Reklama

Czy są granice miniaturyzacji?

- Miniaturyzacja chce iść dalej, lecz napotyka granicę nie do przeskoczenia. Układy komputerowe w coraz większym stopniu pożerają energię, a to znaczy, że muszą być mocno chłodzone - mówi prof. Andrzej Huczko z Pracowni Fizykochemii Nanomateriałów w Zakładzie Dydaktycznym Chemii Fizycznej Wydziału Chemii UW.

Tomasz Rożek: Nie ma pan, panie profesorze, wrażenia, że termin "nano" jest często nadużywany?

Reklama

prof. Andrzej Huczko: - Nowinki zawsze są chętnie wykorzystywane przez media, dziennikarzy i naukowców. To coś, co przyciąga zainteresowanie. W przypadku mediów zainteresowanie oznacza wzrost liczby czytelników czy słuchaczy. W przypadku naukowców często oznacza fundusze. I zawsze - na tym wstępnym etapie - jest hurraoptymizm. Nie wszystko, co się dzisiaj mówi, mam tutaj na myśli przede wszystkim media, ma jakiekolwiek poparcie w faktach. Choć oczywiście uważam, że w nanotechnologii jest wiele aspektów bardzo interesujących i wartych uwagi.

Czym w ogóle jest nanotechnologia?

- "Nano" pochodzi od greckiego słowa nannos, oznaczającego coś bardzo małego. Mianem "Nano di corte" we Włoszech, jak dowiedziałem się od mojej koleżanki Włoszki, określano kogoś w rodzaju dworskiego błazna-trefnisia, karzełka. W naukach ścisłych nano jest przedrostkiem wszelkich miar używanym dla oznaczenia jednej miliardowej części danej wielkości. I tak może być nanolitr, nanogram, nanometr. Ten ostatni to miliardowa część metra. Dzisiaj coraz częściej słyszy się o nanomateriałach, nanonauce, nanobadaniach i nanotechnologiach. Te nowe dziedziny dotyczą badań natury i właściwości świata bardzo małych rozmiarów i bardzo małych odległości.

Co jest takiego interesującego w tych małych rozmiarach?

- Zacznę od historii. W latach 50. XX wieku amerykański noblista, fizyk Richard Feynman, został zaproszony na seminarium Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego i wygłosił tam wykład. Jego myślą przewodnią było zdanie, które zresztą padło z ust autora: "There is plenty of room at the bottom", co w tłumaczeniu na polski znaczy mniej więcej: "gdzieś tam na dole jest dużo miejsca". Feynmanowi chodziło zapewne o to, że człowiek w zasadzie poznał już olbrzymią większość praw chemicznych i fizycznych, które rządzą światem. Ten świat działa dlatego, że materia potrafi się sama reprodukować, sama odradzać. Istnieje coś, co można by nazwać obiegiem materii w przyrodzie. Mówiąc "przyroda", mam na myśli nie tylko Ziemię, ale cały Wszechświat. Niestety, chociaż to działa, jesteśmy bardzo dalecy od zrozumienia, jak ten proces naśladować.

- Nie chodzi o budowę sztucznych gwiazd, gdzie następuje synteza, łączenie lekkich pierwiastków w cięższe. Chodzi o procesy fizykochemiczne czy biologiczne, z którymi mamy do czynienia tutaj, na Ziemi. Feynman zastanawiał się, jak naśladować naturę, która z atomów i cząsteczek, działając za pomocą katalizatorów (na przykład enzymów), potrafi tworzyć większe, olbrzymie, piękne struktury funkcjonalne, takie jak chociażby białka czy cukry. A wszystko to robi ze znakomitą wydajnością - i mechaniczną, i energetyczną. Innymi słowy, człowiek powinien spróbować nauczyć się naśladować przyrodę, tworzyć układy złożone wychodząc od atomów i cząsteczek i, kontrolując ten proces, mieć jakiś wpływ na powstającą nową materię.

