Igazgató: Prof. BÁRSONY István DSc, H-1525 Budapest, Konkoly-Thege M. út 29-33, Tel.:+361-3922225, Fax:+361-3922226

MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak

ZÁMBÓ Dániel #07K - Egyedi ARANY NANORÉSZECSKÉK optikai tulajdonságai
Témavezető 1.: ZÁMBÓ Dániel, Tel.:392-2602, Épület:26., Szoba:214., E-mail:zambo@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)
POTHORSZKY Szilárd #07K - Egyedi ARANY NANORÉSZECSKÉK optikai tulajdonságai
Témavezető 2.: POTHORSZKY Szilárd, Tel.:392-2602, Épület:26., Szoba: 214., E-mail:pothorszky@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

Manapság gyakran halljuk a hangzatos "nanotechnológia" kifejezést, ám az már bizonytalanabb, hogy valójában mit is rejt e fogalom. Első dolog, hogy a nano- megjelölést a különböző mértékegységek előtt akkor használjuk, ha az adott mennyiség 10-9 értékkel (azaz 1 milliárdod résszel) szorzódik. A nanotudományok terén ez azt jelenti, hogy azok az objektumok, amelyekkel foglalkozunk, legalább az egyik dimenziójukban (a tér egyik irányában) a méter milliárdod részével mérhetőek! Ennek a parányi méretnek a konkrét elképzeléséhez nyújt segítséget az 1. ábra.

nanométer a méretskálán
1. ábra. A nanométer szemléltetése a méretskálán.


A nanotechnológia kifejezést akkor használjuk, amikor ezeket a (legalább egyik irányban) nanoméretű dolgokat valamilyen jól kitalált módszerrel előállítjuk, módosítjuk, alkalmazzuk, jellemezzük. Nanoméretű objektumok felhasználására már igen régóta akadtak szórványos példák (persze anélkül, hogy ennek akkoriban különösebb jelentőséget tulajdonítottak volna). Például már a középkori rózsaablakokat is színezték kolloid arany részecskékkel (2.a. ábra), illetve a híres damaszkuszi acél penge (2.b. ábra) keménysége is a benne lévő nanoméretű csöves szerkezetekre vezethető vissza. A nanoméretű objektumok alkalmazása tehát már elég régre visszavezethető, azonban ezek vizsgálata és tervezett előállítása csak akkor valósulhatott meg, miután a technológiai fejlődése látni engedte ezeket a parányi "építőkockákat".

rózsaablak
damaszkuszi acélpenge
2. ábra. Rózsaablak (bal oldali kép) és damaszkuszi acél penge (jobb oldali kép).


A nanotechnológia korszakalkotó elképzelését 1959-re datálhatjuk, amikor is egy híres fizikus, Richard Feynman egy konferencián felvetette az egyedi atomok manipulációjának lehetőségét. Azóta, az elmúlt 55 évben óriási fejlődésen ment keresztül ez a tudományág, és kiterjedése egyre csak nő: az anyagtudományban, az orvostudományban, diagnosztikában és terápiában egyaránt utat tör magának.

Faraday aranyszolja
3. ábra. Michael Faraday aranyszolja.

