V poslednom desaťročí sa čoraz častejšie stretávame s pojmami, ako sú nanotechnológie, nanomateriály a nanočastice. Postupne si zvykáme na to, že sa stávajú súčasťou nášho života. Málokto však vie, ktoré vynálezy najviac umožnili rozmach vedného odboru s prívlastkom „nano“.
O prístrojoch a zariadeniach, ktorými môžeme nielen vidieť a zobrazovať veci na tej najmenšej úrovni – nanometrovej a subnanometrovej, ale týmito prístrojmi môžeme aj modifikovať a tvarovať hmotu na nano úrovni, hovoril v Bratislavskej vedeckej cukrárni Ing. Ján Šoltýs, PhD., z Elektrotechnického ústavu Slovenskej akadémie vied.
Čo je to nanotechnológia?
Nanotechnológia je veda, vedný odbor, ale aj priemyselný odbor zaoberajúci sa tvarovaním a modifikovaním hmoty na substonanometrovej úrovni. S pojmom nanotechnológia sa spájajú aj najbežnejšie veci, ktoré už používame denne. Dnešné tranzistory majú svoje jednotlivé časti substonanometrové, takže môžeme povedať, že už aj v mobiloch všetky základné elementárne súčiastky sú nanotechnológie v rámci integrovaného obvodu.
Mikrometer je milióntina metra, nanometer je miliardtina metra, čiže 10-9 metra.
Zaujímavú vlastnosť predstavujú nanočastice s priemerom menším ako 100 nanometrov. Ich hydrofóbne vlastnosti sa využívajú napr. v odevnom priemysle, v outdorovom oblečení, v obuvi. V kozmetike našli svoje uplatnenie, napr. v krémoch na opaľovanie s vysokou odolnosťou. Využívajú sa tiež na čistenie vody. Nanočastice dokážu na seba zachytiť nečistoty a tým odstrániť z vody napr. ťažké kovy. Napríklad v leukoplastoch na rany sa nachádzajú častice striebra, ktoré majú antiseptické účinky, takže sa rana sa nezapáli a rýchlejšie sa zahojí. Trend do budúcnosti je pokračovať ďalej v nanotechnológiách. Prinesú nám napríklad zvýšenie kapacity batérií, flexibilné displeje a ďalšie.
Z histórie mikroskopie
Prvé „lupy“ používali už Rimania. Prvé drobnohľady zostavil v roku 1590 v Holandsku Zacharias Jansen. V 17. storočí pokračovali v zdokonaľovaní Galileo Galilei a Anton van Leeuwenhoek, ktorého práce patrili k vrcholom mikroskopických pozorovaní. Roku 1663 anglický bádateľ Robert Hooke skúmal pod mikroskopom hmyz a rastliny. Ďalší významný osun až v 19. storočí (E. Abbe, O. Schott a Carl Zeiss).
V 20. storočí boli vynájdené dva rôzne druhy mikroskopov, ktoré prevyšovali možnosti dovtedy používaného klasického optického mikroskopu. Umožnili tým otvoriť pomyselné okno do nanosveta. Prvým z nich bol skenovací elektrónový mikroskop a druhým mikroskop využívajúci atomárne sily. Tieto mikroskopy dokážu zobrazovať objekty s rozlíšením menším ako 1 nm a pomocou nich môžeme tiež skúmať, modifikovať alebo tvarovať povrch materiálov na atomárnej úrovni.
Ing. Ján Šoltýs, PhD.
Výhodou je, že keď skombinujú všetky tri mikroskopy, dva typy elektrónového a atómový silový mikroskop, vedia získať takmer kompletný prehľad o pozorovanej vzorke, poznamenal Ing. Ján Šoltýs, PhD. Ukázal aj príklad elektronickej štruktúry, ktorú si pripravujú v inštitúte. Je to konkrétne halová sonda. Ide o súčiastku, ktorá dokáže merať pomocou halového javu magnetické pole s veľmi vysokou presnosťou. Zhruba milimetrovú škálu vyzoomujú, zväčšia si to o rád viac na 100 mikrometrovú škálu. Keď chcú vidieť bližšie, vyzoomujú si napríklad zlatý kontakt so súčiastkou, ktorá je poškodená, kde vidia rozhranie. Ak ich zaujíma zloženie povrchu polovodiča, vtedy už nastupuje iný typ mikroskopu. Vidia tam zväčšenie zhruba miliónkrát a jednotlivé odtiene žltej predstavujú atomárne roviny, z ktorých je zložený ten polovodič.
V ďalšej časti prednášky sme mali možnosť vidieť ukážky snímkov pri rôznych urýchľovacích napätiach: Grafén – vrstva tenšia než 1nm – rýchle elektróny si ho nestihnú všimnúť (väčšina vnikne do vzorky). Čím má elektrón vyššiu rýchlosť, tým hlbšie prenikne do objemu vzorky. Ak sa na vzorku pozeráme elektrónmi s rôznou rýchlosťou môžeme dostať celkom odlišný snímok.
Pri litografii pomocou AFM hrotu sa zohriatym hrotom píše do teplocitlivého polyméru.
Štúdium biologických vzoriek: Hrotom sa zatláča do bunky, pričom sa zaznamenáva silový priebeh nanoindentácie – vyhodnocujú sa mechanické vlastnosti buniek (adhézia, tvrdosť, Youngov modul).
Tvarovanie a modifikácia AFM hrotov: Ostrým hrotom sa zmeria topografia, zatupeným hrotom sa realizuje indentácia do bunky (mechanické vlastnosti).
V Bratislavskej vedeckej cukrárni vystúpil Ing. Ján Šoltýs, PhD., s prednáškou na tému: Vynálezy, ktoré nám umožnili nahliadnuť do nanosveta.
Ing. Ján Šoltýs, PhD., študoval mikroelektroniku na Slovenskej technickej univerzite v Bratislave. Od roku 2001 pracuje v Elektrotechnickom ústave SAV. Najskôr pracoval na Oddelení optoelektroniky, v súčasnosti pôsobí na Oddelení fyziky a technológie nanoštruktúr. Zároveň zastáva funkciu vedúceho Laboratória skenovacích techník. Venuje sa výskumu mikro a nanoštruktúr pomocou mikroskopu atomárnych a magnetických síl. Podieľa sa tiež na vývoji nových skenovacích techník a príprave nanoštruktúr pomocou elektrónovej litografie. Je spoluautorom viac ako 70-tich vedeckých publikácií.
Spracovala a uverejnila: Marta Bartošovičová, NCP VaT pri CVTI SR
Foto: NCP VaT pri CVTI SR
Ilustračné obrázky sú z prezentácie Ing. Jána Šoltýsa, PhD.