Nano for liten, nano for stor

Superlette produkter - sterkere enn stål. Kreft som kan oppdages når celledelingen starter. Raskere og mindre datamaskiner. NTNU tar spranget inn i nanoverdenen.

Se for deg et stoff som er sterkere enn diamant, men bare veier en sjettedel av stål. Et stoff som kan redusere vekten på en bil med 40 prosent, uten at det går ut over sikkerheten, og samtidig sparer miljøet for enorme utslipp.

- Karbon-nanorør er det sterkeste materialet vi kjenner per vektenhet, opplyser professor Bjørn T. Stokke ved NTNU.

Nanorør er svært anvendelige, og kan for eksempel bøyes i skarpe vinkler uten å knekke. Materialet kalles nanorør fordi materialet på molekylnivå er hult og sylinderformet.

Ulempen med vidundermaterialet er at det foreløpig er kolossalt kostbart å produsere. Mer forskning på området kan imidlertid føre til mer effektiv produksjon og til at materialet blir mer vanlig, håper NTNU-forskerne.

Nano betyr dverg. En illustrasjon på størrelsen: Diameteren av et hårstrå vil være 10 000 ganger lengre enn en nanometer. Nanoteknologi kan defineres som en kontrollert manipulering av atomer.

Nye produkter

Bilindustrien står kanskje ikke først i løypa over bruksområder. I første omgang er det mer trolig at materialet vil bli brukt i romfartøy, innen luftfart og - overraskende nok - innenfor idrett. Det er for eksempel allerede tatt i bruk nanoteknologi blant langrennsutøvere for å minske friksjonen mellom ski og snø.

I tillegg til ekstrem styrke og lav vekt, kan karbon-nanorør lages elektrisk ledende, noe som også kan revolusjonere halvlederindustrien. Halvledere er en gruppe stoffer som leder elektrisk strøm og danner grunnlaget for den moderne mikroelektronikken. Ifølge Stokke er miniatyriseringen innen mikroelektronikkindustrien en viktig drivkraft for utviklingen av ny nanoteknologi.

Siden Norge er en av verdens største eksportører av materialer fra metallurgisk og olje- og gassindustri, har vi svært stor kompetanse på materialvitenskap. Her er NTNU ledende, og nanostrukturerte materialer er kanskje det feltet forskerne har størst forventninger til.

Nanoteknologi gir nemlig en helt ny innfallsvinkel på materialvitenskap og ingeniørvitenskap, i tillegg til at man får mulighet til å designe helt nye produkter - for eksempel det nevnte superstoffet karbon-nanorør. Nanoteknologi kan derfor spille en stor rolle i utviklingen av framtidige materialer.

Nanolab ved NTNU

Professor Bjørn T. Stokke leder arbeidet med å få bygget et nanoteknologilaboratorium ved NTNU. For kort tid siden stilte Styret ved NTNU seg positivt til opprettelsen av laben, og i løpet av året blir det avgjort hvor store midler som skal settes av til prosjektet.

To alternativer er mest aktuelle: De mest ambisiøse planene innebærer å bygge et eget, nytt laboratorium, til omlag 200 millioner kroner. Et slikt laboratorium må være helt fritt for støv og rystelser, som nanoeksperimenter er meget følsomt for.

Det mindre ambisiøse alternativet koster omlag halvparten, og er et virtuelt laboratorium hvor man simulerer eksperimenter ved hjelp av avanserte maskiner og programmer. Stokke står i bresjen for å få NTNU til å satse på nanoforskningen - aller helst ved å gå for det første alternativet.

  nano-satsinger

 

Forskere ved NTNU og SINTEF arbeider tett sammen på nano-feltet. De har foreslått fire områder Trondheimsmiljøet bør satse på:

Nanoelektronikk. Ny teknologi som gjør at informasjon i datamaskiner kan fraktes langt raskere. Gir svært raske datamaskiner med helt nye bruksegenskaper.

Nanostrukturerte materialer. Nye materialer som sprenger grensene for dagens materialer, for eksempel karbon-nanorør.

Bionanoteknologi. Å bygge opp atomer og molekyler fra bunnen, og dermed spesialdesigne produkter med skreddersydde egenskaper.

