ΔΙΑΦΟΡΑ ΘΕΜΑΤΑ

Νανοτεχνολογία: Ταξίδι στον κόσμο των νάνων…

tttttttp3p-m_wafer_13micron_resize

Σε γενικές γραμμές όλοι γνωρίζουμε τι είναι τεχνολογία. Πόσα όμως ξέρετε για την νανοτεχνολογία;

Δύσκολο πράγμα να αποδώσει κανείς με λίγα λόγια την εξέλιξη της τεχνολογίας. Για κάτσε και σκέψου όμως πόσα πολλά μικρομέγαλα επιτεύγματα έχουν γίνει σε μόλις μερικές δεκαετίες. Από τις υπολογιστικές μονάδες που κάποτε καταλάμβαναν σε όγκο όσο μια ντουλάπα στα σημερινά PDA που χωρούν σε μια παλάμη. Από τις πρώτες συσκευές κινητής τηλεφωνίας που θύμιζαν walkie-talkie στα κινητά του σήμερα που φωτογραφίζουν, τραβούν βίντεο και ένα σωρό άλλα πράγματα. Από τους δίσκους βινυλίου, στους οπτικούς και στα MP3-players που παρά την μεγάλη αποθηκευτική τους ικανότητα το μέγεθος τους δεν ξεπερνά ένα πακέτο τσίχλες. Μα, τι στο καλό; Μήπως κάτι δεν πάει καλά; Για ποιο λόγο τα πάντα συρρικνώνονται;

Η τεχνολογική εξέλιξη ήταν ανέκαθεν συνδεδεμένη με τον μινιατουρισμό, μια έννοια που χαρακτηρίζει το σύγχρονο πολιτισμό που θα είχε διαφορετική όψη αν δεν υπήρχε η επιστήμη της μικρολιθογραφία. Η συγκεκριμένη τεχνική χρησιμοποιείται στην κατασκευή των περίφημων τσιπς. Ένας σημερινός μικροπεξεργαστής αποτελείται από περίπου 40 εκατομμύρια τρανζίστορς ενώ μέχρι το 2015 εκτιμάται πως θα περιλαμβάνει κοντά στα 5 δισεκατομμύρια(!). Κάθε χρόνο η βιομηχανία υπολογιστικών συστημάτων επενδύει τεράστια κεφάλαια για να ξεπεραστούν τα όρια που οι ίδιες είχαν θέσει μερικούς μήνες νωρίτερα (οι επεξεργαστές αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα). Ακόμα όμως και η μικρολιθογραφία έχει τα όρια της. Η αποτύπωση της αρχιτεκτονικής ενός τσιπ με την χρήση ακτίνας λέιζερ ή υπέρυθρης δέσμης έχει ορισμένους περιορισμούς που σχετίζονται με την κλίμακα των «μικρών» (1 micro=0,001 χιλιοστά). Για αυτό το λόγο η επόμενη πρόκληση για τους επιστήμονες έχει να κάνει με τρεις τάξεις μεγέθους παραπάνω που αφορούν στην κλίμακα των «νάνων» (1nano=1.000micro).

ravi_nanotube_resizeΛίγη ιστορία

Για να βάλουμε όμως τα πράγματα σε μια σειρά σας λέμε εκ του προοιμίου πως το ταξίδι στον μικρόκοσμο της ύλης και συγκεκριμένα της νανοτεχνολογίας προϋποθέτει μεγάλη φαντασία καθώς αφορά το αόρατο που πλησιάζει το τίποτα. Η ονομασία της νανοτεχνολογίας (ή αλλιώς μοριακής βιομηχανικής παραγωγής) προέρχεται από το ελληνικό πρόθεμα νάνο- το οποίο χρησιμοποιείται ως μονάδα μέτρησης για δηλωθεί το ένα δισεκατομμυριοστό (0,000,000,001  ή 10-9 μέτρα) της ύλης. Κάτι τόσο μικρό που πολύ δύσκολα μπορεί να αντιληφθεί ο απλός νους. Όσο είναι δηλαδή δέκα μόρια υδρογόνου κολλημένα στην σειρά, όσο το ένα χιλιοστό από το μήκος ενός βακτηριδίου, όσο το ένα εκατομμυριοστό από το κεφάλι μιας καρφίτσας, όσο τέλος πάντων το ένα δισεκατομμυριοστό από οποιαδήποτε ύλη. Αυτός είναι ο κόσμος της νανοτεχνολογίας, ένας υπομοριακός πεδίο που ωστόσο αγνοούμε την ύπαρξη του. Το ανθρώπινο μάτι διακρίνει λεπτομέρειες χιλιοστομετρικής κλίμακας (10-3). Τα μόρια τοποθετούνται στην νανομετρική κλίμακα (10-9) ενώ τα άτομα ανήκουν στην κλίμακα άνγκστρομ (10-10).