De vajon miért olyan különlegesek ezek a nano-dolgok? "A kicsi az szép" tartja a mondás, melynek szelleme mélyen gyökerezik több keleti nép gondolkodásában (pl. kínai, japán). A japánokról szinte automatikusan a miniatürizálási törekvéseik jutnak az eszünkbe. De energiaválságos és nyersanyaghiányos korszakunkban a nyugati civilizációknak is egyik állandó törekvésévé vált, hogy amit meg lehet csinálni kicsiben és takarékosabban, azt lehetőleg úgy is kell megcsinálni. A félvezető mikrotechnológia (integrált áramkörök) megjelenése óta pedig világos, hogy az ilyen kisebb áramkörök nemcsak hogy olcsóbbak és gazdaságosabb üzeműek, de még gyorsabbak is! Ezekben az áramkörökben már egy jó ideje a nano méreteket ostromoljuk. Önmagában mindez bőven elég lehetne ahhoz, hogy a nanoméretű objektumokra és kölcsönhatásaikra különleges figyelmet fordítsunk. De van rá egy még jobb okunk! Ugyanis ebben a mérettartományban már megkezdődik az őrségváltás a klasszikus fizika és a kvantumfizika között. Olyan jelenségek bukkannak fel, amelyek merőben eltérnek az anyag klasszikus, mindennapjainkban megszokott viselkedésétől. Egy sor fizikai tulajdonság nagyon meredeken, rezonanciaszerűen változik meg a nanométeres nagyságrendű méret függvényében. Ezek az ún. méretkvantált tulajdonságok. Minthogy ilyenkor akár néhány nanométeres változás is jelentősen megváltoztatja az anyag makroszkopikus tulajdonságait, ezt, ha kiismerjük, fel tudjuk használni speciális céljainkra. Például a mindenki által ismert (és kedvelt) arany, ha nanorészecskék formájában van jelen, akkor egyáltalán nem is fényes sárga színű, hanem 1 nm-esen citromsárga, 16 nm-esen piros, 100 nm-esen lila színű ún. szolt képez. Ezeknek a szoloknak a színe tehát függ a részecskék méretétől, de ezen felül az alakjuktól is. Igen nevezetesek pl. Michale Faraday aranyszoljai (3. ábra), melyek már 1857 óta stabilak és a British Múzeumban vannak folyamatosan kiállítva!

Természetesen joggal merül fel a kérdés, hogy hogyan lehet ilyen apró dolgokról ilyen nagy biztonsággal nyilatkozni? A válasz a modern anyagtudományi vizsgálati módszerekben rejlik, mint például az elektronmikroszkópia, vagy a különleges optikai vizsgálati technikák. Az MFA nyári iskola során is ilyenekkel lehet találkozni, illetve használni is! Laboratóriumunkban egy olyan egyedülálló mérési technikával lehet közelről megismerkedni, mely segítségével nem kell a 3. ábrán látható nagy mennyiségben előállítani a nanorészecskéket a tulajdonságaik vizsgálataihoz. Szélsőséges esetben elegendő csupán egyetlen egy darab nanorészecske is! A 4. ábrán látható mérőműszerrel ugyanis kellően nagy érzékenységgel lehet összegyűjteni a róluk szóródó fényt, továbbá ezt a szórt fényt spektrálisan is felbontani. Az 5. ábra bár nanorészecskékről készült, nagyon hasonlít egy csillagokról készült felvételre, a módszer pedig az űrkutatásban is hasonló elvek mentén kerül felhasználásra.

rózsaablak
damaszkuszi acélpenge
4. ábra. Egyedi nanorészecskék vizsgálatára alkalmas sötétlátóterű mikroszkóp, valamint annak működési elve sematikusan.


damaszkuszi acélpenge
5. ábra. A mikrospektroszkópiai vizsgálat lépései: egyedi, 60 nm átmérőjű arany nanorészecske kiválasztása elektronmikroszkópban, majd a szórási spektrum felvétele.





A nyári iskolán lehetőség lesz arany és szilika nanorészecskék kémiai szintézisére, belőlük vékonyrétegek előállítására, az előállított nanorészecskék különféle módszerekkel történő megvizsgálsára és jellemzésére (elektronmikroszkópia, spektrofotometria).

LINKEK:
20100924,06h00, (www.eletestudomany.hu): Nyári iskola az MTA MFA-ban, Benedek Ádám: "Bevonatok és rácsok - Szilika az aranyon" (1226-1227 oldal)
.htm, .mht, .jpg, .pdf


ELÉRHETŐSÉGEK:
Témavezető 1.: ZÁMBÓ Dániel, Tel.:392-2602, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:26., Szoba:214., E-mail:
zambo@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)
Témavezető 2.: POTHORSZKY Szilárd, Tel.:392-2602, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:26., Szoba:214., E-mail:pothorszky@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

Utolsó frissítés: Thu, 05 May 2016 10:11:30 GMT, Számláló: