwall carbon nanotube, MWCNT) κπνξνχλ λα θαηαζθεπαζηνχλ απφ θπιίλδξνπο αηφκσλ άλζξαθα πνπ έρνπλ θνηλφ θεληξηθφ άμνλα. Οη λαλνζσιήλεο είλαη εμαηξεηηθά αλζεθηηθνί θαηά κήθνο ηνπ άμνλά ηνπο. Δ ηδηφηεηα ηνπο απηή βξίζθεη ρξήζε ζηελ ελίζρπζε άιισλ πιηθψλ. Σν κέηξν ειαζηηθφηεηαο ηφζν γηα πνιπθινητθνχο φζν θαη κνλνθινητθνχο ζσιήλεο είλαη άλσ ηνπ 1 TPa θαη κεηψλεηαη θαζψο ε δηάκεηξνο ηνπο απμάλεη. Φνξηίζεηο κέρξη θαη 30 GPa δελ θαηαζηξέθνπλ ηε βαζηθή δνκή ηνπ ζσιήλα. Δ δε ππθλφηεηα ηνπο, εμαξηάηαη απφ ηελ αθξηβή δνκή ηνπο. Βλδεηθηηθά, ε ππθλφηεηα ελφο zig-zag (17,0) λαλνζσιήλα ππνινγίδεηαη 1,34 g/cm3. ηνλ Πίλαθα 3.2 πνπ αθνινπζεί παξνπζηάδνληαη νη βαζηθέο ηδηφηεηεο ησλ λαλνζσιήλσλ ζε ζρέζε κε άιια πιηθά.. 42

43 Τιηθφ Μέηξν Παξακφξθσζε Βθειθπζηηθή Ππθλφηεηα ειαζηηθφηεηαο ζξαχζεο (%) αληνρή (g/cm) (GPa) (GPa) SWCNT ,4 MWCNT ,5 65 1,8 Ίλα άλζξαθα 152 1,2 2,1 1,6 Σηηάλην ,9 4,5 Ώινπκίλην (2024) Υάιπβαο (1050) ,5 2, ,8 7,8 Πίλαθαο 3.2 : Οη βαζηθέο ηδηφηεηεο ησλ λαλνζσιήλσλ ζε ζρέζε κε άιια πιηθά Ώμηνζεκείσην είλαη, φηη έλα επίπεδν πιέγκα αηφκσλ άλζξαθα (γξαθίηε) είλαη έλαο δηζδηάζηαηνο ειεθηξηθφο αγσγφο. Ώληηζέησο, ζε έλα λαλνζσιήλα παξαηεξείηαη ειεχζεξε θίλεζε ειεθηξνλίσλ κφλνλ θαηά κήθνο ηνπ θεληξηθνχ άμνλα ηνπ λαλνζσιήλα. Βπνκέλσο, νη λαλνζσιήλεο είλαη κνλνδηάζηαηνη αγσγνί (onedimensional conductors ή quantum wires) θαη παξνπζηάδνπλ ζπκπεξηθνξά αγσγνχ ή κνλσηή αλαιφγσο ηεο δνκήο ηνπο ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΣΧΝ ΝΑΝΟΧΛΖΝΧΝ Ώπνζήθεπζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο Σα πιενλεθηήκαηα ησλ λαλνζσιήλσλ, φζνλ αθνξά ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο, εληνπίδνληαη ζε δχν ζεκεία: ζηηο κηθξέο ηνπο δηαζηάζεηο θαη ζηελ δηάηαμε ησλ αηφκσλ άλζξαθα ζην πιέγκα. Δ απφδνζε ησλ θπςειίδσλ θαπζίκσλ θαζνξίδεηαη απφ ην ξπζκφ 43

44 κεηαθνξάο ειεθηξνλίσλ ζηα ειεθηξφδηα ηνπ άλζξαθα, ν νπνίνο είλαη ηαρχηεξνο ζηνπο λαλνζσιήλεο. Ώπνζήθεπζε πδξνγφλνπ Λφγσ ηεο γεσκεηξίαο ηνπ ζσιήλα θαη ηεο δηακέηξνπ λαλνθιίκαθαο, έρεη πξνβιεθζεί φηη νη λαλνζσιήλεο άλζξαθα κπνξνχλ λα απνζεθεχζνπλ πγξφ ή αέξην κέζσ ηνπ ηξηρνεηδνχο θαηλνκέλνπ. Χο ειάρηζην φξην γηα νηθνλνκηθή απνζήθεπζε πδξνγφλνπ έρεη νξηζηεί ην 6.5% ηνπ βάξνπο, ην νπνίν νξίδεηαη θαη σο ειάρηζην φξην γηα ηηο θπςειίδεο θαπζίκνπ πδξνγφλνπ. Έρεη αλαθεξζεί φηη νη SWCNTs είλαη θαηάιιεινη γηα ηελ νηθνλνκηθή απνζήθεπζε πδξνγφλνπ, ρξεζηκνπνηψληαο απνξξφθεζε απφ αέξηα θάζε (physisorption). Μηα άιιε δπλαηφηεηα γηα απνζήθεπζε πδξνγφλνπ είλαη ε ειεθηξνρεκηθή απνζήθεπζε. ηελ πεξίπησζε απηή δελ απνξξνθψληαη κφξηα, αιιά αηνκηθφ πδξνγφλν (chemisorption). Transistors Σα ηξαλδίζηνξ επίδξαζεο πεδίνπ (field effect transistors, FETs) είλαη κηα δηάηαμε δηαθφπηε κε ηξεηο αθξνδέθηεο πνπ κπνξνχλ λα δνκεζνχλ κφλν κε έλαλ εκηαγσγηθφ SWNT. Βθαξκφδνληαο κηα ηάζε ζην ειεθηξφδην πχιεο, ν λαλνζσιήλαο κπνξεί λα κεηαβαίλεη απφ αγψγηκε ζε κνλσηηθή θαηάζηαζε. Σέηνηνπ είδνπο ηξαλδίζηνξ -απφ CNT- κπνξνχλ λα ζπδεπρηνχλ θαη λα ιεηηνπξγήζνπλ ζαλ ινγηθέο πχιεο, νη νπνίεο ζεσξνχληαη σο ην κέιινλ ησλ ππνινγηζηψλ. Ναλναθίδεο (nanoprobes) θαη αηζζεηήξεο (sensors) Βμαηηίαο ηεο επιπγηζίαο ηνπο, νη λαλνζσιήλεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε δηαηάμεηο ζάξσζεο αθίδαο. Οη αθίδεο απφ MWNTs είλαη αγψγηκεο θη έηζη κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε κηθξνζθφπηα AFM. Σα πιενλεθηήκαηα είλαη αθελφο ε βειηησκέλε αλάιπζε ζε ζχγθξηζε κε ηηο ζπκβαηηθέο αθίδεο απφ Si ή κέηαιιν θαη αθεηέξνπ ην φηη δελ δηαιχνληαη ζηηο επηθάλεηεο, ιφγσ ηεο πςειήο ειαζηηθφηεηάο ηνπο. Άιιεο εθαξκνγέο ησλ λαλνζσιήλσλ εληνπίδνληαη ζηα παξαθάησ: Σξαλδίζηνξ θαη δίνδνη Πεδίν εθπνκπήο γηα επίπεδεο νζφλεο Βλίζρπζε ζήκαηνο θηλεηψλ ηειεθψλσλ Ώπνζήθεπζε ηφλησλ γηα ζπζζσξεπηέο 44

45 Βλίζρπζε πιηθψλ Υξήζε σο πνιπκεξψλ πξφζζεησλ νπζηψλ Ο Noriaki Hamada ηεο NEC θαη ν Mildred Dresselhaus ηνπ MIT αλαθάιπςαλ πξφζθαηα -αλεμάξηεηα ν έλαο απφ ηνλ άιιν- ηελ εμήο θνηλή ηδηφηεηα: Ώλ ελσζνχλ κηα ζεηξά εμαγψλσλ θαηά ηνλ επηκήθε άμνλα ηνπ λαλνζσιήλα ζε επζεία δηάηαμε, ηφηε ν ζσιήλαο ζα ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ κέηαιιν θαη ζα άγεη ειεθηξηζκφ. Ώλ, φκσο, κηα ζεηξά εμαγψλσλ ηνπνζεηεζεί ζε ζρεκαηηζκφ έιηθαο, ν ζσιήλαο ιεηηνπξγεί ζαλ εκηαγσγφο. Βπηπιένλ, ζρεδηάδεηαη ε αληηθαηάζηαζε ηνπ ππξηηίνπ απφ λαλνζσιήλεο ζηελ λαλνειεθηξνληθή ή ζαλ δηαθφπηεο, θαζψο κπνξεί θάησ απφ νξηζκέλε δνκή λα ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ εκηαγσγφο 3.4. Ζ ΔΞΔΛΗΞΖ ΣΧΝ ΠΟΛΤΜΔΡΧΝ Σα πνιπκεξή απνηεινχλ κηα απφ ηηο ζεκαληηθφηεξεο θαηεγνξίεο πιηθψλ πνπ αλαθαιχθζεθαλ θαη αλαπηχρζεθαλ ηνλ ηειεπηαίν αηψλα. Αε ζα ήηαλ ππεξβνιή λα ραξαθηεξίζνπκε ηνλ αηψλα καο σο ηνλ αηψλα ησλ πνιπκεξψλ. Δ Πξψηε γεληά βηνκεραληθψλ πνιπκεξψλ έθαλε ηελ εκθάληζε ηεο πξηλ ην 1950 θαη πεξηειάκβαλε ην πνιπζηπξέλην, ην ρισξηνχρν πνιπβηλχιην (PVC), ην θανπηζνχθ, θαη ην πνιπβνπηαδηέλην. Δ Αεχηεξε γεληά πνιπκεξψλ παξνπζηάδεηαη κεηαμχ 1950 θαη 1965 κε ηελ κνξθή ελφο αξηζκνχ πιαζηηθψλ πιηθψλ κε ελδηαθέξνπζεο κεραληθέο ηδηφηεηεο, φπσο ην πςειήο ππθλφηεηαο πνιπαηζπιέλην θαη ηηο επνμεηδηθέο ξεηίλεο. Δ Σξίηε γεληά πνιπκεξψλ αθνξά ζηα πνιπκεξή κεηά ην Πνιπκεξή δειαδή πνπ αληαπνθξίλνληαη ζε εηδηθέο αλάγθεο ηεο θαζεκεξηλήο καο δσήο κεηαμχ ησλ νπνίσλ είλαη ην Teflon θαη ην Kevlar γλσζηά θαη σο ζεξκνπιαζηηθά πνιπκεξή. Δ Σέηαξηε γεληά πνιπκεξψλ αλήθεη ραξαθηεξηζηηθά ζηε ζχλζεζε εηδηθψλ λαλνδνκεκέλσλ πνιπκεξψλ φπσο ηα αζηεξνεηδή θαη ηα δελδξνκεξή πνιπκεξή αθνινπζνχκελα απφ κηα πιεζψξα εμειηθηηθψλ κνξθψλ αληαπνθξηλφκελσλ ζηηο πεηξακαηηθέο θαη ρξεζηηθέο αλάγθεο ηνπ αλζξψπηλνπ είδνπο. Ώπφ ηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1990, κε ηε βνήζεηα ηεο αλαθάιπςεο ησλ λαλνζσιήλσλ άλζξαθα κπφξεζαλ θαη δεκηνπξγήζεθαλ ζχλζεηα πιηθά κε ρξήζε πνιπκεξηθήο κήηξαο εμειίζζνληαο κε απηφλ ην ηξφπν ηα πνιπκεξή κε βειηησµέλεο µεραληθέο, ζεξµηθέο, ειεθηξηθέο θαη νπηηθέο ηδηφηεηεο ζε ζχγθξηζε µε ηα µαθξφ- θαη ηα µηθξν- αληίζηνηρά ηνπο. Γεληθά, ηα πνιπµεξηθά 45

46 λαλνζχλζεηα παξάγνληαη µε ηε δηαζθφξπηζε ησλ αλφξγαλσλ ή νξγαληθψλ λαλνζσµαηηδίσλ είηε ζε έλα ζεξµνπιαζηηθφ είηε ζε έλα ζεξµνζθιπξελφµελν πνιπµεξέο. Tα λαλνζσµαηίδηα µπνξεί λα είλαη ηξηζδηάζηαηα, ζθαηξηθά θαη πνιχεδξα λαλνζσµαηίδηα(π.ρ., θνιινεηδέο ππξίηην), δηζδηάζηαηεο λαλνίλεο (π.ρ., λαλνζσιήλεο άλζξαθα) ή µνλνδηάζηαηνο δίζθνο- φπσο λαλνζσµαηίδηα (π.ρ., αηµνπεηάιην αξγίινπ). Σέηνηα λαλνζσκαηίδηα πξνζθέξνπλ ηεξάζηηα πιενλεθηήκαηα πέξα απφ ηα παξαδνζηαθά µαθξφ- ή ηα µηθξνµφξηα (π.ρ. γπαιί, ίλεο άλζξαθα) πνπ νθείινληαη ζηελ πςειφηεξε πεξηνρή επηθάλεηαο θαη ην ιφγν δηάζηαζεο ηνπο, ηε βειηησµέλε πξνζθφιιεζε κεηαμχ ηνπ λαλνζσµαηηδίνπ θαη ηνπ πνιπµεξνχο ζψµαηνο, θαη ην πνζφ θφξησζεο. Μηα γεληθή πξνζέγγηζε γηα λα πξνεηνηµάζνπµε ην πνιπµεξηθφ λαλνζχλζεην είλαη µέζσ ηεο ρεµείαο παξεµβνιήο ησλ βαιµέλσλ ζε ζηξψζεηο αλφξγαλσλ ζηεξεψλ. Σέηνηνπ ηχπνπ ζηεξεά πεξηιαµβάλνπλ ην γξαθίηε, ηα µεηαιιεχµαηα αξγίινπ, ηα θσζθνξηθά άιαηα µεηάιισλ, ηα βαιµέλα ζε ζηξψζεηο δηπιά πδξνμείδηα θ.ιπ. Ώπφ ηα παξαπάλσ, ηα µεηαιιεχµαηα αξγίινπ ήηαλ ηα πιένλ ρξεζηµνπνηεµέλα θαη απνηειεζµαηηθά ράξε ζηε µνλαδηθή δνµή θαη ηηο ηδηφηεηεο ηνπο. Σέηνηα µεηαιιεχµαηα πεξηιακβάλνπλ θαη ηνπο θπζηθνχο αξγίινπο (π.ρ., µνληµνξηινλίηε (ΜΜΣ), εθηνξίηε θαη ζαπνλίηε), θαζψο θαη ηνπο ζπληεζεηµέλνπο αξγίινπο (π.ρ. fluorohectorite, laponite θαη magadiite) φπσο θαίλεηαη ζηνλ πίλαθα 3.3. Ο µνληµνξηινλίηεο θαη ν εθηνξίηεο είλαη µέρξη ζήµεξα επξχηαηα ρξεζηµνπνηεµέλα µεηαιιεχµαηα αξγίινπ. Πίλαθαο 3.3 : Μεηαιιεχκαηα αξγίινπ ηα νπνία ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πνιπκεξή λαλνζχλζεηα 46

47 Δ είζνδνο ηνπ είδνπο απηνχ ηεο ηερλνινγίαο ζηε δσή καο νδήγεζε ζηελ θαηαζθεπή ηεο ζχγρξνλεο έλλνηαο ηνπ νηθνλνκηθνχ νξζνινγηζκνχ νδεγψληαο ελ ζπλερεία ζηελ πην ζπκθέξνπζα εθκεηάιιεπζε ησλ γλψζεσλ πεξί λαλνθιίκαθαο, ελψ ελίζρπζε κεζνδηθά ηελ έξεπλα ζε αηνκηθφ θαη θαη επέθηαζε κνξηαθφ επίπεδν. Ώπφηνθν απηψλ, ηα ηειεπηαία ρξφληα έλαο κεγάινο αξηζκφο εξεπλεηψλ λα έρεη εζηηάζεη ηηο πξνζπάζεηέο ηνπ ζηελ αλάπηπμε ηεο λαλνηερλνινγίαο. Ώλ θαη ε έξεπλα γηα ηελ παξεµβνιή ησλ αξγηιν/πνιπµεξψλ µπνξεί λα άξρηζε πξηλ απφ ην 1980, απηέο νη εμειίμεηο δελ πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε ζηελ ηζηνξία ησλ αξγηιφ/πνιπµεξψλ λαλνζχλζεησλ ζσµάησλ δεδνµέλνπ φηη ε µειέηε δελ νδήγεζε ζε νπζηαζηηθή βειηίσζε ησλ θπζηθψλ θαη µεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ πνιπµεξψλ. Δ επνρή ηεο λαλνηερλνινγίαο ησλ αξγηιν/πνιπµεξψλ ζηελ πξαγµαηηθφηεηα αξρίδεη µε ηελ εξγαζία ηεο Toyota γηα ηελ απνθνιίδσζε ηνπ αξγίινπ-πεινχ ζε naylon-6 ζην ηέινο ηνπ 1980 θαη ζηηο αξρέο ηνπ Ήηαλ απηή ε εξγαζία πνπ αλέδεημε µηα ζεµαληηθή βειηίσζε ζε έλα επξχ θάζµα µεραληθψλ ηδηνηήησλ µε ηελ ελίζρπζε ησλ πνιπµεξψλ ζσµάησλ µε ηνλ άξγηιν ζηελ λαλνθιίµαθα. Ώπφ ηφηε έρνπλ δηεμαρζεί εθηελείο έξεπλεο ζε απηφλ ηνλ ηνµέα. Ώπηή ηελ ζηηγµή ε αλάπηπμε έρεη δηεξεπλεζεί ζρεδφλ ζε θάζε πνιπµεξέο, ζπµπεξηιαµβαλνµέλσλ θαη ησλ πνιππξνππιελίνπ πνιπαηζπιελίνπ (ΡΡ), πνιπζηπξελίνπ(ps), πνιπµεζπιµεζαθξηιίνπ (PMMA), αηζπιελην-βηλπιίνπ, ζπµπνιπµεξνχο νμηθνχ άιαηνο (ΒVA), πνιπαθξηλνπηξηιίνπ,πνιπθαξβνπληθφπ, πνιπηµηδίνπ, πνιπγαιαθηηθνχ, πνιπθαπξνιαθηφλεο, πνιπνπξεζάλε, νμείδην πνιπαηζπιελίνπ (ΡΒΟ), επνμηθή ξεηίλε θαη θαηλνιηθέο ξεηίλεο. Δ πξνζέγγηζε ησλ λαλνζχλζεησλ έρεη πιενλεθηήµαηα ζπγθξηλφµελε µε ηα παξαδνζηαθά ηλψδε ζχλζεηα γηα µηθξέο θαη φκνηεο πεξηεθηηθφηεηεο. Παξ φια απηά, ε αγνξά γηα ηα πςειήο απφδνζεο εληζρπµέλα ζχλζεηα µε πςειά µέξε φγθνπ ηλψλ δελ έρεη επεξεαζηεί απφ απηέο ηηο εμειίμεηο. Σν µπζηήξην ηνπ λαλν-θφζµνπ αλαθαιχθζεθε ζηαδηαθά, ζηα πξφζθαηα ρξφληα. Δ θιίµαθα λαλνµέηξσλ είλαη απιά µηα ζεηξά µεηαμχ ησλ «µίθξν» θαη ησλ µνξηαθψλ δηαζηάζεσλ. Οη επηζηήµεο ζε απηέο ηηο δηζδηάζηαηεο ζεηξέο έρνπλ εμεξεπλεζεί θαιά απφ ηνπο επηζηήµνλεο θαη ηνπο θαξµαθνπνηνχο πιηθψλ. Οη γλσζηέο ηερλνινγίεο λαλνµεηξν-θιίµαθαο πνπ αλαπηχρζεθαλ µέζα ζηελ επηζηήµε θαη ηε ρεµεία πιηθψλ ζην παξειζφλ δελ µπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ εχινγα σο λαλνηερλνινγία. Σν πξαγµαηηθφ ελδηαθέξνλ γηα ηε λαλνηερλνινγία είλαη λα δεµηνπξγεζνχλ νη επαλαζηαηηθέο ηδηφηεηεο θαη ιεηηνπξγίεο µε 47

48 ηελ πξνζαξµνγή ησλ πιηθψλ θαη ην ζρεδηαζµφ ησλ ζπζθεπψλ ζηελ θιίµαθα λαλνµέηξσλ. Μέρξη ηψξα ζεµαληηθή πξφνδνο έρεη ζεµεησζεί ζηελ αλάπηπμε ζπλζεηηθψλ µεζφδσλ εθαξµνδφµελσλ ζε πνιπµεξή πςειήο απφδνζεο θαη ζηελ εμέηαζε ζεµαληηθψλ µεραληθψλ ηδηνηήησλ. Ωζηφζν, είµαζηε πνιχ µαθξηά απφ ην λα θαηαλνήζνπκε ηνπο µεραληζµνχο επίδξαζεο ηεο ελίζρπζεο ζηα λαλνζχλζεηα. Σα πνιπµεξή λαλνζχλζεηα βαζηζµέλα ζε πειφ πξνζθέξνπλ ηεξαζηία βειηίσζε ζε έλα επξχ θάζµα θπζηθψλ θαη µεραληθψλ ηδηνηήησλ εθαξµνζµέλεο µεραληθήο γηα ηα πνιπµεξή πιηθά µε µηθξέο πεξηεθηηθφηεηεο ζε έγθιεηζµα. Ώπηή ε ηερλνινγία µπνξεί ηψξα λα εθαξµνζηεί εµπνξηθά θαη έρεη µειεηεζεί πάξα πνιχ ηα ηειεπηαία ρξφληα. Δ ζεµαληηθφηεξε αλάπηπμε ζε απηφλ ηνλ ηνµέα (λαλνηερλνινγία ησλ αξγηιφ/πνιπµεξψλ λαλνζχλζεησλ) έρεη πξαγµαηνπνηεζεί θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ ηειεπηαίσλ 15 εηψλ. Ώπηή ε θαηεγνξία πιηθψλ ρξεζηµνπνηεί ζµεθηηθνχ ηχπνπ πεινχο-άξγηινπο φπσο ν εθηνξίηεο, ν µνληµνξηινλίηεο θαη ηε ζπλζεηηθή µίθα σο πιηθά πιεξψζεσο γηα λα εληζρχζεη ηηο ηδηφηεηεο ησλ πνιπµεξψλ ζσµάησλ. Οη πεινί- άξγηινη ζµεθηηθνχ ηχπνπ νξγαλψλνληαη ζε ζηξψζεηο. Κάζε ζηξψµα θαηαζθεπάδεηαη απφ ηα ηεηξαεδξηθά άηνµα Si πνπ ελψλνληαη ζην νθηαεδξηθφ πεδίν είηε ηνπ Al(OH) είηε ηνπ MG(OH).χµθσλα µε ηε θχζε ηεο ζχλδεζεο µεηαμχ απηψλ ησλ αηφµσλ, ηα ζηξψµαηα πξέπεη λα έρνπλ άξηζηεο µεραληθέο ηδηφηεηεο παξάιιειεο ζηελ θαηεχζπλζε ησλ ζηξσµάησλ. Βληνχηνηο, νη αθξηβείο µεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ ζηξσµάησλ δελ είλαη αθφµα γλσζηέο. Έρεη ππνινγηζηεί απφ πξφζθαηε εξγαζία δηαµφξθσζεο φηη ην µέηξν ηνπ Young ζηελ θαηεχζπλζε ζηξψµαηνο είλαη 50 έσο 400 θνξέο πςειφηεξνο απφ απηφ ζε έλα ηππηθφ πνιπµέξεο. Σα ζηξψµαηα έρνπλ έλαλ πςειφ ιφγν δηάζηαζεο θαη ην θαζέλα είλαη πεξίπνπ 1nm ζε πάρνο, ελψ ε δηάµεηξνο µπνξεί λα πνηθίιεη απφ 30 nm εσο µεξηθά µηθξά ή θαη µεγαιχηεξε. Σα εθαηνληάδεο ή αθφµα θαη ρηιηάδεο απηά ζηξψµαηα ζπζζσξεχνληαη µαδί µε ηηο αδχλαηεο van der Waals δπλάµεηο γηα λα δηαµνξθψζνπλ έλα µφξην αξγίινπ-πεινχ. Με µηα ηέηνηα δηαµφξθσζε, είλαη δπλαηφλ λα πξνζαξµνζηνχλ νη άξγηινη-πεινί ζηηο δηάθνξεο δηαθνξεηηθέο δνµέο ζε έλα πνιπµεξέο ζψµα. ην παξειζφλ, ην µεγαιχηεξν ελδηαθέξνλ ζηελ ρξήζε αξγίισλ γηα ηελ ελίζρπζε πνιπµεξψλ, ήηαλ ε δηάζπαζε ησλ ζσµαηηδηαθψλ ζπζζσµάησλ ζε απηφλνµα 48

49 ζσµαηίδηα ψζηε λα δεµηνπξγεζνχλ εληζρπµέλα πνιπµέξε µε εγθιείζµαηα µηθξψλ δηαζηάζεσλ φπσο ζηε εηθφλα 3.4. Μπνξεί λα θαληαζηεί θαλείο φηη νη άξηζηεο µεραληθέο ηδηφηεηεο θάζε µεµνλσµέλνπ ζηξψµαηνο ζηα µφξηα αξγίινπ-πεινχ δελ µπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ απνηειεζµαηηθά ζε έλα ηέηνην ζχζηεµα. Δ αδχλαµε ζχλδεζε ελδηάµεζσλ ζσµάησλ µπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη σο πεξηνρή έλαξμεο δεµίαο ζηηο εθαξµνγέο. Βίλαη ζχλεζεο λα ρξεζηµνπνηείηαη ε πςειή θφξησζε αξγίινπ-πεινχ γηα λα επηηεπρζεί ε επαξθήο βειηίσζε ηνπ µέηξνπ, ελψ ε δχλαµε θαη ε αλζεθηηθφηεηα ηνπ πνιπµεξνχο ζψµαηνο µεηψλνληαη. Δ αξρή πνπ ρξεζηµνπνηείηαη ζηα αξγηιν/πνιπµεξηθά λαλνζχλζεηα είλαη, λα ρσξηζηνχλ φρη µφλν ηα ζχλνια αξγίινπ-πεινχ αιιά θαη ηα µεµνλσµέλα ζηξψµαηα ππξηηηθψλ αιάησλ ζε έλα πνιπµεξέο, φπσο δηεπθξηλίδεηαη ζρεµαηηθά ζην εηθφλα 3.4. Βηθφλα 3.4: Οη δηαθνξεηηθέο αξρέο πνπ εθαξµφδνληαη γηα ηελ θαηαζθεπή ησλ ζπµβαηηθψλ µηθξν- θαη λαλν-ζχλζεησλ. ηαλ ζπµβαίλεη απηφ, νη άξηζηεο µεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ µεµνλσµέλσλ ζηξσµάησλ αξγίινπ-πεινχ µπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ απνηειεζµαηηθά, ελψ ν αξηζµφο ελίζρπζεο ησλ ζπζηαηηθψλ απμάλεηαη εληππσζηαθά επεηδή θάζε µφξην αξγίινπ πεξηέρεη εθαηνληάδεο ή θαη ρηιηάδεο ζηξψµαηα. Καηά ζπλέπεηα έλα επξχ θάζµα µεραληθψλ ηδηνηήησλ µπνξεί λα βειηησζεί ζεµαληηθά µε έλα ραµειφ πνζνζηφ πιηθψλ πιεξψζεσο, ζπλήζσο ιηγφηεξν απφ 5% ζε βάξνο. ε έλα ηέηνην ραµειφ πνζνζηφ ηα πνιπµεξή 49

50 ζψµαηα φπσο nylon-6, παξνπζηάδνπλ µηα αχμεζε ζην µέηξν ηνπ Young 103% ζηελ εθηαηή δχλαµε 49% θαη ζηελ ζεξµνθξαζία µαιάθσζεο 146%. Άιιεο βειηησµέλεο ηδηφηεηεο θπζηθέο θαη µεραληθέο πεξηιαµβάλνπλ ηελ βξαδηθαπζηφηεηα (εηθφλα 3.5), ηελ αληίζηαζε θξαγµνχ θαη ηελ ηνληηθή αγσγηµφηεηα. Βηθφλα 3.5 : ΐξαδπθαπζηφηεηα Έλα άιιν πιενλέθηεµα ησλ αξγηιφ/πνιπµεξηθψλ λαλνζχλζεησλ είλαη φηη νη νπηηθέο ηδηφηεηεο ηνπ πνιπµεξνχο δελ επεξεάδνληαη ζεµαληηθά. Σν πάρνο ησλ µεµνλσµέλσλ ζηξσµάησλ αξγίινπ-πεινχ είλαη πνιχ µηθξφηεξν απφ ην µήθνο θχµαηνο ηνπ νξαηνχ θσηφο έηζη ψζηε ηα θαιά απνθινησµέλα αξγηιφ/πνιπµεξνί λαλνζχλζεηα πξέπεη λα είλαη νπηηθά ζαθή. Οη εηθφλεο ησλ µηθξφ- θαη ησλ λαλν- ζχλζεησλ πνπ παξνπζηάζηεθαλ ζην ζρήµα 3.4, δεκηνπξγήζεθαλ ρξεζηκνπνηψληαο ην ίδην µείγµα αξγίινπ-πεινχ θαη πνιππξνππιελίνπ θαη εθαξκφδνληαο δηαδηθαζίεο µηαο γξήγνξεο ςχμεο γηα λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηελ επίδξαζε θξπζηάιισζεο. Σα ζπκβαηηθά µηθξνζχλζεηα εκθαλίδνληαη µε ρξψκα θαθέ θαη αδηαθαλή, ελψ ηα λαλνζχλζεηα είλαη ζρεδφλ δηαθαλή. Βίλαη ζαθέο απφ απηά ηα ζηνηρεία φηη ηα αξγηιφ/πνιπµεξή λαλνζχλζεηα είλαη µηα θαιή εθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο. Με ηελ πξνζαξµνγή ηεο δνµήο αξγίινπ ζηα πνιπκεξή ζψκαηα ζηελ θιίκαθα λαλνµέηξσλ, νη λέεο πιηθέο ηδηφηεηεο έρνπλ βξεζεί. Έλα άιιν ελδηαθέξνλ ζπµπέξαζµα γηα ηελ αλάπηπμε ησλ αξγηιφ/πνιπµεξψλ λαλνζχλζεησλ είλαη φηη ε ηερλνινγία µπνξεί λα εθαξµνζηεί ακέζσο γηα ηηο εκπνξηθέο εθαξκνγέο, ελψ νη πεξηζζφηεξεο απφ ηηο άιιεο λαλνηερλνινγίεο είλαη αθφµα ζε πξσζχζηεξν ζηάδην. Δ πξψηε εµπνξηθή εθαξµνγή απηψλ ησλ πιηθψλ ήηαλ ηα αξγηιν/naylon-6 λαλνζχλζεησλ ζσµάησλ σο θαιχςεηο δσλψλ ζπγρξνληζµνχ γηα ηα απηνθίλεηα ηεο Toyota, ζε ζπλεξγαζία µε Ube ην Ώµέζσο µεηά απφ απηφ ε Unitica εηζήγαγε nylon-6 λαλνζχλζεηα γηα ηηο θαιχςεηο µεραλψλ ζε GDI engines ηεο Mitsubishi ηνλ 50

51 Ώχγνπζην 2001.Δ General Motors & Besell αλήγγεηιαλ ηελ εθαξµνγή ηνπ λαλνζχλζεηνπ πνπ βαζίδεηαη ζε λαλνπνιπνιεθίλε θαη λαλνπειφ σο βνεζεηηθφ ηµήµα βεµάησλ γηα ηα GMC Safari θαη Chevrolet Astro. Έπεηηα, απηά ηα λαλνζχλζεηα ρξεζηµνπνηήζεθαλ ζηηο πφξηεο ηεο Chevrolet Impalas. ηελ ζπλέρεηα ηα επγελή πνιπµεξή ζψµαηα αλέπηπμαλ αξγηιν-πξνππιέλην λαλνζχλζεηα γηα ηηο δνµηθέο πιάηεο θαζηζµάησλ ζην απηνθίλεην Honda Acura, ελψ ε Ube αλαπηχζζεη ηνλ άξγηιν/naylon- 12 λαλνζχλζεηνπ γηα ηα ηµήµαηα γξαµµψλ απηνθηλήησλ θαη ζπζηεµάησλ θαπζίµσλ. Σν Alcoa CSI έρεη εθαξµφζεη ηνλ πνιπζηξσµµαηηθφ αξγηιφ/πνιπµεξέο λαλνζχλζεην σο πιηθφ ζθαθψλ γηα εθαξµνγέο εγθιεηζµνχ. Δ Honeywell έρεη αλαπηχμεη ην αξγηιφ/naylon-6 λαλνζχλζεην πξντφλ, AegisTM NC ξεηίλε γηα ηελ ζπζθεπαζία πνηψλ. Πην πξφζθαηα ε Mitsubishi Gas Chemical θαη ε Nanocor έρνπλ ζπλαλαπηχμεη ην naylon-mxd6 λαλνζχλζεην γηα ην πνιπζηξσµαηηθφ µπνπθάιη ηεξεθζαιηθνχ πνιπαηζπιελίνπ (ΡΒΣ). Οη λαλνζσιήλεο άλζξαθα ιφγσ ηεο κεγάιεο κεραληθήο αληνρήο πνπ εκθαλίδνπλ, ρξεζηκνπνηνχληαη σο κέζα γηα ηελ ελίζρπζε πνιπκεξηθψλ πιηθψλ. Ναλνζσιήλεο άλζξαθα κε πνιχ θαιή δηαβξνρή ζε πνιπκεξηθή κήηξα είλαη δπλαηφ λα βειηηψζνπλ ηελ εθειθπζηηθή αληνρή θαηά ηε κεηαθνξά θνξηίνπ κεηαμχ λαλνζσιήλα άλζξαθα θαη κήηξαο. Οη λαλνζσιήλεο άλζξαθα, φπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί, απνηεινχληαη απφ άηνκα άλζξαθα ελσκέλα κε πβξηδηζκφ sp 2 θαη ζπλεπψο πνιχ ηζρπξά ζπλδεδεκέλα. Δ δηεπηθάλεηα κεηαμχ λαλνζσιήλσλ άλζξαθα θαη πνιπκεξηθήο κήηξαο παίδεη θαζνξηζηηθφ ξφιν ζηελ ελίζρπζε ησλ πνιπκεξηθψλ λαλνζχλζεησλ πιηθψλ. Έλα ζχλζεην πιηθφ κε απιή εκβάπηηζε λαλνζσιήλσλ άλζξαθα νδεγεί, ιφγσ ηεο απνπζίαο ρεκηθήο ζπγγέλεηαο κεηαμχ ησλ δχν πιηθψλ, ζηε δεκηνπξγία ζπζζσκαησκάησλ λαλνζσιήλσλ θαη ζηελ νπζία ηελ χπαξμε δχν μερσξηζηψλ θάζεσλ. Δ ειεχζεξε ελέξγεηα ηεο επηθάλεηαο ησλ λαλνζσιήλσλ είλαη ρακειή ιφγσ ηεο κε χπαξμεο δξαζηηθψλ νκάδσλ πνπ λα βνεζνχλ ζηε ρεκηθή ζπγγέλεηα κε ηελ πνιπκεξηθή κήηξα. Γηα απηφ θαη είλαη απαξαίηεην λα εηζαρζνχλ κε θάπνην ηξφπν ρεκηθέο νκάδεο ζηελ επηθάλεηα ηνπ λαλνζσιήλα θξαηψληαο φκσο κηα ηζνξξνπία κεηαμχ ηεο θάζεο εθείλεο φπνπ ν λαλνζσιήλαο λα κελ θαηαζηξέθεηαη ηειείσο αιιά λα έρεη ηξνπνπνηεζεί θαηαιιήισο, δηαηεξψληαο ηηο ηδηφηεηεο πνπ ην ραξαθηεξίδνπλ παλίζρπξν πιηθφ. Οη ηξφπνη επίηεπμεο ηεο θαηάιιειεο δξαζηηθφηεηαο ησλ λαλνζσιήλσλ άλζξαθα πξαγκαηνπνηνχληαη κε νμείδσζε ηεο επηθάλεηάο ηνπο. Γίλεηαη εηζαγσγή δειαδή 51

