docSlajd 1
download 
Reklamacja Transkrypt
Slajd 1
2012-05-28 Nano – Aplikacje Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały Nanomateriał – mniej lub bardziej lity polikryształ lub cienka warstwa, w których elementy mikrostruktury (ziarna) gwarantują wystąpienie dodatkowych właściwości - efekt rozmiaru w nanoskali. •Jakich efektów można spodziewać się w nano-polikryształach? •Czy z nanoproszków można w prosty sposób otrzymać nanomateriały? Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały Efekt Halla-Petcha – związek między właściwościami (czasami twardością) metali a wielkością ziarna: sf s0 k D plastycznymi 1 gdzie: sf – granica plastyczności nanomateriału, s 0 – granica plastyczności materiału bez wpływu wielkości ziaren, k – stałą, D – średnia wielkość ziarna. Efekt zazwyczaj tłumaczy się przyjmując, że granice międzyziarnowe są barierami dla ruchu dyslokacji, powodując ich spiętrzenie. 1 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały W przypadku, krucho pękających, materiałów ceramicznych możliwe jest zróżnicowanie mechanizm pękania w zależności od wielkości ziarna. W drobnoziarnistych materiałach jednofazowych przeważa pękanie międzyziarnowe a w grubokrystalicznych poprzez ziarna. Obserwuje się dwa przeciwstawne wpływy: I. Pękanie po granicach ziaren powoduje zwiększenie energii pękania i energia ta rośnie z wielkością ziaren. II. Pękanie poprzez ziarna wiąże się podwyższaniem energii pękania wskutek występowania mechanizmu Cooke’a-Gordona, którego efekt słabnie wraz ze wzrostem wielkości ziaren. gef wielkość ziarna Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały Nanomateriał nanoproszek + temperatura = spiekanie różnicowe Czy można wyeliminować efekt spiekania różnicowego? A jeśli tak to co zrobić aby zminimalizować jego wpływ? Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały Nanometryczny spiek ZrO2 – właściwości elektryczne 2 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały nanoproszek prasowanie izostatyczne „suchego” proszku prasowanie filtracyjne zawiesiny nanoproszku spiekanie 1300ºC, 2h Spiekanie 1200ºC, 1h DP FP Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały 8 900 DP 14 4 2 700 600 0 100 200 250 20 DP 8 6 4 0 300 60 80 grain size, nm 80 5 % mol. Y2O3 200 6 % mol. Y2O3 7 % mol. Y2O3 8 % mol. Y2O3 100 120 140 FP 100 DP 300 100 9 % mol. Y2O3 60 500 5 1000 1500 grain size, nm 180 6 % mol. Y2O3 7 % mol. Y2O3 8 % mol. Y2O3 20 62000 7 0 FP 5 % mol. Y2O3 40 9 % mol. Y2O3 10 % mol. Y2O3 0 160 grain size, nm 400 80 40 5 % mol. Y2O3 10 2 150 500 60 FP 12 800 6 100 cumulative, % 16 5 % mol. Y2O3 cumulative, % frequency, % nm average grain size, 10 frequency, % 12 10 % mol. Y2O3 8 100 200 9 300 400 10 500 600 grain size, nm mole fraction Y2O3, % Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały 3 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanoproszki a nanomateriały Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie CNT – ostrze sondy AFM MWCNT jako ostrze sondy AFM: • skrajnie małe rozmiary – maksymalna rozdzielczość (12 nm); • bardzo wysoka odporność chemiczna; • znakomite właściwości mechaniczne; • wysoki współczynnik kształtu; 11 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie CNT – funkcjonalne ostrze sondy AFM Ostrze AFM z możliwością rozpoznawania molekularnego: • Przyłączanie do ostrza cząsteczek o zdefiniowanych właściwościach; • Badania oddziaływań pomiędzy cząsteczkami – mikroskop sił chemicznych (CFM???). 