Nanoteknologi for energi og miljø. På dette feltet kan nanoteknologien spesielt føre til en stille revolusjon innenfor forskningen på katalyser, altså stoffer som øker og senker hastigheten på kjemiske reaksjoner uten å bli påvirket selv.

 

 
 

Se kreft tidlig

Forskerne ser for seg utallige bruksområder etter hvert som nanoteknologien utvikles videre.

Tenk å kunne oppdage kreft som sprer seg når svulsten er noen celler stor. Personer med kroniske lidelser kan få nye typer behandling der sykdommen lindres eller kureres på cellenivå.

Nanoforskning er ikke så enkelt å definere, men kort sagt er det en kontrollert manipulering av atomer. En metode det knyttes svært store forventninger til, er å bygge opp atomer og molekyler fra bunnen, og dermed spesialdesigne produkter med skreddersydde egenskaper.

Selv om forskere klarer å finne stadig mer avanserte løsninger innenfor forskjellige felt, for eksempel materialvitenskap, er Moder Jord fortsatt lysår foran. Forskerne er ennå bare i startfasen av å finne de underliggende prinsippene som produserer nye molekyler og organiserer dem. Derfor er det enorme forventninger til bionanoteknologi.

NTNU ønsker å se på hvordan biologiske fenomener kan brukes til å utvikle nye, avanserte løsninger innenfor andre forskningsfelt - for eksempel innen nanostrukturerte materialer.

Hyperavanserte PC’er

Det er nesten bare fantasien som setter grenser for hvor små datamaskinene blir i framtida. Nano betyr dverg, og enhetene det forskes på, er i sannhet små.

En lenke med tre til fem enkeltatomer utgjør en nanometer. Det er omtrent like langt som en 10 000-del av omkretsen til et hårstrå - eller en milliarddel av en meter.

Det finnes allerede nanoteknologi som kan benyttes i biler, for eksempel å vise informasjonen fra dashbordet i frontruta. På den måten slipper bilisten å ta øynene fra veien når hun skal sjekke farten eller bensinnåla.

Visjonene er mange: Datamaskiner som kan brukes direkte på kroppen. Briller du bruker til daglig, kan samtidig være en PC-skjerm hvor du kan sjekke været eller se kart for sikker navigasjon. Hvilken drøm for en orienteringsløper! For soldater i krig kan det være mer interessant med følsomme sensorer som varsler om at motparten benytter kjemiske våpen.

For selv om PC’ene stadig blir raskere, setter dagens teknologi visse grenser. Det er stadig nye elektroniske, fotoniske og magnetiske innretninger som kan ta mesteparten av æren for den raske utviklingen innen dette feltet.

Ledende forskere innenfor informasjons- og kommunikasjonsteknologi forventer imidlertid at utviklingen stopper opp innen seks-sju år - på dette tidspunktet er nanoteknologi nødt til å ta over. Det begynner rett og slett å «gå fullt» med antall kretser på brikkene i datamaskinen. Den nye teknologien går ut på at informasjon transporteres langt raskere og på en annen måte enn med dagens teknologi.

- Nanoteknologi gjør at vi kan utvikle mer følsomme sensorer i klærne, som merker en kjemisk endring i lufta. Soldater som blir angrepet med kjemiske våpen, kan på den måten få noe lengre tid til å ta sine forholdsregler, påpeker Stokke. Nytteverdien av følsomme, lette sensorer for en pollenallergiker vil kunne være stor.

Vitenskapene møtes

For Norges del kan det begynne å haste å komme mer i gang med nanoforskningen. Allerede i 2000 satset USA 500 millioner dollar på nanoteknologi, da tidligere president Bill Clinton med store visjoner lanserte landets nanoteknologiske initiativ i en tale ved California University of Technology.

Dessuten vil en satsing på nanoforskning passe godt inn i NTNUs målsetning om tverrfaglighet. I nanoforskningen møtes mange vitenskaper - fysikk, kjemi, medisin, biologi og elektronikk.

Dette er et godt argument for at NTNU bør satse tungt på nanoteknologi. En mer aktiv satsing fører til et miljø som blir bedre koordinert, og kan bety at NTNU vil hevde seg internasjonalt innenfor denne forskningen, påpeker Stokke.

Powered by Labrador CMS