52 ρεκηθψλ νκάδσλ φπσο θαξβνμπιίσλ, πδξνμπιίσλ θαη γεληθά ιεηηνπξγηθψλ νκάδσλ πνπ λα επλννχλ ηελ παξαπάλσ δηεξγαζία. Δ νμείδσζε κπνξεί λα γίλεη κε ηε ρξήζε πιάζκαηνο, κε θσην-ρεκηθά αιιά θαη κε πγξέο ή ειεθηξνρεκηθέο κεζφδνπο κε ηηο νπνίεο θαη αλαπηχζζνληαη θάπνηα απφ ηα πξνο εμέηαζε δείγκαηα ηεο παξνχζαο εξγαζίαο. θνπφο είλαη ε θαιχηεξε δπλαηή πξφζθπζε κεηαμχ ησλ πιηθψλ δηαθνξεηηθήο θχζεο κε ρεκηθή ζχλδεζε αιιά θαη κε ηελ χπαξμε αζζελψλ αιιειεπηδξάζεσλ ΣΤΠΟΗ ΝΑΝΟΤΝΘΔΣΧΝ ΠΟΛΤΜΔΡΧΝ Ώλάινγα µε ηε δχλαµε ησλ ελδηάµεζσλ αιιειεπηδξάζεσλ µεηαμχ ηεο πνιπµεξνχο µήηξαο θαη ηνπ ππξηηηθνχ άιαηνο, ηξεηο δηαθνξεηηθνί ηχπνη λαλνζχλζεησλ είλαη δπλαηνί : 1) ζχλζεην δηαρσξηζµνχ θάζεο (phase separated), φπνπ ην αλφξγαλν έγθιεηζµα δηαηεξεί ηελ αξρηθή ηνπ θαηάζηαζε ησλ αζξνηζµέλσλ ζπζηάδσλ ζηξσµάησλ ρσξίο αιιειεπίδξαζε µε ην λαλνζχλζεην πνιπµεξέο 2) παξεµβεβιεµέλν λαλνζχλζεην (intercalated nanocomposites) νπνχ νη εθηεηαµέλεο πνιπµεξείο αιπζίδεο είλαη ζην ελδηάµεζν ζηξσµαηηθφ δηάζηεµα ηνπ ππξηηηθνχ άιαηνο, αλεμάξηεηα απφ ην πνζνζηφ αξγίινπ, δηαµνξθψλνληαο µηα πνιπζηξσµαηηθή δνµή µε ην ελαιιαζζφµελν πνιπµεξέο. 3) αλφξγαλα ζηξψµαηα απνθνιηδσµέλνπ (exfoliated) λαλνζχλζεηνπ, φπνπ νη αιιειεπηδξάζεηο ελδηάµεζσλ ζηξσµάησλ είλαη αµειεηέεο θαη ηα µεµνλσµέλα ζηξψµαηα ππξηηηθψλ αιάησλ είλαη εληειψο δηαρσξηζµέλα ρεκα 3.6: ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ησλ ηξηψλ δηαθνξεηηθψλ ηχπσλ λαλνζχλζεησλ πνιπκεξέο/αξγπινππξηηηθέο ζηξψζεηο 52

53 ΗΓΗΟΣΖΣΔ Ώπφ κεραληθή άπνςε, ν κεραληζκφο γηα απηά ηα βηνζχλζεηα είλαη απιφο: ε κήηξα κεηαθέξεη ηε θφξηηζε κέζσ δηάηκεζεο ζηελ ελίζρπζε. Έλαο κεγάινο ιφγνο κήθνπο πξνο ηε δηάκεηξν (aspect ratio) ηεο ελίζρπζεο αληηζηαζκίδεη ην ρακειφ κέηξν ειαζηηθφηεηαο ηεο καιαθήο πξσηετληθήο κήηξαο, νδεγψληαο ζε βειηησκέλε δπζθακςία ηνπ ζπλζέηνπ. Βπίζεο ε αληνρή ζηε ζξαχζε ησλ βηνζπλζέησλ εμαξηάηαη απφ ηε κέγηζηε αληνρή ζε εθειθπζκφ ηεο ελίζρπζεο. Έηζη, ε ρξήζε λαλνδνκψλ επηηξέπεη ηελ πξνζέγγηζε ηεο κέγηζηεο ζεσξεηηθήο αληνρήο ηνπ πιηθνχ, θαζψο νη κεραληθέο ηδηφηεηεο δελ επεξεάδνληαη απφ αηέιεηεο ζηε λαλνθιίκαθα. Ώπηή ε παξαηήξεζε είλαη κηα επέθηαζε ηεο θιαζζηθήο πξνζέγγηζεο γηα αλζεθηηθά πιηθά, ζχκθσλα κε ηελ νπνία πξέπεη λα κεηψλνληαη νη δηαζηάζεηο ηφζν ψζηε λα απνθιείνληαη θξίζηκεο αηέιεηεο. Γη απηφ, ρξεζηκνπνηνχληαη σο ελίζρπζε πιηθά κε πςειή θξπζηαιιηθφηεηα θαη κε δηαζηάζεηο ζε λαλφκεηξα, νπφηε φιεο νη αηέιεηεο εθηφο απφ ηηο αηνκηθέο κπνξνχλ λα εμαιεηθζνχλ. Ώπηή ε εμεξεχλεζε ησλ ηδηνηήησλ ζαλ ζπλάξηεζε ησλ αηειεηψλ δελ πεξηνξίδεηαη κφλν ζηηο κεραληθέο, θαζψο έλα κεγάιν εχξνο απφ ηηο θπζηθέο ηδηφηεηεο ησλ πιηθψλ επίζεο εμαξηψληαη απφ ηε ζπγθέληξσζε ησλ αηειεηψλ. Ώθφκε, ε κηθξή θιίκαθα κεγέζνπο κπνξεί λα δεκηνπξγήζεη δηάθνξα εγγελή θαηλφκελα, γηα παξάδεηγκα κέζσ ηνπ θβαληηθνχ πεξηνξηζκνχ ή ηεο δξακαηηθήο αχμεζεο ηεο δηεπηθαλεηαθήο πεξηνρήο ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΝΑΝΟΤΝΘΔΣΧΝ ΠΟΛΤΜΔΡΧΝ ήµεξα, ηα πνιπµεξηθά ζχλζεηα ρξεζηµνπνηνχληαη επξέσο ζηηο απηνθηλεηνβηνµεραλίεο. Σέηνηα ζχλζεηα θαηαζθεπάδνληαη µε ηελ πξνζζήθε µεγάισλ πνζψλ µηθξνµνξίσλ, ζεξµηθψλ ζηαζεξνπνηεηψλ, ρεµηθψλ αλζεθηηθψλ θαη ππξίµαρσλ πξφζζεησλ νπζηψλ ζηελ πνιπµεξηθή µήηξα. Δ βειηησµέλε απφδνζε ηνπο νθείιεηαη ζηελ ππθλφηεηα ησλ πιηθψλ θαη ηε ραµειή απνδνηηθφηεηα θαπζίµνπ. Ώληίζεηα, ην πνιπµεξέο λαλνζχλζεην πιηθφ πξνζθέξεη ηελ πςειφηεξε απφδνζε µε ζεµαληηθή µείσζε βάξνπο θαη πξνζηηά πιηθά γηα ηηο βηνµεραλίεο µεηαθνξψλ φπσο απηνθίλεην θαη αεξνδηαζηεµηθή βηνµεραλία. Σν πξψην εµπνξηθφ πξντφλ ηνπ βαζηζµέλνπ ζε άξγηιν πνιπµεξηθνχ λαλνζχλζεηνπ πιηθνχ, είλαη ε ρξνληζµέλε θάιπςε δψλεο (timing-belt cover) πνπ γίλεηαη απφ λαλνζχλζεην λάηινλ 6 ζηηο µεραλέο ηεο Toyota ζηηο αξρέο ηνπ Ώπηή παξνπζίαδε άξηζηε ζεξµηθή ζηαζεξφηεηα θαη 53

54 θαλέλα πεξηθάιπµµα. Μείσζε επίζεο ην βάξνο έσο θαη 25% ιφγσ ηνπ ραµειφηεξνπ πνζνχ ρξεζηµνπνηνχµελσλ αξγίισλ. Βθηφο απηνχ, ηα λαλνζχλζεηα λάηινλ 6 έρνπλ ρξεζηµνπνηεζεί επίζεο σο θάιπςε µεραλψλ, δεμαµελψλ πεηξειαίνπ θαη µάληθεο θαπζίµσλ ζηελ απηνθίλεηνβηνµεραλία ιφγσ ηεο αμηνπξφζεθηεο αχμεζεο ηνπο ζε HDT θαη εληζρπµέλσλ ηδηφηεησλ εµπνδίσλ µαδί µε ηηο µεραληθέο ηδηφηεηεο ηνπο. Βθηφο απφ ην λάηινλ 6, µηα ζεξµνπιαζηηθή νιεθίλε εληζρπµέλε µε µηθξφ πνζνζηφ φπσο ν άξγηινο 2.5% ρξεζηµνπνηήζεθε απφ ηελ General Motors ην 2002.Σψξα ζεσξείηαη φηη ην πνιπµεξηθφ λαλνζχλζεην µπνξεί λα ρξεζηµνπνηεζεί σο πηζαλφ πιηθφ ζηα δηάθνξα νρήµαηα, γηα ηα εμσηεξηθά θαη εζσηεξηθά µέξε φπσο νη βάζεηο-θσιηέο θαζξεθηψλ, νη ιαβέο ζπξψλ θαη ηα µέξε θάησ απφ ηελ θνπθνχια. Σν πιενλέθηεµα βάξνπο απφ ην πνιπµεξηθφ λαλνζχλζεην ζα µπνξνχζε λα έρεη έλαλ ζεµαληηθφ ξφιν ζηελ πξνζηαζία ηνπ πεξηβάιινληνο θαη ηελ πιηθή αλαθχθισζε. Δ δηαδεδνµέλε ρξήζε ηνπ πνιπµεξνχο λαλνζχλζεηνπ ζψµαηνο ζα έζσδε 1.5 δηζεθαηνµµχξηα ιίηξα βελδίλεο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο δσήο ηεο παξαγσγήο ελφο έηνπο ησλ νρεµάησλ θαη ζα µείσλε ηηο ζρεηηθέο εθπνµπέο δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα ζε πεξηζζφηεξα απφ 5 δηζεθαηνµµχξηα θηιά. Βπίζεο, ηα λαλνζχλζεηα πνιπµεξή έρνπλ ρξεζηµνπνηεζεί σο επηζηξψµαηα ή ρξσζηηθέο νπζίεο. To PlanoColors ή νη λαλνρξσζηηθέο πνπ πξνέξρνληαη απφ ηνπο αξγίινπο θαη ηηο νξγαληθέο ρξσζηηθέο νπζίεο, ζεσξνχληαη επλντθά γηα ην πεξηβάιινλ ππνθαηάζηαηα ηνπ ηνμηθνχ θαδµίνπ (Cd) θαη ηνπ παιιαδίνπ (Ρd) (ρξσζηηθέο νπζίεο). Σν PlanoColors µπνξεί λα είλαη εχθνια δηαζθνξπηζµέλν ζε λαλνεπίπεδν ζηα µαδηθά πνιπµεξή θαζψο επίζεο θαη ζηα επηζηξψµαηα. Αηάθνξα ρξψµαηα παξάγνληαη ελδερνµέλσο µε ηελ επηινγή ησλ θαηάιιεισλ ρξσζηηθψλ νπζηψλ απφ έλαλ πινχην ησλ νξγαληθψλ ρξσζηηθψλ νπζηψλ. Βπηπιένλ, πιηθά πνπ βάθνληαη µε PlanoColors παξαµέλνπλ απνιχησο δηαθαλή δεδνµέλνπ φηη ην µέγεζνο απηψλ ησλ ρξσζηηθψλ νπζηψλ είλαη µηθξφηεξν απφ ην µήθνο θχµαηνο ηνπ θσηφο. Βπηπιένλ, µηα βειηησµέλε ζηαζεξφηεηα ζην νμπγφλν, ηελ ππεξηψδε αθηηλνβνιία (UV) θαη ηε ζεξµνθξαζία ζπλδπαζµέλα µε ηελ πςειή απνδνηηθφηεηα ιαµπεξφηεηαο θαη ρξψµαηνο είλαη ζηνηρεία πνπ νθείινληαη πηζαλψο ζηνλ ηεξάζηην ηνµέα επηθάλεηαο ησλ λαλνρξσζηηθψλ θαη ηεο εληζρπµέλεο αιιειεπίδξαζήο ηνπο µε ην θσο. Ώθφµα ηα πνιπµεξηθά λαλνζχλζεηα πιηθά αλνίγνπλ έλαλ λέν δξφµν γηα λέα νξγαληθά-αλφξγαλα πιηθά µε ηδηαίηεξεο ειεθηξηθέο ηδηφηεηεο. Δ αμηνπξφζεθηε ειεθηξνρεµηθή ζπµπεξηθνξά ησλ πνιπµεξψλ πνπ ζπλδένληαη µε µεηαιιεχµαηα αξγίινπ πξνζειθχνπλ ηηο πηζαλέο εθαξµνγέο, φπσο 54

55 ηα ηξνπνπνηεµέλα ειεθηξφδηα, βηναηζζεηήξεο, ζηεξεάο θαηάζηαζεο µπαηαξίεο, έμππλα παξάζπξα θαη άιιεο ειεθηξνρεµηθέο ζπζθεπέο. Γηα παξάδεηγµα, ην PPR λαλνζχλζεην, µπνξεί λα αλαπηπρζεί γηα ηα ηξνπνπνηεµέλα ειεθηξφδηα ρξεζηµνπνηνχµελα φπσο νη αηζζεηήξεο ή σο ζπζθεπέο γηα ειεθηξνθαηάιπζε 55

56 4 Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ Δ Ρ Γ Α Λ Δ Ι Α & Μ Δ Θ Ο Γ Ο Ι Πψο ζρεηίδεηαη ην επξσπατθφ ηειεζθφπην αθηίλσλ Υ «Newton» κε ηελ λαλνηερλνινγία; Σν ηειεζθφπην απηφ ζπιιέγεη ηελ αθηηλνβνιία Υ απνκαθξπζκέλσλ αληηθεηκέλσλ, κε 58 θάηνπηξα, κεγέζνπο θαιαζηνχ άρξεζησλ, πνπ είλαη αιιειέλδεηα κεηαμχ ηνπο, ζαλ καλδχαο θξεκκπδηνχ, θαη είλαη ςεθαζκέλα κε αηκφ ρξπζνχ. Σα θάηνπηξα έρνπλ κέζε αδξφηεηα επηθαλείαο κφιηο 0,4 λαλφκεηξα - έλα ηερλνινγηθφ αξηζηνηέρλεκα ζην νπνίν ζπλέβαιε ζεκαληηθά ε επηρείξεζε Carl Zeiss AG. Σα πςειήο αθξίβεηαο θάηνπηξα αθηηλνβνιίαο Υ γηα ηελ θαζκαηνζθνπία θαη ηελ κηθξνζθνπία αθηίλσλ Υ απνηεινχληαη απφ αξθεηέο εθαηνληάδεο ζηξψζεηο δχν ζηνηρείσλ δηαθνξεηηθνχ βάξνπο. Οη πξνυπνζέζεηο πνπ πξέπεη λα πιεξνχλ απηά ηα θάηνπηξα είλαη αθφκα απζηεξφηεξεο δεδνκέλνπ φηη νη ζηξψζεηο επηηξέπεηαη θαηά κέζνλ φξν λα παξεθθιίλνπλ απφ ην ζεσξεηηθφ πάρνο κφλνλ θαηά θιάζκαηα ηεο δηακέηξνπ ελφο αηφκνπ. Σελ ηερληθή απηή εθαξκφδεη απνθιεηζηηθά ην Ελζηηηνχην Fraunhofer γηα ηελ Σερληθή Τιηθψλ θαη Ώθηίλσλ, ζηε Αξέζδε. Σν ηέρλαζκα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην θάηνπηξν ζηξψζεσλ εληνπίδεηαη θαη πάιη ζηε θχζε θαη εηδηθφηεξα, ζην θάζκα ηνπ νξαηνχ θσηφο: ην λπθηφβην θαιακάξη Euprymna scolopes θαηεπζχλεη πξνο ηα θάησ, κέζσ κηθξψλ θαηφπηξσλ απφ πξσηεύλε αλαθιαζηίλε (reflectine), ην θσο απφ θσηαπγή βαθηήξηα θαη έηζη, πξνζνκνηψλεη ηκήκα ηνπ έλαζηξνπ νπξαλνχ γηα ηνπο ερζξνχο πνπ θνιπκπνχλ απφ θάησ ηνπ. Ώπηφ ην παξάδεηγκα βηνινγηθήο λαλνηερλνινγίαο αλαθαιχθζεθε πξνζθάησο ζην Παλεπηζηήκην ηεο Υαβάεο ΑΝΗΥΝΔΤΣΔ ΑΡΧΖ Οη αληρλεπηέο ζάξσζεο, ηα κάηηα γηα ηνλ λαλφθνζκν, ελδερνκέλσο λα κελ θαίλνληαη ηφζν εληππσζηαθνί θαη ζεακαηηθνί, φπσο ζηελ πξαγκαηηθφηεηα είλαη, αλ κε ηη άιιν, αλ ιεθζεί ππφςε φηη γηα ηελ επηλφεζε ηνπ πξνγφλνπ φισλ ησλ αληρλεπηψλ ζάξσζεο, ζην ζαξσηηθφ κηθξνζθφπην ζήξαγγαο, απνλεκήζεθε ην βξαβείν Νφκπει. 56

57 ηνπο αληρλεπηέο ζάξσζεο, νη πηεδνθξχζηαιινη νδεγνχλ ηελ αθίδα ζάξσζεο επαλεηιεκκέλσο θαη ειάρηζηα κεηαηνπηδφκελε πάλσ απφ ην ππφ ζάξσζε αληηθείκελν, φπσο γηα παξάδεηγκα πεδία αηφκσλ. Οη κεηαηνπίζεηο είλαη απεηξνειάρηζηεο, κε ηελ απφζηαζε θεθαιήο-πεδίνπ αηφκνπ λα είλαη ζπρλά κηθξφηεξε απφ ηε δηάκεηξν ελφο αηφκνπ. Καηά ηηο κεηαηνπίζεηο απηέο ζπκβαίλνπλ ηα παξαθάησ: πφηε δηέξρεηαη ειεθηξηθφ ξεχκα, πφηε αληρλεχνληαη απεηξνειάρηζηα καγλεηηθά πεδία. Διεθηξνληθνί ππνινγηζηέο εξκελεχνπλ κε γξαθηθέο αλαπαξαζηάζεηο ηηο κεηξήζεηο επί κηαο επηθάλεηαο, θη έηζη δεκηνπξγείηαη ζηαδηαθά κηα εηθφλα αθξηβείαο κέρξη κέγεζνο αηφκνπ ή θαη πςειφηεξεο, αλάινγα κε ηε βαζηθή αξρή κέηξεζεο. Εδηαίηεξα επθπήο ζπζθεπή είλαη ην κηθξνζθφπην αηνκηθψλ δπλάκεσλ (AFM). Με απηφ αληρλεχνληαη νη απεηξνειάρηζηεο δπλάκεηο πνπ αζθνχλ ηα άηνκα ελφο πεδίνπ αηφκσλ ζην πιεζίεζηεξν άηνκν ηεο αθίδαο ζάξσζεο. Με ηε κέζνδν απηή είλαη κάιηζηα δπλαηφ λα απεηθνληζηνχλ νη ζηηβάδεο ειεθηξνλίσλ ηνπ αηφκνπ - ε απνθάιπςε ησλ κπζηηθψλ ζην θαηψηαην επίπεδν. Βπί ηνπ παξφληνο, ην παγθφζκην ξεθφξ ζην ζέκα ηεο δηαθξηηηθήο ηθαλφηεηαο θαηέρεη ην Παλεπηζηήκην Άνπγθζκπνπξγθ. 57

58 4.2. ΔΡΓΑΛΔΗΑ ΓΡΑΦΖ ΛΗΘΟΓΡΑΦΗΑ Ο φξνο λιθογραθία (lithography) ζπκπεξηιακβάλεη πιήζνο κεζφδσλ πνπ ζηνρεχνπλ ζηελ ηνπνζέηεζε πιηθψλ ζε επηθάλεηεο κε ηε κνξθή γεσκεηξηθψλ κνηίβσλ απφιπηα ειεγρφκελεο δξαζηηθφηεηαο θαη ζπκπεξηθνξάο. Δ Υεκεία είλαη πίζσ απφ θάζε κνξθήο «ιηζνγξαθία» κε νμέα/βάζεηο, κε αθηηλνβνιία ππεξηψδνπο, κε δέζκεο ειεθηξνλίσλ, κε εθηχπσζε inkjet ηνλ θιάδν ησλ ειεθηξνληθψλ ππνινγηζηψλ, ε ιηζνγξαθία ζεκαίλεη ηελ ηερληθή δηακφξθσζεο νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ ειεθηξνληθψλ ππνινγηζηψλ (ηζηπ) κε ηε βνήζεηα ηνπ θσηφο. Δ ηερληθή απηή ζπλίζηαηαη ζηελ επηθάιπςε ηέιεηα ζηηιβσκέλεο επηθάλεηαο εκηαγσγνχ πιηθνχ πιαθηδίσλ ππξηηίνπ (wafer) κε θσηνεπαίζζεην επίζηξσκα, επί ηνπ νπνίνπ πξνβάιιεηαη ε εηθφλα θπθιψκαηνο. Μεηά ηελ εκθάληζε ηνπ θσηνεπαίζζεηνπ επηζηξψκαηνο, απνθαιχπηνληαη νη πεξηνρέο ηνπ πιαθηδίνπ πνπ εθηέζεθαλ (ή δελ εθηέζεθαλ) ζην θσο, νη νπνίεο ελ ζπλερεία απνθηνχλ ηηο επηζπκεηέο ειεθηξηθέο ηδηφηεηεο, κε δηεξγαζίεο φπσο ε ρεκηθή ράξαμε, ε εκθχηεπζε μέλσλ αηφκσλ θαη ε ελαπφζεζε. Βπαλαιακβάλνληαο ηε δηεξγαζία απηή κε αιιεπάιιειεο λέεο ζρεκαηνκνξθέο, ηηο κάζθεο, είλαη δπλαηφλ λα δεκηνπξγεζνχλ ηειηθψο ηα πιένλ πνιχπινθα ζρήκαηα πνπ έρνπλ πνηέ δεκηνπξγεζεί απφ ηνλ άλζξσπν: άθξσο νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα. Δ ππθλφηεηα ησλ ηξαλδίζηνξ έρεη πιένλ απμεζεί ζε ηέηνην βαζκφ, ψζηε ην εκβαδφλ κηαο θνπθίδαο απφ κνιχβη λα επαξθεί γηα κηζφ εθαηνκκχξην ή πεξηζζφηεξα ηξαλδίζηνξ. Σα ζχγρξνλα ηζηπ έρνπλ δηαζηάζεηο πνπ είλαη κηθξφηεξεο απφ ην κήθνο θχκαηνο ηνπ ιηζνγξαθηθνχ θσηφο γη απηφ ρξεζηκνπνηνχληαη ιέηδεξ θζνξηνχρνπ θξππηνχ, ηνπ νπνίνπ ην κήθνο θχκαηνο είλαη 193 λαλφκεηξα, ψζηε λα δεκηνπξγνχληαη δνκέο πιάηνπο 130, θαη ζην εγγχο κέιινλ 90, λαλνκέηξσλ, πξάγκα πνπ θαζηζηά δπλαηή ηε ρξεζηκνπνίεζε δηαθφξσλ επθπψλ νπηηθψλ ηερλαζκάησλ φπσο ε «Optical Proximity Correction» θαη «Phase Shifting». Έηζη, ηίζεληαη νη βάζεηο γηα ηε ιηζνγξαθία καθξηλνχ ππεξηψδνπο - ιηζνγξαθία EUV (Extreme Ultra Violett) - ε νπνία ρξεζηκνπνηεί θσο κήθνπο θχκαηνο 13 λαλνκέηξσλ θαη ζα θαηαζηήζεη ηειηθψο δπλαηή ηελ παξαγσγή δνκψλ πιάηνπο κφιηο 35 λαλνκέηξσλ πάλσ ζε ππξίηην. Βίλαη ηεξάζηηεο νη απαηηήζεηο αθξίβεηαο πνπ πξέπεη λα πιεξεί ην πιηθφ ηεο κάζθαο: γηα παξάδεηγκα, πιαθίδην κήθνπο 58

59 δέθα εθαηνζηψλ ηνπ κέηξνπ πνπ ζεξκαίλεηαη θαηά έλα βαζκφ Κειζίνπ δελ επηηξέπεηαη λα δηαζηέιιεηαη πεξηζζφηεξν απφ κεξηθά δέθαηα ηνπ λαλνκέηξνπ, δειαδή κφλνλ θαηά κεξηθά πνιιαπιάζηα ηεο δηακέηξνπ αηφκνπ. Σα φξηα ηνπ ζεσξεηηθψο εθηθηνχ εγγίδεη ε απαίηεζε γηα ηελ νκαιφηεηα ηεο επηθάλεηαο, ε νπνία επίζεο δελ επηηξέπεηαη λα ππεξβαίλεη κεξηθά πνιιαπιάζηα ηεο δηακέηξνπ αηφκνπ Πξσηφηππν εγθαηάζηαζεο βεκαηηθφ απνηππσηή EUV γηα ηελ παξαγσγή ηζηπ κειινληηθψλ γελεψλ ΝΑΝΟΦΑΗΡΗΓΗΑ ΓΗΑ ΜΔΑΗΟΤ ΜΔΓΔΘΟΤ ΔΠΗΥΔΗΡΖΔΗ πνηνο αλαθέξεηαη ζηελ λαλνειεθηξνληθή, έρεη ζπλήζσο θαηά λνπ εγθαηαζηάζεηο αμίαο εθαηνκκπξίσλ ή δηζεθαηνκκπξίσλ επξψ, νη νπνίεο κπνξνχλ λα παξάγνπλ πξντφληα ζε πξνζηηέο ηηκέο ιφγσ ηνπ ηεξάζηηνπ φγθνπ παξαγσγήο. Χζηφζν, ν λαλφθνζκνο είλαη πξνζβάζηκνο θαη ζηηο κεζαίνπ κεγέζνπο επηρεηξήζεηο. Βθ πξψηεο φςεσο, νη κέζνδνη θαίλνληαη απαξραησκέλεο γηα παξάδεηγκα, ε κέζνδνο UV-Nano- Imprint ε νπνία ζπλίζηαηαη ζηε κεραληθή απνηχπσζε λαλνδνκψλ πάλσ ζε επίζηξσκα πνπ θαιχπηεη ειεθηξνληθφ θέξνλ πιηθφ, π.ρ. ππξίηην. Δ ζθξαγίδα πνπ πεξηέρεη ηηο ιεπηεπίιεπηεο λαλνδνκέο είλαη θαηαζθεπαζκέλε απφ ππξηηηθή χαιν, ε νπνία επηηξέπεη λα δηέξρεηαη ην ππεξηψδεο θσο. Ώθφηνπ ε ζθξαγίδα επηθαζίζεη ζην επίζηξσκα, είλαη δπλαηφλ, κε ξηπή ππεξηψδνπο θσηφο λα πνιπκεξηζζεί, δειαδή λα ζθιεξπλζεί ην θσηνεπαίζζεην επίζηξσκα. Βλ ζπλερεία, απνζχξεηαη ε ζθξαγίδα θαη ιεπηχλεηαη ην αλάγιπθν ηνπ επηζηξψκαηνο. Ώθνινχζσο, είλαη δπλαηή ε επεμεξγαζία ηνπ ππξηηίνπ πνπ απνθαιχπηεηαη. Ώπφ ηελ επαλάιεςε ηεο δηεξγαζίαο απηήο κε δηαθνξεηηθέο ζθξαγίδεο πξνθχπηεη ηειηθψο κία πνιχπινθε δνκή ηζηπ κε ηξαλδίζηνξ, δηαδξνκέο θπθισκάησλ, θ.ιπ. ε εξγαζηεξηαθά πεηξάκαηα, επηηεχρζεθαλ ειάρηζηεο δηαζηάζεηο δνκψλ κεγέζνπο 10 λαλνκέηξσλ. Δ κέζνδνο απηή δελ πεξηνξίδεηαη ζε ειεθηξνληθά 59

60 δνκνζηνηρεία. Βίλαη, επίζεο, δπλαηφλ λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ιεπηεπίιεπηε δηακφξθσζε κεηάιισλ ή πιαζηηθψλ πιψλ. Δ κέζνδνο απηή ελδερνκέλσο λα θαηαιήμεη ζηελ δεκηνπξγία «εξγαζηεξίνπ ζε ηζηπ» (Lab-on-a-Chip).Σν θφζηνο ηεο κεραλήο UV-Nano- Imprint εθηηκάηαη φηη δελ ππεξβαίλεη ην έλα εθαηνκκχξην επξψ, θιάζκα δειαδή ηνπ θφζηνπο αληίζηνηρσλ κεραλψλ ησλ ζχγρξνλσλ ζπκβαηηθψλ εξγνζηαζίσλ θαηαζθεπήο ηζηπ. Χζηφζν, κε ηελ ηερληθή UV-Nano-Imprint δελ ζα θαηαζθεπάδνληαη θζελά πξντφληα επεηδή ε δπλακηθφηεηα παξαγσγήο είλαη πνιχ ρακειφηεξε. Γηα εηδηθέο ζεηξέο παξαγσγήο νιηγάξηζκσλ ηεκαρίσλ- «νιηγάξηζκσλ» ζε ζχγθξηζε πξνο ηηο πνιππιεζέζηαηεο ζεηξέο παξαγσγήο επεμεξγαζηψλ - ε ηερληθή UV-Nano-Imprint ζα κπνξνχζε λα απνηειέζεη ηελ θαηάιιειε ιχζε ΏΘΖΖ ΣΖΝ ΔΠΗΣΖΜΖ ΚΒΑΝΣΗΚΑ ΦΑΗΝΟΜΔΝΑ ην Παλεπηζηήκην Ludwig-Maximilian ηνπ Μνλάρνπ απνηεινχλ κέξνο ηεο θαζεκεξηλφηεηαο νη λαλνηερλνινγηθέο αθξαίεο θαηαζηάζεηο, ππφ ηηο νπνίεο δηαπηζηψλνληαη παξάδνμεο ηδηφηεηεο. Γηα παξάδεηγκα, εάλ αηκφο εθαηνληάδσλ ρηιηάδσλ αηφκσλ ξνπβηδίνπ ςπρζεί κέρξη ηε ζεξκνθξαζία ηνπ ελφο εθαηνκκπξηνζηνχ πάλσ απφ ην απφιπην κεδέλ (-273 C) θαη παγηδεπηεί απφ καγλεηηθφ πεδίν, δεκηνπξγείηαη ζπκπχθλσκα «Bose-Einstein». ην ζπκπχθλσκα απηφ, ηα άηνκα ζρεκαηίδνπλ ζπκπαγή κνλάδα, ζαλ ζηξαηησηηθφ ζψκα ζε παξέιαζε. Οη επηζηήκνλεο ηεο θβαληηθήο νπηηθήο απφ ην Μφλαρν, κπνξνχλ λα εμαλαγθάζνπλ απηφ ην ζπκπχθλσκα ζε ηξηζδηάζηαην πιέγκα απφ ζηαζεξά θχκαηα ιέηδεξ θαη λα ην επεξεάζνπλ, εληζρχνληαο ιφγνπ ράξηλ ηηο νπηηθέο παγίδεο, ψζηε ην ζψκα απηφ λα θαηαξξεχζεη θαη λα ζρεκαηηζζεί «ζπκπχθλσκα Mott». Γηα ηελ εξγαζία απηή ηνπο απνλεκήζεθε βξαβείν. Γηα πνηφλ ιφγσ φκσο; Δ έξεπλα απηνχ ηνπ είδνπο δσνγνλεί ηε ζεσξία ησλ θβάλησλ θαη έρεη ηελ πξσηνθαζεδξία ζηνλ λαλφθνζκν. πνηνο θαηαλνεί ηε ζεσξία απηή είλαη, γηα παξάδεηγκα, ζε ζέζε λα αλαπηχμεη αθξηβέζηεξεο πξνδηαγξαθέο κέηξεζεο ηνπ ρξφλνπ. Ώθξηβέζηεξα ρξνλφκεηξα ζα κπνξνχζαλ λα ζπκβάινπλ ζηελ επηηάρπλζε ηεο κεηάδνζεο δεδνκέλσλ ζην Αηαδίθηπν - άξα αμίδεη ηνλ θφπν ε έξεπλα πνπ εθ πξψηεο φςεσο θαίλεηαη νκθαινζθφπεζε. 60