4 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie CNT – tranzystor FET SWCNT jako kanał w tranzystorach FET: • Jednowymiarowy transport nośników ładunku elektrycznego; • Wysoka stabilność mechaniczna i termiczna gwarantuje gęstości prądów rzędu 109 A/cm2. • Większość elementów tranzystora wykonana jest z nanorurek; Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje SWCNT-FET jako emiter IR Kanał w FET wykonany z SWCNT może emitować kwanty promieniowania EM w zakresie IR. Emisja kontrolowana jest napięciem polaryzującym. EFS – poziom Fermiego źródła, EFD – poziom Fermiego drenu; Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie CNT – sensor typu FET Sensor Obiekt Główna zaleta SWNT NH3, NO2 Próg wykrywalności 200 ppm dla NO2 i 1% dla NH3. SWNT N2, He, O2, Ar MWCNT NH3 Próg wykrywalności 10 ppm can be detected. Czas reakcji sensora – kilka minut. MWNT-SiO2 CO2, O2, NH3 Czas reakcji wynosi 45 s, 4 min i 2 min dla odpowiednio CO2, O2 i NH3. Sensor jest odwracalny dla O2 i CO2 lecz nieodwracalny dla NH3. SWNT β-D-glukoza Detekcja β-D-glukozy w roztworze w oparciu o dwa mechanizmy – fluorescencja i przeniesienie ładunku. Poli(winyloferrocen) na MWCNT glukoza Próg wykrywalności 100 ppm. Czujnik glukozy w krwi. 5 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie GaN-NW – tranzystor FET Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Złącze p-Si/n-GaN jako nano-LED Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie Si-NW – sensor typu FET mało nośników, niska przewodność; dużo nośników, wysoka przewodność 6 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie Si-NW – biosensor typu FET Na nanodrucie osadzone są receptory antyciał (zielone). Przyłączenie do nich dodatnio naładowanych białek (czerwone) powoduje spadek przewodności. Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie Si-NW – biosensor typu FET Na nanodrucie osadzona jest biotyna. Streptawidyny (lub innych awidyny – antywitaminy) obecne w buforze silnie wiążą się z biotyną zmieniając ładunek powierzchniowy nanodrutu. Polaryzacja prowadzi do poprawy przewodności. Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie Si-NW – biosensor pH typu FET Nanodrut Si jest funkcjonalizowany powierzchniowo aminami. Przewodność nanodrutu zmienia się skokowo w zależności od ładunku powierzchniowego zmieniającego się z równowagą kwasowo-zasadową. 7 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Zastosowanie Si-NW – sensor pH na tranzystorze FET W przypadku funkcjonalizacji powierzchni nanodrutu Si silanolami zmiana przewodności ma charakter ciągły. Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Nanosensory typu FET Sensor Obiekt Główna zaleta V2O5 nanowłókna 1-butyloamina, amoniak Sensor o ekstremalnej czułości w stosunku do 1butyloaminy (poniżej 30 ppb) i średniej czułości w stosunku do amoniaku. SnO2 nanotaśma CO, NO2, etanol Próg detekcji na poziomie kilku ppb. In2O3 nanodrut NH3, NO2 Czas odpowiedzi na 100 ppm NO2 równy 5 s i 10 s dla 1% NH3, progi czułości odpowiednio 0.5 ppm i 0.02%. ZnO nanodrut etanol Próg detekcji od 1 ppm. Czułość wzrasta wraz ze wzrostem temperatury od 200 do 300°C. MoO3 nanopręty etanol, CO The detection limit for ethanol and CO is lower than 30 ppm Zn(Cd)O nanodrut wilgoć Nanodruty ZnO dotowanego Cd wykazują dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji w przeciwieństwie do czystego ZnO. SnO2 nanotaśma dwumetylo metylofosfonat (DMMP) Próg detekcji na poziomie 53 ppb DMMP. Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Sensor gazowy na MWCNT Duża różnica potencjałów pomiędzy MWCNT a katoda powoduje przeskok ładunku (wyładowanie kondensatora). W zależności od rodzaju gazu w komorze wyładowanie następuje przy różnych napięciach. 8 2012-05-28 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład IX – Aplikacje Sekwencjonowanie DNA na SWCNT Nanorurki węglowe wpasowują się w specyficzne pozycje wstęgi DNA. Po spolaryzowaniu napięciowym włókna różne pary zasad DNA powodują powstanie różnych sygnałów prądowych. 25 Nanoproszki Ceramiczne – Wykład VII – Nano-2D Zastosowanie nanoproszków - podsumowanie magnetyzm bio-MNP magnetofluidy elektryczność spintronika magnetoopór nano-FET plazmonika optyka 9
