Materialer, energi og nanoteknologi

1. Materialer, energi og nanoteknologi Anette Eleonora Gunnæs 1. amanuensis og Programrådsleder for studieprogrammet: Materialer Energi og Nanoteknologi (MENA) UiO 200 år

2. Hva er nano? 1 km = 1000 m = 1* 103 m 1 mm = 0,001 m = 1* 10-3 m nm =10-9m Atom d~0,2 nm

3. Hva er nanoteknologi? Fundamental forståelse av hvordan naturen fungerer på atomær skala Skala: 1 - 100 nm Når egenskapene til materialene blir dimensjonsavhengige

4. Richard P. Feynman (1918-1988): ”There’s plenty of room at the bottom – an invitation to enter a new field of physics”. Foredrag for American Physical Society 29. desember 1959 • Naturen: • ►Informasjon lagres i DNA – en organisk nanostruktur som er selvreproduserende og reparerende • ►Sjødyr får meget sterke skall ved hjelp av nanokompositter • Menneskene: • ► Bruker leire – dispersjoner av nanopartikler • ► Farger glass og annet med kolloid utfelte gull-nanopartikler • ► Lager jern-legeringer med karbon-nanorør (sot) (”Damaskus-stål”) • ► Mange ”gamle” polymerer ville i dag bli kalt nanoteknologi; Kevlar, nylon

5. Nanoteknologiske produkter http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/ http://www.nanoandme.org/

6. Nanoprodukter for helse og sunnhet http://www.ortodent.no/ http://dale.no.s10.subsys.net/no/ Dobbeltstrikket med NanoTech behandlet Heilo garn på utsiden og innside i 100% merino-ull.

7. Energi og nanoteknologi Energi kan verken skapes eller forsvinne, kun overføres fra én energiform til en annen. Energiressurser Tide -vann Geo-varme Kjerne -kraft Solenergi Direkte* Indirekte** Fossile brensel (ikke fornybar) * Bio * Sol-varme * Foto-voltaisk ** Vind/ bølge ** Vann-kraft

8. Energi og nanoteknologi Energi kan verken skapes eller forsvinne, kun overføres fra én energiform til en annen. Forbedret isolasjon av bygninger, utvikle sterke og lette materialer til bruk innen transport, utvikle termoelektriske-materialer for å utnytte spillvarme Spare Høste Lagre Øke effektiviteten til f.eks solceller Forbedrede batterier og hydrogen lagring

9. LitiumbatterierDen nye generasjonen bilbatterier Litiumbatterier versus blybatterier -mye lettere - tar mindre plass - større energitetthet. Ved Universitetet i Oslo forskers det på hvordan litiumbatteriene kan forbedres ved å kombinere nye materialer med nanoteknologi. Etterlikner strukturen til mitokondrier som er energimotorene i menneskeceller. http://no.wikipedia.org/wiki/Mitokondrium Ladefri kjøring mellom Oslo-Trondheim om 20 År!

10. Solceller Kostand og effektivitet Si Utnytter bare 16 til 18 prosent av sollyset. Silisiumceller fanger bare opp lys innenfor et lite energiområde. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png Gallium og arsenikk: Utnytte så mye som 41 prosent av sollyset. Bedre utnyttelse med nanoteknologi

11. Materialer og energibånd Halvleder Isolator Metall Båndgap hvor elektroner kan eksiteres opp til ledningsbånd. Stort båndgap, elektroner kan ikke eksiteres til ledningsbåndet Båndgapet til nanopartikler avhenger av størrelsen

12. 3. generasjon solceller E1 E2 E3 Tandemceller kan fange opp lys fra et større energispekter. Nanopartikler kan benyttes til å endre energien på lysstrålene som treffer solcellen slik at energien optimaliseres. Forventer en tredobling av effekten i forhold til dagens Si baserte solceller.

13. Termoelektriske materialer og Peltier elementer Material krav: Høy elektrisk ledningsevne og Lav termisk ledningsevne Elektrisitet fra spillvarme Ingen bevegelige deler The Cassini Spacecraft http://en.wikipedia.org/wiki/File:USB_Beverage_Cooler.jpg Genererer varme fra plutonium (Pu-238) alpha decay og strøm vha termoelementer

14. Mer om nano? Et godt utgangspunkt: Websiden: nano&me Nanotechnology in our lives http://www.nanoandme.org Studie ved Universitetet i Oslo!!!