Viten

Lyst til å ta heisen til verdensrommet? Da trenger vi nanoteknologi

Nanoteknologien kan bli Norges fremtidsnæring når oljen tar slutt, skriver forskere.

- Noe av utfordringen ligger i at nanotingene er for små til å beskrives av fysikkens klassiske teorier, og for stort til å beskrives av enkle atommodeller, skriver Øivind Wilhelmsen. Sakk Mesterke / NTB Scanpix

  • Øivind Wilhelmsen
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

En nanometer er en milliontedels millimeter, det vil si veldig smått. En nanometer og en meter har samme størrelsesforhold som en klinkekule og hele jordkolden. Til tross for den beskjedne størrelsen, spår direktør ved NTNUs Nanolab, Kay Gastinger, at nanoteknologi kommer til å bli Norges fremtidsnæring når oljen tar slutt.

Nanoteknologi gjør det mulig å skape nye stoffer og gjenstander med superegenskaper. Et eksempel er de ultrasterke nano-karbonrøene, som i fremtiden kan gjøre det mulig å bygge heis ut i verdensrommet. Det forskes også på nanoroboter som vil kunne levere cellegift direkte til kreftcellene, og dermed spare pasienter for mye lidelse.

Oppfører seg annerledes når det er på nanonivå

Men vi forstår ikke helt hvordan ting oppfører seg på nanonivå. Vi vet at ting er annerledes enn det er på makronivå, hvor vi lever. Noe av utfordringen ligger i at ting er for smått til å beskrives av fysikkens klassiske teorier, og for stort til å beskrives av enkle atommodeller.

Overflatene til nanoskopiske objekter spiller en nøkkelrolle for deres egenskaper. Hvis du ser på overflaten i en kaffekopp, ser den for oss ut som en brå overgang mellom luft og kaffe. Hadde man zoomet inn til nanonivå, ville man sett en veldig smal region på kanskje 1-2 nanometer, den såkalte «overflateregionen», med egenskaper forskjellige fra både luften og kaffen.

Det er denne overflateregionen som gjør at det kan være meget smertefullt å ta mageplask fra stupebrettet. Siden overflateregionen er såpass smal, utgjør den en liten del av svømmebassenget som helhet, og man merker den sannsynligvis kun etter et uheldig stup.

Men for nanoskopiske objekter vil overflateregionen utgjøre en betydelig del av helheten, på grunn av deres beskjedne størrelse. Her i forskningsgruppen for ikke-likevekts termodynamikk ved NTNU prøver vi å forstå hva som skjer i denne overflateregionen, og hvordan dens egenskaper kan utnyttes både i dagens og i fremtidens teknologi.

Form og fasong kan endre på oppførselen

Nanoskopiske objekter vil kunne ha helt spesielle egenskaper avhengig av deres form og fasong. En nanopartikkel med smultringform vil for eksempel ta til seg og videreføre varme på en helt annen måte enn en nanopartikkel med dråpeform, selv om de er laget av samme materiale. Dette skyldes overflatekrumningen til den lille nanosmultringen.

I vår faggruppe har vi utviklet en ny beregningsmetode for å finne ut av nettopp hvordan formen påvirker disse egenskapene. Metoden kombinerer informasjonen fra atomistiske simuleringer, der man simulerer hvordan partiklene vekselvirker med hverandre, med en matematisk beskrivelse av overflateregionen.

Se for deg at vi ønsket å steke noen smultringer til kaffen. Gitt at temperaturen i stekeovnen var den samme overalt, ville vanlige smultringer etter all sannsynlighet bli jevnt stekt og smake fortreffelig. Hvis vi skulle stekt en nanoskopisk smultring i den samme ovnen, ville den sterke krumningen gjøre at den ble svidd på utsiden, men deigete på innsiden. Selv om dette er en ulempe for smultringer, kan vi altså gi nano-objekter helt spesielle egenskaper ved å spesialtilpasse deres form og fasong.

Utregninger kan gjøre industrien mer effektiv

Vi ser for oss at vår beregningsmetode for å regne ut hvordan fasongen påvirker egenskapene, vil kunne ha mange forskjellige bruksområder. Den kan for eksempel tas nytte av i design av fremtidens datamaskiner for å lettere transportere ut varme, og dermed gjøre det mulig å øke prosessorkraften.

Et annet mulig bruksområde er i utviklingen av selvdrevne nanopartikler for å levere medisin direkte til det syke organet i kroppen. Det første målet vårt er å bruke metoden for å utvikle mer presise modeller for hvor kjapt væsker fordamper og gasser kondenserer.

Når kaffen koker, eller dugg kondenserer på vindusruten, starter denne prosessen med bittesmå nanoskopiske bobler og dråper. Nettopp i denne fødselsprosessen for boblene og dråpene, vil de være nanoskopiske og ha lignende særegenheter som nanosmultringen.

Ved å forstå disse særegenhetene forventer vi å kunne beskrive lignende prosesser i industrien mer presist, for eksempel i kokere eller destillasjonskolonner, og gjøre det mulig å lage mindre og mer effektivt prosessutstyr.

I årene som kommer tror vi at satsing på grunnleggende forskning er nøkkelen for bane vei for teknologiske nyvinninger innenfor nanoteknologi, å slik gjøre Norge til en ledende nasjon innen nanoteknologi når oljen tar slutt.

  1. Les også

    Først med klimaanlegg som benytter nanoteknologi

  2. Les også

    Trenger du en reservedel?

  3. Les også

    Feil forskning

Relevante artikler

  1. MENINGER

    Geniet som brakte fysikken til folket

  2. OSLOBY

    Våre viktigste vikingefunn smuldrer opp. Nå tror forskerne at de funnet redningen.

  3. A-MAGASINET

    Hun har funnet opp et pulver som hun tror vil forandre livet ditt

  4. A-MAGASINET

    Anita Schjøll Brede dro fra Bærum til Silicon Valley. Nå beskrives hun som den smarteste dama i tech-miljøet.

  5. VITEN

    «Facebook-skandalen er en parantes. Spredningen av personlig informasjon vil fortsette å øke»

  6. VITEN

    Hvorfor har vi egentlig sex?