61 ΣΟ XFEL ΛΔΗΕΔΡ ΑΚΣΗΝΧΝ Υ ΗΥΤΡΟ ΦΧ ΓΗΑ ΣΖΝ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ Άλ φια εμειηρζνχλ φπσο έρεη πξνγξακκαηηζζεί, ην 2012 ζα είλαη πνιχ ελδηαθέξνπζεο νη εκπεηξίεο γηα κεξηθά δηζεθαηνκκχξηα ειεθηξφληα. ηηο εγθαηαζηάζεηο ηνπ Γεξκαληθνχ χγρξνηξνπ Διεθηξνλίσλ (DESY), ζηελ ηνπνζεζία Ώκβνχξγν- Bahrenfeld, ζα επηηαρχλνληαη απφ ππεξαγψγηκν επηηαρπληή ειεθηξνλίσλ ζε πνιχ πςειά επίπεδα ελέξγεηαο, ψζηε 3,3 ρηιηφκεηξα καθξχηεξα λα αιιάδνπλ θαηεχζπλζε, δηαγξάθνληαο ηεζιαζκέλε πνξεία ππφ ηε ζπζηεκαηηθή επίδξαζε καγλεηψλ. Έηζη δεκηνπξγείηαη αθηηλνβνιία Υ βξαρέσλ θπκάησλ ηδηαηηέξνπ ηχπνπ: αθηηλνβνιία ιέηδεξ. ρεκαηηθή απεηθφληζε ηνπ ππφγεηνπ επηηαρπληή ειεθηξνλίσλ Δ αθηηλνβνιία απηή ζα είλαη ε πνιπηηκφηεξε πνπ ζα έρνπλ πνηέ νη επηζηήκνλεο ζηε δηάζεζή ηνπο. Μνλνκηάο, ζα είλαη πιένλ δπλαηφο ν θαζνξηζκφο ηεο δνκήο ελφο θαη κφλνλ βηνκνξίνπ. Με ηηο ζήκεξα δηαζέζηκεο πεγέο αθηηλνβνιίαο Υ απαηηνχληαη θαινζρεκαηηζκέλνη θξχζηαιινη ελφο βηνκνξίνπ, πξάγκα πνπ ζπρλά είλαη αλέθηθην. Οη ιάκςεηο αθηίλσλ Υ είλαη ηφζν βξαρείαο δηάξθεηαο, ψζηε είλαη δπλαηφ λα θηλεκαηνγξαθεζνχλ ηα δηάθνξα ζηάδηα θίλεζεο ελφο κνξίνπ. Ώπηφ πνπ κε άιιεο κεζφδνπο εκθαλίδεηαη σο ζπγθερπκέλνο αλεκνζηξφβηινο απνθηά αλαγλσξίζηκε κνξθή ππφ ην ιέηδεξ αθηίλσλ Υ. Με ηνλ ηξφπν απηφ είλαη δπλαηφλ λα απνθξππηνγξαθεζνχλ ηα κπζηηθά ηεο ηξηβήο. Ση θαη πψο δεκηνπξγεί ηελ ηξηβή ζα θαζνξηζηεί απφ λαλνκεηξηθήο θιίκαθαο λεζίδεο κεξηθψλ εθαηνληάδσλ αηφκσλ. Οη ηδηφηεηεο πνπ έρνπλ κεκνλσκέλεο ζπζηάδεο (cluster) κεξηθψλ εθαηνληάδσλ αηφκσλ, είλαη επίζεο δπλαηφ λα εξεπλεζνχλ θαιχηεξα κε ην ιέηδεξ αθηίλσλ Υ απ φηη κε νπνηνδήπνηε άιιν εξγαιείν. Με ιίγα ιφγηα: ην ηζρπξφηεξν 61

62 εξγαιείν πνπ δηαζέηεη ε Βπξψπε ζηνλ ηνκέα ηεο λαλνηερλνινγίαο ζα δψζεη ηζρπξή ψζεζε ζηελ επηζηήκε θαη ηελ ηερλνινγία. Σν ζπλνιηθφ θφζηνο 684 εθαηνκκπξίσλ επξψ (εθηίκεζε 2003) πνπ έρεη πξνγξακκαηηζζεί γηα ηνλ ζθνπφ απηφ είλαη ζρεδφλ βέβαην φηη ζα απνδψζεη πεξηζζφηεξα απφ ηα αλακελφκελα, θαη κάιηζηα φρη κφλν ζηνλ ηνκέα ησλ ζεσξεηηθψλ γλψζεσλ, ελψ ζα σθειήζεη θαη απφ νηθνλνκηθή ζθνπηά ΥΔΓΗΑΜΟ ΤΛΗΚΧΝ Δ ΝΑΝΟΜΔΣΡΗΚΖ ΚΛΗΜΑΚΑ ΜΔΘΟΓΟΗ ΚΟΛΛΟΔΗΓΧΝ ΓΗΑΛΤΜΑΣΧΝ/ΠΖΚΣΧΜΑΣΧΝ: ΚΛΔΗΓΗΑ ΓΗΑ ΝΔΑ ΤΛΗΚΑ Δ ζάιηζα κπεξλέδ έιαβε ην φλνκά ηεο απφ ηελ πεξηνρή Bearn, ηφπν θαηαγσγήο ηνπ Βξξίθνπ Α, βαζηιέα ηεο Γαιιίαο. Μλεία ζηελ ζάιηζα απηή γίλεηαη, επεηδή είλαη εμαίξεην (θαη πνιχ λφζηηκν) παξάδεηγκα θνιινεηδνχο ζπζηήκαηνο. Με ηνλ φξν «θνιινεηδέο» αλαθεξφκαζηε ζηηο πεξηπηψζεηο πνπ πνιιά ζηαγνλίδηα κηαο νπζίαο αησξνχληαη ζε ζηαζεξή θαηάζηαζε ζε άιιε νπζία. ηελ πεξίπησζε ηεο ζάιηζαο κπεξλέδ, ζηαγνλίδηα μπδηνχ αησξνχληαη ζε ιεησκέλν βνχηπξν. Οη θξέκεο θαη νη βαθέο είλαη επίζεο θνιινεηδή. Με ηελ ηερληθή ησλ θνιινεηδψλ δηαιπκάησλ-πεθησκάησλ (sol/gel) ηα θνιινεηδή ζπζηήκαηα αλνίγνπλ απεπζείαο ηνλ δξφκν πξνο ηελ πςειή ηερλνινγία. Με ηε ρξήζε ηεο ηερληθήο ησλ θνιινεηδψλ δηαιπκάησλ/πεθησκάησλ παξάγεηαη απφ δηαιπηέο ελψζεηο, π.ρ. ππξηηίνπ, έλα (ζπλήζσο θνιινεηδέο) δηάιπκα, ζην νπνίν ζηαγνλίδηα πνπ πεξηέρνπλ ππξίηην αησξνχληαη ζε δηάιπκα-θνξέα. ηαλ ην δηάιπκα απηφ ςεθαζζεί ζε κεηαιιηθφ θχιιν θαη ζεξκαλζεί, εμαηκίδεηαη ην δηάιπκα-θνξέαο θαη ηα ζηαγνλίδηα ππξηηίνπ ζρεκαηίδνπλ πιέγκα, δειαδή ζρεκαηίδνπλ πήθησκα. Σέινο, ην πεθησκέλν πιέγκα ζηεξενπνηείηαη ζε ζθιεξφ θεξακηθφ ζηξψκα. Σν κεηαιιηθφ θχιιν είλαη πιένλ πξνζηαηεπκέλν απφ δηάβξσζε θαη ράξαμε Δ ηερληθή θνιινεηδνχο δηαιχκαηνο/πεθηψκαηνο ρξεζηκνπνηείηαη ζε εθαηνληάδεο παξαιιαγέο πιήζνπο νπζηψλ. Σα πεθησκέλα θνιινεηδή δηαιχκαηα είλαη επίζεο δπλαηφ λα ιάβνπλ κνξθή λεκαηηδίσλ, ψζηε κεηά απφ ηήμε λα κεηαηξαπνχλ ζε θεξακηθέο ίλεο. Ώπφ πεθησκέλα θνιινεηδή δηαιχκαηα είλαη δπλαηφ λα παξαρζνχλ θφλεηο λαλνκεηξηθήο θιίκαθαο, νη νπνίεο είλαη ζεκαληηθά ειαθξχηεξεο θαη ηήθνληαη ζε ρακειφηεξεο 62

63 ζεξκνθξαζίεο απφ ηηο ζπλήζεηο θφλεηο γηα λα παξαρζνχλ θεξακηθά αλζεθηηθά ζε πςειφηαηεο πηέζεηο θαη ζεξκνθξαζίεο. Δ ηερληθή ησλ θνιινεηδψλ δηαιπκάησλ/πεθησκάησλ ελδείθλπηαη επίζεο γηα ηελ παξαγσγή άθξσο εμειηγκέλσλ νπηηθψλ ζηνηρείσλ, φπσο νπηηθέο ίλεο, δηπιαζηαζηέο ζπρλφηεηαο, πεδία κηθξνθαθψλ, θ.ιπ. Ώπηφ ην είδνο λαλνηερλνινγίαο ζα πξνθαιέζεη επαλάζηαζε ζηελ ηερλνινγία πιηθψλ. Σν δηαιπηηθφ κέζν ελφο πεθηψκαηνο είλαη δπλαηφ, ππφ πξνυπνζέζεηο, λα αθαηξεζεί, ψζηε ην θαζαπηφ πήθησκα λα δηαηεξήζεη ηνλ εμσηεξηθφ ηνπ φγθν θαη λα πξνθχςεη εμαηξεηηθά πνξψδεο πιηθφ πνιχ κηθξήο ππθλφηεηαο, δειαδή αεξνπήθησκα. Ώληηδξαζηήξαο ζσκαηηδίσλ θνιινεηδψλ δηαιπκάησλ/πεθησκάησλ. Καηάιιεινο γηα ηα ιεπηφηεξα ζσκαηίδηα ΑΔΡΟΠΖΚΣΧΜΑΣΑ Ώεξνπεθηψκαηα είλαη νη κπεδέδεο πνπ βξίζθνπκε ζηα δαραξνπιαζηεία. Βίλαη έλαο ςεκέλνο αθξφο, κείγκα αζπξαδηνχ απγνχ κε δάραξε. Σν φλνκά ηνπο Baiser κεηαθξάδεηαη ζηελ γαιιηθή σο «θηιάθη» θαη φηαλ ην θξαηήζνπκε ζην ρέξη δηαπηζηψλνπκε φηη ηα δάρηπιά καο ζεξκαίλνληαη. Σνχην νθείιεηαη ζην φηη ν κπεδέο απνηειείηαη απφ εθαηνκκχξηα κηθξνζθνπηθέο θπζαιίδεο πνπ πεξηθιείνπλ αέξα. Έηζη, ν αέξαο δελ κπνξεί λα θπθινθνξήζεη, ψζηε λα ζεκεησζεί αληαιιαγή ζεξκφηεηαο ν κπεδέο είλαη δειαδή ζεξκνκνλσηηθφ πιηθφ, φπσο ην δηνγθσκέλν πνιπζηπξφιην. 63

64 Παξφκνηαο δνκήο αεξνπεθηψκαηα απφ αθξφ ή χαιν απνηεινχλ επίζεο πξψηεο ηάμεσο ζεξκνκνλσηηθέο νπζίεο. Σν αζπξάδη ηνπ απγνχ είλαη άρξσκν, ν κπεδέο φκσο είλαη ιεπθφο. Ο ιφγνο είλαη φηη ν αθξφο ηνπ ζπξαδηνχ ησλ απγψλ απνηειείηαη απφ θπζαιίδεο κεγέζνπο κηθξφλ. ε δνκέο θιίκαθαο κηθξφλ (mikron) δελ είλαη φκσο δπλαηή ε ζθέδαζε ηνπ θσηφο ζηα ρξψκαηα ηνπ θάζκαηνο, ην ζπλνιηθφ θσο είλαη ιεπθφ. Οη πφξνη λαλνκεηξηθήο θιίκαθαο δελ ζθεδάδνπλ ην θσο. Ναλνπνξψδεο αθξφο απφ παιψδεο πιηθφ είλαη ζρεδφλ εμίζνπ δηάθαλνο κε ηνπο ζπλήζεηο παινπίλαθεο. Αηπινί παινπίλαθεο κε δηάθελν γεκηζκέλν απφ ηέηνην αθξφ κπνξνχλ λα ρξεζηκεχζνπλ γηα παξάζπξα κε εμαηξεηηθέο ζεξκνκνλσηηθέο ηδηφηεηεο. Βπεηδή απηνχ ηνπ είδνπο νη αθξνί απνηεινχληαη ζρεδφλ κφλνλ απφ αέξα νλνκάδνληαη αεξνπεθηψκαηα. Δ ζπλζεηηθή ιέμε «πήθησκα» νθείιεηαη ζηελ δηεξγαζία παξαγσγήο ηνπ: ζε πδαηηθφ δηάιπκα θαηάιιεινπ πιηθνχ πξνζηίζεηαη θαηαιχηεο, ν νπνίνο δεκηνπξγεί κηθξνζθνπηθά, ιεπηφηνηρα θελά ζθαηξίδηα νπνία ζπζζσκαηψλνληαη ζε αιπζίδεο θαη, ελ ζπλερεία, ζρεκαηίδνληαη νκάδεο αιπζίδσλ, δειαδή ζρεκαηίδνπλ πήθησκα. Μεηά ηελ μήξαλζή ηνπ ην πήθησκα γίλεηαη παλάιαθξν αεξνπήθησκα. Σν πην καθξπηαμηδεκέλν αεξνπήθησκα βξίζθεηαη ζηε ζπζθεπή αλάιπζεο ζθφλεο CIDA, ηεο εηαηξείαο Hoerner & Sulger GmbH, πνπ ηνλ Εαλνπάξην ηνπ 2004, κεηά απφ πεληαεηέο ηαμίδη θαη αθνχ δηήλπζε απφζηαζε 3,22 δηζεθαηνκκχξηα ρηιηφκεηξα ζπλέιεμε ζθφλε ηνπ θνκήηε Wild 2. Τιηθφ απνηεινχκελν απφ πνιιέο θπζαιιίδεο έρεη κεγάιν εζσηεξηθφ εκβαδφλ. Σν κέγηζην δπλαηφ εκβαδφλ, άπεηξν, έρεη ν ζπφγγνο Menger, ελψ ν φγθνο ηνπ είλαη κεδέλ. Ο ζπφγγνο απηφο είλαη θαη νπζίαλ κφλνλ ζεσξεηηθή καζεκαηηθή επηλφεζε. Σν πξαγκαηηθφ εζσηεξηθφ εκβαδφλ ησλ αεξνπεθησκάησλ είλαη αξθεηά ηεξάζηην ψζηε λα θαζηζηά δπλαηή ηελ πξαγκαηνπνίεζε εθπιεθηηθψλ θαηλνκέλσλ. Γηα παξάδεηγκα, ην εζσηεξηθφ εκβαδφλ αεξνπεθηψκαηνο άλζξαθα κεγέζνπο θχβνπ δάραξεο είλαη ηεηξαγσληθά κέηξα. Ώπηή θαη άιιεο ηδηφηεηεο ζα εμαζθαιίζνπλ ζηα αεξνπεθηψκαηα άλζξαθα δεζπφδνπζα ζέζε ζηε κειινληηθή ελεξγεηαθή ηερλνινγία. Ώπφ αεξνπεθηψκαηα άλζξαθα είλαη δπλαηφ λα θαηαζθεπαζηνχλ ππθλσηέο ρσξεηηθφηεηαο κέρξη 2500 Farad, θαηάιιεινη σο ζπζζσξεπηέο ελέξγεηαο γηα ηελ θάιπςε ηζρχνο θνξπθήο, π.ρ. ζε ειεθηξηθά απηνθίλεηα. Με απηφλ ηνλ εθπιεθηηθφ αθξφ ζα θαηαζηεί επίζεο δπλαηή ε θαηαζθεπή θαιχηεξσλ κπαηαξηψλ ιηζίνπ, λένπ ηχπνπ θπςειψλ θαπζίκνπ, θ.ιπ. πάληα έρνπλ δηαθαλεί ηφζν ηεξάζηηεο δπλαηφηεηεο απφ έλα «ηίπνηα» θιαζζηθή πεξίπησζε λαλνηερλνινγί 64

65 5 Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ Δ Φ Α Ρ Μ Ο Γ Δ Σ Η Ν Α Ν Ο Σ Δ Υ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α Βπαλάζηαζε ζηελ ηαηξηθή θαη ζηελ θαζεκεξηλή καο δσή θέξλεη ε εθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο. Δ κεηεμέιημε ηεο κηθξνηερλνινγίαο πνπ ηξέρεη πιένλ κε κεγάιε ηαρχηεηα ζε πνιιά πεδία ησλ επηζηεκψλ. Οξγαληθά λαλνθίικο ζα αληηθαηαζηήζνπλ κέζα ζε ιίγα ρξφληα ηελ παξαδνζηαθή αλάγλσζε ησλ εθεκεξίδσλ, ηνλ θσηηζκφ ηεο ΑΒΔ θαη ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο λαλνζσκαηίδηα ζα βειηηψζνπλ ηα ηνμηθά θάξκαθα γηα ηε ζεξαπεία ησλ θαξθηληθψλ θπηηάξσλ, λαλν-ζπξέη ζα θιείλνπλ κέζα ζε ιίγεο ψξεο ηηο πιεγέο θαη ηε ξνή ηνπ αίκαηνο, ελψ λαλν-πιηθά ζα απνηειέζνπλ ηε λέα «νκπξέια» γηα ηελ πξνζηαζία ησλ κλεκείσλ. Νέα λαλν πιηθά δίλνπλ άιιε δηάζηαζε ζηελ αλάγλσζε ησλ εθεκεξίδσλ, ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο, θαη ειπίδεο γηα ηνλ θαξθίλν Πνιιέο απφ ηηο εθαξκνγέο βξίζθνληαη ζε ηειηθφ πεηξακαηηθφ ζηάδην, ηδηαίηεξα ζηελ ηαηξηθή, φπνπ ε ηξίηε γεληά ησλ λαλνδνκψλ δίλεη άιιε δηάζηαζε ζηε δηάγλσζε, ηελ πξφιεςε θαη ηε ζεξαπεία δηαθφξσλ λφζσλ κε ζεακαηηθά απνηειέζκαηα. Δ επηζηήκε δελ είλαη θαηλνχξγηα. Κνπβαιάεη ηε ζπλέρεηα ηεο επηζηεκνληθήο έξεπλαο θαη εθαξκνγήο πνπ μεθίλεζε πξηλ απφ 100 ρξφληα, απιψο νη ξπζκνί είλαη ηαρχηεξνη θαη νη εμειίμεηο ηφζν ξαγδαίεο πνπ εθπιήζζνπλ αθφκε θαη ηνπο ίδηνπο ηνπο επηζηήκνλεο ΝΑΝΟΪΑΣΡΙΚΗ Δ λαλνταηξηθή νξίδεηαη σο ε εθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο ζηνλ ηνκέα ηεο πγείαο. ηεξίδεηαη ζηηο βειηησκέλεο θαη ζπρλά λέεο θπζηθέο, ρεκηθέο θαη βηνινγηθέο ηδηφηεηεο ησλ λαλνδνκεκέλσλ πιηθψλ. Σν ζπγθξίζηκν κέγεζνο ησλ ζπλζεηηθψλ απηψλ δνκψλ κε θπζηθέο ιεηηνπξγηθέο κνλάδεο (βηνκφξηα θαη θχηηαξα) επηηξέπεη ηελ άκεζε αιιειεπίδξαζε ηνπο κε ηνπο δσληαλνχο νξγαληζκνχο. ηφρνο ηεο λαλνταηξηθήο είλαη ε βειηίσζε ηφζν ηεο δηαγλσζηηθήο ηαηξηθήο (έγθαηξε θαη έγθπξε δηάγλσζε) φζν θαη ηεο ζεξαπεπηηθήο ηαηξηθήο (π.ρ. βειηησκέλεο θαξκαθεπηηθέο νπζίεο, ζπζηήκαηα ειεγρφκελεο απνδέζκεπζεο θαξκάθσλ), θαζψο θαη 65

66 ε αλάπηπμε κεζφδσλ γηα ηε ζπζηεκαηηθή ηαηξηθή παξαθνινχζεζε (π.ρ. ηεο εμέιημεο ησλ αζζελεηψλ, ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο ηεο θαξκαθεπηηθήο αγσγήο). Δ εθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο ζηε ηαηξηθή έρεη νδεγήζεη ζηελ αλάπηπμε κίαο λέαο γεληάο δηαγλσζηηθψλ εξγαιείσλ ηα νπνία παξέρνπλ αθξηβή βηνινγηθά δεδνκέλα ζχληνκα θαη κε απιφ ηξφπν. Σαπηφρξνλα ε έξεπλα γηα ηελ αλάπηπμε θνξέσλ κε δηαθνξεηηθέο ηδηφηεηεο θαη ιεηηνπξγίεο (ρξήζεηο), αιιά θαη λέσλ ζπζθεπψλ γηα ηελ ειεγρφκελε απνδέζκεπζε ησλ θαξκάθσλ απνηεινχλ έλαλ ζεκαληηθφ ηνκέα ηεο λαλνταηξηθήο. Σέινο ε εθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο ζηελ αλαγελλεηηθή ηαηξηθή ππφζρεηαη κηα εληειψο δηαθνξεηηθή πξνζέγγηζε ζηελ αληηκεηψπηζε ησλ αζζελεηψλ ΠΡΟΛΖΦΖ Υξεηάδεηαη θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα κεηά απφ ηελ αξρηθή κφιπλζε ή ην ηξαχκα, έηζη ψζηε λα πξνθιεζεί δεκία ζηνλ ηζηφ. ε κεξηθέο πεξηπηψζεηο απηή ε δεκία κπνξεί λα είλαη αλεπαλφξζσηε, φπσο ε απψιεηα ελφο κέινπο ηνπ ζψκαηνο, ή απιψο θάπνηα ζεκάδηα. Βπνκέλσο, ε κέγηζηε θηινδνμία ησλ λαλνθαξκάθσλ ζην κέιινλ ζα είλαη ε δπλαηφηεηα λα απνηξέςεη ηελ αζζέλεηα, παξά απιά λα ηελ κεηαρεηξηζηεί. Δ λαλνηερλνινγία ζα ζπκβάιεη ζε απηφ κέζσ ηνπ απνηειεζκαηηθφηεξνπ ειέγρνπ ηεο πγείαο ησλ αηφκσλ πνπ επηηξέπνπλ ζηηο αζζέλεηεο λα αληηκεησπηζηνχλ πξηλ αθφκε μεθηλήζνπλ. Βπίζεο, ζα ππάξρνπλ πεξηζζφηεξν απνζηεηξσκέλα λνζνθνκεία πνπ πεξηνξίδνπλ ηελ επθαηξία γηα ηα βαθηεξίδηα, ηνπο ηνχο θαη άιια κηθξφβηα λα πξνθαιέζνπλ ηελ αζζέλεηα. Ώιιά θαη ε θαηαλφεζε ηεο γελεηηθήο ζχλζεζεο ηνπ αζζελή ζα επηηξέςεη επίζεο ζην γηαηξφ γηα λα νξίζεη ηελ εμαηνκηθεπκέλε ηαηξηθή. 66

67 ΑΝΣΗΜΗΚΡΟΒΗΑΚΑ ΔΠΗΣΡΧΜΑΣΑ Σα αληηκηθξνβηαθά επηζηξψκαηα κπνξνχλ λα πξνζθέξνπλ ζεκαληηθά νθέιε ζηνπο ηνκείο ηεο πγεηνλνκηθήο πεξίζαιςεο, φπσο λα ειαρηζηνπνηεζεί ε δηάδνζε ησλ κηθξνβίσλ φπσο νη ηνί, ηα βαθηεξίδηα θαη νη κχθεηεο. Σέηνηα επηζηξψκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ απνιχκαλζε θαη ηελ απνζηείξσζε ησλ επηθαλεηψλ ρεηξνπξγηθνχ εμνπιηζκνχ (φπσο ηα απνιπκαληηθά θ.ιπ.). Σα επηζηξψκαηα κπνξνχλ λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηε δπλαηφηεηα ησλ κηθξνβίσλ λα δεζκεχζνπλ πγξφ ζηηο επηθάλεηεο πνπ εθηίζεληαη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ζεξαπείαο. Ώπηφ κπνξεί λα επηηεπρζεί παζεηηθά (κέζσ ησλ «αληηθνιιεηηθψλ» επηζηξσκάησλ, φπσο πεξηγξάθεηαη ζην ηκήκα κνζρεπκάησλ) ΜΟΥΔΤΜΑΣΑ Σα κνζρεχκαηα κπνξνχλ λα εθηειέζνπλ δηάθνξεο ιεηηνπξγίεο: π.ρ. ηα stents θξαηνχλ ηηο αξηεξίεο αλνηθηέο (νη θαξδηαθνί βεκαηνδφηεο) θαη ηα θνριησηά κνζρεχκαηα απνθαζηζηνχλ ηελ απψιεηα αθνήο. Σα κνζρεχκαηα πξέπεη λα είλαη ζπκβαηά κε ηνπο βηνινγηθνχο ηζηνχο. Έλα απφ ηα πιενλεθηήκαηα ηνπ κνζρεχκαηνο είλαη φηη βνεζάεη ηα θχηηαξα ηνπ αζζελή λα απνθαηαζηήζνπλ ην πξφβιεκα θαη λα θνιιήζεη ην κφζρεπκα. Καηά ηε δηάξθεηα ησλ ηειεπηαίσλ εηψλ έρεη γίλεη ζαθέο φηη ηα ρεκηθά θαη ηα θπζηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ πιηθψλ επεξεάδνπλ ηε δπλαηφηεηα ησλ θπηηάξσλ λα θνιιήζνπλ. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ζηελ λαλνθιίκαθα νη πξνζθξνχζεηο θαη ηα απιάθηα κπνξνχλ λα απμήζνπλ ηελ πξνζθφιιεζε θπηηάξσλ, ελψ ζηηο απνιχησο νκαιέο επηθάλεηεο είλαη πνιχ δχζθνιν λα θνιιήζνπλ. Βθαξκνγέο βξίζθνπλ ηα κνζρεχκαηα θνθάισλ ηηηαλίνπ πνπ έρνπλ έλα επίζηξσκα δηνμεηδίνπ ηηηαλίνπ θαη βειηηψλνπλ ηελ νινθιήξσζε ζην θφθαιν. ην δηνμείδην αζεκηψλ θαη ηηηαλίνπ κπνξεί λα ζθνηψζεη ηα κηθξφβηα άκεζα. Σέηνηα επηζηξψκαηα κπνξνχλ επίζεο λα βνεζήζνπλ λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηελ ηπραία εμάπισζε ηεο αζζέλεηαο ζηνλ αζζελή. Σα αζεκέληα λαλνυιηθά θάλνπλ επίζεο ηελ εκθάληζε ηνπο θαη ζηνλ νηθηαθφ εμνπιηζκφ. Σα ηειεπηαία ρξφληα, ζεκαληηθνί θαηαζθεπαζηέο φπσο ε Daewoo θαη ην LG έρνπλ ληχζεη ην εζσηεξηθφ ησλ ςπγείσλ ηνπο. Οη αληηβαθηεξηδηαθέο επηθάλεηαο δηαηεξνχλ ην πεξηβάιινλ πγηέο θαη θαζαξφ θαη ην πεξηερφκελν ησλ ςπγείσλ παξακέλεη θξέζθν πεξηζζφηεξν. 67

68 ΝΔΤΡΟΠΡΟΘΔΣΗΚΖ Μία πνιχ απαηηεηηθή εθαξκνγή ηεο ηερλνινγίαο κηθξνζπζηεκάησλ θαη ηεο λαλνηερλνινγίαο εηζέξρεηαη ηψξα ζην ζηάδην ησλ δνθηκψλ: πξφθεηηαη γηα ην εκθχηεπκα ακθηβιεζηξνεηδνχο κε ηθαλφηεηα κάζεζεο. Πξνβιέπεηαη φηη ζα επαλαθέξεη, ελ κέξεη, ηελ φξαζε ησλ παζρφλησλ απφ κειαγρξσζηηθή χλδεζε λεπξηθψλ θπηηάξσλ κε ειεθηξηθνχο αθξνδέθηεο ακθηβιεζηξνεηδνπάζεηα (Retinitis pigmentosa), πνπ πξνθαιεί ηχθισζε. Σν ζχζηεκα απηφ απνηειείηαη απφ κηα κηθξή θσηνγξαθηθή κεραλή, ελζσκαησκέλε ζε ζθειεηφ γπαιηψλ, ε νπνία κεηαβηβάδεη εηθφλεο ηνπ πεξηβάιινληνο ζε εηδηθφ επεμεξγαζηή ζεκάησλ κε ηθαλφηεηα κάζεζεο. Ο επεμεξγαζηήο κεηαδίδεη αζχξκαηα ηηο εηθφλεο ηνπ ζην εζσηεξηθφ ηνπ πάζρνληνο νθζαικνχ. Βθεί βξίζθεηαη κηα εχθακπηε κεκβξάλε κε κηθξνζθνπηθά ειεθηξφδηα, πνπ αθνπκπνχλ ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή θαη ηνλ δηεγείξνπλ αλαιφγσο. Βάλ ε εμέιημε απηή επηηχρεη, ζα πξνθχςεη ε πξψηε παγθνζκίσο δηαζχλδεζε αλζξψπνπ κεραλήο (man-machine interface) γηα ηελ αίζζεζε ηεο φξαζεο. Ήδε, ην θνριηαθφ εκθχηεπκα βνεζά πνιινχο θσθνχο. Δ λαλνηερλνινγία, ζα επηηξέςεη ηε ζπλερή βειηίσζε ησλ πξνζζεηηθψλ απηνχ ηνπ είδνπο ΦΗΛΣΡΑ Καηά ηελ δηάξθεηα ηεο ζεξαπείαο ν αζζελήο πξέπεη λα πξνθπιάζζεηαη απφ ηνχο θαη κηθξφβηα. Ώπηφ κπνξεί λα γίλεη κε δηάθνξα θίιηξα ηα νπνία δηεζνχλ ηνλ αέξα, ψζηε ε πεξηνρή λα κέλεη απνζηεηξσκέλε θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο ζεξαπείαο. Σν πξφβιεκα έγθεηηαη ζην γεγνλφο φηη πνιινί ηνί είλαη κηθξφηεξνη απφ ηνπο πφξνπο απηψλ ησλ θίιηξσλ θαη κπνξνχλ έηζη λα ηα δηαπεξάζνπλ, θαζηζηψληαο ηα άρξεζηα. Σα λέα θίιηξα πνπ είλαη θαηαζθεπαζκέλα ζηε λαλνθιίκαθα έρνπλ πφξνπο πνπ είλαη ζε ζέζε λα αθαηξέζνπλ αθφκα θαη ην κηθξφηεξν ηφ. Ο ζπλππνινγηζκφο ησλ ελεξγψλ πιηθψλ, φπσο αζεκέληα λαλνκφξηα ή λαλνκφξηα δηνμεηδίνπ ηνπ ηηηαλίνπ θαη νη UV αθηίλεο, κπνξνχλ λα εληζρχζνπλ ηελ εμφλησζε ησλ παγηδεπκέλσλ ηψλ, ησλ βαθηεξηδίσλ θαη ησλ κπθήησλ. Σέηνηα ζπζηήκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη ήδε γηα λα 68

69 απνηξέςνπλ ηε δηάδνζε ηνπ ηνχ απφ ηνπο κνιπζκέλνπο αζζελείο ζην ηαηξηθφ πξνζσπηθφ. Σν ζθνηεηλφ κειάλη κε έλα κέγεζνο ρξσζηηθψλ νπζηψλ πεξίπνπ 2nm ηίζεηαη κέζσ ελφο θαλνληθνχ θίιηξνπ Σν θίιηξν δελ κπνξεί λα αληηκεησπίζεη ην κηθξνζθνπηθφ κέγεζνο ρξσζηηθψλ νπζηψλ ηνπ κειαληνχ, θαη πεξλά κέζσ ζρεηηθά εχθνια Σν θίιηξν είλαη κφλν ειαθξψο ρξσκαηηζκέλν κεηά απφ ηε δνθηκή, δεδνκέλνπ φηη ε πιεηνςεθία ηεο ρξσζηηθήο νπζίαο έθπγε θαηεπζείαλ 69