Η ανάγκη όμως για την γνώση της ύλης πέρα από το άτομο δεν προέκυψε έτσι ξαφνικά. Ο Λεύκιππος ήταν ο πρώτος που είχε ασχοληθεί, μέσα από λογικά συμπεράσματα, πως η ύλη αποτελείται από άτομα ενώ αργότερα ο μαθητής του, ο Δημόκριτος, σχημάτισε μια ολοκληρωμένη άποψη. Άτομο σημαίνει άτμητο, αυτό δηλαδή που δεν διαιρείται. Από τότε δεν υπήρξε καμία σημαντική ανακάλυψη σε μοριακό επίπεδο. Μέχρι όμως το 1905, όταν ο Albert Einstein υπολόγισε το μέγεθος ενός μορίου ζάχαρης σε πείραμα διάχυσης της στο νερό. Το πείραμα του απέδειξε πως η διάμετρος κάθε μορίου ζάχαρης αντιστοιχούσε περίπου σε ένα νανόμετρο. Από εκείνη τη στιγμή τα πράγματα εξελίχθηκαν σχετικά γρήγορα. nanocrystals_resizeΤο 1931 οι M.Knoll και E.Ruska κατασκευάζουν το πρώτο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που δίνει το τις πρώτες εικόνες από τον κόσμο των «νάνων». Έπειτα από ακριβώς μισό αιώνα, οι G.Binning και H.Rohrer της IBM παρουσίασαν το πρώτο υποατομικό μικροσκόπιο. Χάρη σε αυτή την επινόηση τους, μετά από πέντε χρόνια, κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ. Ο νέος τύπος ηλεκτρονικού μικροσκοπίου είχε την δυνατότητα να μεγεθύνει αντικείμενα περίπου 10 εκατομμύρια φορές (!) δίνοντας την δυνατότητα στους επιστήμονες να παρατηρήσουν με ακρίβεια το κάθε μόριο καθώς και την επιφάνεια των ατόμων για πρώτη φορά. Η συσκευή των Φυσικών άνοιξε τις πύλες για τον νανόκοσμο. Tο 1991 ο S.Iijima της NEC ανακαλύπτει στην Ιαπωνία τους νανοαγωγούς άνθρακα. Οι επιστήμονες εξελίσσοντας συνεχώς την νανοτεχνολογία προχώρησαν πολύ περισσότερο από το να εξετάζουν απλώς ατομικά συμπλέγματα. Σήμερα είναι σε θέση να κατασκευάζουν υλικά μόριο προς μόριο και ατομικές πλέξεις δημιουργώντας νέες ιδιότητες και χαρακτηριστικά. Το 1998 o C.Dekker, μέλος του Πανεπιστημίου Delft στην Ολλανδία, κατασκευάζει το πρώτο τρανζίστορ από νανοαγωγούς. Δύο χρόνια μετά, επί κυβέρνησης Κλίντον θεσπίζεται Εθνικό Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας (ΝΝΙ) στο οποίο ο D.Eigler της IBM καθώς και άλλοι ερευνητές επινοούν την κβαντική ανάκλαση. Τοποθέτησαν ένα μαγνητικό άτομο ως επίκεντρο σε ένα ελλειπτικό σχηματισμό άλλων ατόμων τα οποία δημιούργησαν κβαντική ανάκλαση του ίδιου ατόμου σε μια άλλη εστία. Μπορεί να ακούγεται τρελό αλλά, εκτός από τις ιδιότητες της δέσμευσης, της έλξης και της αντίδρασης, οι επιστήμονες εξετάζουν το ενδεχόμενο  της «επικοινωνίας» μεταξύ των μορίων.

