Nanotechnologie: Engineering the future

1
Nanotechnologie Engineering the future

• GTSC-dag Back to Basics
• Nieuwegein
• 16-09-2009

2
Ruud Meijvogel Syntens Innovatieadviseur Utrecht
Natuurwetenschap Innovatiemanagement Energie
Materialen Nanotechnologie
3
Inhoud

• Wat is nanotechnologie?
• Wat is er mogelijk?
• Wat kun je ermee? (voorbeelden van toepassingen)
• Wat is de potentie en wat gaat nanotechnologie
  voor jullie betekenen?

4
Wat is nanotechnologie?
5
Wat is het niet?
- Nano als synoniem voor klein, nieuw en
innovatief - Marketing - Hype (wetenschap,
overheden, bedrijven, markt) - Subsidieaanvraag
6
Het begin!

• Lezing There's plenty of room at the bottom
• Amerikaanse natuurkundige en Nobelprijswinnaar
  Richard Feynman (1959)
• Chemische samenstelling en driedimensionale
  bouwplan bekend
• Mogelijk de juiste bouwstenen op de goede plaats
• Nano-technology
• Norio Taniguchi (Tokyo 1974)
• Paper Nano-technology

7
Geen eenduidige definitie, maar wel
overeenstemming op enkele punten

• Wetenschap en technologie op het nanoniveau
• (0,1 tot 100 nm)
• Atomen en moleculen
• Bestuderen, controleren en manipuleren van
  atomen, moleculen, deeltjes, structuren,
  processen en systemen met nano-afmetingen
• Wetenschappelijke principes en nieuwe
  eigenschappen van deeltjes en structuren
• Waarnemen en uitbuiten op micro- en macroniveau
• Ontwikkelen van materialen en systemen met
  revolutionaire functies en prestatie
• Deeltjes zo klein dat de eigenschappen van het
  oppervlak belangrijker worden dan de
  eigenschappen van het materiaal zelf
• Interdisciplinair
• Multidisciplinair
• Bottom-up en top-down
• Self-assembly

8
CdSe deeltjes (3-6 nm)

• Nano-kristallen van halfgeleidermaterialen
• Kwantumdots
• Onder invloed UV-licht geeft hetzelfde materiaal
  een andere kleur

9
In de natuur geeft structuur kleur

• Niet alleen kleurstof geeft kleur
• Sterke lichtinteractie in structuur
• Alle kleuren van de regenboog

10
Magnetische vloeistof

• Magnetiseren van een vloeistof is onmogelijk
• Gecoate nanodeeltjes met Fe3O4 (10-30 nm)
• Stabiele suspensie
• Schokdempers, speakers

11
Scanning Probe Microscopy

• STM AFM
• 1980
• Gerd Binnig Heinrich Rohrer (IBM)
• Nobelprijs
• Begin nanowetenschappelijk onderzoek

12
Scanning Probe Microscopy

• Bestudering en manipulatie
• Materialen en (materiaal)systemen
• (Sub)nanometer resolutie
• Interactie tussen probe en preparaat geeft
• Driedimensionale en ultraprecieze informatie
• Atomen, moleculen, structuren, processen,
  karakteristieken
• Zichtbaar zijn o.a. magnetisme, lading,
  lichtabsorptie, lokale elektronen- en
  krachtenverdeling, elasticiteit,
  wrijvingscoëfficiënt,

13
Schrijven op oppervlakten

• Don Eigler (IBM 1989)
• Zink atomen op een nikkel oppervlak (STM)

14
De toepassing van nanotechnologie

• Informatietechnologie
• Doorbreken van de Wet van Moore
• Biotechnologie
• Geen bijwerkingen
• Ventieltje
• Aids
• Materiaaltechnologie
• Coatings
• Graffiti
• Zelfreinigende ruiten (Lotuseffect)
• Antivingerafdruk bij roestvrij staal (optische
  reflectie index)
• Energietechnologieën
• Brandstofcel (katalysator)
• PV-systemen (Gratzel)
• TiO2 kleurstofmoleculen

15
Huidige producten

• Vooral gebruikmakend van
• Oppervlakteverschijnselen
• Oppervlakte-volume-ratio
• Materiaalbesparing
• Verbeterde eigenschappen
• Daarnaast gebruikmakend van
• Kwantummechanische effecten
• Complexiteit

16
Hydrofobe materialen

• Fluorcarbon ketens maken kleding hydrofoob
• Teflon het meest bekende hydrofobe materiaal
• Dunne-laag

17
Drogen met magnetische nanodeeltjes

• Geen warmte toevoer, maar een elektromagnetisch
  veld
• Trillen van de deeltjes
• Werkt uitstekend bij ingesloten lagen
• Geeft ook de mogelijkheid tot bindingen losmaken

18
Zelfherstellend rubber
19
Anti reflectie
20
Moderne banden
Zelfreinigende verf/latex of vloeistof

• Hydrofoob materiaal/structuur
• Nanodeeltjes geven dynamische viscositeit
  (Thixotropy)

Silica aërogel als isolatie

• Carbon black deeltjes
• SiO2 (glas)

• NASA
• 99,5 lucht

21
Huidige consumentenproducten

• Microelectronica
• MP3 spelers
• Flash memory in o.a. de i-pod
• Cosmetica
• (Zonnebrand)cremes (FD)
• Pharmaceutische producten en de voedselindustrie
• Functional foods
• Sportdrankje DSM

22
Wat kan men bijvoorbeeld onderzoeken op het
gebied van nanomaterialen

• Hechtingsproblemen van een coating door de
  ruwheid te analyseren
• De droging van een gel door de absorptie op
  moleculair niveau te onderzoeken
• Lijm/verf
• De poreusheid van materialen door de structuur in
  beeld te brengen
• Weglekken koolzuur
• Materiaalbesparing in een legering door de
  ordering van deeltjes aan een oppervlak te
  onderzoeken.

23
Wat is de potentie/verwachting?

• Zesde golf van Kondratieff
• In combinatie met biotechnologie
• Wetenschap en technologie
• Ongekende verschijnselen en mogelijkheden
• Scala aan mogelijke toepassingen
  (multidisciplinair)
• Economische impact
• 2006 40 miljard
• 2010 450 miljard
• 2014 2000 miljard
• Maatschappelijk problemen oplossen

24
Kondratieffs 6de golf??
25
Wat zie je nu?

• Hoge investeringen
• KP7 ? 3,5 miljard
• Sterk toenemend aantal publicaties en octrooien
• Langzaam steeds meer nano-RD
• Universiteiten en Hogescholen
• ASML, Philips, DSM, AKZO, Shell, TNO
• Veel starters en langzaam enkele MKB-ers
• Veel ontdekkingen/nieuwe inzichten
• Eerste toepassingen verschijnen
• Veel discussie over de risicos

26
Wat kan nanotechnologie voor jullie betekenen?

• Het gebruik van isopropyl-alcohol
• Spanjolen
• Uitplukken
• Stof
• Delamineren van papier
• Inktdroging
• Beschadigd rubberdoek
• .

27
Ontwikkeling toepassingen!
28

• Dank jullie wel!!!