70 Έλα λαλφθηιηξν ρξεζηκνπνηεί έπεηηα ην κειάλη απφ ην κπνπθάιη. Βίλαη ηψξα ζαθέο, φηη ην λαλφθηιηξν «έρεη πηάζεη» φιε ηε κηθξνζθνπηθή ρξσζηηθή νπζία Σν λαλφθηιηξν είλαη καχξν ρξσκαηηζκέλν κεηά απφ ηε δνθηκή, «πνπ έρεη πηαζηεί» φιε ηελ ρξσζηηθή νπζία κειαληνχ ΑΝΣΗΜΔΣΧΠΗΖ ηελ ζχγρξνλε επνρή, νη κέζνδνη πνπ επηθξαηνχλ γηα ηελ αληηκεηψπηζε κηαο αζζέλεηαο θξίλνληαη αξθεηά αλαρξνληζηηθέο. Βπνκέλσο, άκεζε απφξξνηα ηεο αλαρξνληζηηθφηεηαο είλαη ε φρη πάληνηε επηηπρεκέλε ζεξαπεία. Δ ηξέρνπζα πγεηνλνκηθή πεξίζαιςε κπνξεί ζπρλά λα πξνθαιέζεη πξνβιήκαηα φπσο ε απφξξηςε ή κηα θαθή αληίδξαζε ζε κηα κεηακφζρεπζε. Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα βνεζήζεη γηα ηελ αληηκεηψπηζε κεξηθψλ απφ ηα παξαπάλσ δεηήκαηα, κε δηαθφξνπο ηξφπνπο. Μία δπλαηφηεηα πνπ πξνζθέξεηαη είλαη ε παξνρή εμαηνκηθεπκέλεο ηαηξηθήο, δειαδή ζα ζρεδηάδεηαη ζπγθεθξηκέλν ζεξαπεπηηθφ πξφγξακκα γηα θάζε αζζελή θαη ηελ ηδηαίηεξε αζζέλεηά ηνπ. Ο θίλδπλνο ηεο απφξξηςεο κνζρεπκάησλ κπνξεί λα ειαρηζηνπνηεζεί κέζσ ησλ θηιηθψλ λάλν-επηζηξσκάησλ, ελψ ππάξρνπλ λέεο ηερληθέο πνπ αλαπηχζζνληαη γηα λα επηηξέςνπλ ζηα θάξκαθα λα ζηνρεχζνπλ κε κεγαιχηεξε αθξίβεηα. 70

71 ΔΞΑΣΟΜΗΚΔΤΜΔΝΖ ΗΑΣΡΗΚΖ Οη πεξηζζφηεξεο ζεξαπείεο ζηεξίδνληαη ζήκεξα ζηα θιηληθά ζηνηρεία πνπ ιακβάλνληαη απφ ηνπο «κέζνπο» αζζελείο. Βληνχηνηο, ν ηξφπνο πνπ ηα άηνκα αληαπνθξίλνληαη ζηα δηαθνξεηηθά θάξκαθα κπνξεί λα πνηθίιεη εληππσζηαθά. Μηα απνηειεζκαηηθή δφζε πνπ αλέρηεθε έλα άηνκν κπνξεί λα είλαη απνιχησο αηειέζθνξε ή αθφκα θαη ηνμηθή ζε άιιν. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο απηφ νθείιεηαη ζηελ νηθνγέλεηα θπηνρξσκάησλ P450 (CYP450) ησλ πξσηετλψλ, πνπ είλαη αξκφδηεο γηα ην κεηαβνιηζκφ ησλ πεξηζζφηεξσλ θαξκάθσλ ζηηο ελεξγέο κνξθέο ή ηηο κνξθέο πνπ κπνξνχλ λα εθθξηζνχλ απφ ην ζψκα. Δ νηθνγέλεηα CYP450 είλαη φρη κφλν κεγάιε, αιιά επίζεο κπνξεί λα είλαη δηαθνξεηηθή ζηα κέιε κηαο νηθνγέλεηαο ή ζε δηαθνξεηηθά επίπεδα. Δ γλψζε απηψλ ησλ πιεξνθνξηψλ είλαη ην πξψην βήκα πξνο ηελ παξάδνζε ηεο εμαηνκηθεπκέλεο ηαηξηθήο, φπνπ νη δφζεηο θαξκάθσλ πξνζαξκφδνληαη ζην άηνκν. Δ αιιεινπρία ηνπ αλζξψπηλνπ γνληδηψκαηνο, ηνπ πξνζδηνξηζκνχ ησλ νηθνγελεηαθψλ γνληδίσλ (φπσο CYP450) θαη κηαο κεγαιχηεξεο θαηαλφεζεο ηεο γελεηηθήο πίζσ απφ ηελ αζζέλεηα θαη ηηο απαληήζεηο ζηα θάξκαθα. Σν παξαπάλσ ζεκαίλεη φηη νη γηαηξνί είλαη πνιχ θνληά ζηελ εμαηνκηθεπκέλε ηαηξηθή. Σα λέα δηαγλσζηηθά εξγαιεία βαζηζκέλα ζηε λαλνηερλνινγία κπνξνχλ γξήγνξα θαη ζνβαξά λα αλαιχζνπλ ηα δείγκαηα απφ έλαλ αζζελή. Γηα λα θαζνξίζνπλ ηελ παξνπζία ζπγθεθξηκέλσλ γελεηηθψλ αθνινπζηψλ πνπ λα πξνδηαζέηνπλ ηελ αζζέλεηα ή ηελ επαηζζεζία ζηα ζπγθεθξηκέλα θάξκαθα, θαη επίζεο ησλ επηπέδσλ θαη ησλ ηχπσλ πξσηετλψλ πνπ παξάγνπλ (φπσο ηα νηθνγελεηαθά CYP450 κέιε). Ώιπζίδα DNA ΝΔΑ ΦΑΡΜΑΚΑ Πνιιά ελδερνκέλσο ρξήζηκα θάξκαθα δελ ρξεζηκνπνηνχληαη πνηέ επεηδή έρνπλ παξελέξγεηεο ή είλαη πάξα πνιχ δχζθνιν λα θαηαζθεπαζηνχλ ζε κηα κνξθή πνπ κπνξεί λα δνζεί εχθνια ζε έλαλ αζζελή. Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη ηηο ιχζεηο ζε απηά ηα πξνβιήκαηα κε ην ζπλδπαζκφ ηνπ «ελεξγνχ ζπζηαηηθνχ» ηνπ θαξκάθνπ, κε 71

72 ηε ζηαζεξνπνίεζε ησλ κνξίσλ θαη κε ηηο λέεο ηερλνινγίεο επεμεξγαζίαο γηα λα παξαγάγεη ην θάξκαθν κε ηε κνξθή πνιχ ιεπηφηεξεο ζθφλεο. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, νη λάλν-ζεξαπεπηηθέο επηρεηξήζεηο θαηαζθεπάδνπλ ηψξα ηα θάξκαθα θαη ηα παπζίπνλα άζζκαηνο σο λαλνζθφλεο πνπ ιακβάλνληαη εηζπλεφκελεο θαη απνξξνθψληαη γξεγνξφηεξα ζην ζψκα απφ ηηο παξαδνζηαθέο κεζφδνπο. Σν VivaGel είλαη έλα θάξκαθν άληη-hiv βαζηζκέλν ζηα λαλνκφξηα απνθαινχκελα dendrimers. Σν θάξκαθν ζηε δξάζε απεηθνλίδεηαη παξαθάησ, ην dendrimer (ζην κπιε) ληχλεη ηα θχηηαξα θαη απνηξέπεη ηελ είζνδν ηψλ HIV. Αξάζε ηνπ dendrimer Σέινο, νη λέεο ζεξαπείεο ηνπ θαξθίλνπ αλαπηχζζνληαη απφ MagForce λαλνηερλνινγίεο. Ώπηέο είλαη βαζηζκέλεο ζε λαλν καγλεηηθφ ζίδεξν. Μαγλεηηθά ζσκαηίδηα λαλνθιίκαθαο, ηα νπνία ζεξκαίλνληαη κε ηελ εθαξκνγή ειεθηξνκαγλεηηθνχ πεδίνπ κπνξνχλ λα θαηαζηξέςνπλ ηνλ φγθν. Σα λαλνζσκαηίδηα δηέξρνληαη επίζεο απφ ην ζχζηεκα θίιηξνπ πνπ νλνκάδεηαη «αηκαηεγθεθαιηθφο θξαγκφο», κε απνηέιεζκα λα κπνξνχλ λα θαηεπζπλζνχλ θαη πξνο φγθνπο ηνπ εγθεθάινπ. Ώπηή ε ιεγφκελε «ππεξζεξκία καγλεηηθνχ ξεπζηνχ» αλαπηχρζεθε απφ ηελ νκάδα εξγαζίαο κε επηθεθαιήο ηνλ βηνιφγν Ώληξέαο Σδφξληαλ θαη ηψξα αξρίδνπλ νη θιηληθέο δνθηκέο ηεο. Καξθηληθά θχηηαξα γινηνβιαζηψκαηνο (φγθνο ηνπ εγθεθάινπ),«κπνπθσκέλα» ζρεδφλ κέρξη ηα φξηα κε ηνλ πγηή ηζηφ κε λαλνζσκαηίδηα καγλεηίηε πνπ θέξνπλ εηδηθή επηθάιπςε. Δ κεηέπεηηα ζέξκαλζε ησλ ζσκαηηδίσλ κε εθαξκνγή ειεθηξνκαγλεηηθνχ πεδίνπ θαζηζηά ηνλ φγθν επαίζζεην ζε ζπκπιεξσκαηηθά ζεξαπεπηηθά κέηξα. Δ ηαηξηθή έγθξηζε ηεο ηερληθήο αλακέλεηαη ήδε ην

73 ΝΔΑ ΜΔΑ ΠΑΡΑΛΑΒΖ ΦΑΡΜΑΚΟΤ Δ ζηγνπξηά γηα ην αλ έλα θάξκαθν θζάλεη ζηνλ πξννξηδφκελν ηζηφ ή ην φξγαλν ζε έλαλ αζζελή θαη δίλεηαη ζηε ζσζηή δφζε είλαη δχν απφ ηα ζεκαληηθφηεξα δεηήκαηα ζηε ζχγρξνλε ηαηξηθή. Ώπηφ είλαη ηδηαίηεξα ζεκαληηθφ γηα ηε ζεξαπεία ηνπ θαξθίλνπ, δεδνκέλνπ φηη ηα πεξηζζφηεξα θάξκαθα ρεκεηνζεξαπείαο είλαη ηνμηθά θαη ζε πγηή θαη ζε θαξθηληθά θχηηαξα. Δ λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη ηηο ιχζεηο ζε απηά ηα πξνβιήκαηα. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ε επέλδπζε ελφο θαξκάθνπ ζε δηαθνξεηηθά κφξηα κπνξεί λα ην θαηαζηήζεη πηφ δηαιπηφ ζην λεξφ (γηα ηελ επθνιφηεξε εθαξκνγή) θαη λα επηηξέςεη ζε απηφ λα δηαπεξάζεη ηηο κεκβξάλεο θπηηάξσλ επθνιφηεξα ή αθφκα θαη λα ζηνρεχζεη ζε έλαλ ζπγθεθξηκέλν ηζηφ ή έλα φξγαλν. Βπηπιένλ, νη λέεο ζπζθεπέο φπσο ην imedd ελζσκαηψλνπλ λαλνκφξηα ζηνπο πφξνπο ηνπο. Με ηελ πνηθηιία ηνπ κεγέζνπο θαη ηνπ κήθνπο ηνπο, ειέγρνπλ ηελ απειεπζέξσζε ησλ θαξκάθσλ φπσο ε ηλζνπιίλε. Σέηνηεο ζπζθεπέο κπνξνχλ λα εκθπηεπζνχλ θαη λα επηηξέςνπλ ηε ζπλερή απειεπζέξσζε ελφο θαξκάθνπ φηαλ είλαη απαξαίηεην, απνθεχγνληαο θαηά ζπλέπεηα ηελ αλάγθε γηα εγρχζεηο κε βειφλε. Γηα παξάδεηγκα έλα θάξκαθν πνπ ρξεζηκνπνηεί ηε λαλνηερλνινγία γηα βειηησκέλε απφδνζε είλαη ην ABRAXANE, πνπ είλαη έλα λάλν-θάξκαθν ρεκεηνζεξαπείαο θαη είλαη απνηειεζκαηηθφηεξν θαη ιηγφηεξν ηνμηθφ απφ ηελ ειεχζεξε κνξθή ηνπ θαξκάθνπ ΓΗΑΓΝΧΖ Οη πξφνδνη ζηηο βηνινγηθέο αλαιχζεηο πξνζθέξνπλ ηε δπλαηφηεηα λα πξνζδηνξηζηνχλ ηα κηθξφβηα πνιχ πξηλ παξνπζηάζεη έλα πξφζσπν νπνηαδήπνηε ζπκπηψκαηα. Μέζσ ησλ πξνφδσλ ζηηο ηερλνινγίεο εηθφλαο κπνξνχκε λα εμεηάζνπκε ην ζψκα ελφο αλζξψπνπ θαη λα θαζνξίζνπκε αθξηβέζηεξα ηελ παξνπζία θαη ηε ζέζε ηνπ θαξθίλνπ θαζψο θαη ηεο δεκίαο ζηνπο ηζηνχο θαη ηα φξγαλα ηνπ ζψκαηνο. Ο πξνεγκέλνο έιεγρνο εμαζθαιίδεη φηη ε απνθαηάζηαζε ελφο αζζελή είλαη πιήξεο. ρη κφλν απηέο νη πξφνδνη επηθέξνπλ βειηησκέλε πνηφηεηα δσήο, αιιά ζπκβάιινπλ επίζεο ζε κηα απνδνηηθφηεξε θαη νηθνλνκηθφηεξε πγεηνλνκηθή ππεξεζία. 73

74 ΒΗΟΛΟΓΗΚΔ ΑΝΑΛΤΔΗ ηελ ηαηξηθή, νη βηνινγηθέο αλαιχζεηο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα αληρλεχζνπλ ηελ παξνπζία αζζέλεηαο. Ώπηή κπνξεί λα είλαη είηε κνιπζκαηηθή αζζέλεηα (φπσο νη ηνί ή ηα βαθηεξίδηα) είηε γελεηηθή αζζέλεηα (φπσο ν θαξθίλνο). Δ επηινγή ηνπ βηνκνξίνπ εμαξηάηαη απφ ηε θχζε ηεο αζζέλεηαο. Μπνξεί λα είλαη κηα πξσηεύλε, έλα DNA ή έλα RNA. ιεο νη βηνινγηθέο αλαιχζεηο ιεηηνπξγνχλ κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ηεο εθιεθηηθήο ζχλδεζεο ελφο βηνινγηθνχ κνξίνπ (ή ηνπ βηνκνξίνπ) κε έλα άιιν κφξην (κε ηνλ ίδην ηξφπν φπσο έλα θιεηδί ζε κηα θιεηδαξηά). Μέζσ ηεο ζχλδεζεο ηνπ βηνκνξίνπ κε έλα λαλνκφξην, νη βηνινγηθέο αλαιχζεηο έρνπλ γίλεη: πην αθξηβείο (κπνξνχλ λα εληνπίζνπλ αθφκε θαη ηελ παξνπζία ησλ ειάρηζησλ αζζεληθψλ κνξίσλ θαη λα αληρλεχζνπλ έηζη ηελ αζζέλεηα πνιχ πξηλ ηελ αλάπηπμή ηεο) επθνιφηεξεο γηαηί κπνξνχλ λα πξαγκαηνπνηεζνχλ γξήγνξα θαη ρσξίο ηελ αλάγθε λα θαζαξηζηνχλ ηα δείγκαηα πνπ ιακβάλνληαη απφ ηνλ αζζελή. ηθαλέο λα αληρλεχζνπλ πεξηζζφηεξα βηνκφξηα θαη έηζη πεξηζζφηεξεο αζζέλεηεο. Ώπηφ γίλεηαη κε ηε ζχλδεζε δηαθνξεηηθψλ βηνκνξίσλ κε δηαθνξεηηθά λαλνκφξηα. Σα λαλνκφξηα δηαθνξεηηθψλ πιηθψλ ρξεζηκνπνηνχληαη, γηα λα εθπέκςνπλ ηα δηαθνξεηηθά ρξψκαηα θσηφο αλάινγα κε ην κέγεζφο ηνπο θαη λα δηαβαζηνχλ ρξεζηκνπνηψληαο έλα κηθξνζθφπην. Ώπεηθφληζε λαλνκνξίσλ πνπ εθπέκπνπλ δηαθνξεηηθφ ρξψκα αλάινγα κε ην κέγεζνο ηνπο 74

75 Οη παξαπάλσ δηεξγαζίεο γίλνληαη κε ζπζθεπέο POC, νη νπνίεο κπνξνχλ λα ελζσκαηψζνπλ ηηο ζπζθεπέο εξγαζηεξίνπ ζε ηζηπ, επηηξέπνληαο ζηηο δεθάδεο ή ηηο εθαηνληάδεο ησλ δηαθνξεηηθψλ βηνκνξίσλ λα κεηξεζνχλ επί ηφπνπ. Αειαδή γίλεηαη ζσζηή επεμεξγαζία γηα λα δνζεί γξήγνξα ην απνηέιεζκα, νπφηε δίλεη κηα θνξεηφηεηα γηα ηε δηάγλσζε ηεο αζζέλεηαο ζε απνκνλσκέλεο πεξηνρέο (φπσο ε κφιπλζε HIV ζηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο). Οη δηαινγείο θπηηάξσλ είλαη ζπζθεπέο πςειψλ απαηηήζεσλ, νη νπνίεο ρξεζηκνπνηνχλ ηηο ηειεπηαίεο εμειίμεηο ηεο κηθξνκεραληθήο, ηεο νπηηθήο θαη ηεο ειεθηξνληθήο, κε απνηέιεζκα λα απμάλεηαη ην θφζηνο ησλ κεραλψλ. Δ λαλνηερλνινγία ζα ειαηηψζεη ην κέγεζνο ησλ ζεκεξηλψλ δηαινγέσλ θπηηάξσλ απφ εξκάξην ζε γξακκαηφζεκν θαη, κεκνλσκέλα, ζα ηνπο θαηαζηήζεη είδε κηαο ρξήζεο. Ώπηφ ζα επηηαρχλεη ζεκαληηθά ηελ ηαηξηθή πξφνδν. Ώθφκε πην απαηηεηηθή λαλνηερλνινγία πξνβιέπεηαη γηα ην «εξγαζηήξην ζε ηζηπ» (lab-on-a-chip). ε απηφ, φπσο ην θαληάδνληαη εθείλνη πνπ πξσηνζηαηνχλ ζηελ αλάπηπμή ηνπ, ζα ζπλσζηίδνληαη εθαηνκκχξηα λαλνζπζθεπέο, πνπ ζα ζπλεξγάδνληαη ζπληνληζκέλα γηα ηελ εθηέιεζε ηεο απνζηνιήο ηνπο. Σα ηζηπ ζα έρνπλ κέγεζνο ηεο ηάμεσο ηνπ ηεηξαγσληθνχ εθαηνζηνχ, άξα ηεξάζηην ζε ζχγθξηζε κε ηα λαλνκεραλήκαηα πνπ ζα θηινμελνχλ, ιφγσ ηνπ φηη ζην εζσηεξηθφ ηνπο ζα πξέπεη λα θπθινθνξνχλ πγξά πνπ ζηνλ λαλφθνζκν είλαη παρχξξεπζηα ζαλ κέιη θαη, ζπλεπψο, ρξεηάδνληαη ρψξν γηα λα ξένπλ. Ώπηά ηα λαλνεξγαζηήξηα ζα θέξνπλ επαλάζηαζε ζηε βηνινγία, εάλ ν άλζξσπνο θαηνξζψζεη λα ηα ρξεζηκνπνηήζεη ζην κέιινλ γηα λα παξαθνινπζεί βήκα πξνο βήκα ηα ηεθηαηλφκελα ζε κεκνλσκέλα θχηηαξα ην κέιινλ, ηέηνηεο ζπζθεπέο ζα κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ αζχξκαηα κε έλαλ ππνινγηζηή ζην γξαθείν ηνπ γηαηξνχ, επηηξέπνληαο ζηνπο αζζελείο λα ειεγρζνχλ κε άλεζε απφ ην ζπίηη ηνπο θαη λα παξεπξεζνχλ κφλν ζην γηαηξφ φηαλ είλαη απνιχησο αλάγθε πζθεπή POC 75

76 ΠΔΡΗΘΑΛΦΖ ΚΑΣ ΟΗΚΟΝ Με ηε βειηίσζε ηεο δηαηξνθήο θαη ηε δηαξθή πξφνδν ηεο ηαηξηθήο, απμάλεηαη ην πξνζδφθηκν δσήο ησλ αλζξψπσλ. Ώπηή ε πξαγκαηηθά πνιχ επηζπκεηή εμέιημε έρεη έλα θπζηθφ κεηνλέθηεκα: ην φηη ζα απμάλεηαη ζπλερψο ν αξηζκφο ησλ αλζξψπσλ πνπ ζα ρξεηάδνληαη βνήζεηα, ηελ νπνία ζα κπνξνχζε λα παξέρεη σο έλα βαζκφ ε λαλνειεθηξνληθή. Μειεηάηαη, ιφγνπ ράξηλ, ε χθαλζε ζηα ελδχκαηα, επηηεπγκάησλ ηεο ηερλνινγίαο αηζζεηήξσλ θαη πιεξνθνξηψλ, πνπ ζα παξέρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα παξαθνινπζείηαη αδηάιεηπηα ε θαηάζηαζε ηεο πγείαο -ζθπγκνί, αλαπλνή, κεηαβνιηζκφο - ησλ ειηθησκέλσλ. ε πεξίπησζε ελνριήζεσλ, ην «ηαηξηθφ γηιέθν» (MediVest) ζα εηδνπνηεί απηφκαηα ηνλ νηθνγελεηαθφ γηαηξφ ή ηνπο ζπγγελείο. Σν ζεκείν φπνπ βξίζθεηαη ην άηνκν ζα ην ππνδεηθλχεη έλα επίζεο ελζσκαησκέλν δνκνζηνηρείν GPS - ή Galileo (ην ζχζηεκα Galileo είλαη ε κειινληηθή επξσπατθή παξαιιαγή ηνπ δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο εληνπηζκνχ ζέζεο GPS). Βλδχκαηα κε αηζζεηήξεο ΑΤΣΟΜΑΣΟ/-Ζ ΝΟΖΛΔΤΣΖ/-ΣΡΗΑ Βλψ ε Γεξαηά Ήπεηξνο δηαηεξεί - αθφκε- κάιινλ ςπρξέο ζρέζεηο κε ηνπο κεραληθνχο βνεζνχο, ζηελ Εαπσλία επίθεηηαη ε βηνκεραληθή καδηθή παξαγσγή απηνθηλνχκελσλ ξνκπφη. Βίλαη πνιχ πηζαλφλ απηφ λα έρεη σο απνηέιεζκα ηελ αλάπηπμε θαη λνζειεπηηθψλ κεραλεκάησλ θαηάιιεισλ γηα θαζεκεξηλή ρξήζε πάλησο, ελψ νη ζρεηηθέο εξγαζίεο έρνπλ αξρίζεη. Δ ξνκπνηηθή ζα είλαη ζε ζέζε λα απνξξνθήζεη άλεηα θαη καδηθά ηε ζηαζεξά απμαλφκελε ππνινγηζηηθή ηζρχ ηεο λαλνειεθηξνληθήο. 76

77 5.2. ΒΗΟΜΖΥΑΝΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ Οη κεραληθνί πεηξειαίνπ εμαθνινπζνχλ αθφκε λα ςάρλνπλ λέεο κεζφδνπο γηα ηελ αχμεζε ηεο πίεζεο ηνπ θνηηάζκαηνο. εκεηψζεθε θάπνηα επηηπρία ζε απηφλ ηνλ ηνκέα, αιιά δελ ππάξρεη θάπνηα δξαζηηθή γενηερλνινγηθή πξνζέγγηζε ε νπνία λα επηηξέπεη λα βγάινπκε ην ππφινηπν πεηξέιαην απφ παιηά θνηηάζκαηα πεηξειαίνπ. Γηα πξψηε θνξά ε εθαξκνγή κηαο λαλνηερλνινγηθήο πξνζέγγηζεο γηα ηελ αχμεζε ηεο πίεζεο ηνπ θνηηάζκαηνο πξνηάζεθε απφ Ώδεξκπατλνχο επηζηήκνλεο. Ο αθαδεκατθφο Azad Mirzajan-mirzajan-zadeh πξψηνο πξφηεηλε κηα κέζνδν γηα ηελ αχμεζε ηεο πίεζεο ηνπ θνηηάζκαηνο κε ηελ εθαξκνγή κηαο λαλνρεκηθήο κεζφδνπ. Οη επηζηήκνλεο ηνπ S.R.I (γεσηερλνινγηθά πξνβιήκαηα πεηξειαίνπ αεξίνπ θαη ρεκείαο) δηεμήγαγαλ ηελ εθαξκνγή κηαο ζηδεξνχραο έλσζεο γηα ηελ αχμεζε ηεο πίεζεο ηνπ θνηηάζκαηνο ζε κηα πηινηηθή εγθαηάζηαζε. Πάλησο πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ην 0,5 έσο 0,7 % κεηαιιηθψλ λαλνζσκαηηδίσλ παξάρζεηζαλ κέζσ κεραληθήο ζράζεσο θαη πεξαηηέξσ εμαγσγήο κε αηζέξα. Σα κεηαιιηθά λαλνζσκαηίδηα ηα νπνία παξέκεηλαλ ζηνλ αηζέξα δίλνπλ έλα ππεξδηαζθνξπηζκέλν ζχζηεκα, ιφγσ ηεο πςειήο ρεκηθήο ελεξγφηεηαο θαη ραξελ απηήο ηεο πςειήο ελεξγφηεηαο θαηέζηελ δπλαηφλ λα μερσξίζνπκε ηα κεηαιιηθά λαλνζσκαηίδηα απφ ηα ππφινηπα αλελεξγά κεηαιιηθά ζσκαηίδηα. Βπηπξφζζεηα, ε νκάδα ησλ επηζηεκφλσλ ηνπ S.R.I (γεσηερλνινγηθά πξνβιήκαηα πεηξειαίνπ αεξίνπ θαη ρεκείαο) θάησ απφ ηε επηζηεκνληθή εγεζία ηνπ θαζεγεηή Shabanov Alimamed εθεχξε κηα ρεκηθή κέζνδν παξαγσγήο λαλνζσκαηηδίσλ ζηδήξνπ κε ηελ αλαγσγή αιάησλ ηνπ Fe (II) κε NaBH 4 (άιαο λαηξίνπ ηνπ βνξηθνχ νμένο). Δ ζεκαζία απηήο ηεο δηαδηθαζίαο είλαη ε αληίδξαζε αιάησλ ηνπ δηζζελνχο ζηδήξνπ κε ην άιαο λαηξίνπ ηνπ βνξηθνχ νμένο, παξνπζία αηζέξσλ diazacrown. Δ αληίδξαζε ησλ αιάησλ ηνπ δηζζελνχο ζηδήξνπ κε ην άιαο λαηξίνπ ηνπ βνξηθνχ νμένο νδεγεί ζηνλ ζρεκαηηζκφ αιάησλ ζηδήξνπ ηνπ βνξηθνχ νμένο θαη ην ηειεπηαίν απνζπληίζεηαη παξάγνληαο πδξίδην ηνπ ζηδήξνπ θαη βνξηθφ νμχ. FeSO 4 + 2NaBH 4 Fe[BH 4 ] 2 + Na 2 SO 4 Fe[BH 4 ] 2 FeH 2 + 2BH 3 6FeH 2 Fe 6 + 6H 2 77

78 κσο παξάγνληαο ην πδξίδην ηνπ ζηδήξνπ δελ ζεκαίλεη φηη παίξλνπκε κεγάιεο απνδφζεηο λαλνζσκαηηδίσλ Fe 6. Γηα λα απμήζνπκε ηελ απφδνζε ζε λαλνζσκαηίδηα Fe πξνηάζεθε ε εθαξκνγή ηεο κεζφδνπ ελδνθαζηθήο θαηάιπζεο. Έηζη ινηπφλ ε κέζνδνο ηεο ελδνθαζηθήο θαηάιπζεο δηεμήρζε ζε έλα ζχζηεκα δηπιήο θάζεσο λεξφ-βνπηαλφιε 1:1 παξνπζία αηζέξσλ diazacrown. FeSO 4 + 2NaBH 4 Fe[BH 4 ] 2 + Na 2 SO 4 Fe[BH 4 ] 2 + CW FeCW[BH 4 ] 2 Fe CW[BH 4 ] 2 CW + Fe + 2BH 3 + H 2 χκθσλα κε απηήλ ηελ κέζνδν ην άιαο ηνπ δηζζελνχο ζηδήξνπ καδί κε ην άιαο λαηξίνπ ηνπ βνξηθνχ νμέσο ηνπνζεηνχληαη ζην ζχζηεκα λεξφ-βνπηαλφιε 1:1 θαη θαηφπηλ πξνζηίζεληαη ν αηζέξαο. Μεηά απφ 2 ψξεο ην άιαο ηνπ ζηδήξνπ ηνπ βνξηθνχ νμέσο κεηαθέξεηαη πιήξσο ζηελ νξγαληθή θάζε ιφγσ ηεο ελδνθαζηθήο θαηάιπζεο. Δ νξγαληθή θάζε παξαιακβάλεηαη θαη ζεξκαίλεηαη γηα λα δηαρσξηζηεί ε βνπηαλφιε. Καηά ηελ δηάξθεηα ηεο παξνχζαο δηαδηθαζίαο, ην ζχκπινθν άιαο απνζπληίζεηαη δεκηνπξγψληαο ην ζηδεξνχρν άιαο ηνπ βνξηθνχ νμένο ην νπνίν κε ηελ ζεηξά ηνπ απνζπληίζεηαη παξάγνληαο ζηδεξνχρα ζσκαηίδηα Fe 6 ηα νπνία είλαη ππεξδηαζθνξπηζκέλα ζε λαλνθιίκαθα θαη βνξηθφ νμχ. Δ ζχλζεζε ηνπ Fe 6 ηαπηνπνηήζεθε κε ηνλ θαζκαηνζθφπην κάδαο. 78

79 5.3. ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΖ ΝΑΝΟΖΛΔΚΣΡΟΝΗΚΖ Δ λαλνηερλνινγία έρεη πξνζεγγίζεη ήδε ηελ βηνκεραλία ειεθηξνληθήο, κε ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ζηνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο κηθξφηεξα απφ 100 λαλφκεηξα (nm) ζην κέγεζνο (ρξήζεηο επεμεξγαζηψλ Prescott ηεο Intel κε ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα κεγέζνπο 90 nm). Σα κηθξφηεξα κεγέζε επηηξέπνπλ γξεγνξφηεξνπο ρξφλνπο επεμεξγαζίαο θαη επίζεο πεξηζζφηεξε δχλακε επεμεξγαζίαο. Βληνχηνηο, απηέο νη πξφνδνη είλαη πξαγκαηηθά κφλν κηα ζπλέρεηα ηεο ππάξρνπζαο κηθξνειεθηξνληθήο, θαη ζα θζάζνπλ ζην φξηφ ηνπο θάπνηε. Ίζσο ζην ηέινο ηεο επφκελεο δεθαεηίαο, φηαλ ζα είλαη θπζηθά αδχλαηνλ «λα ραξαρηνχλ» ηα κηθξφηεξα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ζην ππξίηην, θαη επεηδή ζηα εμαηξεηηθά κηθξά κεγέζε (ιηγφηεξν απφ 20nm) ην ππξίηην γίλεηαη ειεθηξηθά «leaky» πξνθαιψληαο ηα βξαρπθπθιψκαηα. Δ λαλν-ειεθηξνληθή πξνζθέξεη κηα λέα πξνζέγγηζε γηα ηε βηνκεραλία ηεο ειεθηξνληθήο, ππφ κνξθή λέσλ πιηθψλ ζηα θπθιψκαηα, ζηνπο επεμεξγαζηέο, ζηελ απνζήθεπζε πιεξνθνξηψλ αθφκε θαη ζηελ νπηηθφ-ειεθηξνληθή ΣΑ ΔΠΟΜΔΝΑ ΥΡΟΝΗΑ Δ ηερλνινγία ηξαλδίζηνξ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζήκεξα ζηνπο επεμεξγαζηέο ππνινγηζηψλ νλνκάδεηαη CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor/εκηαγσγφο ζπκπιεξσκαηηθνχ νμεηδίνπ κεηάιινπ) θαη αλαπηχρζεθε, κεηαμχ άιισλ, γηα ηα πξψηα ειεθηξνληθά ξνιφγηα ρεξηνχ, θαζψο απαηηεί πνιχ ιηγφηεξε ειεθηξηθή ελέξγεηα απφ ηηο πξνθαηφρνπο ηεο. Ώπφ ηε δεθαεηία ηνπ 70, νη εηδηθνί πξνέβιεπαλ φηη ζε 10 έσο 15 ρξφληα ε ηερλνινγία απηή ζα έθζαλε ζηα φξηά ηεο. Σν ίδην επαλαιακβάλνπλ θαη ζήκεξα. Μφλν πνπ ηψξα έρεη έλαλ επηηαθηηθφ ιφγν λα απνδερζεί ηε ξήμε κε ηελ παξάδνζε ηεο ζπλερνχο ζκίθξπλζεο ησλ θαηαζθεπψλ ηεο: ζηελ πνξεία πξνο ηνλ κηθξφθνζκν, γίλεηαη ζηαδηαθά νξαηή ε θνθθψδεο ππφζηαζε ηεο χιεο, ε αηνκηθή δνκή ηεο. κσο, ηα λέθε ειεθηξνλίσλ ησλ αηφκσλ είλαη νη κηθξφηεξνη δνκηθνί ιίζνη πνπ κπνξνχλ, ζε θαλνληθέο ζπλζήθεο, λα ζρεκαηίζνπλ ηερληθέο δνκέο δηαξθείαο. Βπνκέλσο, δηαγξάθεηαη έλα ζεσξεηηθφ φξην: έλαο αγσγφο δελ κπνξεί λα είλαη ιεπηφηεξνο απφ άηνκν. Ώζθαιψο, ε ηερλνινγία CMOS ππφθεηηαη ήδε απφ θαηξφ ζε πεξηνξηζκνχο, ελ κέξεη πνιχ πεξίεξγνπο. Οη ζπλδέζεηο κεηαμχ ησλ ηξαλδίζηνξ ζηα ηζηπ (νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα) είλαη πιένλ ηφζν κηθξέο, ψζηε ηα άηνκα αξγηιίνπ λα γίλνληαη αζηαζή θαη λα κπνξνχλ πξαγκαηηθά λα παξαζπξζνχλ απφ ην ξεχκα 79

80 ειεθηξνλίσλ ζαλ ραιίθηα απφ ρείκαξξν. Ο ηερληθφο φξνο γηα ην θαηλφκελν απηφ είλαη «ειεθηξνκεηαλάζηεπζε». Δ επηηπρήο ιχζε είλαη ζχξκαηα απφ ραιθφ, πνπ θαη θαιχηεξνο αγσγφο είλαη θαη επηηαρχλεη ηε ξνή ζεκάησλ ζην ηζηπ. Παξάιιεια, νη ζπλδέζεηο έρνπλ γίλεη ηφζν ππθλέο, ψζηε παξάγεηαη αληρλεχζηκε ρσξεηηθφηεηα, φπσο ζηνπο ππθλσηέο. Βάλ ην θαηλφκελν απηφ δελ ιακβαλφηαλ ππφςε ζην ζρεδηαζκφ ησλ ηζηπ, ηα ηειεπηαία ζα κπνξνχζαλ λα μεθχγνπλ απφ ηνλ ρξνληζηή. Σν κέγεζνο νξηζκέλσλ ζηνηρείσλ ηξαλδίζηνξ ζηα ηζηπ ειαηηψλεηαη ζηαδηαθά ζε ιηγφηεξν απφ 20 λαλφκεηξα. ηελ θιίκαθα απηή, ηζρχεη πιένλ ε θβαληηθή ζεσξία, νπφηε αξρίδεη λα δηαδξακαηίδεη ξφιν ην θαηλφκελν ζήξαγγαο: ξένπλ ξεχκαηα εθεί φπνπ απηφ ζα ήηαλ αδχλαηνλ ζηα κεγαιχηεξα ηξαλδίζηνξ - ην ειεθηξνληθφ ζχζηεκα πχιεο ειέγρνπ εκθαλίδεη δηαξξνέο. Έζησ θαη αλ ηα ξεχκαηα απηά είλαη ειάρηζηα, αζξνίδνληαη ιφγσ ησλ εθαηνκκπξίσλ ηξαλδίζηνξ ζε ζεκαληηθέο απψιεηεο θαη ν επεμεξγαζηήο ζεξκαίλεηαη. Βπηπιένλ, ηα αλεμέιεγθηα θνξηία πξνθαινχλ ζθάικαηα ινγηθήο, πνπ κπνξνχλ λα απνβνχλ κνηξαία. ηηο πνιχ ιεπηέο δνκέο αξρίδεη λα γίλεηαη αηζζεηή φπσο πεξηγξάθεη ε θβαληηθή ζεσξία - ε θπκαηηθή ππφζηαζε ησλ ειεθηξνλίσλ. Πνιινί επηζηήκνλεο, σζηφζν, ζεσξνχλ ηελ θαηάζηαζε απηή επθαηξία γηα λα αλαπηπρζεί έλα εληειψο λέν είδνο ειεθηξνληθήο, πνπ ζα κπνξνχζε λα δεκηνπξγήζεη θβαληηθνχο ππνινγηζηέο, ηθαλνχο λα νδεγήζνπλ ζε έλα εληειψο λέν καζεκαηηθφ ζχκπαλ. Βπεμεξγαζηήο ησλ 64bit ηεο εηαηξείαο AMD γηα ρξήζε ζε πξνζσπηθνχο ππνινγηζηέο, κε 106εθαηνκκχξηα ηξαλδίζηνξ ηερλνινγίαο 130nm. 80

81 ΣΑ ΟΡΗΑ ΣΟΤ ΝΟΜΟΤ ΣΟΤ ΜΟΤΡ Ήδε απφ ην 1965, ν Γθφξληνλ Μνπξ, ζπληδξπηήο ηεο εηαηξείαο Intel, ππνζηήξημε φηη ε ηζρχο ησλ κηθξνηζίπ ζα δηπιαζηαδφηαλ θάζε 18 κήλεο πεξίπνπ. Ώπηφο ν «λφκνο» ηίζεηαη ζήκεξα ππφ ακθηζβήηεζε ιφγσ ελφο πνιχ αλζξψπηλνπ πξνβιήκαηνο. Βλψ πξάγκαηη επηηεχρζεθε εηήζηα αχμεζε ηνπ αξηζκνχ ησλ ηξαλδίζηνξ πνπ ηνπνζεηνχληαη ζε έλα ηζηπ θαηά 50 % πεξίπνπ, νη αλαιπηέο δηακαξηπξήζεθαλ γηαηί ε παξαγσγηθφηεηα ηνπ ζρεδηαζκνχ ηζηπ απμαλφηαλ κφλν θαηά 20 % εηεζίσο. Δ βηνκεραλία αληέδξαζε κε δηαξθή δηφγθσζε ησλ νκάδσλ ζρεδηαζκνχ - έρνπλ θζάζεη λα αξηζκνχλ ζήκεξα 250 έσο 300 άηνκα, κέγεζνο πνπ εκπνδίδεη ηε δηνίθεζή ηνπο. Δ κεγέζπλζε ζην δηελεθέο πξνζθξνχεη θαη ζηνλ δεχηεξν λφκν ηνπ Μνπξ, ζχκθσλα κε ηνλ νπνίν ε ζκίθξπλζε ησλ δνκψλ ζπλνδεχεηαη απφ αχμεζε ηνπ θφζηνπο ησλ κνλάδσλ παξαγσγήο. Μέρξη λα πιήμνπλ ζνβαξά φινη απηνί νη πεξηνξηζκνί ηελ εμέιημε, ε λαλνηερλνινγία ζα θαηαιακβάλεη νινέλα ζεκαληηθφηεξε ζέζε ζηε λαλνειεθηξνληθή. Ήδε, νη ζεκεξηλέο CPU (θεληξηθέο κνλάδεο επεμεξγαζίαο) δηαζέηνπλ δνκέο κηθξφηεξεο απφ 100nm θαη πεξηζζφηεξα απφ 100 εθαηνκκχξηα ηξαλδίζηνξ. Ώλ πηζηέςνπκε ην ρξνλνδηάγξακκα ηεο βηνκεραλίαο εκηαγσγψλ, ηεο νπνίαο νη πξνβιέςεηο ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο ππνζθειίδνληαη απφ ηελ πξαγκαηηθή ηερλνινγηθή αλάπηπμε, αλακέλνληαη ζε ιίγα ρξφληα δνκέο ησλ 45nm, πνπ ζα πξνζθέξνπλ ηζηπ κε πεξηζζφηεξα απφ έλα δηζεθαηνκκχξην ηξαλδίζηνξ. Πξνθχπηνπλ έηζη δπλαηφηεηεο εθαξκνγήο απηψλ ησλ ηζηπ. 81

82 Άηνκα καγγαλίνπ πάλσ ζε άξγπξν ζην Παλεπηζηήκην Christian-Albrechts ηνπ Κηέινπ. Σα πεξηθιεηφκελα απφ ην άηνκν ηνy καγγαλίνπ ειεθηξφληα θαηαλέκνληαη ζε ζρεκαηηζκνχο πνπ εμαξηψληαη απφ ηελ εθαξκνδφκελε ειεθηξηθή ηάζε. Φαηλφκελα φπσο απηφ έρνπλ κεγάιε ζεκαζία γηα ηελ ειεθηξνληθή ηνπ κέιινληνο ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΖΛΔΚΣΡΟΝΗΚΖ- ΤΠΟΛΟΓΗΣΔ Οη βηνκεραλίεο ησλ ππνινγηζηψλ έρνπλ σο ζηφρν λα θάλνπλ έλα γηγάληην βήκα κε ηελ βνήζεηα ηεο λαλνηερλνινγίαο. Σα φξηα ηεο ηξέρνπζαο ηερλνινγίαο επξχλνληαη κε ηαρείο ξπζκνχο ζηηο ηαρχηεηεο κλήκεο, επεμεξγαζηψλ θαη μεπεξλνχλ ηα ζεσξεηηθά κέγηζηά ηνπο. Δ λαλνηερλνινγία αλνίγεη ην πεδίν γηα λα αλαπηπρηνχλ νη λέεο ηδέεο θαη νη κέζνδνη γηα ππεξηαρείο επεμεξγαζηέο, πνπ απνζεθεχνπλ ηα ζηνηρεία, θαη πνιιέο άιιεο ππνινγηζηηθέο πξνφδνπο. Βπηηπγράλεη επίζεο ηηο λέεο πξνυπνζέζεηο πνπ απαηηνχλ πεξηζζφηεξε δχλακε επεμεξγαζίαο, θαη ηελ κηθξφηεξε ελέξγεηα. Δ ηξέρνπζα κέζνδνο κηθξφηεξσλ ηκεκάησλ ραξαθηηθήο (ιηζνγξαθία) έρεη θζάζεη ζρεδφλ ζε νξηαθφ ζεκείν θαη δελ ζα είλαη ζε ζέζε πιένλ λα παξαγάγεη κε απαξαίηεηε αθξίβεηα. Βπίζεο, ζε απηά ηα κεγέζε ηα ζπζηαηηθά πνπ είλαη βαζηζκέλα ζην ππξίηην είλαη πηζαλφηεξν λα απνηχρνπλ (ή λα κελ ιεηηνπξγήζνπλ ζσζηά). Έηζη, ππεηζέξρεηαη ε επηζηήκε ηεο λαλνηερλνινγίαο, πνπ ζα δψζεη ιχζε ζην πξφβιεκα ΓΡΖΓΟΡΟΣΔΡΟΗ ΔΠΔΞΔΡΓΑΣΔ Χο απνηέιεζκα ησλ πεξηνξηζκψλ ηεο ηξέρνπζαο ηερλνινγίαο, νη θαηαζθεπαζηέο ζηξέθνληαη ζηε λαλνηερλνινγία γηα λα παξαγάγνπλ ηελ επφκελε γελεά ησλ επεμεξγαζηψλ θαη ησλ ηκεκάησλ ησλ ππνινγηζηψλ. Οη ηερληθέο ραξαθηηθήο κέρξη ζήκεξα κπνξνχλ κφλν λα πάξνπλ ηα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα 22nm Σν ηκήκα ηεο βηνκεραλίαο πνπ παξάγεη ηζηπ ιεηηνπξγεί ήδε ζε λαλνθιίκαθα. Πνιιέο επηρεηξήζεηο είλαη ηψξα πξνο ην ηέινο ησλ ζηαδίσλ αλάπηπμεο ηνπο κε επεμεξγαζηή πνπ πεξηέρεη ηζηπ πεξίπνπ 60nm. Με πξσηαξρηθή ηελ Intel πνπ θπθινθνξεί ζηελ 82

83 αγνξά πξντφληα κε ηζηπ 65nm. Δ Intel ραξαθηεξίδεηαη κε κεγαιχηεξε απφδνζε σο απνηέιεζκα ελφο 10-15% βειηησκέλνπ ξεχκαηνο θίλεζεο κέζσ ηεο εθαξκνγήο ηεο λαλνηερλνινγίαο. Σα ηζηπ πάζρνπλ επίζεο απφ ιηγφηεξε «δηαξξνή» ξεχκαηνο, επνκέλσο πξνζθέξνπλ ηελ κέγηζηε απνηακίεπζε δχλακεο. Σζηπ απφ ηελ Intel Οη εξεπλεηέο ηεο IBM έρνπλ αλαπηχμεη ηηο θξπζηαιινιπρλίεο απφ ηνλ άλζξαθα nanotubes. Ώπηνί έρνπλ παξνπζηάζεη απέξαληεο βειηηψζεηο ζηηο ζπκβαηηθφηεξεο θξπζηαιινιπρλίεο ππξηηίνπ. Ο άλζξαθαο nanotubes είλαη καθξηά, ιεπηά ζθέιε ησλ κνξίσλ άλζξαθα. ην εξγαζηήξην, παξέδσζαλ πεξηζζφηεξν απφ ην δηπιφ πνζφ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο έλαληη ησλ θξπζηαιινιπρληψλ πνπ θπθινθνξνχλ απηήλ ηελ πεξίνδν ζηελ αγνξά ΝΔΟΗ ΣΤΠΟΗ ΜΝΖΜΖ ιν θαη πεξηζζφηεξν ζχγρξνλεο ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο ρξεηάδνληαη κεγαιχηεξεο κλήκεο. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, πάξηε ηα θαηαλαισηηθά πξντφληα φπσο ηα θηλεηά ηειέθσλα θαη MP3. ηαλ απηά απειεπζεξψζεθαλ ζηελ αγνξά ην απνζεθεπηηθφ ηνπο κέγεζνο ήηαλ κηθξφ (512MB). Σψξα ε θαηαλαισηηθή δήηεζε κλήκεο είλαη ηα gigabytes. Βκθαλίζηεθε πξφζθαηα ε Ipod ηεο Apple κε 60GB. Δ επηζπκία ηεο αγνξάο είλαη κεγαιχηεξε απνζήθεπζε ζε κηθξφηεξεο ζπζθεπέο, αιιά φρη εηο βάξνο ησλ ελεξγψλ αλαγθψλ. Δ ηξέρνπζα ηερλνινγία θαζηζηά απηέο ηηο απαηηήζεηο πνιχ δχζθνιεο, αιιά ε λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη ηε ιχζε NANODOTS Μηα ηέηνηα λέα ζπζθεπή απνζήθεπζεο δεδνκέλσλ, θάλεη ρξήζε ησλ ζεκείσλ ηνπ ληθειίνπ πνπ αλακέλεηαη φηη ζα κπνξνχζε λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα ηελ απνζήθεπζε ησλ terabytes δεδνκέλσλ ζε ζπζθεπέο θαζεκεξηλήο ρξήζεο.. Κάζε «nanodot» απνηειείηαη απφ κηα ζθαίξα αξθεηψλ αηφκσλ ληθειίνπ πνπ επηηξέπεη λα θπιαρζεί έλα εληαίν θνκκάηη πιεξνθνξηψλ κε ρξήζε «1» ή «0» 83

84 ηνπο ηξέρνληεο ζθιεξνχο δίζθνπο, ηα θνκκάηηα (ησλ πιεξνθνξηψλ) πξέπεη λα ηνπνζεηεζνχλ αξθεηά καθξηά, ψζηε λα κελ παξεκπνδίζνπλ ην έλα ην άιιν. Σα Nanodots ιεηηνπξγνχλ σο πιήξεηο κνλάδεο πνπ δελ ζπλδένληαη δνκηθά, επηηξέπνληαο ηνπο λα ηνπνζεηεζνχλ πην θνληά. Σνπνζεηνχληαη έηζη 5 terabytes (5000GB) δεδνκέλσλ ζε έλα δηάζηεκα κεγέζνπο ελφο γξακκαηνζήκνπ. Σα nanodots πξέπεη λα ιεηηνπξγήζνπλ θαη λα αιιειεπηδξάζνπλ κε άιιεο ζπζθεπέο ππνινγηζκνχ, φπσο ηα ηζηπ ζηιηθφλεο ΜΝΖΜΔ ΣΤΥΑΗΑ ΠΡΟΠΔΛΑΖ ΜΔ ΑΛΛΑΓΖ ΦΑΖ (PHASE CHANGE RAM) Σα ζεκεξηλά κέζα απνζήθεπζεο δεδνκέλσλ βαζίδνληαη ζε δηάθνξεο ηερλνινγίεο, κε αληίζηνηρα πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα Ο καγλεην-κεραληθφο ζθιεξφο δίζθνο ραξαθηεξίδεηαη απφ πνιχ κεγάιε ππθλφηεηα απνζήθεπζεο, απνζεθεχεη δεδνκέλα ρσξίο λα ρξεηάδεηαη ζπλερή παξνρή ηζρχνο, αιιά είλαη αξγφο. Δ δπλακηθή κλήκε ηπραίαο πξνζπέιαζεο (DRAM) είλαη γξήγνξε, αιιά δελ δηαηεξεί ηα δεδνκέλα ρσξίο αλαλέσζε ηεο εγγξαθήο (refresh) κε ηε κνξθή ειεθηξηθψλ παικψλ. Οη κλήκεο Flash, πνπ ζπλαληψληαη ζηηο ζπζθεπέοmp3-players, ζηα θηλεηά ηειέθσλα θαη ζηηο ςεθηαθέο θσηνγξαθηθέο κεραλέο, δηαηεξνχλ θαη απηέο ηα δεδνκέλα ρσξίο λα ρξεηάδνληαη παξνρή ηζρχνο, αιιά δελ είλαη ηφζν γξήγνξεο φζν νη DRAM θαη κπνξνχλ λα επαλεγγξαθνχλ κφλνλ 1 εθαηνκκχξην θνξέο πεξίπνπ. Οη κειινληηθέο λαλνηερλνινγηθέο επηλνήζεηο κλεκψλ, πνπ νπζηαζηηθά ππφζρνληαη κφλν ηα πξναλαθεξφκελα πιενλεθηήκαηα - κεγάιε ππθλφηεηα εγγξαθήο, πςειή ηαρχηεηα, δηαηήξεζε ησλ δεδνκέλσλ ρσξίο λα ρξεηάδεηαη παξνρή ηζρχνο θαη κεγάιε δηάξθεηα δσήο - είλαη κε ηα ζεκεξηλά δεδνκέλα ε MRAM (καγλεηηθή κλήκε ηπραίαο πξνζπέιαζεο) θαη ε Phase Change RAM, πνπ πεξηγξάθεηαη ζηε ζπλέρεηα. Οη ζηεξεέο νπζίεο κπνξνχλ λα ππάξρνπλ ζε δχν αθξαίεο θαηαζηάζεηο: είηε ηελ θξπζηαιιηθή, φπνπ ηα άηνκα είλαη απφιπηα ηαθηνπνηεκέλα, φπσο ηα θαιιηεξγνχκελα έιαηα ζην θπηψξην, είηε ηελ άκνξθε, φπνπ ηα άηνκα δελ έρνπλ ηαθηηθή δηάηαμε. Άκνξθε ζηεξεή νπζία επξείαο ρξήζεο είλαη ην γπαιί, π.ρ. ε ραιαδηαθή χαινο ε ίδηα νπζία, δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ, ζπλαληάηαη ζην εκπφξην νξπθηψλ θαη ζηελ θξπζηαιιηθή θαηάζηαζε, σο νξεία θξχζηαιινο. Κξπζηαιιηθή - άκνξθε, γηα ηηο δχν απηέο θαηαζηάζεηο ηεο χιεο ζα γίλεηαη πεξηζζφηεξνο ιφγνο κειινληηθά, δηφηη θαίλεηαη φηη ζα θαζνξίδνπλ ηηο καδηθέο κλήκεο ηνπ κέιινληνο. 84

85 Οξηζκέλεο ζηεξεέο νπζίεο κπνξνχλ λα θέξνληαη ζρεηηθά εχθνια απφ ηελ άκνξθε ζηελ θξπζηαιιηθή θαηάζηαζε θαη αληηζηξφθσο. Ώπηή ε αιιαγή θάζεο, πνπ επηηπγράλεηαη σο επί ην πιείζηνλκε ηελ επίδξαζε ηεο ζεξκφηεηαο, εθαξκφδεηαη επξέσο ζηα νπηηθά κέζα απνζήθεπζεο. ηαλ, ιφγνπ ράξηλ, γίλεηαη εγγξαθή ζε επαλεγγξάςηκν DVD, ε θαηάζηαζε κηαο εηδηθήο επηθάιπςεο ηεο επηθάλεηαο ηνπ DVD κεηαηξέπεηαη ηνπηθά απφ θξπζηαιιηθή ζε άκνξθε κέζσ ζεξκηθνχ πιήγκαηνο απφ παικφ ιέηδεξ. Καηφπηλ απηνχ, αιιάδνπλ νη αλαθιαζηηθέο ηδηφηεηέο ηεο, κε απνηέιεζκα λα κπνξεί λα εγγξαθεί κηα αλαγλψζηκε ζρεκαηνκνξθή bit. Δ επίδξαζε ιέηδεξ πςειφηεξεο έληαζεο θαη γηα κεγαιχηεξν δηάζηεκα επαλαθέξεη ηηο άκνξθεο δψλεο ζε θξπζηαιιηθή θαηάζηαζε θαη έηζη κπνξεί λα γίλεη λέα εγγξαθή ζην DVD. Σψξα, δηαλνίγνληαη πηζαλφηαηα λέεο πξννπηηθέο εθαξκνγψλ γηα ηα πιηθά αιιαγήο θάζεο ζε ειεθηξνληθέο κλήκεο αιιαγήο θάζεο, Phase Change RAM. Δ αιιαγή θάζεο ζηελ πεξίπησζε απηή δελ ζα επέξρεηαη νπηηθά, αιιά ειεθηξνληθά. Με ηε βνήζεηα ζχληνκσλ ειεθηξηθψλ παικψλ, ην πιηθφ γίλεηαη άκνξθν, κε κεγάιε ειεθηξηθή αληίζηαζε, ελψ νη παικνί κεγαιχηεξεο δηάξθεηαο ην επαλαθέξνπλ ζηελ θξπζηαιιηθή θαηάζηαζε, νπφηε ε αληίζηαζε είλαη κεδακηλή. Γηα ηελ αλάγλσζε ησλ πιεξνθνξηψλ, ππνβάιινληαη εξσηήζεηο ζηελ αληίζηαζε ησλ ζηνηρείσλ ηεο κλήκεο. Με ηηο κλήκεο Phase Change RAM πξνβιέπεηαη φηη ζα επηηεπρζνχλ ππθλφηεηεο απνζήθεπζεο πνπ ζα επηηξέπνπλ ηελ εγγξαθή ελφο terabit ζε πεξηνρή κεγέζνπο γξακκαηνζήκνπ - δέθα ψξεο αζπκπίεζηνπ βίληεν κε εμαηξεηηθή πνηφηεηα.οη θνξεηνί ππνινγηζηέο απηήο ηεο ηερλνινγίαο ζα μαλαξρίδνπλ απιψο λα ιεηηνπξγνχλ απφ εθεί φπνπ δηέθνςε ηελ εξγαζία ηνπ ν θάηνρφο ηνπο - δελ ζα ρξεηάδεηαη πιένλ εθθίλεζε (boot) ΜΑΓΝΖΣΟ- ΖΛΔΚΣΡΟΝΗΚΖ (SPINTRONICS)- ΤΠΟΛΟΓΗΜΟΗ ΜΔ ΠΔΡΗΣΡΔΦΟΜΔΝΑ ΖΛΔΚΣΡΟΝΗΑ Ώιεζηλή επαλάζηαζε, πνπ ζα κπνξνχζε λα παξαηείλεη ρξνληθά ηελ ηζρχ ηνπ λφκνπ ηνπ Μνπξ, ελδέρεηαη λα πξνθαιέζνπλ ηα καγλεην-ειεθηξνληθά θαηαζθεπαζηηθά ζηνηρεία, ζηα νπνία εθηφο απφ ηηο ειεθηξηθέο ηδηφηεηεο ησλειεθηξνλίσλ, ρξεζηκνπνηνχληαη θαη νη καγλεηηθέο, ε ηδηνζηξνθνξκή ηνπο ή ζπηλ. Σν ζπηλ ησλ ειεθηξνλίσλ εθδειψλεηαη ζαλ αζζελέζηαηε καγλεηηθή ξνπή, ε νπνία αληηδξά κε πνιχπινθνπο κεραληζκνχο, κε άιιεο καγλεηηθέο παξακέηξνπο, νπφηε κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ειεθηξνληθέο ιεηηνπξγίεο. Μία εθαξκνγή απηήο ηεο καγλεην-ειεθηξνληθήο ή ζπηληξνληθήο έρεη ήδε 85

86 εηζρσξήζεη ζηελ θαζεκεξηλή δσή: νη λένη ζθιεξνί δίζθνη δηαζέηνπλ θεθαιέο αλάγλσζεο ιεπηήο ζηηβάδαο ηχπνπ spin valve, νη νπνίεο - κε βάζε ηελ ηεξάζηηα καγλεηηθή αληίζηαζε- αλαθαιχπηνπλ πνιχ κηθξά καγλεηηθά πεδία θαη, ζπλεπψο, επηηξέπνπλ πνιχ κεγάιεο ππθλφηεηεο απνζήθεπζεο. ηα ηζηπ καγλεηηθψλ κλεκψλ (MRAM), νη πιεξνθνξίεο απνζεθεχνληαη ζην ζπηλ ησλ καγλεηηθψλ ζηηβάδσλ. Δ εμέιημε απηή παξνπζηάδεη ελδηαθέξνλ σο πξνο ηηο κε πηεηηθέο θεληξηθέο κλήκεο θαη ελδέρεηαη λα νδεγήζεη καθξνπξφζεζκα ζηελ αληηθαηάζηαζε ησλ ζθιεξψλ δίζθσλ κεραληθήο θίλεζεο. Σέινο, ε καγλεηνειεθηξνληθή κειεηάηαη επίζεο σο ηερλνινγία γηα θβαληηθνχο ππνινγηζηέο, κεηαμχ άιισλ ζην Παλεπηζηήκην ηνπ ΐνχξηζκπνπξγθ. 86

87 ΚΒΑΝΣΗΚΟ ΤΠΟΛΟΓΗΜΟ Καζνξηζκφο Ο θβαληηθφο ππνινγηζκφο είλαη ν ηνκέαο κειέηεο γηα ηελ αλάπηπμε ηεο ηερλνινγίαο ππνινγηζηψλ, βαζηζκέλεο ζηηο αξρέο ηεο θβαληηθήο ζεσξίαο, ε νπνία εμεγεί ηε θχζε θαη ηε ζπκπεξηθνξά ηεο ελέξγεηαο ζην θβαληηθφ (αηνκηθφ θαη ππναηνκηθφ) επίπεδν. Δ αλάπηπμε ελφο θβαληηθνχ ππνινγηζηή ζα παξνπζίαδε έλα γηγαληηαίν βήκα πξνο ηα εκπξφο, πξνζθέξνληαο ηεξάζηηα απφδνζε. Πηζαλέο εθαξκνγέο Οη θβαληηθνί ππνινγηζηέο ζα βξνπλ εθαξκνγέο ζηνλ ηνκέα ηνπ ζπζηήκαηνο θξππηνγξαθίαο, επηηξέπνληαο ζηηο πιεξνθνξίεο λα κεηαβηβαζηνχλ αζθαιψο, θαη κφλν απνθξππηνγξαθεκέλεο απφ θάπνην εμίζνπ ηζρπξφ θβαληηθφ ππνινγηζηή λα δηαβαζηνχλ. Θα ρξεζηκνπνηεζνχλ, επίζεο, γηα ηνπο εληαηηθνχο ππνινγηζκνχο ζηνπο ηνκείο φπσο ε αζηξνλνκία, ε θπζηθή, πξνζνκνίσζε γηα πεξηβαιινληηθφ έιεγρν, ππξεληθή ξαδηελεξγή ηέθξα θαη ηελ αλαθάιπςε πεηξειαίνπ. Ώπηή ηε ζηηγκή, νη ππνινγηζηέο απιά δελ έρνπλ ηε δχλακε επεμεξγαζίαο, ηε κλήκε θαη ηελ ηαρχηεηα γηα λα είλαη ζε ζέζε λα πξαγκαηνπνηήζνπλ ηνπο ππνινγηζκνχο θαη ηελ ζπιινγή ζηνηρείσλ ζε απηήλ ηελ θιίκαθα. Πξφνδνη λαλνηερλνινγίαο Ο θβαληηθφο ππνινγηζκφο γίλεηαη θάηη πεξηζζφηεξν απφ κηα ξεαιηζηηθή πξφηαζε ζην παξφλ απφ φζν ήηαλ ζην παξειζφλ, αιιά ζέιεη αθφκε πνιχ ρξφλν.οη θβαληηθνί ππνινγηζηέο ιεηηνπξγνχλ δηαθνξεηηθά απφ ηα ζπκβαηηθά ζπζηήκαηα «0» θαη «1». Έλα κεγάιν κέξνο ηεο εξγαζίαο πξνο ηνλ θβαληηθφ ππνινγηζκφ είλαη αθφκα ζηα ζεσξεηηθά ζηάδηα, ελψ πθίζηαληαη αθφκε πνηθίια εκπφδηα πξνο ππεξπήδεζε. Έλα ηέηνην εκπφδην είλαη, ην γεγνλφο, φηη ηα qubits είλαη ηφζν επαίζζεηα πνπ αθφκε θαη νη κηθξνζθνπηθέο δνλήζεηο ή νη ειεθηξηθέο δηαθπκάλζεηο αλαγθάδνπλ κηα ιεηηνπξγία λα απνηχρεη ΣΖΛΔΠΗΚΟΗΝΧΝΗΔ ΚΑΗ ΦΟΡΖΣΔ ΤΚΔΤΔ Ο ζχγρξνλνο ηξφπνο δσήο, επηβάιιεη νη άλζξσπνη λα είλαη ζπλερψο ζε θίλεζε, θη έηζη δεκηνπξγήζεθε ε αλάγθε λα ρξεζηκνπνηνχλ φιν θαη πεξηζζφηεξα πξντφληα φπσο ην lap-top, ην ηειέθσλν, θαη άιιν ειεθηξνληθφ εμνπιηζκφ ζε φπνην ζεκείν ηεο Γεο θη αλ βξίζθνληαη. Παξακέλεη ε αλάγθε λα ζπλδπαζηνχλ φιεο απηέο νη ζπζθεπέο ζε κηα 87

88 ζπζθεπή, έηζη ψζηε νη άλζξσπνη λα κπνξνχλ επηθνηλσλήζνπλ κε ηνπο ζπλαδέιθνπο θαη ηνπο πειάηεο, ελψ ζπλερψο έρνπλ πξφζβαζε ζηα αξρεία ηνπο, αλεμάξηεηα απφ ην πνπ βξίζθνληαη. Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη ηε βειηησκέλε ηερλνινγία γξεγνξφηεξεο κεηαθνξάο δεδνκέλσλ, επεμεξγαζίαο θαη κεγαιχηεξε απνζήθεπζε δεδνκέλσλ ΓΡΖΡΟΡΟΣΔΡΖ ΜΔΣΑΦΟΡΑ Δ γξεγνξφηεξε κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ αλάκεζα ζηηο ζπζθεπέο κπνξεί λα επηηεπρζεί ρξεζηκνπνηψληαο ηε λαλνηερλνινγία. Έλαο ζεκαληηθφο πεξηνξηζκφο ζηηο ηαρχηεηεο κεηαθνξάο είλαη ε ρξήζε ηεο ειεθηξηθήο θαισδίσζεο θαη ησλ επαθψλ ηνπο. Δ ρξήζε ησλ νπηηθψλ ηλψλ μεζήθσζε ηε βηνκεραλία ηειεπηθνηλσληψλ κε ηελ αχμεζε ηνπ πνζνζηνχ κεηαθνξάο δεδνκέλσλ κεηαμχ ησλ ηειεθσληθψλ αληαιιαγψλ. Βπίζεο έρεη ζεκάλεη, φηη νη λέεο ππεξεζίεο κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ ζε επξπδσληθφ Αηαδίθηπν. Οκνίσο, ζεσξείηαη φηη ε νπηηθφ-ειεθηξνληθή, κπνξεί εληππσζηαθά λα απμήζεη ηα πνζνζηά κεηαθνξάο δεδνκέλσλ κέζα ζηηο ζπζθεπέο, φπσο ζηα PC κε ηελ αληηθαηάζηαζε ηεο θαισδίσζεο ραιθνχ. ην κέιινλ παξαδείγκαηνο ράξηλ, ζα κπνξνχζε λα είλαη δπλαηφ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ηα θβαληηθά ζεκεία βαζηζκέλα ζην ιέηδεξ γηα λα κεηαθεξζνχλ νη πιεξνθνξίεο κέζσ ησλ ζπζθεπψλ ζηε ηαρχηεηα ηνπ θσηφο. Ώπηφ κπνξεί λα γίλεη, αλ θάζε πιεξνθνξία θσδηθνπνηεζεί κε έλα κνλαδηθφ κήθνο θχκαηνο. Βμσηεξηθά, κε ηελ αχμεζε ηνπ αξηζκνχ ησλ θφκβσλ νη πιεξνθνξίεο ζηα δίθηπα κπνξνχλ λα κεηαθεξζνχλ γξεγνξφηεξα. Ώπηφ ζα είλαη δπλαηφ λα επηηεπρζεί κέζσ ηεο αλάπηπμεο αηζζεηήξσλ δηθηχνπ βαζηζκέλσλ ζηε λαλνηερλνινγία ΟΠΣΗΚΖ Έλαο ηνκέαο ηεο ειεθηξνληθήο ζηνλ νπνίν ε λαλνηερλνινγία κπνξεί λα θάλεη κηα ζεκαληηθή δηαθνξά είλαη ζηελ νπηηθή. Βίλαη αιήζεηα φηη νη πξνβνιέο-επηδείμεηο έρνπλ γίλεη πνιχ πςειφηεξσλ απαηηήζεσλ ηα ηειεπηαία ρξφληα, αιιά ηα φξηα ηεο ηξέρνπζαο ηερλνινγίαο ππεξπεδνχληαη γξήγνξα. Οη πξνβνιέο-επίδεημεο δελ είλαη αθφκα πιήξσο θνξεηέο, θαη ιακβάλνπλ ζπλήζσο ρψξν 88