Λίγη τεχνολογία

Η πολτοποίηση, η χύτευση και η τήξη είναι διεργασίες οι οποίες κατά μια έννοια αναμειγνύουν την αρχιτεκτονική μιας ύλης με μια άλλη. Στην πραγματικότητα όμως το τελικό προϊόν θα περιέχει πάντοτε δύο ύλες έστω και αν αναφερόμαστε στον όρο του ενός. Ο επακριβής όμως προσδιορισμός σε επίπεδο μορίων θα προσφέρει δομές συνεπείς στους νόμους της φυσικής ώστε κάποια μέρα το συνολικό κόστος κατασκευής να είναι ισόποσο με τις ποσότητες ύλης και ενέργειας που θα χρησιμοποιούνται. Ίσως να περάσουν δεκαετίες, αιώνες, ποιος ξέρει, αλλά η επιστημονική κοινότητας έχει οργιάσει για τα καλά. Δεν είναι τυχαίο άλλωστε πως η κυβέρνηση Bill Clinton εγκαινίασε πριν από μερικά χρόνια το NNI (National Nanotechnology Initiative) επενδύοντας πριν από τέσσερα χρόνια επιπλέον 422 εκατομμύρια δολάρια, φυσικά για την εξέλιξη της νανομηχανικής και της νανοεπιστήμης για το καλό της ανθρωπότητας (ο νοών νοείτο). Σε παγκόσμια κλίμακα έχει επενδυθεί σχεδόν διπλάσιο ποσό, σύμφωνα με τον NSF (National Science Foundation).

Ο ακριβής έλεγχος της ύλης σε μοριακό επίπεδο για ευρεία χρήση είναι το πιο τρελό όνειρο για την επιστημονική κοινότητα. Η μοριακή βιομηχανία θα θέσει νέα δεδομένα σε επιστήμες όπως της ύλης/ αντιύλης ενώ θα επιτρέψει να γίνουν πραγματικότητα διάφορα εξτρεμιστικά σενάρια που σχετίζονται με την ιατρική (επισκευή κυττάρων), στην εξερεύνηση του διαστήματος (κινητήρες αντιύλης), στις τηλεπικοινωνίες (νευρωνικά δίκτυα) και στην βιομηχανία (άφθονη ενέργεια). Φανταστείτε, πως ανίατες ασθένειες, σαν το καρκίνο, θα μπορούν να θεραπεύονται κάνοντας μια απλή ένεση που θα είναι εμποτισμένη με έξυπνα νανοσωματίδια που θα εξουδετερώνουν τον ιό. Φανταστείτε, την ταυτόχρονη εκτόξευση χιλιάδων αυτόνομων ρομποτικών διαστημοπλοίων, όπου το καθένα δεν θα ξεπερνά σε μέγεθος ένα κουνούπι, με σκοπό την μεταφορά στοιχείων για ανεξερεύνητους κόσμους. Όλα αυτά ίσως να ακούγονται ακραίες φαντασιώσεις όσο αν γυρνούσατε πίσω στο χρόνο και λέγατε σε κάποιον για ηλεκτρική ενέργεια, εσωτερικής καύσης και για κομπιούτερ.

fab120030630_resizeΨήγματα της νανοτεχνολογίας εφαρμόζεται ήδη σε διάφορους τομείς και μάλιστα εδώ και αρκετό καιρό. Η εταιρία Exxonmobil χρησιμοποιεί ζεόλιθους καθώς και διάφορα άλλα πορώδη ορυκτά των οποίων η διαπερατότητα είναι μικρότερη από ένα νανόμετρο και χρησιμοποιούνται σαν καταλύτες για να διασπάσουν ή να απομακρύνουν μεγάλα μόρια υδρογονανθράκων από το πετρέλαιο ώστε να παραχθεί βενζίνη. Υλικά όπως η πλατίνα κατασκευάζονται με την μέθοδο της νανοτεχνολογίας και χρησιμοποιούνται στους καταλύτες για την συγκράτηση του θείου και άλλων ρύπων. Τα τελευταία χρόνια η IBM κατασκευάζει σκληρούς δίσκους που διαθέτουν στρώσεις της κλίμακας νάνο που προσφέρει υψηλή ανθεκτικότητα στα μαγνητικά πεδία και μεγαλύτερη χωρητικότητα. Η φαρμακευτική εταιρία Gilead Science χρησιμοποιεί νανοκάψουλες με διάμετρο περίπου 100-600 νανoμέτρων τα οποία μεταφέρουν την απαραίτητη ουσία στο σημείο που χρειάζεται χωρίς να επηρεάζονται άλλα όργανα, όπως αντικαρκινικές τοξικές ουσίες που χορηγείται στην χημειοθεραπεία.

Ως τεχνολογία, η νανοτεχνολογία συχνά συνδέεται με την φωτολιθογραφία και πολύ περισσότερο με την βιοτεχνολογία. Η φωτολιθογραφία είναι η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των τσιπς και γενικότερα οποιουδήποτε μικροηλεκτρονικού εξαρτήματος που η δομή του είναι μικρότερη από 100 νανόμετρα (0,001 χιλιοστά). Στην ουσία όμως η φωτολιθογραφία αποτελεί τον πρόδρομο της νανοτεχνολογίας καθώς μπορεί να δημιουργεί δομές στο επίπεδο των «μικρών» αλλά όχι των «νάνων» απέχοντας από την μοριακή βιομηχανία κατά τρεις ολόκληρες τάξης μεγέθους. Από την άλλη, η βιοτεχνολογία προσεγγίζει τα δεδομένα της νανοτεχνολογίας λόγω της δημιουργίας οργανικής ύλης και άλλων φυσικών μοριακών μηχανών χωρίς όμως να υπάρχει ακρίβεια δόμησης μόριο προς μόριο. Ο Bill Gates συνοψίζει τη νέα συνεργασία μεταξύ της πληροφορικής και της βιοτεχνολογίας λέγοντας πως «…ζούμε στην εποχή της πληροφορίας και οι βιολογικές πληροφορίες είναι πιθανώς οι πιο ενδιαφέρουσες πληροφορίες που αποκρυπτογραφούμε και επιχειρούμε να αποφασίσουμε να τις αλλάξουμε. Το ερώτημα δεν είναι εάν θα το κάνουμε αλλά πως θα το κάνουμε». Χμ, ενδιαφέρον ακούγονται τα λόγια του Bill. Μου φαίνεται πως βρήκαμε το νέο μας θέμα.

layer1josh_resizeΙ, NANOROBOT.

Η δόμηση ή αλλιώς η σειρά με την οποία τοποθετούνται τα μόρια καθορίζουν την σύσταση της ύλης. Για παράδειγμα, ο γραφίτης αποτελείται από συγκεκριμένο σύμπλεγμα ατόμων άνθρακα ενώ μια άλλη διαφορετική συνθέτει το διαμάντι. Όταν το αρσενικό είναι απομονωμένο αποτελεί ένα θανάσιμο δηλητήριο ενώ όταν συνδυαστεί στην δομή του γαλλίου δημιουργεί τη βάση πανάκριβων ημιαγωγών. Ο έλεγχος λοιπόν της μοριακής δομής μπορούν να δημιουργήσουν το χάος ή να επιφέρουν την τάξη. Στους τομείς που απαρτίζουν την μοριακή βιομηχανία υπάρχουν μεγάλες διαφορές ανάλογα με τον τρόπο νανοκατασκευής. Για παράδειγμα, στην βιοχημεία και συγκεκριμένα στην νανοχημεία, υπάρχει η δυνατότητα σύνθεσης κρυστάλλων, βιοπολυμερών ή ιστών με ακρίβεια μορίου, χάρη «μαλακή» δομή της ύλης. Στα στερεά υλικά όμως τα πράγματα είναι εντελώς διαφορετικά και η κατασκευή μιας ύλης στο απόλυτο κενό -π.χ. στα εργαστήρια ενός διαστημοπλοίου- είναι εξαιρετικά δύσκολη όσο και ασταθής.

Μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις στον τομέα της νανοτεχνολογίας είναι οι νανοαγωγοί και συμπλέγματα από αυτούς (π.χ. από πυρίτιο) δημιουργούν νανοκατασκευές, δηλαδή ύλη. Πως όμως και ποιος θα φτιάχνει αυτές τις νανοκατασκευές; Μια μελλοντική ιδέα είναι η δημιουργία ολόκληρων εργοστασίων στα οποία θα εργάζονται νανορομπότ με διαστάσεις μερικών micro. Κάθε νανορομπότ, δηλαδή κάθε νανομηχανή, θα αποτελείται από εξαρτήματα, όπως τα γρανάζια και οι βραχίονες, που θα συνθέτουν κατάλληλα δομημένα μόρια.  Στους συμβατικής τεχνολογίας κινητήρες η παραγόμενη ενέργεια χρησιμοποιείται για να δημιουργηθεί κίνηση. newplanetarybig_resizeΣτις νανομηχανές η ενέργεια που υπάρχει από την κίνηση των μορίων πρέπει να συγκρατηθεί και να διοχετευθεί σε μια κοινή συνισταμένη δημιουργώντας μηχανική ενέργεια σε αντίθεση με τη χημική. Θα υπάρχουν νανοκομπιούτερ, του επιπέδου ενός 8μπιτού υπολογιστή που θα περιλαμβάνουν μνήμη ταχείας καταχώρησης πιθανής χωρητικότητας έως 100Kb. Το μέγεθος τους θα κυμαίνεται ανάμεσα σε αυτό ενός ριβοσώματος (μέρος του κυττάρου όπου γίνεται η πρωτεϊνοσύνθεση) και ενός βακτηριδίου ενώ θα ελέγχουν την λειτουργία ενός εργοστασίου «βυθισμένου» σε ένα κενό χώρο που θα υπάρχουν μόρια πρώτης ύλης. Στο εργοστάσιο θα εργάζονται μικρότερα σε μέγεθος νανορομπότ που θα συντονίζονται από τα νανοκομπιούτερ. Με τους βραχίονες τους τα νανορομπότ θα παίρνουν κάθε μόριο και θα τα «συγκολλούν» κατασκευάζοντας ολόκληρα μπλοκ που ουσιαστικά θα είναι κλώνοι των εαυτών τους (των νανορομπότ). Οι νέοι κλώνοι θα κατασκευάζουν άλλα μπλοκ που θα είναι μια νέα γενιά κλώνων, και πάει λέγοντας. Έτσι θα δημιουργηθεί μια στρατιά από μοριακούς συναρμολογητές που θα επιταχύνουν το κτίσιμο του νέου υλικού, μόριο προς μόριο, φτιάχνοντας συνεχώς νέα μοριακά συστήματα συναρμολόγησης. Σαν αυτό το σενάριο υπάρχουν πάμπολλα για την δημιουργία ύλης μέσω της νανοτεχνολογίας. Το παραπάνω με τους μοριακούς συναρμολογητές, διατύπωσε πρώτος ο Dr.E.Dexler, μέγας νανοτεχνολόγος, που κυνηγά την δόξα ενός βραβείο Νόμπελ. Η αλήθεια πάντως είναι πως δύσκολα γίνονται κατανοητές τέτοιου είδους επιστημονικές επινοήσεις και όσο μπαίνει κανείς στα βαθιά τόσο πιο πολύ μπερδεύεται. Κάθε πράγμα λοιπόν στο καιρό του, έτσι δεν γίνεται;

rpi-bonding-luj-a_resizePC DNA.

