Dossier de formació en nanotecnologies

per als professors

Mòdul experimentalUn dossier de formació integral per als professors

Experiment D

Aquest document ha estat creat en el context del projecte NANOYOU (WP4, tasca 4.1). Tota la informació es proporciona tal com apareix aquí, i no es dóna cap garantia que la informació sigui adequada per a cap propòsit concret. L’usuari de la informació en fa ús sota la seva pròpia responsabilitat. El document reflecteix únicament les opinions dels seus autors, i la Comissió Europea no es fa responsable de la utilització que es pugui fer de la informació que conté.

Judith Linacero, Plataforma de Nanotecnologia, PCB

Luisa Filipponi, iNANO, Universitat d’Aarhus

Abans d’utilitzar aquesta presentació

Aquesta presentació en PowerPoint forma part del mòdul experimental del dossier de formació en nanotecnologies per als professors elaborat per NANOYOU. AQUEST PAQUET DE L’EXPERIMENT D INCLOU EL MATERIAL SEGÜENT:

Per al professor:EXPERIMENT D - DOCUMENT PER AL PROFESSORVÍDEOS 3 i 4 – LOTUS EFFECT DE NANOYOU

Per als estudiants:*

EXPERIMENT D - LECTURES INTRODUCTÒRIES PER ALS ESTUDIANTSEXPERIMENT D - QUADERN DE TREBALL DE LABORATORI DE L’ESTUDIANT NIVELL DE L’EXPERIMENT: Mitjà

* Aquests documents estan a disposició dels grups d’edat d’11-13 i 14-18 anys en diverses llengües.

ELS DOCUMENTS ES PODEN TROBAR A WWW.NANOYOU.EU.Aquests documents de NANOYOU es distribueixen amb una llicència de Creative Commons – Attribution-

NonCommercial-ShareAlike, llevat que s’indiqui altrament. Cal tenir en compte que algunes de les imatges que conté aquest PowerPoint estan protegides amb drets d’autor, i que per tant per reutilitzar-les fora d’aquest document cal el

permís del titular dels drets originals. Per a més detalls vegeu la diapositiva 14.

AVÍS D’EXEMPCIÓ DE RESPONSABILITAT: En els experiments que es descriuen en el dossier de formació següent es fan servir productes químics que cal utilitzar seguint les especificacions de seguretat del fabricant i la normativa de seguretat específica de l’escola. La protecció personal s’ha d’utilitzar seguint les indicacions corresponents. Com amb tots els productes químics, cal prendre precaucions. Els sòlids no s’han d’inhalar, i cal evitar-ne el contacte amb la pell, els ulls o la roba. Cal rentar-se bé les mans després de manipular-los, i s’han de llençar seguint les indicacions corresponents. Tots els experiments s’han de realitzar en presència d’un educador format per ensenyar ciència. Tots els experiments es duran a terme sota la pròpia responsabilitat de cadascú. La Universitat d’Aarhus (iNANO) i el consorci NANOYOU en el seu conjunt no es fan responsables dels danys o les pèrdues que puguin produir-se com a conseqüència de la realització dels experiments descrits.

.

EXPERIMENT DNIVELL D’EDAT: 11-13 i 14-18 ANYS

Materials Superhidròfobs

Experiment D – Materials superhidròfobsAplicacions de les nanotecnologies: Medi ambient

NATURA FONT D’INSPIRACIÓ CIENTÍFICA

BIOMIMÈTICA- Farmacologia: Prospecció Química.

Exemple: TAXOL (Agent Antitumoral).Extret del Tejo, arbre del NO dels EEUU.

- Arquitectura:

- Materials: Materials Superhidròfobs. EFECTE LOTUS.

Experiment D – Materials superhidròfobsAplicacions de les nanotecnologies: Medi ambient

Analitzarem l’efecte de superhidrofobicitat (EFECTE LOTUS) degut:

Interacció de la química de superfície. Topografia superficial a Micro i Nano-Escala.

Aplicacions Panells solars

Teixits Recobriments

Hidròfila Hidròfoba

Fosfolípids

Experiment D – Materials superhidròfobsAplicacions de les nanotecnologies: Medi ambient

- Mètode per Quantificar la Mullabilitat: MESURAR L’ANGLE DE CONTACTE.

“Energia de la interacció entre la superfície i el líquid”

Valor de l’angle de contacte

Tipus de superfície Exemple

~0 Superhidròfila TiO2 irradiat amb raigs UV

> 30 Hidròfila Vidre30-90 Intermèdia* Alumini90-140 Hidròfoba Plàstic140+ Superhidròfoba Fulla de lotus

Una de les propietats mes importants de la superficie d’un material:

MULLABILITAT

Hidròfila: Li agrada l’aigua Hidròfoba: No li agrada l’aigua

Goniòmetre: Mesura Estàtica.

Permet classificar les Superficies

L’efecte Lotus (Nelumbo Nucifera)

- Planta originaria de l’Asia.- Fulles superhidròfobes.- Gotes d’aigua esfèriques com perles.- Efecte LOTUS – Efecte AUTONETEJA.

NATURA CIÈNCIA

http://www.youtube.com/watch?v=oEeztp5ZyYQ&feature=player_embedded http://www.youtube.com/watch?v=3-MFrM-ubvA&feature=player_embedded

De quina manera i perquè és “nano”?

→ La Química de Superfície NOMES pot crear Superficies hidròfobes.

→ Però ... perquè la fulla de LOTUS repel·leix l’aigua?.

→ Microscopi Electronic de Rastreig de fulles de Creixen – NANOCRISTALLS.