89 ΝΔΟ ΦΧΣΗΜΟ Οη ππξαθησκέλεο ιάκπεο θσηφο είλαη εμαηξεηηθά αλεπαξθείο κεηαηξέπνληαο κφλν πεξίπνπ 10% ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ζε θσο (ην ππφινηπν ράλεηαη σο ζεξκφηεηα). Βπίζεο, νη βνιβνί απνηακίεπζεο ράλνπλ κηα ζεκαληηθή πνζφηεηα ηεο ελέξγεηαο σο ζεξκφηεηα. Οη δίνδνη πνπ εθπέκπνπλ θσο (LEDs) ράλνπλ πνιχ ιίγε ελέξγεηα σο ζεξκφηεηα, δηαξθνχλ, φκσο, 20 θνξέο ιηγφηεξν απφ ηηο ζπκβαηηθέο ιάκπεο θσηφο. Με ηηο πξνφδνπο ζηε δνκή ησλ λάλν-θξπζηάιισλ ηα ηειεπηαία ρξφληα, εθπέκπνπλ ηψξα πεξηζζφηεξν θσο αλά Watt δχλακεο πνπ θαηαλαιψλνπλ απφ ηνπο ππξαθησκέλνπο βνιβνχο θαη ζρεδφλ ίδηα φπσο ηνπο βνιβνχο θζνξηζκνχ ΝΔΔ ΔΠΗΓΔΗΞΔΗ Δ λαλνηερλνινγία ζα επηθέξεη κηα λέα επνρή ησλ επηδείμεσλ κε δηάθνξνπο ηξφπνπο. Οη νξγαληθέο δηνδνη πνπ εθπέκπνπλ θσο (ή OLEDs) είλαη θηελφηεξεο θαη επθνιφηεξεο λα θαηαζθεπάζνπλ απφ ηα LEDs. Ώπηνί απνηεινχληαη απφ ιεπηά ειεθηξηθά ζηξψκαηα θαη νξγαληθά κφξηα πνπ είλαη πεξίπνπ 100 λαλφκεηξα (nm) Δ επθνιία είλαη φηη κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ ζε δηαθνξεηηθά πιηθά Σν κεηνλέθηεκα είλαη φηη ην OLED έρεη κηα πνιχ πην ζχληνκε δηάξθεηα δσήο θαη είλαη επίζεο πνιχ ιηγφηεξν απνδνηηθφ απφ ην LEDs. Οη θχξηεο εθαξκνγέο OLEDs είλαη ζηηο κηθξέο ηειενπηηθέο νζφλεο (φπσο ηα θηλεηά ηειέθσλα). Ναλνζσιήλεο άλζξαθα Ο άλζξαθαο nanotubes (απεηθνληζκέλνο αλσηέξσ) πξνεηνηκάδεηαη ηψξα γηα ηε ρξήζε ζηηο επηδείμεηο. Οη επηρεηξήζεηο φπσο ε Rosseter ζηε Κχπξν παξάγνπλ ήδε γηα εκπνξηθή ρξήζε, ιφγσ ησλ θαηαπιεθηηθψλ ρεκηθψλ, θπζηθψλ θαη κεραληθψλ 89

90 ηδηνηήησλ ηνπο. Ο άλζξαθαο nanotubes είλαη κέρξη 100 θνξέο ηζρπξφηεξνο απφ ην ράιπβα. Μπνξνχλ αθφκε λα είλαη εχθακπηνη, φπσο ε εηθφλα παξνπζηάδεη. Βπηπιένλ, δηεπζχλνπλ ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα θαιχηεξα απφ ην ραιθφ. Ώπηή ε κέζνδνο κπνξεί λαη είλαη αξθεηά καθξηά ζην κέιινλ, αιιά νη εξεπλεηέο MIT έρνπλ δεκηνπξγήζεη έλα θβαληηθφ ζεκείν OLED (qd-oled). Σα θβαληηθά ζεκεία παξάγνπλ αληίζεηα απφ ηα παξαδνζηαθά LCD νπνηνδήπνηε ρξψκα δηαλνεηφ ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΖ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΟ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝ Δ εθβηνκεράληζε έθεξε πνιιά νθέιε, αιιά θαη ηε ξχπαλζε. Ώλ θαη έρνπλ ιεθζεί κέηξα γηα ηελ ξχπαλζε θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πξνεγνχκελσλ δεθαεηηψλ ην πξφβιεκα γηα θάπνηνπο ξχπνπο κέλεη άιπην. Δ λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη λέεο ιχζεηο κέζσ ησλ κνξίσλ θαη ησλ ζπζηεκάησλ θίιηξσλ πνπ κπνξνχλ λα δεζκεχζνπλ θαη λα αθαηξέζνπλ ή λα αδξαλνπνηήζνπλ ηνπο ξχπνπο κέζα ζην έδαθνο, ζηε ζάιαζζα θαη ζηνλ αέξα. Ώπηφ κπνξεί λα γίλεη κε απνδνηηθφηεξε ρξήζε ησλ πφξσλ, ηεο αλαλεψζηκεο ελέξγεηαο θαη ηνπ πεξηβαιινληηθνχ ειέγρνπ. Βίλαη ζεκαληηθφ λα θαηαλνεζεί φηη ηα λαλνκφξηα είλαη κηα αθφκα ζρεηηθά άγλσζηε πεξηνρή, θαη επνκέλσο ηα απνηειέζκαηά ηνπο πξέπεη λα εξεπλεζνχλ ιεπηνκεξψο ην ζπληνκφηεξν δπλαηφλ ΈΛΔΓΥΟ Βπξέσο απνδεθηφ είλαη, φηη ε ζχγρξνλε θνηλσλία αζθεί κεγάιε επίδξαζε ζην πεξηβάιινλ. Τπάξρεη κηα επείγνπζα αλάγθε λα ειέγρνπκε ηα απνηειέζκαηα ηεο αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηαο ζην πεξηβάιινλ θαη λα παξαηεξνχκε πσο αιιάδεη κε ην ρξφλν, επηηξέπνληάο καο λα ιακβάλνπκε απνηειεζκαηηθφηεξα κέηξα. Τπάξρνπλ ζπζηήκαηα ηα νπνία παξαγάγνπλ γεληθεπκέλα ζηνηρεία θαη ηα νπνία δελ καο δίλνπλ πιήξσο ηηο αιιαγέο πνπ ζπκβαίλνπλ. Έηζη αληηιακβαλφκαζηε ηελ δεκία φηαλ είλαη πιένλ αξγά. Δ λαλνηερλνινγία παξέρεη ηα κέζα γηα γξεγνξφηεξα ζηνηρεία, ζρεδφλ επηηφπνπ αλάιπζεο θαη εληζρπκέλα ζπζηήκαηα αηζζεηήξσλ. 90

91 ΔΝΣΟΠΗΜΔΝΔ ΑΝΑΓΝΧΔΗ Δ ππάξρνπζα ηερλνινγία ρξεζηκνπνηεί ηνπο κεγάινπο, ζηαζεξνχο ζηαζκνχο ειέγρνπ αθφκε θαη ζηηο πνιχ κνιπζκέλεο πεξηνρέο, φπσο είλαη νη πφιεηο. Ώπηνί νη ζηαζκνί κπνξνχλ λα απέρνπλ κεηαμχ ηνπο πεξηζζφηεξν απφ έλα ρηιηφκεηξν. Ρχπαλζε φκσο κπνξεί λα εληνπηζηεί θαη ζε κπνηηιηαξίζκαηα, βηνκεραληθέο εγθαηαζηάζεηο θ.η.ι. επνκέλσο είλαη ζεκαληηθφ λα επηζεκαλζνχλ ηα ζεκεία ξχπαλζεο. Ώπαηηείηαη νπφηε έλα δίθηπν ζπζηεκάησλ παξαθνινχζεζεο πνπ κπνξεί λα παξέρεη ηηο αθξηβείο εληνπηζκέλεο πεξηνρέο ζε πξαγκαηηθφ - ρξφλνο. ηαζεξφο ζηαζκφο ειέγρνπ Λεπηέο ηαηλίεο λαλν-δνκεκέλσλ πιηθψλ εκηαγσγψλ φπσο ην νμείδην ηνπ θαζζίηεξνπ έρνπλ ελζσκαησζεί ζηνπο κηθξνχο αηζζεηήξεο ζην κέγεζνο ελφο λνκίζκαηνο. Ώπηνί δεζκεχνπλ ηνπο αηκνζθαηξηθνχο ξχπνπο φπσο ην κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα θαη ηα ληηξψδε νμείδηα ζε επίπεδα θάησ απφ ηηο ζπληζηψκελεο νδεγίεο ηεο Β.Β. θαη ηνπο απειεπζεξψλνπλ πάιη φηαλ κεηψλεηαη ην επίπεδν ξχπαλζεο (έηζη ν αηζζεηήξαο είλαη επαλαρξεζηκνπνηήζηκνο). ε πξαγκαηηθφ ρξφλν θαη απηέο νη πιεξνθνξίεο κπνξνχλ λα δηαβηβαζηνχλ άκεζα ζε έλαλ θεληξηθφ ππνινγηζηή γηα ηελ αλάιπζε. ην κέιινλ ζα θαζίζηαηαη δπλαηφ λα ελζσκαησζνχλ ηέηνηνη αηζζεηήξεο ζηηο θηλεηέο ζπζθεπέο φπσο ηα ηειέθσλα θαη ηα απηνθίλεηα γηα λα παξέρεη ηελ εληνπηζκέλε ιεπηνκέξεηα ΝΑΝΟΜΟΡΗΑ Σα λαλνκφξηα βξίζθνληαη γχξσ καο ζηε θχζε: απφ ηα λαλνκφξηα ησλ κεηαιιεπκάησλ ζην λεξφ, ζηνλ αέξα πνπ πξνέξρνληαη απφ ηηο ππξθαγηέο θαη ηελ θαχζε. Σα πεξηζζφηεξα είλαη απφ ηηο αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηεο. Πεξίπνπ 60% ησλ λαλνκνξίσλ ζην πεξηβάιινλ νθείινληαη ζηηο νδηθέο κεηαθνξέο θαη έλα 27% πξνέξρεηαη απφ άιιεο 91

92 δηαδηθαζίεο θαχζεο (φπσο νη ζηαζκνί παξαγσγήο ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο). Σα αεξνκεηαθεξφκελα λαλνκφξηα είλαη επηθίλδπλα γηα ηελ αλζξψπηλε πγεία, δεδνκέλνπ φηη έρεη απνδεηρζεί φηη ε αχμεζε ζηα επίπεδα πνιχ ιεπηψλ κνξίσλ ζηνλ αέξα (πνπ είλαη κηθξφκεηξα απφ 10 ζηε δηάκεηξν, έλα κηθξφκεηξν είλαη ίζν κε 1000 λαλφκεηξα) κπνξεί λα απνηειέζεη απμαλφκελε αλαπλεπζηηθή θαη θαξδηαθή αζζέλεηα.. Βηθφλα ηνπ ηδξχκαηνο ηαηξηθήο έξεπλαο ζην παλεπηζηήκην ηνπ Βδηκβνχξγνπ (nm=λαλφκεηξν) Γηα λα πάξνπκε ηνλ έιεγρν απηήο ηεο θαηάζηαζεο ρξεηαδφκαζηε δχν πξάγκαηα: κείσζε ή απνθπγή λαλνκνξίσλ απφ ηελ απειεπζέξσζε θαηά ηελ θαχζεο θαη απνηειεζκαηηθφ έιεγρν ζην πεξηβάιινλ. ε κείσζε κπνξεί λα επηηεπρζεί κέζσ ηεο ρξήζεο ησλ λαλνπφξσλ ζηα θίιηξα, ζηηο δηαδηθαζίεο θαχζεο. Πξφζθαηα, ε επηρείξεζε Oxonica έρεη θαηαζθεπάζεη ην λαλνκφξην ηνπ νμεηδίνπ ηνπ δεκήηξηνπ πνπ απμάλεη ηελ απνδνηηθφηεηα ησλ κεραλψλ diesel θαη κεηψλεη ην πνζφ κνξίσλ πνπ εθπέκπνπλ. ν έιεγρνο κπνξεί λα επηηεπρζεί κέζσ δηάθνξσλ αλαιπηηθψλ κεζφδσλ πνπ ππάξρνπλ ήδε θαη αλαπηχζζνληαη πεξαηηέξσ απφ ηνπο λαλνεπηζηήκνλεο πνπ κεηξνχλ ην κέγεζνο κνξίσλ, ηε κνξθή, ηελ επηθάλεηα θαη ηε ρεκηθή ηθαλφηεηα αληηδξάζεσο (πνιχ ζεκαληηθέο πηπρέο δξαζηεξηφηεηαο ησλ λαλνκεξψλ) 92

93 ΜΔΗΧΖ ΣΟΤ ΑΝΣΗΚΣΤΠΟΤ Πξέπεη νη άλζξσπνη λα ειέγμνπλ θαη λα θαζαξίζνπλ ηελ ππάξρνπζα ξχπαλζε. Πξέπεη επίζεο λα εμεηάζνπκε ηηο καθξνπξφζεζκεο επηδξάζεηο καο ζην πεξηβάιινλ. Ώπηφ πεξηιακβάλεη ηελ εμαζθάιηζε φηη ε λέα ξχπαλζε ειαρηζηνπνηείηαη, θαη φηη ε ρξήζε θπζηθψλ πφξσλ είλαη βηψζηκε. Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη ηελ απνδνηηθφηεξε ρξήζε ησλ ππαξρφλησλ πιηθψλ, θαη κπνξεί επίζεο λα αλαπηχμεη αθζνλφηεξα πιηθά γηα ζπγθεθξηκέλεο εθαξκνγέο. Σα λαλνηερλνινγηθά πιηθά κπνξνχλ επίζεο λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα λα κεηψζνπλ απνηειεζκαηηθφηεξα ηελ απειεπζέξσζε ησλ ξχπσλ απφ ηηο αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηεο ΥΑΜΖΛΟΣΔΡΖ ΥΡΖΖ ΣΟΤ ΤΛΗΚΟΤ & ΣΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Δ λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη δχν ηξφπνπο λα κεησζεί ε ρξήζε πιηθνχ θαη ελέξγεηαο. Καη' αξράο, ηα λαλνυιηθά είλαη γεληθά πην ελεξγά απφ ηα καδηθά πιηθά, θαη έηζη απαηηείηαη ιηγφηεξν πιηθφ ή νη δπλαηφηεηεο ηνπ πιηθνχ (π.ρ. κφλσζε) εληζρχνληαη πνιχ. Αεχηεξνλ, ηα αθζνλφηεξα πιηθά κπνξνχλ ζπρλά λα κεηαηξαπνχλ άξηζηα ππνθαηάζηαηα ησλ ζπάλησλ πιηθψλ κέζσ ηεο εθαξκνγήο ηεο λαλνηερλνινγίαο (π.ρ. ε αληηθαηάζηαζε ηνπ ιεπθφρξπζνπ ζηνπο θαηαιπηηθνχο κεηαηξνπείο κε ηα κεηαιιηθά νμείδηα). 93

94 Ώπηά ηα λέα πιηθά δεκηνπξγνχλ πεξηζζφηεξε θαη απνδνηηθφηεξε ελέξγεηα θαη θαιχηεξε θαηαζθεπή. Ώπηή ε λέα πξνζέγγηζε πξέπεη λα είλαη βηψζηκε θαη λα κειεηεζεί εάλ ζα κεηψζεη πξαγκαηηθά ή ζα απμήζεη ην θνξηίν ζην πεξηβάιινλ. Ώπηφ ζεκαίλεη ηε ζπλνιηθή ρξήζε πιηθνχ θαη ηεο ελέξγεηαο απφ ηε αλάπηπμε πξντφληνο κέρξη ηελ θαηαζθεπή, ηε ρξήζε, θαη ηελ ηειηθή αλαθχθισζε. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ην ίλδην ρξεζηκνπνηείηαη εθηελψο ζηηο νζφλεο LCD θαη ζηηο λέεο ηερλνινγίεο ειηαθψλ θπηηάξσλ. Πάληα φκσο ρξεζηκνπνηείηαη ζε κηθξά πνζά. Μηα νζφλε lap-top πεξηέρεη παξαδείγκαηνο ράξηλ 50 ρηιηνζηφγξακκα ίλδηνπ. Σν ίλδην εμάγεηαη κφλν ζε 6 ζέζεηο ζε φιν ηνλ θφζκν θαη κφλν 350 ηφλνπο θάζε έηνο έηζη είλαη ζαθέο φηη ππάξρεη κφλν έλαο πεξηνξηζκέλνο αλεθνδηαζκφο (π.ρ. έλαληη ηνπ ζηδήξνπ). Πψο κπνξεί ην ίλδην λα αλαθπθισζεί απνηειεζκαηηθά φηαλ είλαη ηφζν επξέσο δηαζθνξπηζκέλν; Τπάξρεη πξνθαλψο κηα πξαγκαηηθή αλάγθε λα αλαπηπρζνχλ ηα λέα λαλνπιηθά πνπ κπνξνχλ λα πάξνπλ ηε ζέζε ησλ ζπάλησλ πιηθψλ (φπσο ην ίλδην) θαη πνπ είλαη αθζνλφηεξα. ηελ πεξίπησζε ηνπ ίλδηνπ, ην νμείδην ςεπδάξγπξνπ παξνπζηάδεη κεγάιε ππφζρεζε, ηνπιάρηζηνλ γηα νξηζκέλεο εθαξκνγέο ΦΗΛΣΡΑ Σα θίιηξα σθεινχλ ην πεξηβάιινλ κε δηάθνξνπο ηξφπνπο. Μπνξνχλ λα κεηψζνπλ ηε ξχπαλζε πνπ εθπέκπεηαη απφ ηελ θαχζε, θαη ζηηο βηνκεραληθέο δηαδηθαζίεο θαη ηα απφ ηα νρήκαηα. Μπνξνχλ επίζεο λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα λα αθαηξέζνπλ ηε ξχπαλζε απφ ην λεξφ. Σν ItN Nanovation είλαη κηα απφ ηηο θχξηεο επηρεηξήζεηο ηεο Β.Β. πνπ παξάγεη πξντφληα δηήζεζεο βαζηζκέλα ζηελ λαλνηερλνινγία. Σα πξντφληα δηήζεζεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηνλ θαζαξηζκφ λεξνχ θαηαλάισζεο θαη γηα ην ρσξηζκφ ηνπ ειαίνπ θαη ηνπ λεξνχ. ηελ ηερλνινγία θίιηξσλ ην κέγεζνο ησλ πφξσλ είλαη αξθεηά κηθξφ ψζηε λα εκπνδίζεη αθφκε θαη ην κηθξφηεξν κφξην - ηψλ. Σα θίιηξα κπνξνχλ επίζεο λα ελζσκαηψζνπλ ελεξγνπνηεκέλα πιηθά φπσο ην δηνμείδην ηνπ ηηηαλίνπ ζε δηαζηάζεηο λαλνθιίκαθαο, γηα λα βνεζήζεη δηαζπαζηνχλ ηα νξγαληθά κφξηα, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ εθείλσλ πνπ απνηεινχλ ηα βαθηεξίδηα θαη ηνπο ηνχο. 94

95 Δ εηθφλα παξνπζηάδεη δηάθνξα θίιηξα ItN Nanovation κε δηαθνξεηηθά κεγέζε πφξσλ ΝΑ ΚΑΘΑΡΗΔΗ Δ εθβηνκεράληζε παξνπζηάδεη δχν απνηειέζκαηα, ηα νπνία βξίζθνληαη ζηνλ αληίπνδα: πνιιά πιενλεθηήκαηα ζηελ θαζεκεξηλφηεηα ησλ αλζξψπσλ, αιιά θαη ηε ξχπαλζε. Ώλ θαη έρνπλ ιεθζεί κέηξα θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πξνεγνχκελσλ δεθαεηηψλ δελ ήηαλ αξθεηά γηα λα αληηκεησπηζηεί ε ξχπαλζε. Δ λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη λέεο ιχζεηο κέζσ ησλ κνξίσλ θαη ησλ ζπζηεκάησλ θίιηξσλ πνπ κπνξνχλ λα δεζκεχζνπλ, λα αθαηξέζνπλ ή λα αδξαλνπνηήζνπλ ηνπο ξχπνπο κέζα ζην έδαθνο, ζηε ζάιαζζα θαη ζηνλ αέξα ΝΑ ΑΝΑΛΤΘΔΗ Δ πεξηβαιινληηθή επαλφξζσζε κπνξεί λα σθειεζεί απφ ηε ρξήζε ηεο λαλνηερλνινγίαο. ηελ πξψηε γξακκή απηνχ, είλαη ε ρξήζε ηνπ λνλνκνξίνπ ηνπ δηνμεηδίνπ ηηηαλίνπ. Σν νπνίν ιεηηνπξγεί σο θαηαιχηεο θαη βνεζάεη ζηε δηάζπαζε ησλ κεγαιχηεξσλ ή πην αληηδξαζηηθψλ κνξίσλ ζε κηθξφηεξα ή ιηγφηεξν αληηδξαζηηθά. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ην δηνμείδην αδψηνπ θαη νη πηεηηθέο νξγαληθέο ελψζεηο ζηνπο θαπλνχο εμάηκηζεο κπνξνχλ λα ππνβηβαζηνχλ ζε πην θαινθάγαζεο ελψζεηο φπσο ηα ληηξηθά άιαηα, άλζξαθαο θαη λεξφ, νη φπνηνη ελψζεηο απνξξνθψληαη επθνιφηεξα ζην πεξηβάιινλ. Σν δηνμεηδίνπ ηηηαλίνπ βξίζθεηαη ήδε ζε εκπνξηθά πξντφληα: Σν γπαιί Pilkington έρεη ληχζεη ηηο επηθάλεηεο ηνπ, κε λαλνκφξην δηνμεηδίνπ ηνπ ηηηαλίνπ γηα λα αλαιχζεη ην ξχπν. Δ δηαδηθαζία αξρίδεη απφ ην θσο ηνπ ήιηνπ θαη νινθιεξψλεηαη απφ ηα φκβξηα χδαηα, ηα νπνία πιέλνπλ ην ππφιεηκκα απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ γπαιηνχ ε δηαδηθαζία 95

96 θαη θαηαιχνπλ ηε βιάβε ηνπ ξχπνπ. Δ βξνρή είλαη έπεηηα ηθαλή λα ην πιχλεη εχθνια καθξηά. Ώπεηθφληζε κεραληζκνχ θαζαξίζκνπ ηνπ γπαιηνχ Pilkington Σα λαλνκφξηα ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ ηηηαλίνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή Italcementi ζε δηάθνξα πξνγξάκκαηα θηεξίσλ. Ώπηά ηα πιηθά αλαιχνπλ ηνπο αηκνζθαηξηθνχο ξχπνπο θαη έρνπλ ην πιενλέθηεκα λα δηαηεξνχλ ηα θηήξηα θαζαξά, φπσο ην πεληαθάζαξν άζπξν θηήξην πνπ απεηθνλίδνληαη ζηελ επάλσ εηθφλα Με παξφκνην ηξφπν, ην λέν Ecopaint ελζσκαηψλεη ην λαλνκφξην ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ ηηηαλίνπ θαη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα ληχζεη εμσηεξηθά ηελ νηθνδφκεζε γηα λα αλαιχζεη ηνπο αηκνζθαηξηθνχο ξχπνπο ΓΔΜΔΤΣΗΚΟΗ ΡΤΠΟΗ Σν πξφβιεκα είλαη φηη ζηελ ζχγρξνλε επνρή ε ξχπαλζε παξάγεηαη είηε απφ ηνπο θαπλνχο θαη ηα εξγνζηάζηα ρεκηθήο βηνκεραλίαο είηε απν ηα ιηπάζκαηα ζην ρψκα. κσο, ππάξρνπλ θαη πνιινί θπζηθνί ξχπνη. Πνιιέο ππάξρνπζεο ηερλνινγίεο απνηπγράλνπλ λα αληηκεησπίζνπλ απηά ηα πξνβιήκαηα, ηα λέα λαλνπιηθά κπνξνχλ λα δεζκεχζνπλ απηνχο ηνπο ξχπνπο θαη λα εθθαζαξηζηνχλ έπεηηα (φπσο ε ζθνπγγαξίζηξα κε λεξφ). Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ην αξζεληθφ ζηα ππφγεηα λεξά είλαη ζε επίπεδα επάλσ απφ ην ζχλνιν νξίσλ αζθάιεηαο απφ ηελ Παγθφζκηα Οξγάλσζε Τγείαο (cwho) ζε πνιιέο ρψξεο, φπσο ην Μπαλγθιαληέο. Αελ ππάξρεη θακία ζπκβαηηθή κέζνδνο πνπ κπνξεί λα κεηψζεη ηα επίπεδα θάησ απφ ηα ζπληζηψκελα φξηα. Βληνχηνηο, έλα λέν ζχζηεκα απφ ην Παλεπηζηήκην Rice 96

97 ρξεζηκνπνηεί ην καγλεηηθφ λαλνκφξην ηνπ νμεηδίνπ ηνπ ζηδήξνπ πνπ δεζκεχεη πεξηζζφηεξν απφ 99% ηνπ παξφληνο αξζεληθνχ, θαη κπνξεί έπεηηα λα αθαηξεζεί απφ ην λεξφ κε ηελ εθαξκνγή ελφο καγλεηηθνχ πεδίνπ ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΖ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Δ παξαγσγή θαη ε ρξήζε ηνπ πεηξειαίνπ, θαζψο θαη άιισλ θαπζίκσλ, ζπλερίδνπλ λα απμάλνληαη ζε εηήζηα βάζε. πγρξφλσο, ιηγφηεξεο λέεο πεηξειαηνθφξεο πεξηνρέο εληνπίδνληαη, πνπ ζεκαίλεη φηη θαηά ηε δηάξθεηα ησλ επφκελσλ δεθαεηηψλ, ε παξαγσγή πεηξειαίνπ δελ ζα είλαη ζε ζέζε λα ηθαλνπνηήζεη ηηο ηφηε απαηηήζεηο. Γεληθά, κε ηελ ρξήζε ησλ θαπζίκσλ, δεκηνπξγείηαη απμαλφκελν θνξηίν ζην πεξηβάιινλ, ην νπνίν κε ηε ζεηξά ηνπ νδεγεί ζηελ δεκηνπξγία ησλ αεξίσλ ζεξκνθεπίσλ θαη ηεο παγθφζκηαο αχμεζεο ηεο ζεξκνθξαζίαο, δειαδή ζην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ. Οη πεγέο ελαιιαθηηθήο ελέξγεηαο είλαη γλσζηέο, αιιά ε απνδνηηθφηεηά ηνπο αλαθνξηθά κε ην θφζηνο είλαη θησρή. ηνλ ηνκέα ηεο λαλνηερλνινγίαο εληνχηνηο, εληνπίδνληαη παξάγνληεο πνπ κπνξνχλ λα βειηηψζνπλ ηελ απνδνηηθφηεηα ηνπο. Τπάξρεη κηα νιφθιεξε ζεηξά απφ αμηφινγα θπζηθά θαηλφκελα, πξν πνιινχ γλσζηά, κε ζρεηηθά κέηξηεο επηδφζεηο, ζε εηδηθέο αγνξέο, θαηά ζπλέπεηα φρη επξεία γλσζηά. Σέηνηα είλαη ε πεξίπησζε ηνπ θνξεηνχ ςπγείνπ, πνπ ζπλδέεηαη ζην ειεθηξηθφ δίθηπν ηνπ απηνθηλήηνπ θαη ςχρεη θαλνληθά. ην εζσηεξηθφ ηνπ ιεηηνπξγεί, αθαλέο, ην θιεξνδφηεκα ηνπ Γαλ-αξι-Ώηαλάο Πειηηέ, Γάιινπ επηζηήκνλα, ν νπνίνο αλαθάιπςε ην 1834 ην θεξψλπκν θαηλφκελν, φπνπ ε ξνή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο κέζσ ηνπ ζεκείνπ επαθήο δχν δηαθνξεηηθψλ κεηάιισλ παξάγεη ζηε κία πιεπξά ζεξκφηεηα θαη ζηελ άιιε ςχρνο. Αεθαηξία ρξφληα λσξίηεξα, ν Γεξκαλφο Σφκαο Γηφραλ Γέκπεθ, είρε δηαπηζηψζεη ην αληίζηξνθν θαηλφκελν, φπνπ ε ξνή ζεξκφηεηαο κέζσ ηνπ ζεκείνπ επαθήο δχν δηαθνξεηηθψλ κεηάιισλ παξάγεη ειεθηξηθφ ξεχκα. Καη νη δχν επηζηήκνλεο έγηλαλ πξφζθαηα δηάζεκνη κέζσ ηεο λαλνηερλνινγίαο, θαζψο ζε απηήλ αμηνπνηήζεθαλ ηα δχν πξναλαθεξζέληα θαηλφκελα, έρνληαο κάιηζηα πνιχ ηθαλνπνηεηηθή απφδνζε. 97

98 ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΈΡΔΤΝΑ- ΘΔΡΜΟΖΛΔΚΣΡΗΜΟ Ο ζεξκνειεθηξηζκφο είλαη ε κεηαηξνπή ηεο ζεξκφηεηαο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα θαη αληίζηξνθα. ηεξίδεηαη ζηε ειεθηξηθή ζχλδεζε δχν δηαθνξεηηθψλ πιηθψλ, πνπ δηεπζχλνπλ ηε ζεξκφηεηα ζε δηαθνξεηηθά πνζνζηά ζηηο δχν ζπλδέζεηο (ζεξκνειεθηξηθά δεχγε) ζε έλαλ θιεηζηφ βξφρν. Δ εθαξκνγή ηεο ζεξκφηεηαο ζε έλα ζεξκνειεθηξηθφ δεχγνο, θξαηψληαο ην έλα δξνζεξφ, παξάγεη έλα ειεθηξηθφ ξεχκα κέζα ζην βξφρν. Ο ζπλδπαζκφο πνιιψλ ηέηνησλ βξφρσλ παξάγεη thermopile πνπ κπνξεί ιφγνπ ράξηλ λα ρξεζηκνπνηεζεί ζηα ξαδηφθσλα θαη ηα ξνιφγηα ζπζθεπψλ δχλακεο. Ώληίζεηα, εάλ ειεθηξηθή ελέξγεηα πεξλά κέζα ζηνλ βξφρν, ηα ζεξκνειεθηξηθά δεχγε ζα ζεξκαλζνχλ ή ζα δξνζηζηνχλ (κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηηο ζεξκάζηξεο ή ηα ςπγεία). Σα κέηαιια θαη νη εκηαγσγνί κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα λα παξαγάγνπλ ην παξαπάλσ θαηλφκελν. Οη ζεξκνειεθηξηθέο γελλήηξηεο έρνπλ γεληθφηεξα πνιιά πιενλεθηήκαηα. Βμαίξεζε απνηεινχλ εθείλνη νη νπνίνη δελ ρξεζηκνπνηνχλ ην ζπκβαηηθφ πιηθφ, δεδνκέλνπ φηη έρνπλ έλα κηθξφηεξν κέγεζνο, θαη θαλέλα κεραληθφ κέξνο πνπ κπνξνχλ λα απνηχρνπλ ή λα επηδεηλσζνχλ κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξφλνπ ΘΔΡΜΟΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ Tα ζεξκνειεθηξηθά ζπζηήκαηα δελ είλαη ε κφλε έμππλε ιχζε γηα ηε κεηαηξνπή ηεο απνβαιιφκελεο ζεξκφηεηαο ζε ειεθηξηζκφ. ηα ζεξκνθσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα (TPV), ιφγνπ ράξηλ, ρξεζηκνπνηείηαη ε (αφξαηε) ζεξκηθή αθηηλνβνιία- ππεξηψδεο ησλ ζεξκψλ αληηθεηκέλσλ. Δ λαλνηερλνινγία εληνπίδεηαη ζηα ζηνηρεία ησλ πνκπνχ, πνπ πξνζαξκφδεη ην θάζκα ηεο πεγήο ζεξκφηεηαο ζηε θαζκαηηθή επαηζζεζία ηνπ ζεξκνθσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο ΦΖΛΟΣΔΡΖ ΓΤΝΑΜΖ Οη ζεξκνειεθηξηθέο ζπζθεπέο ρξεζηκνπνηνχληαη πεξίπνπ έλαλ αηψλα, εληνχηνηο ε απνδνηηθφηεηά ηνπο είλαη πνιχ θησρή. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ηα κηθξά θνξεηά ςπγεία πνπ θπθινθνξνχλ ζηελ αγνξά ηα ηειεπηαία ρξφληα (πνπ είλαη ην αληίζεην κηαο ζεξκνειεθηξηθήο γελλήηξηαο θαη ρξεζηκνπνηνχλ ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα γηα λα 98

99 δξνζίζνπλ ην πεξηερφκελν) έρνπλ κηα απνδνηηθφηεηα 25% ζε ζρέζε κε ησλ θαλνληθψλ ςπγείσλ. Μηθξφ θνξεηφ ςπγείν Oη ιφγνη ηεο έιιεηςεο απνδνηηθφηεηαο έρνπλ θαηαζηεί πιένλ ζαθείο: Οξηζκέλα λαλνπιηθά πνπ έρνπλ αλαπηπρζεί έρνπλ απνδνηηθφηεηεο 3 ή 4 θνξέο κεγαιχηεξεο απφ ηνπο θαιχηεξνπο εκηαγσγνχο. Ο ιφγνο είλαη φηη ε λαλνδνκή απηψλ ησλ πιηθψλ βνεζά ζηελ επηβξάδπλζε κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο, επηηξέπνληαο ζηα ειεθηξφληα λα θηλεζνχλ ειεχζεξα. Με ην ζπλδπαζκφ αξθεηψλ ζεξκνειεθηξηθψλ δεπγψλ, δεκηνπξγνχληαη thermopiles ηθαλά λα παξάγνπλ πνζφηεηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. ην κέιινλ πξνβιέπεηαη φηη ηέηνηα thermopiles ζα κπνξνχζαλ λα κεηαηξέςνπλ ηελ ζεξκφηεηα ησλ απνβιήησλ απφ ηηο κεραλέο νρεκάησλ θαη ηηο εμαηκίζεηο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα, θαζηζηψληαο κε αλαγθαίν γηα ηνπο ελαιιάθηεο ζηα ειεθηξηθά ηκήκαηα δχλακεο λα επαλαθνξηίζνπλ ηελ κπαηαξία. Έρνπλ, επίζεο, εθαξκνγέο ζηε ιεηηνπξγία αηζζεηήξσλ θαη κηθξψλ ζπζθεπψλ, φπσο ηα ξνιφγηα βαζηδφκελα ζηε ζεξκφηεηα ηνπ ζψκαηνο ΝΔΔ ΑΗΣΖΔΗ Οη ζεξκνειεθηξηθέο ζπζθεπέο έρνπλ θη άιιεο ρξήζηκεο εθαξκνγέο εθηφο απφ ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, ε πξψηε εκπνξηθή εθαξκνγή ησλ ζεξκνειεθηξηθψλ πιηθψλ ζηελ βηνκεραλία, ήηαλ γηα ηελ ςχμε ησλ κηθξνεπεμεξγαζηψλ. Δ αγνξά γηα ηε ζεξκηθή δηαρείξηζε ζηελ βηνκεραλία ηεο ειεθηξνληθήο είλαη ηεξάζηηα (πεξίπνπ 3.3 δηζεθαηνκκχξην Ανιάξηα, θαη αλακέλνληαη λα απμεζνχλ πεξίπνπ 12% αλά ρξφλν). πκβαηηθά, νη κηθξνεπεμεξγαζηέο θξαηήζεθαλ δξνζεξνί (κέζα ζηηο ιεηηνπξγνχζεο ζεξκνθξαζίεο ηνπο) απφ ηνπο κεραληθνχο αλεκηζηήξεο. κσο, νη απμαλφκελνη αξηζκνί θαη νη ππθλφηεηεο ησλ θξπζηαιινιπρληψλ 99