Στο πλαίσιο της νανοτεχνολογίας εντάσσονται και τα κυκλώματα DNA. Ναι, αν δεν το ξέρατε υπάρχουν και τσιπάκια με βάση το DNA. Πριν από περίπου οκτώ χρόνια η κοινότητα των μοριακών βιολόγων συγκλόνισε την επιστημονική κοινότητα ανακοινώνοντας την δημιουργία του πρώτου ολοκληρωμένου κυκλώματος DNA που διαβάζει τις γενετικές ανωμαλίες. Ίσως δεν είναι μακριά η μέρα όπου ο ασθενής θα πίνει μια πορτοκαλάδα στην οποία θα περιέχονται κυκλώματα DNA που θα τον σαρώνουν διαβάζοντας την γενετική σύνθεση του. Μήπως όμως αυτά τα τσιπάκια θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ένα ταχύτατο μοριακό υπολογιστή; Οι επιστήμονες έχουν ήδη κατασκευάσει ένα τέτοιο υπολογιστή που ο τρόπος σκέψης του περνά από οδούς κυκλωμάτων DNA και όχι από τσιπάκια σιλικόνης. Οι μοριακοί τεχνολόγοι προβλέπουν πως η έναρξη της νέας βιοτεχνολογίας θα φέρει μια νέα εποχή. Ο Dr. L.Adelman υποστηρίζει πως το DNA σκέφτεται με ψηφιακό τρόπο και επινόησε ένα αλγόριθμο ώστε να μεταφράσει τα βασικά ζεύγη του DNA σε λωρίδες δυαδικής γλώσσας. Ο αμερικανός επιστήμονας πιστεύει πως ο υπολογιστής DNA μπορεί να κατασκευαστεί σε δωμάτιο κενού με κόστος περίπου στα 100.000 δολάρια ενώ η ταχύτητα του εκτιμά πως θα είναι περίπου ένα εκατομμύριο φορές πιο γρήγορος από τον πιο σύγχρονο υπολογιστή της εποχής μας. Τόσα και τόσα έχουμε ακούσει γιατί να μην τον πιστέψουμε;

Προς το αύριο.

«Όσο εξωπραγματικό και αν ακούγεται, η ιδέα ενός αυτοκινήτου που θα μπορεί να αλλάζει χρώμα σαν το χαμαιλέοντα ή να μεταβάλλει το σασί του σαν αιλουροειδές μπορεί να διασφαλιστεί από έναν εγγυητή που βρίσκεται ακόμα σε βρεφικό στάδιο: την νανοτεχνολογία». Παράτολμη ή όχι αυτή είναι  η πρόβλεψη του Ulf Κönig, μέλος του ερευνητικού κέντρου της DaimlerChrysler στο Ulm της Γερμανίας, για το αυτοκίνητο του μέλλοντος. Επίσης, ο Κönig διευθύνει το τμήμα έρευνας και εξέλιξης στο τομέα των Ford GloCar Conceptηλεκτρονικών και της μηχανοτρονικής και ξέρει πολύ καλά τι λεει. Είναι δε πεπεισμένος πως η νανοτεχνολογία θα οδηγήσει σε διάφορες επαναστάσεις τα επόμενα χρόνια στο τομέα της αυτοκίνησης. «Η νανοτεχνολογία δεν πρόκειται να βρει εφαρμογή αποκλειστικά στην βαφή και την κατασκευή αμαξωμάτων αλλά και στον ενεργειακό τομέα. Σε μερικές δεκαετίες τα αυτοκίνητα θα κινούνται με ενεργειακές κυψέλες που θα «καίουν» υδρογόνο. Η τεχνολογία των ενεργειακών κυψελών είναι μόνο η αρχή. Στο μέλλον τα αυτοκίνητα θα διαθέτουν κβαντικούς εγκεφάλους που θα ενεργούν αυτόματα, νευρωνικά καθίσματα που θα διαβάζουν τις σκέψεις μας χωρίς να είναι απαραίτητη η χρήση π.χ. του γκαζιού ή του τιμονιού. Τα αμαξώματα θα είναι κατασκευασμένα από εύπλαστη μοριακή δομή χάρη στη νανοτεχνολογία που θα επιτρέπει την εύκολη διαμόρφωση τους ανάλογα με την ταχύτητα του αυτοκινήτου και τους επιβάτες που θα μεταφέρει».