→ Capa repel·lent de l’aigua, reforçada per la rugositat de la superfície:

SUPERFÍCIE SUPERHIDRÒFOBA(150º).

A B C D

Nanocristalls de cera d’unes desenes de nanòmetres

Figura 1. Microestructura i nanoestructura d’una fulla de creixen. (Crèdits de la imatge: vegeu la diapositiva 16)

PER ASSOLIR LA SUPERHIDROFOBICITAT ES NECESSARI CREAR TOPOGRAFIA SUPERFICIAL.

Autoneteja: com funciona?

Conseqüència:

- Gotes d’aigua rodolen i cauen de la superfície de la fulla

- Arrosseguen la brutícia. Efecte “AUTONETEJA”.

Figura 2. (esquerra) Gràfic que resumeix la relació entre rugositat i autoneteja: en la imatge superior una gota d’aigua elimina la brutícia de la superfície gràcies a l’efecte Lotus. (dreta) Representació gràfica dels contaminants i de les gotes d’aigua sobre una fulla de lotus. (Crèdits de la imatge: vegeu la diapositiva 16)

Idealment: Gota d’aigua a l’aire te una forma totalment esfèrica (180º).

Superficies amb nanoestructures:- “Estoreta de Pilars”. - Angle de Contacte elevat.- Major porció d’aire = “Ideal”.

Materials innovadors inspirats en el lotus

«Debemos mirar a la Naturaleza para observar qué soluciones aplica e intentar imitar e incluso plagiar, pero sin utilizar la materia viva»

Jorge Wagensberg

Pintures Textil Panells Solars

El Nano-Tex® El silici porós

Experiment D – Materials superhidròfobsMaterials explorats en aquest experiment

Nano-Tex®:

NANO-TEX LOTUS

1

Figura 3. Nano-Tex® és un teixit resistent als vessaments. (Crèdits de la imatge: vegeu la diapositiva 16)

El silici porós (recerca d’iNANO / Universitat de Lund): Vídeo 4 - Lotus Effect®

(segona part) de NANOYOU. 2

Mostra Angle de contacte (°)

A 64

B 110

C 155

D 167

Figura 4. Angle de contacte de diferents superfícies de silici porós.(Crèdits de la imatge: vegeu la diapositiva 16)

Experiment D - Protocol

Material:

Seguretat: Aquest experiment no utilitza productes químics, però es possible tacar-se.Utilitzar bata i guants.

LA SEGURETAT ES MOLT IMPORTANT EN QUALSEVOL TIPUS D'EXPERIMENT!!

Per taula1 Paper de filtre tallat 10x10 cm1 Portaobjectes o cobreobjectes1 Làmina d’alumini1 Teixit de cotó tallat 10x10 cm1 Teixit Nano tex tallat 10x10 cm1 Teixit sintètic tallat 10x10 cm1 Recipients de plàstic (plats o safates de pesada)4 Pipetes pasteur per aplicar els diferents liquids1 Retolador permanent

Taula professors: Taula comú:

1 Ampolla oli de girasol1 Ampolla suc de préssec (o altres)1 Vinagre1 Maionesa 1 Ketchup 1 Gots de plàstic1 Culleretes de plàstic1 Fulles de col i d’altres plantes

Experiment D - Protocol

1) Comprendre les propietats superficials dels materials: Hidrofòbia i Hidrofília.

Material Hidròfil o Hidròfob? Cometaris

Alumini.

Plàstic.

Paper de filtre. Per que?

Fulles de col. Rodolen o Llisquen?

-Anàlisi d’un nanomaterial funcional:

- Nano-Tex.- Coto.

Experiment D - Protocol

2) Anàlisi d’un Nanomaterial Funcional: Nano-Tex.

Crèdits de les imatges

Figura 1: Primers plans d’una ampliació progressiva d’una fulla de creixen que revelen la presència de nanocristalls a la superfície (Crèdits de la imatge (A): A. Snyder, Exploratorium; (B, C): A. Marshall, Universitat Stanford; (D): A. Otten i S. Herminghaus, Göttingen, Alemanya; totes les imatges són material de la Xarxa NISE, www.nisenet.org, reimpreses d’acord amb els termes i les condicions de la Xarxa NISE).

Figura 2: Gràfic que resumeix la relació entre rugositat i autoneteja: en la imatge superior una gota d’aigua elimina la brutícia d’una superfície gràcies a l’efecte Lotus; (a baix) Representació gràfica de contaminants i gotes d’aigua en una fulla de lotus. (Crèdits de la imatge: realitzada per William Thielike, Wiki Commons, Creative Commons - ShareAlike 3.0).

Figura 3: Vessament d’una taca líquida sobre un teixit de Nano-Tex®. (Crèdits de la imatge: imatge cedida per cortesia de Nano-Tex, Inc., Copyright Nano-Tex. Inc.); (dreta) Imatges d’alta resolució del teixit Nano-Tex® (Imatges cedides per cortesia de Nano-Tex, Inc., Copyright Nano-Tex. Inc); (dreta) imatges de l’angle de contacte d’una gota d’aigua sobre un teixit Nano-Tex i sobre una fulla de lotus (Imatges: iNANO; Universitat d’Aarhus, Creative Commons – Attribution-ShareAlike 3.0).

Figura 4: Imatges per microscopi electrònic de rastreig de quatre mostres diferents que mostren un canvi de l’angle de contacte, que passa d’hidròfil (A) a hidròfob i a superhidròfob. Les mostres B-D estan fetes de silici porós, i la mostra D és l’única amb l’angle de contacte més gran. (Imatge reimpresa amb permís de: A. Ressine, “Development of protein microarray chip technology”, tesi doctoral 2005).