100 ζηα ηζρπξφηεξα ηζηπ ππνινγηζηή έρνπλ θαηαζηήζεη ζρεδφλ αδχλαην λα επηηεπρζεί απηφ κε ηε ρξήζε αλεκηζηήξσλ. Σα ζεξκνειεθηξηθά πιηθά λαλνδνκήο κπνξνχλ λα είλαη ηδηαίηεξα απνηειεζκαηηθά ζηελ ςχμε ηέηνησλ ηζηπ κε ηα κηθξφηαηα ζηίγκαηα. ε απηήλ ηελ πεξίπησζε, κηα πιεπξά ηνπ κηθξφηαηνπ ζηίγκαηνο απνξξνθά ηε ζεξκφηεηα, ε νπνία εθπέκπεηαη έπεηηα απφ ηα ζεξκνειεθηξηθά δεχγε ζηελ άιιε πιεπξά ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΔΝΔΡΓΔΗΑ- ΜΟΝΧΖ Δ αλζξσπφηεηα έρεη ρξεζηκνπνηήζεη θπζηθά πιηθά γηα ηε κφλσζε, ζε φιε ηελ δηάξθεηα ηεο ηζηνξία ηεο. Βλψ ηα παξαδνζηαθά πιηθά ιεηηνπξγνχλ θαιά ζηηο ηνπνζεηήζεηο, φπνπ ε καδηθή εθαξκνγή είλαη δπλαηή, φπσο νη θνηιφηεηεο ηνίρσλ, δελ είλαη θαηάιιεινη γηα ηηο εθαξκνγέο φπσο ην βεξλίθσκα, φπνπ ζεκαληηθέο πνζφηεηεο ζεξκφηεηαο κπνξνχλ λα ραζνχλ ή λα θεξδεζνχλ. Δ λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη εληζρπκέλε κφλσζε πνπ επηηξέπεη ζηα ιεπηφηεξα επηζηξψκαηα ή ζηηο γαξληηνχξεο λα απνηξέςνπλ ηελ απψιεηα ζεξκφηεηαο ή ην θέξδνο, θάηη ην νπνίν δε ζα κπνξνχζε λα πξαγκαηνπνηεζεί κε ηα ζπκβαηηθά πιηθά ΑΔΡΟΣΕΔΛ & NANOFOAMS Σα αεξνηδέι είλαη κηα κνξθή κφλσζεο βαζηζκέλε ζηε λαλνηερλνινγία. Μπνξνχλ λα είλαη 2-8 θνξέο απνηειεζκαηηθφηεξα απφ ηελ παξαδνζηαθή κφλσζε, νδεγψληαο κε απηφλ ηνλ ηξφπν ζε ζεκαληηθή απνηακίεπζε ζεξκφηεηαο, σθειψληαο παξάιιεια ην πεξηβάιινλ. Ο ιφγνο πνπ είλαη ηφζν απνηειεζκαηηθνί είλαη φηη απνηεινχληαη απφ πνιχ ιίγν ζηεξεφ πιηθφ, κε ην 96% πεξίπνπ ηνπ φγθνπ ηνπο είλαη αέξαο. Σα πεξηζζφηεξα αεξνηδέι θαηαζθεπάδνληαη απφ ππξίηην ή άλζξαθα. Σα αεξνηδέι έρνπλ πνηθίιεο ρξήζεηο θαη εθαξκνγέο νη νπνίεο δελ εληνπίδνληαη κφλν ζην ζπίηη. Μπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε πεξίπησζε ππξθαγηάο ή γηα αθνπζηηθά εκπφδηα, ψζηε λα κεηψζνπλ ηελ ερνξχπαλζε. Βίλαη ζπλήζσο κηθξφηεξνη θαη ειαθξχηεξνη απφ ηηο ζπκβαηηθέο κεζφδνπο κφλσζεο. Σα αεξνηδέι, ζηελ ζχγρξνλε επνρή κπνξνχλ λα βξνπλ εθαξκνγή ζηνπο πεηξειαηαγσγνχο, ζην θπζηθφ αέξην, ζηα ζηξαηησηηθά ζθάθε, ζην θηήξηα θαη γεληθφηεξα ζηελ νηθνδφκεζε, ζηηο κπφηεο, ζηα ζαθάθηα θ.α. 100

101 Δ NASA ρξεζηκνπνίεη αεξνηδέι γηα λα κνλψζεη ηα θνζηνχκηα ησλ αζηξνλαπηψλ απφ ζηελ θξχα αηκφζθαηξα ηνπ δηαζηήκαηνο, ελψ νη νξεηβάηεο κνλψλνπλ επίζεο ηηο κπφηεο θαη ηα ελδχκαηά ηνπο κε αεξνηδέι. Σα Nanofoams ρξεζηκνπνηνχληαη κε παξφκνην ηξφπν φπσο ηα αεξνηδέι. Ώπηά παξαζθεπάδνληαη απφ ζχλζεηα πνιπκεξή ζψκαηα θαη λαλνπιηθα (φπσο θεξακηθφ λαλνκεξέο ή απφ άλζξαθαο nanotubes) ΔΠΗΣΡΧΜΑΣΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΣΟΠΟΘΔΣΖΖ ΤΑΛΟΠΗΝΑΚΧΝ Σν βεξλίθσκα εθαξκφδεηαη ζην απηνθαζνξηδφκελν γπαιί, σζηφζν δελ έρεη αλαπηπρζεί πιήξσο ε ηερλνινγία ηνπ. ΐξίζθεηαη αθφκε ζε ζηάδην αλάπηπμεο ζηνλ ηνκέα ηεο λαλνηερλνινγίαο. Σν έμππλν παξάζπξν ζα είλαη ζχληνκα ζηελ αγνξά σο απνηέιεζκα ησλ πξνφδσλ πνπ ζεκεηψζεθαλ ζηελ λαλνηερλνινγία. Ώπηνχ ηνπ είδνπο ηα παξάζπξα, ζρεδηάδνληαη γηα λα αληηδξάζνπλ θαη λα πξνζαξκνζηνχλ ζην πεξηβάιινλ ηνπο. Βλδεηθηηθφ παξάδεηγκα είλαη έλα επίζηξσκα γπαιηνχ πνπ ζα εκπνδίζεη νπνηαδήπνηε ππεξβνιηθή ζεξκφηεηα. Εδηαίηεξα επεξγεηηθφ ζα είλαη ηνπο ζεξηλνχο κήλεο, ειαηηψλνληαο κε ηνλ ηξφπν απηφ ηηο δαπάλεο θιηκαηηζκνχ. Φπζηθά, ηα βακκέλα παξάζπξα πνπ εκπνδίδνπλ ηηο αθηίλεο ηνπ ήιηνπ είλαη δηαζέζηκα ζην θνηλφ, πνιιά ρξφληα ηψξα. Βκπνδίδνπλ ελ κέξεη ην θσο θαη ηε ζεξκφηεηα, φκσο απέρνπλ αθφκε αξθεηά απφ ηα ηδαληθά πιαίζηα. Σψξα, ηα ιεπηά λαλν-επηζηξψκαηα ηνπ δηνμεηδίνπ βαλαδίνπ πνπ αλακηγλχνληαη κε κέηαιιν βνιθξακίνπ, κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ ζηα παξάζπξα θαη λα ελεξγήζνπλ σο αλαθιαζηήξεο ηεο ζεξκφηεηαο αθήλνληαο κφλν ην νξαηφ θσο λα πεξάζεη. Σν λάλν πάρνο θαη ην κίγκα ηνπ επηζηξψκαηνο κπνξνχλ λα αιιάμνπλ γηα λα θαζνξίζνπλ ηελ αθξηβή ζεξκνθξαζία ηελ νπνία ε ζεξκφηεηα επηθέξεη. Ώπηφ ζεκαίλεη φηη ηα γξαθεία θαη ηα ζπίηηα κπνξνχλ λα παξακείλνπλ δξνζεξά ρσξίο ηελ ππεξβνιηθή ρξήζε ηνπ θιηκαηηζηηθνχ, κεηψλνληαο εληππσζηαθά ηηο δαπάλεο, σθειψληαο ηαπηφρξνλα θαη ην πεξηβάιινλ ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΔΝΔΡΓΔΗΑ- ΦΟΡΖΣΖ ΓΤΝΑΜΖ Οη θνξεηέο ζπζθεπέο θπθινθνξνχλ ζηελ ζχγρξνλε αγνξά ππφ ηελ κνξθή ζπζθεπψλ φπσο ηα θηλεηά ηειέθσλα θαη MP3, ηνλ ηαηξηθφ δηαγλσζηηθφ εμνπιηζκφ, ηνλ 101

102 πεξηβαιινληηθφ θαη ρεκηθφ εμνπιηζκφ αηζζεηήξσλ. ε φιεο ηηο πεξηπηψζεηο επηδηψθεηαη ην κηθξφηεξν κέγεζνο θαη νη πην καθξνρξφληνη ιεηηνπξγνχληεο ρξφλνη. Ώπηφ νδεγεί ζε βειηηψζεηο ησλ ππαξρφλησλ ζπζηεκάησλ, φπσο νη επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίεο, ψζηε λα παξέρνπλ πεξηζζφηεξε δχλακε θη ελέξγεηα. Μπνξεί επίζεο λα ζπκπεξηιάβεη ηηο πην πξφζθαηεο ηερλνινγίεο, φπσο ηα θχηηαξα θαπζίκνπ πνπ παξάγνπλ ειεθηξηθή ελέξγεηα απφ ην πδξνγφλν. Οη απμήζεηο ζηελ παξαγσγή ελέξγεηαο θαη δχλακεο ησλ θνξεηψλ κπνξνχλ φρη κφλν λα έρνπλ επηπηψζεηο ζηηο θνξεηέο ζπζθεπέο, αιιά ελ ηέιεη ζα κπνξνχζαλ λα πξνζθέξνπλ ζεκαληηθέο αλαθαιχςεηο γηα ηα ειεθηξηθά νρήκαηα, γηα ηα ειεθηξηθά ζπζηήκαηα πιέγκαηνο θαη γηα ηηο εθαξκνγέο πςειήο ηερλνινγίαο φπσο ε αεξνλαπηηθή. Δ παγθφζκηα αγνξά κπαηαξηψλ αμίδεη πεξίπνπ 30 δηζεθαηνκκχξην δνιάξηα Δ.Π.Ώ. θαη απμάλεηαη εληππσζηαθά ΤΦΖΛΟΣΔΡΖ ΓΤΝΑΜΖ- SUPERCAPACITORS Οη ππθλσηέο απνζεθεχνπλ ηελ ελέξγεηα ππφ ειεθηξηθή κνξθή, αληίζεηα απφ ηηο κπαηαξίεο πνπ απνζεθεχνπλ ηελ ελέξγεηα ρεκηθά. Ώπηνί, κπνξνχλ, θαηά ηε δηάξθεηα ηεο απνζήθεπζεο, λα παξαδψζνπλ ηε ελέξγεηα θαη λα επαλαθνξηηζηνχλ γξήγνξα. Σν Supercapacitors ζπλδπάδεη ηα πιενλεθηήκαηα ησλ ππθλσηψλ θαη ησλ επαλαθνξηηδφκελσλ κπαηαξηψλ θαη κε ηνλ ηξφπν απηφ είλαη ζε ζέζε λα απνζεθεχζεη κεγάιν πνζφ ελέξγεηαο. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα πβξηδηθά νρήκαηα (φπσο ην Prius πνπ απεηθνλίδεηαη). Σν «αλαπαξαγσγηθφ θξελάξηζκα» απνζεθεχεη ηελ ελέξγεηα πνπ ζα ραλφηαλ θαλνληθά σο ζεξκφηεηα θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θξελαξίζκαηνο. Ώπηή ε απνζεθεπκέλε ελέξγεηα κπνξεί έπεηηα λα ρξεζηκνπνηεζεί απφ ηελ ειεθηξηθή κεραλή φηαλ αξρίδεη ην φρεκα πάιη λα θηλείηαη. Δ λαλνηερλνινγία έρεη νδεγήζεη ζηελ αλάπηπμε ησλ supercapacitors κέζσ ηεο παξαγσγήο λέσλ λαλνπιηθψλ κε απμαλφκελε πεξηνρή επηθάλεηαο ΦΟΡΖΣΖ ΓΤΝΑΜΖ- ΔΠΑΝΑΦΟΡΣΗΕΟΜΔΝΔ ΜΠΑΣΑΡΗΔ Σα πξνβιήκαηα κε ηηο ηξέρνπζεο επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίεο είλαη: έιιεηςε δχλακεο, πνζνζηνχ επαλαθφξηηζεο, δαπάλε κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξφλνπ (αθφκα θαη φηαλ δελ ιεηηνπξγνχλ) θαη δηάξθεηα δσήο (ν αξηζκφο επαλαθφξηηζεο κηαο κπαηαξίαο). 102

103 Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη ιχζεηο. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ε πην πξφζθαηε ζεηξά κπαηαξηψλ ηεο Sony camcorder ρξεζηκνπνηεί ηε λαλνηερλνινγία γηα λα απμήζεη ηε δηάξθεηα δσήο θαη λα κεηψζεη επίζεο ηελ δαπάλε ζε ζπλάξηεζε κε ηνλ ρξφλν. Οη απνδνηηθφηεξεο επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίεο ρξεζηκνπνηνχλ ην ιίζην. Δ ζπλνιηθή ελέξγεηα πνπ κηα κπαηαξία κπνξεί λα απνζεθεχζεη είλαη αλάινγε κε ην πνζφ ιηζίνπ πνπ πεξηέρεη. Σν ιίζην ππφ κνξθή ζεηηθψλ ηφλησλ κεηαλαζηεχεη κεηαμχ δχν ειεθηξνδίσλ πνπ θηλνχληαη πξνο ηελ άλνδν (αξλεηηθφ ειεθηξφδην), θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θφξηηζεο κηαο κπαηαξίαο θαη ζηε θάζνδν (ζεηηθφ ειεθηξφδην) φηαλ είλαη ζε ιεηηνπξγία ε κπαηαξία. Οη πςειφηεξεο ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο ζηηο κπαηαξίεο κπνξνχλ λα θαιπθζνχλ κε ηελ ελζσκάησζε πεξηζζφηεξνπ ιίζηνπ, εληνχηνηο απηφ πηέδεη ηα ειεθηξφδηα πνπ πξέπεη λα αληηκεησπίζνπλ ηηο κεγάιεο απμήζεηο ζηνλ φγθν ιφγσ ηεο κεηαλάζηεπζεο ηνπ ιίζηνπ θαηά ηε δηάξθεηα ησλ θχθισλ θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο (απηφ κπνξεί λα νδεγήζεη ζην ζπάζηκν ησλ ειεθηξνδίσλ). Δ πςειφηεξε δχλακε επηηπγράλεηαη κε ηελ αχμεζε ηεο ηαρχηεηαο, κε ηελ νπνία ηα ηφληα ιηζίνπ κπνξνχλ λα κεηαλαζηεχζνπλ κεηαμχ ησλ ειεθηξνδίσλ. Φφξηηζε επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίαο Δ ρξήζε ησλ λαλνπιηθψλ έρεη επηηξέςεη ζηηο κπαηαξίεο πςειήο ελέξγεηαο θαη πςειήο δχλακεο λα γίλνπλ πξαγκαηηθφηεηα. Σν λαλνζχλζεην πιηθφ ιηζίνπ ζηα ειεθηξφδηα θξαηά ην ιίζην ζηα κηθξά κφξηα, πνπ ρσξίδνληαη εχθνια θαηά ηε δηάξθεηα ηεο δηαδηθαζίαο απαιιαγήο θαη ην πνξψδεο ησλ ειεθηξνδίσλ αθήλνληαο ηα ηφληα λα βγνπλ θαη λα εηζαρζνχλ γξεγνξφηεξα. Σν λαλνζχλζεην πιηθφ επίζεο κεηψλεη ην self-discharge (δει. ηελ απψιεηα δχλακεο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο απνζήθεπζεο). Οη πξφνδνη ζηνπο ειεθηξνιχηεο (φηη επηηξέςηε ηε κεηάβαζε ησλ ηφλησλ ιίζηνπ κεηαμχ ησλ ειεθηξνδίσλ) επίζεο εληζρχνπλ απηά ηα απνηειέζκαηα. 103

104 5.5.4 ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΣΖΝ ΖΛΗΑΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Δ απνδνηηθφηεηα ελφο ειηαθνχ θπηηάξνπ εμαξηάηαη απφ ην πφζν ηνπ δηαζέζηκνπ θάζκαηνο ηνπ θσηφο πνπ κπνξεί λα απνξξνθήζεη (ην ππφινηπν απεηθνλίδεηαη απιά ή ράλεηαη σο ζεξκφηεηα) θαη πφζν απνηειεζκαηηθά κεηαηξέπεη απηήλ ηελ ελέξγεηα ζηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα. Σα πξνβιήκαηα κε ηηο ηξέρνπζεο κεζφδνπο εληνπίδνληαη ζηε κεγάιε δαπάλε θαηαζθεπήο κε ζρεηηθά ρακειή απνδνηηθφηεηα. Ώπηφ ζεκαίλεη φηη, ε ειηαθή ελέξγεηα είλαη αξθεηέο θνξέο αθξηβφηεξε απφ ηελ ελέξγεηα πνπ πξνέξρεηαη απφ ηελ θαχζε ησλ θαπζίκσλ. Σα λέα λαλνπιηθά έρνπλ κηα πςειφηεξε απνδνηηθφηεηα ζπγθξηλφκελα κε ην ππξίηην πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηα ππάξρνληα ειηαθά θχηηαξα ΖΛΗΑΚΟ- ΤΦΖΛΟΣΔΡΖ ΓΤΝΑΜΖ Σν ππξίηην πνπ ππάξρεη ζηα ειηαθά θχηηαξα πνπ εδξεχνπλ ζηηο ππάξρνπζεο κηθξνηερλνινγίεο έρεη κηα κέγηζηε απνδνηηθφηεηα πεξίπνπ 25% (ζην εξγαζηήξην) θαη πεξίπνπ 14% ζηελ θαζεκεξηλφηεηα. Δ ρακειή απνδνηηθφηεηα νθείιεηαη ζε δχν πξάγκαηα: ην ππξίηην απνξξνθά ην θσο κέζα ζε έλα πνιχ θαζνξηζκέλν θάζκα γηα λα ην κεηαηξέςεη ζε ειεθηξηθφ ξεχκα (απηφ είλαη γλσζηφ δεδνκέλνπ φηη ην bandgap, ην ππφινηπν ηνπ θσηφο είηε δελ απνξξνθάηαη είηε αθηηλνβνιείηαη σο ζεξκφηεηα) θαη αθεηέξνπ, κεξηθή απφ ηελ απνξξνθεκέλε ελέξγεηα ράλεηαη κέζσ ηεο θησρήο αγσγηκφηεηαο κέζα ζην ειηαθφ θχηηαξν. Σα λέα λαλνπιηθά θαη ε δφκεζε ησλ ειηαθψλ θπηηάξσλ ζε λαλνθιηκαθα κπνξνχλ λα βνεζήζνπλ ζηελ ππεξλίθεζε θαη ησλ δχν εκπφδησλ. Διηαθφο θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα Οη εκηαγσγνί εθηφο απφ ην ππξίηην κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζηα ειηαθά θχηηαξα (φπσο ην γάιιην, ην ίλδην, θαη ην γεξκάλην). Κάζε εκηαγσγφο (ή κηθηή έλσζε ησλ 104

105 εκηαγσγψλ) έρεη έλα δηαθνξεηηθφ bandgap. Έηζη, εάλ νη ζπλδπαζκνί απηνί είλαη εθαξκνζκέλνο έλαο πάλσ απφ άιιν ζηα thinfilms (κεξηθέο δεθάδεο ησλ λαλνκέηξσλ ππθλά) θάζε ζηξψκα κπνξεί λα απνξξνθήζεη ηα δηαθνξεηηθά κέξε ηνπ θάζκαηνο ηνπ θσηφο, απμάλνληαο θαηά ζπλέπεηα ην γεληθφ πνζφ ελέξγεηαο πνπ απνξξνθάηαη. Γλσζηνί σο ειηαθά θχηηαξα πνιιψλ ζπλδέζεσλ, έρνπλ επηηχρεη απνδνηηθφηεηα 35%. Σν θιεηδί απηψλ ησλ ηχπσλ ειηαθψλ θπηηάξσλ είλαη φηη ε δνκή ηνπ θξπζηάιινπ ζε θάζε ζηξψκα πξέπεη αθξηβψο λα αληηζηνηρεζεί γηα λα εμαζθαιίζεη απνδνηηθή ειεθηξηθή κεηαθνξά. Σέηνηνη εκηαγσγνί κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ «ζηελ αληηζηξνθή» ψζηε λα παξαγάγνπλ ηα δηαθνξεηηθά ρξψκαηα θσηφο ζηα LEDs ην κέιινλ, ηα θβαληηθά ζεκεία ζα παξέρνπλ ειηαθά θχηηαξα πςειφηεξεο απνδνηηθφηεηαο: πεξίπνπ 85%. Ώπηφ ζπκβαίλεη επεηδή ηα θβαληηθά ζεκεία κπνξνχλ λα παξαρζνχλ ζε δηαθνξεηηθά κεγέζε θαη ρεκηθή ζχλζεζε γηα λα ζπιιάβνπλ φιν ην δηαζέζηκν θσο. Ώπεηθνλίδνληαη νη πεξηνρέο απνξξφθεζεο θσηφο ΝΑΝΟΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΔΝΔΡΓΔΗΑ- ΤΓΡΟΓΟΝΟ Οη πεξηζζφηεξεο απφ ηηο ελεξγεηαθέο αλάγθεο καο θαιχπηνληαη απφ ηελ θαχζε ηνπ άλζξαθα, ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ θαη ηνπ πεηξειαίνπ. Ώπηφο φκσο δελ είλαη θαη ν θαιχηεξνο ηξφπνο λα παξαρζεί ελέξγεηα. Σα θχηηαξα θαπζίκνπ ρξεζηκνπνηνχλ ην πδξνγφλν θαη ην νμπγφλν ψζηε λα παξάγνπλ λεξφ, ζεξκφηεηα θαη θαη επέθηαζε ειεθηξηθή ελέξγεηα. Ο κεραληζκφο ηεο ελέξγεηαο πνηθίιιεη κεηαμχ ησλ θπηηάξσλ θαπζίκνπ, φκσο ζε θάζε πεξίπησζε έλα ρξεσκέλν ηφλ (πνπ είλαη ζπλήζσο πδξνγφλν ή νμπγφλν), παξάγεηαη ζε έλα ειεθηξφδην θαη κεηαλαζηεχεη ζε έλα άιιν κέζσ κηαο 105

106 δηαπεξαηήο κεκβξάλεο, ελψ ηα ειεθηξφληα πνπ παξάγνληαη σο απνηέιεζκα απηνχ ηνπ ηαμηδηνχ ηξνθνδνηνχλ ηηο ζπζθεπέο. κέζσ ελφο εμσηεξηθνχ θπθιψκαηνο. Σα θχηηαξα θαπζίκνπ εκπίπηνπλ ζε δχν νκάδεο: εθείλα κε πςειή ιεηηνπξγνχζα ζεξκνθξαζία (επάλσ απφ 200 C) πνπ είλαη θαηάιιεια λα ηξνθνδνηήζνπλ νιφθιεξα θηήξηα (φπσο ην ζηεξεφ νμείδην θαη ηα ιεησκέλα θχηηαξα θαπζίκνπ αλζξαθηθνχ άιαηνο) θαη ηηο κνλάδεο ρακειφηεξεο ζεξκνθξαζίαο πνπ είλαη θαηάιιεια γηα νρήκαηα θαη θηλεηέο ζπζθεπέο (φπσο ηα άκεζα θχηηαξα θαπζίκνπ κεκβξαλψλ αληαιιαγήο κεζαλφιεο θαη πνιπκεξψλ ζσκάησλ). Οη πςειήο ζεξκνθξαζίαο κνλάδεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ην θπζηθφ αέξην γηα λα δηακνξθψζνπλ ην πδξνγφλν. Οη κνλάδεο ρακειφηεξεο ζεξκνθξαζίαο, κε εμαίξεζε ηα άκεζα θχηηαξα θαπζίκνπ κεζαλφιεο, απαηηνχλ πδξνγφλν. Σν πδξνγφλν πξνο ην παξφλ παξάγεηαη θαηά έλα κεγάιν κέξνο απφ ην θπζηθφ αέξην. ην κέιινλ αλακέλεηαη λα παξάγεηαη πδξνγφλν απφ ην λεξφ κε ειεθηξφιπζε ρσξίδνληαο ην λεξφ ζε πδξνγφλν θαη νμπγφλν (δει. ε αληηζηξνθή ηεο αληίδξαζεο ζε έλα θχηηαξν θαπζίκνπ). Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη ιχζεηο ζηηο πιηθέο δαπάλεο, ζηελ απνδνηηθφηεηα ησλ θπηηάξσλ θαπζίκνπ, θαη ζηελ απνζήθεπζε ηνπ αεξίνπ πδξνγφλνπ. Μέζνδνο ειεθηξφιπζεο ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ Σν πδξνγφλν έρεη ηε δπλαηφηεηα λα παξέρεη ελέξγεηα ρσξίο λα επηβαξχλεη ην πεξηβάιινλ (εάλ παξάγεηαη απφ ηηο αλαλεψζηκεο πεγέο φπσο ε ειεθηξφιπζε ηνπ λεξνχ). Σν πδξνγφλν είλαη ην πην δεκνθηιέο θαχζηκν γηα λα αληηθαηαζηήζεη ηα πγξά θαχζηκα ζηελ ηξνθνδνζία νρεκάησλ. Ώπηφ πνπ πξνέρεη είλαη λα βξνπλ αθίλδπλα κέζα 106

107 απνζήθεπζεο θαη ζε κνξθή πνπ κπνξεί λα παξέρεη ηα ηζνδχλακα πνζά ελέξγεηαο φπσο ζηα ηξέρνληα θαχζηκα. Τπνινγίδεηαη φηη έλα κέζν απηνθίλεην ζα απαηηνχζε 1.2 θηιά πδξνγφλνπ γηα λα ηαμηδέςεη 100 ρικ (πνπ είλαη ίζν ζε πεξίπνπ ιίηξα ηνπ αεξίνπ πδξνγφλνπ). Δ απνζήθεπζε ηνπ πδξνγφλνπ σο πγξφ ζε αηκνζθαηξηθή πίεζε δελ είλαη πξαθηηθή, ιφγσ ηεο κηθξήο ελεξγεηαθήο πνζφηεηαο αλά ιίηξν θαη ηεο αλάγθεο γηα ηα βειηησκέλα ζπζηήκαηα λα επζπγξακκηζηνχλ νη δεμακελέο θαη λα απνηξαπεί ε δηαξξνή αεξίνπ πδξνγφλνπ. Γηα ηελ ελ πισ απνζήθεπζε νρεκάησλ ε κφλε πξαθηηθή ιχζε είλαη λα παξαζρεζεί ην πδξνγφλν σο ζηεξεά έλσζε, φπσο έλα πδξίδην κεηάιινπ. Πνιιά λαλνπιηθα εμεηάδνληαη ηψξα θαη αλαπηχζζνληαη γηα λα εθπιεξψζνπλ απηφλ ηνλ ξφιν ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ άλζξαθα nanotubes θαη ησλ νξγαληθψλ κεηάιισλ MOFs, ηα νπνία έρνπλ ηε κεγαιχηεξε πεξηνρή επηθάλεηαο νπνηνπδήπνηε θαηαζθεπαζκέλνπ πιηθνχ (1 γξακκάξην έρεη κηα πεξηνρή επηθάλεηαο ηζνδχλακε ελφο ηάπεηα πνδνζθαίξνπ). Δ ζεκαζία απηνχ έγθεηηαη ζην φηη κηα πςειφηεξε πεξηνρή επηθάλεηαο επηηξέπεη ζε έλα κεγαιχηεξν πνζφ πδξνγφλνπ γηα λα απνζεθεπηεί. Σα δεηήκαηα πνπ πξέπεη αθφκα λα αληηκεησπηζηνχλ βειηηψλνπλ ην πνζφ πδξνγφλνπ πνπ κπνξεί λα δεζκεπζεί θαη λα απνδεζκεπζεί απφ ηελ έλσζε, θαη ε εμαζθάιηζε απηνχ επηηπγράλεηαη γξήγνξα (ζηελ έλσζε απνζήθεπζεο ζηνλ αλεθνδηαζκφ ζε θαχζηκα ησλ ζηαζκψλ, θαη απφ ην φηαλ απαηηείηαη απφ ην θχηηαξν θαπζίκνπ ΑΠΟΓΟΣΗΚΟΣΔΡΖ ΥΡΖΖ Δ απνδνηηθφηεηα θπηηάξσλ θαπζίκνπ πδξνγφλνπ εμαξηάηαη απφ ην λα δηακνξθψζεη ην ρξεσκέλν ηφλ, θαη λα ηαμηδέςεη επηιεθηηθά απφ ην έλα ειεθηξφδην ζην άιιν ελψ ηα ειεθηξφληα αλαγθάδνληαη λα πεξάζνπλ κέζσ ηνπ εμσηεξηθνχ θπθιψκαηνο. Σα ειεθηξφδηα κπνξνχλ λα εληζρπζνχλ κέζσ ηεο ρξήζεο ηνπο απφ ηα πιηθά πνπ απμάλνπλ ηελ πεξηνρή επηθάλεηαο ηνπ ειεθηξνδίνπ. Ώπηφ κε ηε ζεηξά ηνπ απμάλεη ην πνζνζηφ ζην νπνίν ην ρξεσκέλν ηφλ δηακνξθψλεηαη ζε έλα ειεθηξφδην, θαη ην πδξνγφλν θαη ην νμπγφλν πνπ ζπλδπάδνληαη ζε άιιν γηα λα παξαγάγεη ην λεξφ. Οη κεκβξάλεο θαη νη ειεθηξνιχηεο ζπλδπάδνληαη ζε κεξηθέο πεξηπηψζεηο ζε έλα πιηθφ, είλαη ζαλ έλα «ζάληνπηηο» κε ηε κεκβξάλε απφ θάζε πιεπξά ηνπ ειεθηξνιχηε. Ο 107

108 έιεγρνο ηνπ πνξψδνπο θαη ηεο ρεκηθήο ιεηηνπξγίαο ηεο κεκβξάλεο (κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ ζχλζεησλ ησλ δηαθνξεηηθψλ πιηθψλ) κπνξεί λα εληζρχζεη ηε κεηαθνξά ηνπ ρξεσκέλνπ ηφληνο απφ ην έλα ειεθηξφδην ζην άιιν, απνηξέπνληαο ηε ξνή ειεθηξνλίσλ, θαη λα απνηξέςεη ηε κφιπλζε κε άιια αληηδξαζηήξηα ή πξντφληα. Δ θαηαζθεπή ηεο κεκβξάλεο απφ ηα δηαθνξεηηθά πιηθά κπνξεί λα επηηξέςεη λα ιεηηνπξγήζεη απνηειεζκαηηθφηεξα ζηηο δηαθνξεηηθέο ζεξκνθξαζίεο ή λα απμήζεη ηε δηάξθεηα δσήο ηεο. Οπζηαζηηθά, θάζε ηνκέαο ηεο ζχγρξνλεο δσήο ζα επεξεαζηεί θαη ζα βειηησζεί απφ ηε λαλνηερλνινγία ζηηο εξρφκελεο δεθαεηίεο. Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη βειηηψζεηο ζηα δνκηθά πιηθά, ζηα θισζηνυθαληνπξγηθά πξντφληα, ζηε ιεηηνπξγία ησλ ειεθηξνληθψλ πξντφλησλ (ηεο αζθαινχο θαη απνδνηηθήο κεηαθνξάο) ΚΑΣΑΚΔΤΖ Οη θαηαζθεπέο είλαη κηα πεξηνρή ζηελ νπνία ε λαλνηερλνινγία κπνξεί λα θάλεη κηα κεγάιε δηαθνξά. Σα πξντφληα λαλνηερλνινγίαο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ήδε ζηνλ θαηαζθεπαζηηθφ ηνκέα δίλνπλ κηα πξψηε γεχζε ησλ αιιαγψλ πνπ πξναλαγγέιινληαη. Παξ' φηη δελ πξφθεηηαη αθφκε γηα «θαζαξά» λαλνυιηθά - απνηεινχλ «λαλνζπλζεηηθά» πξντφληα, πξνεξρφκελα θαηά θχξην ιφγν απφ ηνλ ζπλδπαζκφ λαλνζσκαηηδίσλ κε ζπκβαηηθέο πξψηεο χιεο - ζέηνπλ ζηελ ππεξεζία καο θάπνηεο απφ ηηο «καγηθέο» ηδηφηεηεο ηνπ λαλφθνζκνπ. Σα λαλνυιηθά έρνπλ εθαξκνγέο ζε ηξεηο θπξίσο θαηεγνξίεο, στις επικαλύψεις, στις μονώσεις και στην ηλιακή ενέργεια ΑΤΣΟΚΑΘΑΡΗΕΟΜΔΝΟ ΣΗΜΔΝΣΟ Δ κεγαιχηεξε πξφνδνο έρεη ζπληειεζηεί ζηνπο δχν πξψηνπο ηνκείο, νη νπνίνη πνιιέο θνξέο ζπλδπάδνληαη: επηθαιχςεηο ιεπηφηεξεο απφ έλα ζηξψκα κπνγηάο εθαξκφδνληαη ζην εζσηεξηθφ θαη ζην εμσηεξηθφ ησλ θηηξίσλ πξνζδίδνληαο ζηηο επηθάλεηεο αληηβαθηεξηαθέο ηδηφηεηεο, πξνζθέξνληαο πγξνκφλσζε θαη ζεξκνκφλσζε ή δηαζπψληαο πάζεο θχζεσο ξχπνπο. Οξηζκέλα απφ απηά ηα πξντφληα κπνξνχλ λα ελζσκαησζνχλ ζηα δνκηθά πιηθά, φπσο έρεη γίλεη ζηελ Jubilee Church ηνπ Ρίηζαξλη Μάηεξ ζηε Ρψκε. Βλα λαλνζσκαηίδην γλσζηφ σο δηνμείδην ηνπ ηηηαλίνπ έρεη ελζσκαησζεί ζην ηζηκέλην γηα λα ην θάλεη λα απηνθαζαξίδεηαη. Δ ίδηα ηερλνινγία 108

