Nanomateriaalien mahdollisuudet ja riskit Näkökohtia, muutoksia vuoden 2008 jälkeen? OLLI IKKALA aakatemiaprofessori Department of Applied Physics, Aalto University School of Science (formerly Helsinki University of Technology), FIN- 00076 Aalto, Espoo, Finland, & Center of excellence: Molecular Engineering of Biosynthetic Hybrid Materials Research ERC Advanced Grant: Biomimetics for Functions and Responses Olli.Ikkala@aalto.fi
Tässä alustuksessa esitän muutamia näkökohtia nanotieteestä ja nanoteknologiasta, reaktiona vuoden 2008 esiselvitykseen: NANOMATERIAALIEN MAHDOLLISUUDET JA RISKIT EDUSKUNNAN TULEVAISUUSVALIOKUNTA TEKNOLOGIAN ARVIOINTEJA 26 Esittelen sanomani esimerkkien valossa
Mitä yhteistä on seuraavilla?
Ne kaikki hyödyntävät nanorakenteita Miten:
Puu ja kasvit ovat nanomateriaaleja Puukuidut rakentuneet muutaman nanometrin paksuisista nanofibrilleistä, jotka muodostavat yhä suurempia kokonaisuuksia Nanofibrillejä kutsutaan myös nanoselluloosaksi Soft Matter, 2011,7, 303-315
Nanoselluloosan tyyppejä Content Selluloosan nanokiteet Sauvamaisia Zimmermann, Adv Eng Mat 2004 6754 Nanofibrillaarinen selluloosa Selluloosan nanofibrillit Verkostoja
Miksi nanoselluloosa on kiinnostava Yhdensuuntaiset molekyyliketjut, vetysitoutuneet Jäykkyys suuri 130-150 GPa Lujuutta ei vielä suoraan mitattu, mutta voisi olla jopa GPa suuruusluokassa Melkein kuin biologinen teräs?
Nanoselluloosan sovelluksia, esimerkkejä (suunniteltuja ja toteutuneita) Geeliyttäjä/sakeuttaja Ruoka, kermavaahdon korvike, öljynporaus Jäätelön lisäaine Kantasolujen kasvatusalusta Rakennemateriaalit (komposiitit) Auton osat Kuidut Esim kirurginen lanka, bioyhteensopiva Rakennusten lämmöneritysmateriaali Aerogeeli Elektroniikan kantajamateriaali Erityisesti Japani, myös Ruotsi, Ranska, USA, Kanada, Suomi, Norja, Saksa Film Photograph: M Ankerfors, T Lindström/STFI
(Eräs) toivelista materiaalien mekaanisille ominaisuuksille" Jäykkä Vaatii paljon voimaa, jotta taipuu Luja Vaatii paljon voimaa jotta katkeaa Sitkeä Vastakohta hauraalle Kevyt Helppo valmistaa Edullinen Turvallinen Vaikeaa yhdistää nämä ominaisuudet Kumi Sitkeä Mutta ei jäykkä eikä luja Porsliini Jäykkä ja luja Mutta hauras: särö kasvaa helposti
Minkälaista Content marmori Kalsiumkarbonaattia CaCO 3 Hauras, luja, jäykkä MUTTA
Helmiäinen on nanomateriaali
Simpukan helmiäinen on 95% kalsiumkarbonaattia," mutta silti se on:" Jäykkä Luja Kimmokerroin 70 Gpa vrt alumiiniseokset Lujuus 80-130 MPa Kuin jotkut teräkset Hyvin sitkeä kosteana! Kevyt (tiheys 2.7 g/cm 3 ) Biologinen Kalsiumkarbonaattilevyjä CaCO 3 Paksuus 0.5 µm, leveys 20-30 µm Liimattu proteiineilla (ovat luonnon polymeereja) Miksi Särön eteneminen rajapinnalla kuluttaa energiaa Särö
Savi koostuu 1 nm paksuisista liuskeista Savi on nanomateriaali
Savesta voidaan tehdä nanokomposiitteja," jotka muistuttavat simpukan helmiäistä" Saviliuske-komposiitti Simpukan helmiäinen Lähestyy metallin ominaisuuksia Nano Letters, (2010) Discovery Channel News 2010.
Lähes kaikki elektroniikan komponentit ovat nanotekniikkaa Johtimien koko 10-30 nm Tavoitteena alle 5 nm
Lotus Vettä hylkivät pinnat ja itsepuhdistuvuus Content Ikkala, Eri-0.4032, 2010 Vesikirput
Content Adheesio Qu et al, Science 2008
Nanohiukkaset eivät ole mikään yksi ryhmä
Nanokuiduilla erilaisia geometrioita Kasvava pituus Täysin jäykkä Puolijäykkä Verkosto Erilliset Verkosto t
Kimppuntuneet vs erilliset Nanokuitukimput Nanohiukkas rypäleet Nanosavi
Sähköisesti varatut tai neutraalit Cationic Anionic
Pintarakenne ja pinnan vuorovaikutukset
Nanoteknologia on monessa tapauksessa luonnon itsensä (evoluution kautta) valitsema lähestymistapa Nanotiede ja nanoteknologia ei lähtökohtaisesti ole ongelmallista Kunkin nanoteknologian turvallisuus huolellisesti tarkasteltava tapaus tapaukselta Varottava ei-perusteltuja yleistyksiä