Aktualności

Zrewolucjonizowanie codziennych przedmiotów przez nanotechnologię

Wiele osób uważa, że zastosowania nanotechnologii ograniczają się do sektora technologicznego. Jednak wiele osób nie zdaje sobie sprawy z tego, że nanotechnologia ma obecnie wpływ na przedmioty codziennego użytku. Istnieje wiele obszarów, w których leży olbrzymi potencjał i potrzeba jedynie drobnego impulsu, aby nanotechnologia stała się ekonomicznie opłacalną opcją.


Z drugiej strony, istnieją obszary, w których nanotechnologia jest obecnie stosowana i być może nawet niewielu z nas o tym wie, ale również takie dziedziny, które nadal ograniczają się do środowisk akademickich, ale w przyszłości mogą stać się rzeczywistością. Przyglądamy się tutaj kilku kluczowym obszarom, w których nanotechnologia może nabrać większego znaczenia w przyszłości (jeśli dotąd jeszcze tego nie robi).

Ekrany dotykowe

Jest to być może jedna z bardziej oczywistych możliwości zastosowania. Wiele mówi się o tym, w jaki sposób materiały 2D, takie jak grafen, pomogą uczynić przyszłe ekrany dotykowe elastycznymi. Jednak to nie tylko grafen może przynieść wymierne korzyści w tym obszarze.

Ekrany dotykowe są obecnie wszechobecne, od telefonów, przez tablety, laptopy, zegarki i tablice interaktywne, a to tylko kilka z nich. Występowanie ekranów dotykowych będzie się tylko zwiększać, w miarę jak staną się dostępne materiały, które będą w stanie bardziej czule reagować na użytkownika. Możliwość uelastycznienia ekranów dotykowych przyczyni się również do rozwoju urządzeń ubieralnych.

Grafen jest postrzegany jako jeden z pierwszych elementów budujących elastyczne ekrany dotykowe, ze względu na jego przejrzystość i elastyczność optyczną. Wiele jednak będzie zależało od zdolności do nieprzerwanego wytwarzania wysokiej jakości grafenu (biorąc pod uwagę zaawansowane technologicznie zastosowania, w których byłby on stosowany). Jednakże, opublikowano niedawno sprawozdanie, z którego wynika, że nanorurki węglowe mogą zostać ponownie wprowadzone, a poprzez ich ułożenie w określonych kierunkach, mogą one wytworzyć bardziej czuły ekran dotykowy. Może to być dodatkiem do różnych innych materiałów cienkowarstwowych dostępnych obecnie na rynku.

Odzież

Grafen ostatnio został wprowadzony do różnych rodzajów odzieży. Podczas gdy wiele z wymienionych tu obszarów wciąż szuka ścieżki od laboratorium akademickiego do sektora komercyjnego, odzież z grafenem jest już tutaj. Obecnie dostępne ubrania wykorzystujące grafen to m.in. koszulki i buty.

Firma Deewear stworzyła linię odzieży sportowej, w której wykorzystywany jest grafen, znajdujący się wewnątrz materiału, z którego stworzona jest odzież, aby uczynić ją bardziej elastyczną (tj. odpowiednią dla sportu), trwałą, termoregulującą i lekką. W tym roku oficjalnie również ujrzały światło dzienne buty do biegania z dodatkiem grafenu z Inov-8. Wykazano, że zastosowanie grafenu umożliwia produkcję butów do biegania o znacznie większej trwałości, rozciągliwości i przyczepności (poprawa o 50% we wszystkich trzech działach na wszystkich trzech parametrach), z których wszystkie są bardzo użyteczne do zastosowania w sporcie wyczynowym i turystyce wysokogórskiej.

Dużą wagę przykłada się również do komercyjnego wykorzystania nano-inspirowanych czujników w odzieży. Różne cienkie materiały były zachwalane jako zdatne do noszenia i elastyczne, mogące monitorować różne aspekty ciała podczas noszenia. Ma to zastosowanie zarówno w monitorowaniu zdrowia, jak i stylu życia. Elastyczne czujniki mogą być już wykorzystywane w odzieży, ale wymagają wbudowywania obwodów elektrycznych i opracowania sposobu zbierania energii (np. ciepła resztkowego) z ciała, tak, by umożliwić pracę czujników i monitorować organizm. Obecnie duży nacisk kładzie się na produkcję bardziej wydajnych przewodników, tak więc gałąź produkcji e-tekstyliów będzie rozwijać się w najbliższej przyszłości.

