NANOTEHNOLOGII

Nanotehnologia este ingineria de lucruri extrem de mici, care vizează proiectarea, construcţia şi manipulare a sistemelor ale căror fundamentale unităţi au dimensiuni de pe ordinea de la 1 la 100 de nanometri. Unnanometru (nm) echivalează cu 10 -9 m, sau aproximativ 100.000 de ori mai mica decat grosimea unui fir de păr (0,1 mm) şi aproximativ de zece ori dimensiunea unui atom de hidrogen (0, 1 nm). Nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar ce cuprinde în prezent mai multe teme şi aplicaţii în multe domenii, cum ar fi produse de larg consum (, alimente îmbrăcăminte, cosmetice), mediul, energia, electronica si medicina. Aplicaţii potenţiale viitoare sunt imense, de la nanorobots pentru a repara celulele noastre la materiale mai uşoare decât oţelul, dar de zece ori mai puternic. Conform unor oameni de stiinta, nanotehnologia este de natură să stea la baza următoarea revoluţie industrială, în doar 10 sau 20 de ani.

Ce este nanotehnologie 
aplicaţii ale nanotehnologiei curent 
nanotehnologie moleculară: Viitorul 
Oportunităţi pentru Inginerie Chimică

CE ESTE NANOTEHNOLOGIEI

Semnificaţia de nanotehnologie a evoluat pe parcursul anului trecut. Iniţial, termenul desemnează o inginerie moleculara la scară, construcţiilor şi manipula-l la sisteme de componente scara nanometrica, cum ar fi celulele din corpul nostru, care constau dintr-o varietate de masini moleculare. Acest concept a nanotehnologiei nu a fost încă finalizat, dar este în prezent un domeniu fertil de cercetare. Cu toate acestea, cu evoluţiile în domeniul ştiinţei şi tehnologiei de materiale, este acum posibil de a construi materiale scara nanometrica structurate, care au proprietăţi noi şi interesante, cum ar fi hainele acoperite cu nanofilamentos carbon care resping apa, cum ar fi Fuzz subţiri de piersici. Dezvoltarea de nanomateriale, precum şi entuziasmul în jurul valorii de nanotehnologie pe termen lung, a făcut sensul său a fost extins, acoperind acum o varietate detehnologii care manipulează materia pe o scară mai mică de 100 nm. Citându-l pe Eric Drexler, considerat de mulţi tatăl a nanotehnologiei, există două nanotehnologia: nanotehnologia şi produse moleculare nanotehnologia de fabricaţie manipulate la scara nanometrica (nanostructura care are totul, cum ar fi mici particule sau straturi subţiri). Un mare potenţial al nanotehnologiei în viitor, probabil, se află în procesul de fabricaţie moleculare. Nanotehnologiei doua nu este la fel de revoluţionar, dar acesta este deja în piaţă şi poate însemna vârful aisbergului: "Acest modest, destul de low-tech de aplicare a nanotehnologiei [nanoparticulelor şi nanomaterialelor] este doar vârful mic de un aisberg vast - un aisberg care ameninţă să se afunde, chiar "de nescufundat" societăţi "(din cartea de Jack Uldrich şi Newberry Deb,. "Urmatorul lucru pe Big este foarte mic: Cum Nanotehnologia va schimba viitorul Your Business"). CRN (Centrul de Nanotehnologie Responsabil) propune ca o bună definiţie încearcă să cuprindă atât nanotehnologie, "Nanotehnologia este de inginerie a sistemelor funcţionale la scara moleculara." Pentru mai multe informaţii şi o vedere mai cuprinzătoare a nanotehnologiei, a se vedea, de asemenea, înţelegere Nanotecnnology,Nanotehnologia Acum şi nanotehnologie in Wikipedia.