Prawdę powiedziawszy, pomysł, by kontrolować proces powstawania materii, wzbudza mój niepokój. Ale najpierw chciałbym się dowiedzieć, gdzie Feynman widział to puste miejsce, o którym mówił.

- To można rozumieć na wiele sposobów. Może chodziło mu o naszą niewiedzę na temat tego, co dzieje się at the bottom, czyli na samym dole, w tych najmniejszych strukturach. Tam jest sporo miejsca do zagospodarowania w sensie odkrywczym. Może miał na myśli to, że tam jest naprawdę pusto w sensie fizycznym. Jądro atomowe jest gęstą strukturą, ale już odległość pomiędzy jądrem a krążącymi naokoło elektronami jest dosyć spora. Atom to przede wszystkim puste miejsce z bardzo niewielkimi elektronami i większym jądrem w samym centrum.

- Można sobie wyobrazić jeszcze jedną interpretację. I, moim zdaniem, jest ona najbardziej prawdopodobna. Atomy i cząsteczki w swoim pierwotnym stanie są swobodne, niezwiązane i powinniśmy spróbować im podpowiedzieć, jak mają się ze sobą połączyć, żeby utworzyć potrzebną nam strukturę, która będzie funkcjonowała według naszych wymagań.

Czyli, innymi słowy, konstruowanie atom po atomie? Atomowa inżynieria.

- Mówiąc o inżynierii, ma pan pewnie na myśli nanomateriały, których otrzymywanie, badanie i stosowanie stanowi ogromną część całej nanotechnologii. Do tworzenia nanomateriałów - nazwijmy je umownie - na zamówienie mamy dwa podejścia. Jedno to tak zwane bottom up, czyli przejście od podstaw, z poziomu najniższego, atomowo-cząsteczkowego, do większych, zaprojektowanych struktur. Czyli od pojedynczych atomów i cząsteczek do konkretnych materiałów. Najpierw tych w skali nanometrowej, a później o tysiąc razy większej, czyli mikrometrowej.

- To jedno podejście. Drugie jest dokładnie odwrotne, czyli top down, z góry do dołu. I tutaj analogia. Amatorzy kawy biorą ziarna i mielą je na drobne. Im drobniej zmielone, tym lepiej gorąca woda wyekstrahuje z nich kofeinę. Wracając do fizyki czy technologii, to drugie podejście polega na rozdrabnianiu materii i schodzeniu do niższych jej form wymiarowych, do skali nano włącznie.

Prawdę powiedziawszy, nie widzę pomiędzy tymi podejściami jakiejś zasadniczej różnicy. Nie bardzo rozumiem, dlaczego rozdrabnianie czegokolwiek ma prowadzić do powstania nowych materiałówo zupełnie rewolucyjnych cechach.

- Nie zawsze nowe materiały musimy wymyślać. Często zdarza się, że stworzyła je natura, a my do nich tylko docieramy, odkrywamy je. Jednym ze sposobów jest rozdrabnianie większych struktur. Wracając do analogii z kawą. Chemicy potrafią pewnie wyprodukować syntetyczną kofeinę. Tworzą ją zapewne z materiałów, ze związków chemicznych, które wchodzą w jej skład. To jedno podejście. Drugie jest takie, że bierzemy materię, o której wiemy, że zawiera kofeinę i próbujemy ją stamtąd wydostać.

- To nieco przypomina miniaturyzację. Z czegoś, co jest duże, próbujemy wytworzyć coś, co jest małe. Gdy już znajdziemy to coś, co nas interesuje, gdy przebadamy jego właściwości i stwierdzimy, że może nam się do czegoś przydać, bo na przykład jest super trwałe albo bardzo elastyczne, albo bardzo dobrze przewodzi prąd, musimy się nauczyć produkować taką strukturę w dużych ilościach, na skalę przemysłową.

INTERIA.PL

Reklama

Reklama

Reklama

Reklama

Reklama

Strona główna INTERIA.PL

Polecamy

Rekomendacje