109 ρξεζηκνπνηείηαη απφ κεγάιεο εηαηξείεο γηα ηελ θαηαζθεπή απηνθαζαξηδφκελσλ ηδακηψλ. Οη λαλνεπηθαιχςεηο είλαη ζήκεξα αξθεηά δηαδεδνκέλεο θαη πξνζηηέο ζην επξχ θνηλφ. Οη εληζρπκέλεο κε λαλνζσκαηίδηα πξψηεο χιεο φπσο ν ράιπβαο, ην ηζηκέλην ή ην μχιν αξρίδνπλ θαη απηέο λα βξίζθνπλ πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο. Δ εθθιεζία ηνπ Ρίηζαξλη Μάηεξ, ε νπνία θαηαζθεπάζηεθε ην 1998, ήηαλ ην πξψην θηίξην απφ απηνθαζαξηδφκελν κπεηφλ. Λίγα ρξφληα αξγφηεξα, ην 2002, εγθαηληάζηεθε ζην ακπεξί ηεο Γαιιίαο ε Cité des Arts, ην πξψην θηίξην απφ ηζηκέλην πνπ δηαζπά ηελ αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε. Σα παξαδείγκαηα ηνπ είδνπο έρνπλ πιεζχλεη απφ ηφηε ελψ πνιινί νπξαλνμχζηεο εθνδηάδνληαη πιένλ κε απηνθαζαξηδφκελα ηδάκηα ηεηξαγσληθά κέηξα ηνπ δξφκνπ ζην Μηιάλν έρνπλ ληπζεί κε απηά ηα έμππλα πιηθά, ηα νπνία νδήγεζαλ ζε κηα κείσζε 60% ησλ επηπέδσλ δηνμεηδίνπ αδψηνπ ΤΛΛΟΓΖ ΖΛΗΑΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ο ηνκέαο πνπ αλακέλεηαη λα γλσξίζεη πνιχ κεγάιε πξφνδν ζην άκεζν κέιινλ είλαη απηφο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο εμαηηίαο ησλ πεξηνξηζκέλσλ δπλαηνηήησλ ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ ηεο ηζρχνπζαο ηερλνινγίαο θαη ηεο αχμεζεο ηνπ θφζηνπο ηνπ ππξηηίνπ. Ήδε νξηζκέλεο εηαηξείεο θαηαζθεπάδνπλ ειηαθνχο ζπιιέθηεο κε ηελ ηερληθή roll to roll κε ηελ νπνία κπνξείο λα πάξεηο έλα ξνιφ απφ πιαζηηθφ ή κέηαιιν θαη λα ηππψζεηο επάλσ ηνπ έλα λαλνζπλζεηηθφ πιηθφ ην νπνίν ζπιιέγεη ηηο ειηαθέο αθηίλεο. Δ δηαδηθαζία είλαη πνιχ πην νηθνλνκηθή απφ ηελ επίπεδε ηερλνινγία πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζήκεξα ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΑΗΘΖΣΖΡΧΝ Σα πεξηβαιινληηθά ζπζηήκαηα αηζζεηήξσλ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ φιν θαη πεξηζζφηεξν ζηελ θαηαζθεπή, γηα λα ειέγρνπλ ην πεξηβάιινλ ηεο νηθνδφκεζεο ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ νπνηνλδήπνηε κεραληθψλ πηέζεσλ πνπ αζθνχληαη. Δ ρξήζε αηζζεηήξσλ ζηα θηήξηα κπνξεί επίζεο λα ζπκβάιιεη ζηελ πεξηβαιινληηθή παξαθνινχζεζε, ή αθφκα θαη ζηνλ έιεγρν ηεο ζεξκνθξαζίαο. Με ην ζχζηεκα ησλ αηζζεηήξσλ κπνξεί λα ζπλδεζεί ην ζχζηεκα ζέξκαλζεο/θιηκαηηζκνχ γηα λα επηιέμεη κηα βέιηηζηε ξχζκηζε, βαζηδφκελε ζηα ζηνηρεία πνπ ιακβάλεη ν αηζζεηήξαο. 109

110 Δ λαλνηερλνινγία δίλεη ηε δπλαηφηεηα γηα ηελ θαηαζθεπή ελφο ζπζηήκαηνο επξείαο πξνζέγγηζεο κε ιεπηνκέξεηεο γηα ην πψο ην «θηήξην αηζζάλεηαη». ινη νη αηζζεηήξεο θαη ηα ζηνηρεία ειέγρνπ δηαβηβάδνληαη ζε έλαλ θεληξηθφ θφκβν απφ φπνπ ζηε ζπλέρεηα φιεο νη πιεξνθνξίεο κπνξνχλ λα δηαδνζνχλ ΠΡΟΖΓΜΔΝΑ ΤΛΗΚΑ Δ επηινγή ησλ θαηάιιεισλ δνκηθψλ πιηθψλ πξέπεη λα αληαπνθξίλεηαη θαη λα εμππεξεηεί ηελ αλζεθηηθφηεηα ηνπ δνκηθνχ έξγνπ ζε ζρέζε κε ηηο ζπλζήθεο πνπ απηφ εθηίζεηαη θαη ηηο απαηηήζεηο ρξεζηηθφηεηαο θαη δηάξθεηαο δσήο. Ναλνυιηθά ελζσκαηψλνληαη ζηα λέα δνκηθά πιηθά γηα λα βειηηψζνπλ ηηο κεραληθέο ηδηφηεηεο θαη ηε κφλσζε, ζπγρξφλσο κεηψλνληαο ην βάξνο έλαληη ησλ παξαδνζηαθψλ πιηθψλ. Δ πξνζζήθε ησλ λαλνζσιήλσλ θαη ησλ θεξακηθψλ λαλνκνξίσλ ζε πιηθά φπσο ην ζθπξφδεκα θαη ηα πνιπκεξή, απμάλεη ηελ πιαζηηθφηεηα ηνπο, ηελ αληίζηαζή ηνπο ζηηο πεξηβαιινληηθέο ζπλζήθεο θαη ηελ ηθαλφηεηα λα αληηκεησπίζνπλ άιιεο πηέζεηο φπσο ε ζχγθξνπζε ή ε κεηαθίλεζε (π.ρ. ζεηζκνί) ρσξίο ηελ θνπξά ή ην ζπάζηκν. Σα λέα ζχλζεηα πιηθά κπνξνχλ επίζεο λα εληζρχζνπλ ηηο ηδηφηεηεο ζεξκηθήο κφλσζεο ησλ δνκηθψλ πιηθψλ, θαζψο επηβξαδχλνπλ ηελ θσηηά ζε πεξίπησζε ππξθαγηάο. Ώπφ απηή ηελ άπνςε ππάξρεη πνιχ ελδηαθέξνλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ηα λαλνυιηθά ζε ζπλδπαζκφ κε ην μχιν (έλα απφ ηα βαζηθά δνκηθά πιηθά γηα ηελ θαηνηθία). Βμαηηίαο ηνπ κηθξφηεξνπ βάξνπο ηνπο ζε ζρέζε κε ηα παξαδνζηαθά πιηθά, είλαη πην εχρξεζηα θαη δελ απαηηνχλ βαξηά αλπςσηηθά κεραλήκαηα. Ήδε δηάθνξεο γέθπξεο ζε φιν ηνλ θφζκν έρνπλ επηζθεπαζηεί ή έρνπλ θαηαζθεπαζηεί ρξεζηκνπνηψληαο ζχλζεηα πιηθά βαζηζκέλα ζηε κηθξνηερλνινγία ΜΔΣΑΦΟΡΑ Δ λαλνηερλνινγία νδεγεί ζε αζθαιέζηεξα, απνδνηηθφηεξα, θαη κεγαιχηεξεο δηάξθεηαο νρήκαηα, κε πνιιά νθέιε γηα ηνπο θαηαλαισηέο θαη ην πεξηβάιινλ. 110

111 Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα θαηαζηήζεη πιένλ ηα απηνθίλεηα πην αλζεθηηθά ζηηο γξαηζνπληέο κέζσ ησλ ιεπηψλ ηαηληψλ, λα παξέρεη θαιχηεξε δηαθάλεηα γηα ην γπαιί θαη βειηησκέλε αληίζηαζε θαηά ηνπ αέξα. Δ απνδνηηθφηεηα νρεκάησλ κπνξεί λα απμεζεί ρξεζηκνπνηψληαο ηνπο ελαιιαθηηθνχο ελεξγεηαθνχο εθνδηαζκνχο φπσο ηα θχηηαξα θαπζίκνπ, νη ζεξκνειεθηξηθέο εθπνκπέο νρεκάησλ θ.ιπ. κπνξνχλ λα ζηακαηήζνπλ κε ηελ βνήζεηα πξφζζεησλ νπζηψλ ζηα θαχζηκα θαη ηνπο θαηαιχηεο. Σν ζχζηεκα ηνπ θσηηζκνχ ζην απηνθίλεην νπζηαζηηθά είλαη ζε κεγάιν βαζκφ, πξντφλ ηεο λαλνηερλνινγίαο: νη θσηνδίνδνη (LED) ησλ θψησλ ηξνρνπέδεζεο πςειήο πνηφηεηαο, ιφγνπ ράξηλ, δηαζέηνπλ - φπσο φιεο νη LED - εμειηγκέλα, λαλνκεηξηθά ζπζηήκαηα επηθάιπςεο, ηα νπνία κεηαηξέπνπλ κε πςειή απφδνζε ην ειεθηξηθφ ξεχκα ζε θσο. Έλα αθφκε πιενλέθηεκα: νη LED κεηαηξέπνπλ ην ξεχκα ζε θσο νξαηφ απφ ηνλ άλζξσπν ζρεδφλ ακέζσο, ελψ ηα θψηα ηξνρνπέδεζεο κε ιακπηήξεο απαηηνχλ ιίγν πεξηζζφηεξν ρξφλν. Δ δηαθνξά κπνξεί λα αληηζηνηρεί ζε αξθεηά κέηξα πέδεζεο. Παξάιιεια, ε θσηεηλή έληαζε ησλ LED είλαη ηφζν πςειή, ψζηε ζπζηνηρίεο απηψλ κπνξνχλ ήδε λα εμαζθαιίζνπλ ηε δέζκε δηαζηαχξσζεο θαηά ηελ εκέξα ησλ εκπξφζζησλ πξνβνιέσλ. Οη βαθέο θαλνπνηίαο ζα κπνξνχζαλ λα απνθηήζνπλ δνκή θχιινπ ισηνχ, ε νπνία απνβάιιεη ηελ αθαζαξζία. Ώλεκνζψξαθεο κε θαηαζθεπαζηηθά ζηνηρεία λαλνθιίκαθαο, ηα νπνία ζα αληαλαθινχλ άιινηε πεξηζζφηεξν θαη άιινηε ιηγφηεξν ηε θσηεηλή θαη ηε ζεξκηθή αθηηλνβνιία κε ξχζκηζε απφ ηελ ηάζε, ζα κπνξνχζαλ λα ζπκκεηέρνπλ ζηνλ θιηκαηηζκφ ησλ απηνθηλήησλ. Δ εθαξκνγή ηεο ηερληθήο απηήο ζε ρψξνπο γξαθείσλ ζα ζπλέβαιε ζηελ εμνηθνλφκεζε κεγάισλ πνζνηήησλ ελέξγεηαο. Δ βαθή ζα κπνξνχζε λα δηακνξθψλεηαη λαλνηερλνινγηθά αθφκε θαη σο ειηαθφ ζηνηρείν (επηινγή πνπ δελ έρεη αθφκε πινπνηεζεί). Δ ειεθηξηθή ελέξγεηά ηνπ ζα επαλαθφξηηδε ηνλ ζπζζσξεπηή θαηά ηε ζηάζκεπζε ηνπ απηνθηλήηνπ - ήδε εθηθηφ κε ηα ζπκβαηηθά ειηαθά ζηνηρεία - ή ζα δηαηεξνχζε δξνζεξφ ην εζσηεξηθφ κε ηε βνήζεηα αληιίαο ζεξκφηεηαο. Ώπφ ηελ πιεπξά ηεο, ε αληιία ζεξκφηεηαο ζα κπνξνχζε λα απνηειείηαη απφ έλα λαλνηερλνινγηθφ ζχζηεκα ζηηβάδσλ εκηαγσγνχ, ρσξίο θηλεηά κέξε. Ώληηζηξφθσο, κε ηε δηνρέηεπζε ζεκαληηθήο ζεξκφηεηαο πνπ απνβάιινπλ νη θηλεηήξεο εζσηεξηθήο θαχζεο πάλσ απφ εκηαγσγφ παξάγεηαη πάιη ειεθηξηθή ελέξγεηα 111

112 ΝΔΑ ΤΛΗΚΑ Ο άλζξαθαο nanotubes (CNTs - πνπ απεηθνλίδεηαη δεμηά) είλαη πέληε θνξέο αξαηφηεξνο απφ ην ράιπβα θαη πεξίπνπ 30 θνξέο ηζρπξφηεξνο. Ώπηέο νη κεραληθέο ηδηφηεηεο ηνλ θάλνπλ ηδαληθφ ππνςήθην γηα ηελ ελίζρπζε ησλ πνιπκεξψλ ζσκάησλ (φπσο ζηνπο πξνθπιαθηήξεο απηνθηλήησλ). Ο έιεγρνο ηεο δνκήο λαλνκνξίσλ άιισλ πιηθψλ κπνξεί επίζεο λα βειηηψζεη ηελ αχμεζε ηεο δχλακεο θαη ηελ δπλαηφηεηα λα αληηκεησπηζηεί ε παξακφξθσζε, π.ρ. νη αθξνί αινπκηλίνπ πνπ έρνπλ λαλνκφξηα ζηνπο πφξνπο ηνπο έρνπλ πνιχ πεξηζζφηεξε αληίζηαζε απφ ηα ηππνπνηεκέλα θχιια αινπκηλίνπ. Δ κείσζε ηνπ κεγέζνπο ησλ κεηάιισλ θαη ηεο θεξακηθήο απμάλεη ηε δχλακε θαη ηε καιαθφηεηά ηνπο. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, ην λαλνθεξακηθφ εθαξκφδεηαη σο επηζηξψκαηα βαθήο ησλ απηνθηλήησλ πνπ πξνζθέξνπλ βειηησκέλε δηάξθεηα. Οη επηρεηξήζεηο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ απηφ ην πιηθφ είλαη ε Benz, ε Nissan θαη ε Mercedes ΟΗΚΟΝΟΜΗΚΟΣΔΡΖ ΚΑΣΑΝΑΛΧΖ ΒΔΝΕΗΝΖ Δ λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη δηάθνξεο εθαξκνγέο γηα νηθνλνκηθφηεξε θαηαλάισζε βελδίλεο. Έλα αμηνζεκείσην παξάδεηγκα είλαη ε ρξήζε ηνπ λαλνκνξίνπ ηνπ νμεηδίνπ ηνπ δεκεηξίνπ απφ ηελ Oxonica πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηα θαχζηκα diesel γηα λα ηελ απνδνηηθφηεηα ηνπ θαπζίκνπ. Δ πξνζζήθε ησλ λαλνκνξίσλ κεηψλεη ηηο επηθαζήζεηο θαπζίκσλ ζηα έκβνια θαη ηνπο θπιίλδξνπο απμάλνληαο έηζη ηελ απνδνηηθφηεηα θαπζίκνπ θαηά 10% θαη κεηψλεη παξάιιεια ηηο εθπνκπέο πεξίπνπ θαηά 15%. Οη ζεξκνειεθηξηθέο γελλήηξηεο αλακέλνληαη λα θπθινθνξήζνπλ πξνο θαηαλάισζε ηα επφκελα 10 έσο 15 ρξφληα, γηα λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηε ζεξκφηεηα πνπ απνβάιιεηαη απφ ηηο κεραλέο νρεκάησλ θαη ηηο εμαηκίζεηο. Ώπηνί ζα κπνξνχζαλ λα αληηθαηαζηήζνπλ ηνλ ελαιιάθηε θαη λα απμήζνπλ ηελ ηππνδχλακε απφ ηξείο έσο πέληε θφξεο, ε νπνία απμάλεη πάιη ηε απνδνηηθφηεηα θαπζίκνπ θαη κεηψλνληαη νη εθπνκπέο. 112

113 Σέινο, ε λαλνηερλνινγία παξάγεη ηα ειαθξχηεξα πιηθά, φπσο ηα εληζρπκέλα πιαζηηθά πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ αληί ησλ παξαδνζηαθψλ βαξχηεξσλ θξακάησλ γηα ηα ηκήκαηα νρεκάησλ. Υακειφηεξεο εθπνκπέο Οη πξνεγκέλνη θαηαιχηεο είλαη έλα παξάδεηγκα γηα ην πψο ε λαλνηερλνινγία πξνζθέξεη κεγάιεο δπλαηφηεηεο γηα ηε κείσζε ησλ επηβιαβψλ εθπνκπψλ. Ώπηήλ ηελ πεξίνδν, νη αθαζαξζίεο ζηα θαχζηκα ζε ζπλδπαζκφ κε ηηο αλεπαξθείο αληηδξάζεηο γηα ηελ θαηαπνιέκεζε ηνπ θαηλνκέλνπ, παξάγνπλ επηβιαβείο εθπνκπέο, φπσο ην δηνμείδην ηνπ αδψηνπ θαη ην κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα. Οη πξνεγκέλνη θαηαιχηεο κεηαιιηθψλ νμεηδίσλ κπνξνχλ ελδερνκέλσο λα κεηψζνπλ ην πνζφ απηψλ ησλ ξχπσλ κε ηελ αχμεζε ηεο απνδνηηθφηεηαο θαχζεο θαη ηεο αληηθαηάζηαζεο απηψλ ησλ αεξίσλ κε ιηγφηεξν επηβιαβείο ελψζεηο ΚΑΣΑΛΤΣΗΚΟΗ ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΗ ΑΠΟ ΥΡΤΟ H λαλνηερλνινγία κπνξεί λα πξνζθέξεη λέεο πξννπηηθέο θαη ζηνλ ρξπζφ. Βλψ ν «κεγάιεο θιίκαθαο» ρξπζφο σο θαηαιχηεο πζηεξεί καθξάλ ηνπ ιεπθνρξχζνπ, ηα λαλνζσκαηίδηα ρξπζνχ πάλσ ζε πνξψδεο ππφζηξσκα παξέρνπλ έλαλ ρξήζηκν θαηαιχηε, πνπ δηαζπά ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ θαη ην κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα πξνο αβιαβείο νπζίεο ήδε θαηά ηελ ςπρξή εθθίλεζε. Σα λαλνζσκαηίδηα ρξπζνχ ππφζρνληαη επίζεο πνιιά σο ππνςήθηνη θαηαιχηεο γηα θπςέιεο θαπζίκνπ. Δ πξφνδνο απηή θπζηθά ζα σθειήζεη θαη άιια κέζα κεηαθνξάο, πνπ δελ έρνπλ ζρέζε κε ην απηνθίλεην. Σν πνδήιαην, ιφγνπ ράξηλ, ζα ζπλδεφηαλ ζαπκάζηα κε ηε λαλνηερλνινγία, πξνπάλησλ κε ηηο θπςέιεο θαπζίκσλ θαη ηα ειηαθά ζηνηρεία, γηα ηε δεκηνπξγία «αεηθίλεηνπ» πνδειάηνπ, ην νπνίν ζα θηλείηαη ζηνπο δξφκνπο αζφξπβα, ηξνθνδνηνχκελν κφλν κε θσο, αέξα θαη λεξφ, ειαθξχ ζαλ πνχπνπιν ράξε ζην πιαίζην απφ λαλνζσιήλεο, ζηηο θσηνδηφδνπο θαη άιια πνιιά ΥΡΤΟ ΔΝΑΝΣΗΟΝ ΟΜΧΝ Οη θαηαιχηεο κε λαλνζσκαηίδηα ρξπζνχ ππνβάιινληαη αθφκε ζε δνθηκέο, ψζηε λα ρξεζηκνπνηεζνχλ σο κέζα θαηαπνιέκεζεο ησλ νζκψλ. ε κηθξά θιηκαηηζηηθά, φπσο εθείλα πνπ ζπλαληψληαη ζηα απηνθίλεηα, κπνξνχλ λα απνκαθξχλνπλ ηελ ελφριεζε 113

114 απφ ηηο νζκέο πνπ νθείινληαη ζηελ παξνπζία βαθηεξίσλ ζ απηά. ηελ Εαπσλία κάιηζηα, νη ελ ιφγσ θαηαιχηεο ρξεζηκνπνηνχληαη ήδε ζηηο ηνπαιέηεο ΚΑΣΑΝΑΛΧΣΗΚΑ ΑΓΑΘΑ Δ λαλνηερλνινγία είλαη ήδε παξνχζα ζε δηάθνξα θαηαλαισηηθά αγαζά. Οη βειηηψζεηο ηεο λαλνηερλνινγίαο πεξηιακβάλνπλ ηα αλζεθηηθά πθάζκαηα, ηνλ ειαθξχηεξν θαη θαηάιιειν αζιεηηθφ εμνπιηζκφ θαη ηα πξνεγκέλα θαιιπληηθά. Μεξηθέο επηρεηξήζεηο δίλνπλ έκθαζε ζην γεγνλφο φηη ρξεζηκνπνηνχλ ηε λαλνηερλνινγία γηα λα βειηηψζνπλ ηα πξντφληα ηνπο (φπσο ηα ελδχκαηα Nanotex), ελψ κεξηθά πξντφληα εληζρχνληαη αζφξπβα απφ ηελ επηζηήκε, φπσο ηα αληειηαθά ΖΛΔΚΣΡΟΝΗΚΖ Δ λαλνηερλνινγία επηθέξεη κηα λέα επνρή ζην πιαίζην ησλ θαηαλαισηηθψλ ειεθηξνληθψλ. Σα πξνεγκέλα ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα, ε γξεγνξφηεξε επηθνηλσλία θαη ε εχθνιε κεηαθνξά ζα είλαη νη ζθξαγίδεο ησλ ειεθηξνληθψλ πξντφλησλ βαζηζκέλσλ ζηελ λαλνηερλνινγία Θα ρξεζηκνπνηνχκε ζην κέιινλ ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο φπσο νη θσηνγξαθηθέο κεραλέο θαη MP3 κε ηε κεγαιχηεξε δπλαηφλ ρσξεηηθφηεηα. Σα ηερληθά κέζα ηα νπνία πξννξίδνληαη γηα ηελ πξνβνιή δεδνκέλσλ ζε θνηλφ, ζα πξνσζεζνχλ ηδηαίηεξα, ζε κνξθή κάιηζηα, ε νπνία ζα επηηξέπεη ηελ κεηαθίλεζε ηνπο, ππφ νπνηνζδήπνηε ζπλζήθεο. Οη παξαπάλσ ζπζθεπέο, ζα δηαζέηνπλ κία ρξσκαηηθή παιέηα, κε απεξηφξηζην αξηζκφ ρξσκάησλ, ελψ παξάιιεια ζα είλαη ειαθξηέο θαη ζα ραξαθηεξίδνληαη απφ κεγάιε επθακςία. Βχθακπηε νζφλε 114

115 ΚΑΛΛΤΝΣΗΚΑ Γηα ηνπο πεξηζζφηεξνπο θαηαλαισηέο, νη πξνθαλέζηεξεο εθαξκνγέο ηεο λαλνηερλνινγίαο ήηαλ ζηελ βηνκεραλία θαιιπληηθψλ πξντφλησλ. Οη λέεο θφξκνπιεο ησλ βηηακηλψλ θαη ησλ αληηγεξαληηθψλ ρεκηθψλ νπζηψλ, φπσο ε ξεηηλφιε, είλαη ζπζθεπαζκέλεο απφ ιηπνζψκαηα θαη micelles ππφ κνξθή θξεκψλ. Ώπηά απνηεινχληαη απφ κφξηα ιηπαξνχ νμένο πνπ δελ δηαιχνληαη ζην λεξφ, αιιά αλη' απηνχ ζπγθεληξψλνπλ ζηηο ζθαίξεο λαλνκνξίσλ πνπ κπνξνχλ λα πεξηέρνπλ, ηε βηηακίλε ή ηελ αληηγεξαληηθή ρεκηθή νπζία, θαη ην ίδην είηε δηαιχεηαη ζην ιίπνο είηε ζε έλα ρσξηζηφ εζσθιεηφκελν ζηαγνλίδην λεξνχ. Σν πιενλέθηεκα ζε απηέο ηηο θξέκεο είλαη φηη ην ιηπφζσκα ή micelle απνξξνθάηαη εχθνια απφ ηα θχηηαξα ζην δέξκα, θαη έηζη απμάλεη ην πνζφ ελεξγνχ ζπζηαηηθνχ πνπ απαηηείηαη. Με παξφκνην ηξφπν, ηα ιηπνζσκάηα θαη ην micelle ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα απμήζνπλ ηε ζξεπηηθή πνηφηεηα ησλ ζπζθεπαζκέλσλ ηξνθίκσλ. Οη ιηπαξέο ζθαίξεο, αληί ησλ παξαδνζηαθψλ βηηακηλψλ ζην δέξκα, βνεζνχλ ηηο βηηακίλεο, ηα αλφξγαλα άιαηα θαη άιιεο ζξεπηηθέο νπζίεο (γλσζηέο σο nutriceuticals) λα απνξξνθεζνχλ Οη πδξφθηιεο επηθεθαιείο νκάδεο ηνπ ιηπαξνχ νμένο εθηίζεληαη ζην λεξφ, νη πδξνθνβηθέο νκάδεο νπξψλ ζπγθξαηνχλ θνληά θαη ζην εζσηεξηθφ micelle. Σν δηάγξακκα παξνπζηάδεη micelle πνπ πεξηέρεη «ηα nutriceuticals». ε άιια θαιιπληηθά πηνζεηείηαη κηα απινχζηεξε πξνζέγγηζε, παξαδείγκαηνο ράξηλ ζηα αληειηαθά. Σν νμείδην ςεπδάξγπξνπ έρεη ρξεζηκνπνηεζεί σο sunblock γηα κεξηθέο δεθαεηίεο, φκσο θαλνληθά είλαη κηα άζπξε θφιια (πνπ δελ είλαη πνιχ ειθπζηηθή!). χγθξηζε ηνπ νμεηδίνπ ηνπ ςεπδάξγπξνπ πξηλ θαη κεηά ηελ ρξήζε ηεο λαλνηερλνινγίαο 115

116 Με ηε κείσζε ηνπ κεγέζνπο ησλ κνξίσλ ηνπ νμεηδίνπ ηνπ ςεπδάξγπξνπ ζε λαλνθιίκαθα, νη νπηηθέο ηδηφηεηεο αιιάδνπλ (είλαη ηψξα δηαθαλείο ζην νξαηφ θσο), αιιά νη άιιεο ηδηφηεηέο ηνπο παξακέλνπλ νη ίδηεο (κπνξνχλ αθφκα λα απνξξνθήζνπλ θαη λα εκπνδίζνπλ ηελ αθηηλνβνιία UV). Καζίζηαηαη έηζη έλα απνηειεζκαηηθφ θαη ειθπζηηθφ πξντφλ ΚΑΘΑΡΗΣΗΚΑ Θα πξέπεη λα γλσξίδνπκε φηη φια ηα πιηθά αθφκε θαη ηα πνην ιεία φπσο ην γπαιί θαη ε πνξζειάλε αλ ηα δνχκε ζην κηθξνζθφπην ζα δηαπηζηψζνπκε φηη έρνπλ ηεξάζηηνπο πφξνπο,αφξαηνπο κελ ζην αλζξψπηλν κάηη ε ηελ πθή, αιιά φρη θαη ζηνπο ξππνγφλνπο νξγαληζκνχο πνχ ππάξρνπλ ζην πεξηβάιινλ. Έηζη ινηπφλ κέζα ζηνπο πφξνπο ησλ πιηθψλ πξψηα επηθάζνληαη ιηπαξέο νπζίεο ηνπ πεξηβάιινληνο, πάλσ ζε απηέο ηηο νπζίεο θάζνληαη ηα κηθξνζσκαηίδηα ησλ δηαθφξσλ ξχπσλ ηνπ πεξηβάιινληνο θαη δεκηνπξγείηαη ε γλσζηή καο βξσκηά πνχ βιέπνπκε ζε φιεο ηηο επηθάλεηεο. ηαλ θαζαξίδνπκε κία επηθάλεηα κε ηα γλσζηά ρεκηθά ην κφλν πνχ επηηπγράλνπκε είλαη λα αθαηξνχκε ηηο βξσκηέο θαη ηαπηφρξνλα λα μαλαλνίγνπκε ηνπο πφξνπο νπφηε επαλαιακβάλεηε ε πξνεγνχκελε δηαδηθαζία γηα ρξφληα κε ζπλέπεηα ν άλζξσπνο κηα δσή λα πιεξψλεη, λα ράλεη ρξφλν θαη ην ζπνπδαηφηεξν λα ξππαίλεη ηνλ πδξνθφξν νξίδνληα αθνχ φια ηα ρεκηθά απφβιεηα εθεί θαηαιήγνπλ. Βδψ ινηπφλ ε επηζηήκε παξεκβαίλεη θαη ππνθαζηζηά ηελ θχζε δεκηνπξγψληαο ην θαηλφκελν LOTUS EFFECT κε ηερληθά κέζα Αειαδή κέζσ ηνπ λεξνχ ε ηνπ νηλνπλεχκαηνο πνχ βξίζθνληαη ζηα κπνπθάιηα κε ην Ναλνπξνηφλ εθηνμεχνπκε εθαηνκκχξηα Ναλνζσκαηίδηα ηα νπνία έρνπλ ηελ ηδηφηεηα λα γεκίδνπλ ηνχο πφξνπο ηνπ πιηθνχ (εηθφλα 3) δεκηνπξγψληαο έηζη κία πξαγκαηηθά ιεία επηθάλεηα, ζε ιίγα ιεπηά ην λεξφ ε ην νηλφπλεπκα εμαηκίδνληαη θαη ε ςεθαζκέλε επηθάλεηα ελψ δηα γπκλνχ νθζαικνχ δελ παξνπζηάδεη θακία δηαθνξά, θαλείο άλζξσπνο δελ κπνξεί λα αληηιεθζεί ηελ δηαθνξά κεηαμχ ελφο πξντφληνο θξαγηζκέλνπ κε Ναλνηερλνινγία θαη ελφο άιινπ ρσξίο. Μφλν κε πάξα πνιχ αθξηβά ειεθηξνληθά κηθξνζθφπηα κπνξεί θάπνηνο λα δεη ηελ δηαθνξά. Έηζη ηψξα δελ ππάξρνπλ πφξνη λα θάηζνπλ ιηπψδεηο νπζίεο πάλσ ζηηο νπνίεο ζα επηθαζίζνπλ ξππνγφλνη νξγαληζκνί. Βπεηδή φκσο ιφγσ βαξχηεηαο αλ πέζεη θάπνην ξππνγφλν πιηθφ πάλσ ζε κηα ζθξαγηζκέλε επηθάλεηα ζα παξακείλεη απηφ ην πιηθφ πνιχ εχθνια κπνξεί λα απνκαθξπλζεί είηε κε ιίγν λεξφ ε κε έλα βξεγκέλν παλί. 116

117 ΔΝΓΤΜΑΣΑ Δ λαλνηερλνινγία κπνξεί λα βειηηψζεη ηα πθάζκαηα, θάλνληάο ηα ζθιεξφηεξα θαη αλζεθηηθφηεξα ζηνλ ξχπν, ην λεξφ, ηα έιαηα θαη/ή άιιεο ρεκηθέο νπζίεο. Πνιιέο απφ απηέο ηηο εμειίμεηο είλαη βαζηζκέλεο ζηε θχζε. Παξαδείγκαηνο ράξηλ ην θχιιν ισηνχ αλαγθάδεη ην λεξφ λα ζρεκαηηζηεί ζε ράληξεο θαη έηζη λα ξηρηεί εχθνια. Σα θξνχηα φπσο ηα ξνδάθηλα θαιχπηνληαη απφ κηθξνζθνπηθέο ηξίρεο πνπ επηηπγράλνπλ ην ίδην απνηέιεζκα. Με ηελ ελζσκάησζε ηέηνησλ ραξαθηεξηζηηθψλ γλσξηζκάησλ ζηα θαηαζθεπαζκέλα πιηθά, απηά κπνξνχλ λα γίλνπλ απσζεηηθά ζηνπο ιεθέδεο. Δ λαλνηερλνινγία νδεγεί επίζεο ζηελ ελζσκάησζε άιισλ ραξαθηεξηζηηθψλ γλσξηζκάησλ ζηνλ ηκαηηζκφ. Ώπηφ πεξηιακβάλεη ηελ ειεθηξνληθή γηα ηε ξχζκηζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηνλ έιεγρν ηεο πγείαο, ειαθξχηεξα, αλζεθηηθά πιηθά, αθφκε θαη κεηαβαιιφκελεο δπλαηφηεηεο ζη&epsilon