 ::: ACASA::: 

APLICAŢII ALE NANOTEHNOLOGIEI CURENT

Aplicaţii ale nanotehnologiei deja pe piaţă astăzi sunt în primul rând în domeniul nanomaterialelor. Există multe exemple: produsele de protectie solara cu nanoparticule de oxid de zinc, care sunt foarte eficiente la absorbi razele ultraviolete, dar să-i treacă lumina vizibilă, ceea ce face ambalajele produselor alimentare crema transparent cu nanoparticule de argint, care au proprietati antibacteriene, haine şi ţesături nanofilamentos filmate de a respinge apa si murdaria, rachete de tenis, hochei bastoane şi alte echipamente sportive în zonele critice, armate cu nanotuburi de carbon. Figurile 1, 2 şi 3 arată mai mult trei exemple.

Pentru mai multe informaţii şi exemple, a se vedea Nanotehnologia Acum şi înţelegere Nanotecnnology. A se vedea, de asemenea, inventarul de produse de consum care conţin nanomateriale, organizat de Proiectul privind nanotehnologii emergente (peste 500 de produse în luna iulie 2007!).

Figura 01: Picături de apă pe suprafaţa de lemn tratat cu Lotus pulverizare, BASF. Lotus este o plantă a cărei frunze resping apa, deoarece acestea sunt acoperite cu nanocristale de o ceară hidrofob, ceea ce reduce suprafaţa de contact între apă şi suprafaţa pentru doar 2-3% din suprafaţa totală. Acest efect este imitat de pulverizare a BASF combină nanoparticule cu polimeri hidrofobi. Spray este deosebit de eficientă în suprafeţe aspre, cum ar fi materiale de constructii, lemn, hârtie, piele şi textile.(Figura reproduse cu permisiunea PIO publicarii Limited; articolul original poate fi vizualizat aici)

Figura 02: Imagine de Fundal pentru utilizare antibacteriene, de exemplu, în spitale. De mai sus, apare fibrele de hârtie şi fibre convenţionale în cadrul aceleaşi filmate cu nanoparticule de ZnO, particulele sunt prezentate în detaliu în colţul din dreapta jos.Nanoparticulele au activitate antibacteriana, testat cu E. coli  Acelaşi principiu poate fi aplicat la textile. (Figura reproduse cu permisiunea Societatii Regale de Chimie, articolul original poate fi vizualizat aici)

Figura 03. Nanoparticule de aur obligati preferential la celulele canceroase (stânga) şi nu au nici o afinitate specifice pentru celulele sanatoase (dreapta), oferind astfel un mijloc eficient de diagnostic.Nanoparticulele sunt legate de un anticorp care recunoaste o proteina de pe suprafata celulelor canceroase. (Figura reprodus cu permisiune de la American Chemical Society, articolul original poate fi vazut aici).

 ::: ACASA::: 

NANOTEHNOLOGIA MOLECULARĂ: VIITORUL

În 1959, Richard Feynman, care ar câştiga Premiul Nobel pentru Fizică în 1965, conceput ca viitorul nanotehnologiei (deşi fără a folosi acest termen):

Vreau să construiesc un miliard de mica fabrici, modele de fiecare parte, care sunt de fabricaţie simultan. (...) Principiile fizicii, la ceea ce pot vedea, nu să vorbească împotriva Posibilitatea de manevre lucruri atom cu atom.Aceasta nu este o încercare de a încălca orice lege, este ceva, în principiu, care poate fi făcut, dar în practică, acesta nu a fost făcut pentru că noi suntem prea mari. 

Această idee de a produce nanofactories precise atomică a fost dezvoltat de Eric Drexler, de la anii de 1980 şi acum este cunoscut ca nanotehnologia moleculară sau de fabricare a moleculară. În conformitate cu această viziune a viitorului, unităţile fundamentale ale unui nanofactory sunt nanomaşini care manipulează în mod individual fiecare moleculă (Figura 4) şi de a asambla molecule in structuri mai mari, permiţând astfel producţia de aproape tot ce vă puteţi imagina, inclusiv alte nanomaşini. Într-un nanofactory, are un control strict asupra miscare moleculara si formarea de noi molecule, contrar a ceea ce se întâmplă în reactoare chimice curente, care nu au control direct asupra mişcare moleculară, introducerea trilioane de molecule în contact, prin urmare, rezultând produsul dorit, dar, de asemenea, multe bunuri nedorite. Un nanofactory poate integra milioane de nanomaşini şi a sistemelor auxiliare de transport, energetice şi de control, organizate în mai multe niveluri, care să permită construirea de atom cu atom produse complexe, curat, ieftin şi eficient. Şi se poate potrivi toate pe partea de sus a biroul nostru! Surprins? Unii oameni cred că acest lucru nu este o idee prea futurist şi că următorii 10 până la 20 de ani au, de fapt, o nouă revoluţie industrială, bazată pe producţie moleculară.