Baterie

Baterie są być może najbardziej użytecznym gadżetem wśród tych opisanych tutaj, ze względu na ogromną liczbę urządzeń i dziedzin życia ludzkiego, w których są one używane. Z gospodarczego punktu widzenia, wprowadzenie ich zajmie trochę czasu, choćby ze względu na ogromną liczbę wymogów regulacyjnych, przepisów bezpieczeństwa oraz testów, które należy wykonać, by upewnić się, że nowe tworzywo nadaje się do użycia w bateriach (zwłaszcza w zaawansowanych technologicznie i energochłonnych zastosowaniach). Spośród wszystkich obecnie stosowanych baterii, jeśli uda się znaleźć zastosowanie nanotechnologii w przemyśle produkcji baterii, będzie to sektor ładowalnych akumulatorów Li-ion.

Obiecująco wyglądają badania prowadzone w ośrodkach akademickich. Wszystko, począwszy od arkuszy grafenu, przez kule grafenowe, buckypaper, nanorurki węglowe, papier węglowy,  fullereny, nanorurki srebrne i różne cienkie folie na bazie litu (nie jest to lista zamknięta), było używane jako elektrody (lub jako część elektrody w macierzy). Wiele z tych produkowanych elektrod jest powszechnie znanych z tego, że magazynują większą część ładunku, charakteryzując się bardziej efektywnymi cyklami pracy i większą wydajnością w porównaniu z elektrodami grafitowymi opartymi na elektrodach prądu stałego. Istnieje jednak wiele niewiadomych dotyczących długofalowego bezpieczeństwa.

Koszta

Wyższy koszt zastosowania tych nanomateriałów, niemożność wyprodukowania dużych ilości bardziej złożonych materiałów architektonicznych oraz wymóg, aby producent nanomateriałów zapłacił za znaczną ilość testów, które należy przeprowadzić, zanim zostaną one uznane za przeznaczone do użytku komercyjnego, uniemożliwiły powszechne wykorzystanie wielu nanomateriałów w bateriach.

Istnieje jednak kilka obszarów, w których baterie nanomateriałowe mogą zostać wykorzystywane i spowodować zmiany na rynku. Jest to wykorzystanie w akumulatorach elastycznych i szybko ładujących się. Nie istnieje alternatywa w innych klasach materiałów i nanotechnologia mogłaby zaoferować rozwiązanie dla tych idei. Elastyczne materiały 2D, takie jak grafen, ze względu na ich wysoką wytrzymałość, elastyczność, przezroczystość i przewodnictwo elektryczne, zostały dopuszczone do stosowania w elastycznych elektrodach. Jednak wpierw muszą zostać rozwiązane problemy związane z normami i jakością grafenu w łańcuchu dystrybucji, by móc wykorzystać to na poziomie komercyjnym.

Na chwilę obecną, nadal jest jeszcze wiele do zrobienia, by przekonać przemysł, że postępy w zakresie współczynników ładowania są warte tych dodatkowych kosztów materiałowych (jako że koszty te bez wątpienia zostaną przeniesione na konsumentów, co może mieć wpływ na sprzedaż). 

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com/news/2018/10/3/the-everyday-objects-which-could-soon-be-revolutionised-by-nanotechnology

Redaktor: Filip Elgert

Podobne artykuły

Wizjonerski, jak na swoje czasy, pomysł Richarda Feynmanna (ojca nanotechnologii) o budowaniu nanomaszyn atom po atomie zaczyna nabierać realnego wymiaru. Za sprawą naukowców z Oak Ridge National Laboratory (ORNL), została opracowana technika zastępowania pojedynczych...
Nanotechnologia w większości przypadkach kojarzona jest z działami typowo inżynierskimi, takimi jak elektronika, motoryzacja, bioprocesy, medycyna itp. Nic bardziej mylnego! Ta innowacyjna nauka wykazuje swoją interdyscyplinarność w wielu gałęziach przemysłu o których w pierwszej chwili...