Μέχρι τότε όμως έχουμε ακόμα καιρό για αυτό ας δούμε τι γίνεται με το σήμερα. Ένα από τα ευρέως γνωστά πλεονεκτήματα της νανοτεχνολογίας είναι το φαινόμενο “lotus” το οποία χαρίζει σε οποιαδήποτε επιφάνεια ιδιότητες αυτοκαθαρισμού. Η ονομασία προέρχεται από το φυτό lotus το οποίο χαρακτηρίζεται από την εξαιρετικά λεία επιφάνεια των ανθόφυλλών του χωρίς να παραμένει κανένα ίχνος υγρασίας ή ακαθαρσίας. Βαφές, πλακάκια και οροφές που χαρακτηρίζονται από την ίδια ιδιότητα υπάρχουν σήμερα στο εμπόριο. Η νανοδομή των υλικών τους εξαλείφει μέχρι και την παραμικρή σταγόνα νερού. Ο καθένας από εμάς θα έχει διαπιστώσει πόσο επικίνδυνη είναι η βροχή που πέφτει στους εξωτερικούς καθρέπτες (ακόμα και αν αυτοί είναι αντιθαμβωτικοί) ή τα παράθυρα 605393nano05_resizeκαι μειώνει το οπτικό μας πεδίο. Πρόσφατα, η Volvo παρουσίασε καθρέπτες τεχνολογίας WIS που διώχνουν το νερό και βελτιώνουν την ορατότητα του οδηγού. Ta κάτοπτρα στα φωτιστικά σώματα του Audi A8 καθώς και σε άλλα πολυτελή μοντέλα διαθέτουν νανοεπιφάνεια που αντανακλά και διαχέει την φωτεινή δέσμη χωρίς να την απορροφούν και να την μετατρέπουν σε θερμότητα. Το πλύσιμο μιας βρώμικης ζάντας από την σκόνη που προέρχεται από τα υλικά τριβής (τακάκια) αποτελεί σίγουρα μια δυσάρεστη διαδικασία. Η DaimlerChrysler μελετά το lotus effect και την εφαρμογή του στην κατασκευή τροχών οι οποίοι δεν θα επιτρέπουν να κατακάθεται οποιαδήποτε βρωμιά.

Κάποια μέρα αυτές οι ζάντες θα τοποθετούνται στάνταρ στον εξοπλισμό των αυτοκινήτων της γερμανικής φίρμας όπως ακριβώς συμβαίνει με την επαναστατική βαφή νανοτεχνολογίας. Η τελευταία είναι περιέχει μικροσκοπικά κεραμικά νανοσωματίδια που δημιουργούν μια λακ που προστατεύει το χρώμα του αμαξώματος έως και 40%. Η νανοτεχνολογία εφαρμόζεται ακόμα και σε οχήματα βαρέως τύπου τα οποία χαρακτηρίζονται από τις τεράστιες γυάλινες επιφάνειες. Για παράδειγμα το παρμπρίζ και τα παράθυρα του Evobus της DaimlerChrysler καθώς και του Audi A8 διαθέτουν εξαιρετικά λεπτές ζελατίνες από νανοσωματίδια τα οποία αντανακλούν την υπέρυθρη ακτινοβολία χωρίς το εσωτερικό να μετατρέπεται σε θερμοκήπιο και να επιβαρύνεται λειτουργία του συστήματος κλιματισμού και αν το πάμε πιο μακριά η κατανάλωση καυσίμου. Στον τράκτορα Actross ο πίνακας οργάνων περιβάλλεται από διάφανο νανοπλαστικό στο οποίο δεν υπάρχουν αντανακλάσεις από καμία γωνία. Αξίζει να σημειωθεί πως τo ίδιο συμβαίνει και κόκπιτ του Audi TT. Όλες οι παραπάνω εφαρμογές μπορεί να μην φαίνονται και τόσο σπουδαίες αλλά να ξέρετε πως στο μέλλον η νανοτεχνολογία θα διαδραματίσει μεγάλο ρόλο. Για παράδειγμα σήμερα υπάρχουν εκδόσεις μοντέλων, όπως η Mercedes-Benz Ε-Class και το Audi A8, που εξοπλίζονται με ηλιοροφές φωτοβολταϊκής τεχνολογίας. Σε προηγούμενο τεύχος είχαμε αναφερθεί εκτενέστερα στην τελευταία αλλά ας θυμίσουμε πως τα φωτοηλεκτρικά στοιχεία οποιαδήποτε φωτοβολταϊκής διάταξης (PV) περιλαμβάνονται στο τομέα της μικροτεχνολογίας. Στη περίπτωση της E-Class η PV τύπου οροφή παράγει περίπου 30 Watts τα οποία συνδράμουν στη λειτουργία του συστήματος κλιματισμού μειώνοντας τη θερμοκρασία έως και 10 βαθμούς Κελσίου. Το αξιοσημείωτο είναι πως ο κλιματισμός μπορεί να λειτουργήσει ακόμα και αν το αυτοκίνητο είναι σταθμευμένο.