Conceptul din procesul de fabricaţie moleculară poate părea mai puţin futurist şi mai fezabile pe termen mediu, dacă am recurge la exemple din biologie. Ribozomii prezentă în toate celulele, poate fi văzută ca nanomaşini (aproximativ 20 nm în diametru), care citeşte informaţia genetică conţinută în ARNm şi asambla secvenţe de aminoacizi pentru a forma proteine. Ei s-au folie funcţie de compoziţia lor atomice şi apoi interveni în procesele de numeroase, luare de maşini s-au moleculare pentru a promova anumite reacţii chimice. Ribozomi şi proteinele sunt apoi unele dintre maşini moleculare care alcătuiesc nanofactory complex eficient şi care este celula.Biologie ilustrează bine potenţialul nanotehnologiei, dar în opinia lui Eric Drexler, noi nu prea ar trebui sa blocat la modelul de biologie, din moment ce nano artificial poate deveni mult mai eficiente decât biologice, astfel cum sunt mai rapide avioane păsărilor.

Pentru a obţine o idee mai clară a modului în care oamenii de ştiinţă şi ingineri astăzi nanofactory concepe viitor,urmăriţi acest film, o animaţie a unei molecule nanofactory de prelucrare artistică a face un computer portabil. Pentru informaţii mai detaliate, citiţi articolul de Eric Drexler, de asemenea, şi de a vizualiza pagina îne-drexler.com dedicat nanotehnologie moleculară. A se vedea, de asemenea, pagina de CRN (Centrul de Nanotehnologie Responsabil), în cazul în care veţi găsi o descriere amănunţită a ceea ce ar putea fi în nanotehnologie viitor, inclusiv o discuţie relevantă de posibile economice, sociale si militare.

Figura 04: Mill moleculară atom de hidrogen transferul unul dintre instrumentele care circula in covor pentru mărfurile transportate pe covorul de mai jos. Instrumentul poartă un atom de hidrogen (alb), legat de germaniu (purpuriu) şi produsul are o parte de carbon până radicale (verde). La punctul de contact, atomul de hidrogen este transferată de carbon germaniu formează o legătură mult mai puternică. Toate componentele mecanice pot fi modelate la scara atomica, care nu este prezentată în Fig. (Figura reprodus cu permisiunea de Dr. Eric Drexler)

 ::: ACASA::: 

OPORTUNITĂŢI PENTRU INGINERIE CHIMICĂ

Nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar, care să contribuie la aplicat fizica, chimie (în chimie supramoleculara special, chimie coloid şi chimie fizică), stiinta materialelor, inginerie electronica si chimica.

Relaţia dintre inginerie chimică şi nanomaterialelor se întâmplă mai întâi în procesul de foarte de fabricare a acestor materiale, în cazul în care inginer chimic, cu un background solid în proces de inginerie, are in mod natural o contribuţie importantă pentru a face. Mai mult decât atât, chiar şi materiale sintetizate au aplicaţii în procese chimice, atât în domeniul reacţiei chimice (catalizatori nou nanostructurate), precum şi în procesele de separare (structurat la scara nanometrica membrane). Nanocatalysts pot avea un impact important asupra mediului şi tratamente în domeniul energiei, inclusiv dezvoltarea de celule de combustie cu hidrogen, în timp ce nanoseparações pot fi foarte utile în probleme de mediu şi de procese de purificare în substanţe chimice fine, inclusiv produse farmaceutice şi produse de biotehnologie. La nivelul tehnologiei de producţie, de încorporare a nanomaterialelor şi, în general, manipularea scara moleculara pot beneficia un număr de domenii în care inginerii chimice sunt implicate, cum ar fi produse de toaletă şi cosmetice, produse de curăţare, produse alimentare, vopsele, materiale plastice şi textile.

Inginerii chimice sunt, de asemenea, implică tot mai mult în domenii legate de ştiinţele medicament şi a vieţii, cum ar fi administrarea şi eliberare controlata de droguri, tehnici de diagnostic, dispozitive biomedicale şi ingineria ţesutului, domenii în care nanotehnologia are o astfel de intervenţie în creştere. De exemplu, în domeniul de livrare de droguri, plimbări la dezvoltarea vehiculelor care transportă medicament exact la celule sau ţesuturi în cazul în care este nevoie. În tratamentul cancerului, exista deja nanocapsules studii care transportă droguri în mod specific la celulele canceroase în timp ce minimizarea daunelor provocate de tesutul sanatos.

Inginerie chimica, cum ar fi moleculară bazate pe inginerie şi de inginerie procesul de fabricaţie, are, de asemenea, o contribuţie pentru a face în cercetării de vârf pe masini moleculare şi de fabricare a moleculare. Domenii de cercetare care vor contribui la viitor nanofactory, cum ar fi chimie fizica, mecanica moleculara, asocierea spontana de molecule, chimie de calcul şi sisteme moleculare de inginerie este adesea făcută de către oamenii de ştiinţă, cu un fundal in inginerie chimica.

Dar nanofactory este încă o viziune a viitorului, promiţătoare şi interesante, dar nu este fezabilă în momentul de faţă. Cu toate acestea, chiar şi fără a ajunge la scara nanometrica, inginerie chimica, într-adevăr a evoluat faţă de reducerea de scară, prin ceea ce se numeste intensificarea procesului. Intensificarea proceselor şi reducerea consecutivă a scară pot fi realizate prin reducerea dimensiunii de echipamente care alcătuiesc o instalaţie industrială sau bucăţi proiectarea individuale ale echipamentelor care să integreze diverse operaţiuni, cum ar fi reacţie chimică, urmată de separarea produselor de reacţie. Pentru intensificarea proceselor au contribuit mai multe tehnologii, cum ar fi microreactor, care poate fi de mărimea unui card de credit şi să includă o serie de microchannels (10 la 100 microni în diametru), care sunt deţinute mai multe operaţiuni, inclusiv amestecarea reactivi, reacţie chimică, transfer de căldură şi de separare.

În concluzie, inginerie chimică şi nanotehnologia, reprezintă atât moderne moleculare bazate pe discipline şi aplicaţii în mai multe zone. Ca atare, este firesc să treacă de mai multe ori convergente pentru a crea produse şi procese noi care îmbunătăţesc calitatea vieţii noastre.

Pentru mai multe informaţii despre noile oportunităţi de inginerie chimică în epoca de nanotehnologiei, se vedea o serie de patru articole în revista Progress Inginerie chimică, noiembrie 2003:

• Rittner F, Holister P. Nanoparticulele - Ce e acum, ce urmeaza? Chim. Prog.2003 Eng, 99 (11): 39s-42S.
• Harper T, Vas CR Holister P. De alimentare cu viitorul industriei chimice. Chim. Eng Prog. 2003, 99 (11): 34S-38S.
• Carrillo DL. Nanosensor de nişă în Nanotecnology. Chem.Eng. Prog. 2003, 99 (11): 43S-47.
• MC Roco. Pavaj de parcurs pentru Nanotehnologie viitor. Chim. Eng Prog. 2003, 99 (11): 48S.

Pentru o mai avansate, vă sugerăm să trei articole din Jurnalul AIChE:

• JY Ying. cercetare în nanotehnologie şi Bioinginerie. AIChE J. 2005, 51 (9):2382-2385.
• Tirrell M. Materiale modulare de auto-asamblare. AIChE J. 2005, 51 (9):2386-2390.
• Langer R, Peppas N. Advances in Biomateriale, livrare de droguri, şi bionanotechnology. AIChE J.2003, 49 (12):2990-3006. 

Pentru a afla mai multe despre intensificarea procesului şi microreactor, citiţi articolul de revizuire următorul text:

• AI Stankiewicz, JA Moulin. Intensificarea procesului: Transformarea Inginerie Chimică. Chim. Eng Prog.2000 96 (11):22-34.