605427nano08_resize«Με την εξέλιξη της νανοτεχνολογίας οραματιζόμαστε μια ηλιακή βαφή που θα συλλέγει την ακτινοβολία. Η όλη ιδέα είναι η μετατροπή του αμαξώματος ενός αυτοκινήτου σε μια κινητή μονάδα ηλιακής κυψέλης που θα τροφοδοτεί με ενέργεια τους ηλεκτροκινητήρες» λέει ο οπτιμιστής Hartmut Presting, συνάδελφος του Κönig. Θεωρητικά η αρχή λειτουργίας της ηλιακής βαφής είναι απλή και η φόρμουλα της αποτελείται από τρία βασικά συστατικά. Σύμφωνα με τους Κönig και Presting, τα μόρια της χρωστικής ουσίας πρέπει να απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία και να απελευθερώνουν ηλεκτρόνια τα οποία θα μεταβιβάζονται σε νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου. Τα τελευταία θα είναι ενσωματωμένα με καταλύτη που βάζει τα ηλεκτρόνια σε τάξη για να υπάρξει ηλεκτρικό ρεύμα και θα τα μεταφέρει στο θετικό ηλεκτρόδιο με την βοήθεια ιωδιούχων ιόντων. Αν υποθέσουμε πως η ηλιακή βαφή είναι εφικτή το μεγαλύτερο πλεονέκτημα για το αυτοκίνητο αφορά στη μεγάλη επιφάνεια του αμαξώματος ανεξάρτητα από την γωνία της ηλιακής ακτινοβολίας. Σε μια επίδειξη ο Presting παρουσίασε μια λαμαρίνα μερικών τετραγωνικών εκατοστών βαμμένη με την ηλιακή βαφή η οποία παρήγαγε αρκετή ενέργεια για να θέσει σε λειτουργία ένα μικρό ηλεκτρικό μοτεράκι όπως αυτά που υπάρχουν στις κούκλες και τα αυτοκινητάκια.

Σαν εναλλακτική λύση της ηλιακής βαφής η ερευνητική ομάδα στο Ulm βλέπει την χρήση μιας ηλιακής ζελατίνας της οποίας η επιφάνεια θα διαθέτει οργανική επίστρωση με ημιαγώγιμες ιδιότητες (Οι ημιαγωγοί χαρακτηρίζονται για την ιδιότητα τους να επιτρέπουν την διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μόνο κατά μια διεύθυνση). Εκτός λοιπόν από την φωτοβολταϊκή τεχνολογία σε προηγούμενο τεύχος είχαμε αναφερθεί εκτενέστερα και στις ενεργειακές κυψέλες. Που κολλάει τώρα η νανοτεχνολογία με αυτή των fuel cells; Θυμηθείτε πως μια συστοιχία κυψελών αποτελείται από πολυμερείς σε σειρά μεμβράνες οι οποίες βρίσκονται εγκλωβισμένες ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια και με λίγα λόγια διαχωρίζουν το υδρογόνο από το οξυγόνο. Με την νανοτεχνολογία οι ειδικοί ερευνούν την βελτίωση της απόδοσης κατασκευάζοντας εξαιρετικά λεπτές μεμβράνες μειώνοντας παράλληλα και το μέγεθος της μονάδας των κυψελών. Κάτι τέτοιο θα διακόψει την ανάγκη της πανάκριβης πλατίνας σαν καταλύτη. Ωστόσο, η νανοτεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους άλλους τομείς…

Δημοσιευμένο στο περιοδικό RAM (Τεύχος Μαρτίου 2003)

Ετικέτες

Nίκος Ι. Mαρινόπουλος

Πρόκειται για τον δημιουργό και συντονιστή του καρότου με τις περισσότερες τεχνολογικές βιταμίνες σε όλον τον κόσμο!

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close