Nanopartikler er så små at de ikke oppfører seg på samme måte som verden vi observerer til daglig. Samtidig er de for store til at vi kan bruke atommodeller på dem.  (Illustrasjon: Øivind Wilhelmsen, NTNU)
Nanopartikler er så små at de ikke oppfører seg på samme måte som verden vi observerer til daglig. Samtidig er de for store til at vi kan bruke atommodeller på dem. (Illustrasjon: Øivind Wilhelmsen, NTNU)

Formen på nanopartikler påvirker hvordan de funker

Nanoteknologi gjør solceller mer effektive og datamaskiner superraske. Nå har forskere funnet ut hvordan formen på nanopartiklene påvirker måten de transporterer varme på.

Nanoforskere er oppdagelsesreisende på vei inn i et nært, men ukjent landskap. Nanopartikler er bittesmå, og vi har bare så vidt begynt å forstå verden på dette nivået. Vi vet at denne verdenen er viktig, men ikke hvordan den fungerer.

Forskere ved NTNU gir oss nye kunnskaper om fenomener som vi ikke har skjønt før. Dette kan hjelpe oss når vi skal spesialdesigne nanopartikler.

Formen bestemmer egenskapene

Forskerne har blant annet funnet ut hvordan nanopartikler med ulike former transporterer varme og masse. De har utviklet den nye metoden selv.

– Formen på en nanopartikkel har mye å si for hvordan egenskapene dens er, sier Øivind Wilhemsen, som er stipendiat ved Institutt for kjemi ved NTNU.

Figuren viser nanopartikler med ulike former som tilføres varme. Den viser hvordan kapitsamotstanden mot varmestrømmen varierer på ulike deler av partikkelen. Motstanden er lavest i de røde områdene, som blir varmet hurtigere.  (Foto: (Illustrasjon: Øivind Wilhelmsen/NTNU))
Figuren viser nanopartikler med ulike former som tilføres varme. Den viser hvordan kapitsamotstanden mot varmestrømmen varierer på ulike deler av partikkelen. Motstanden er lavest i de røde områdene, som blir varmet hurtigere. (Foto: (Illustrasjon: Øivind Wilhelmsen/NTNU))

For eksempel leder en smultringformet nanopartikkel varme og masse på en helt annen måte enn en som er formet som en rugbyball, selv om de er laget av samme materiale. Dette har med krumningen på overflaten å gjøre, forklarer Wilhelmsen.

En smultringformet nanopartikkel som tilføres varme, kan for eksempel vames mye raskere på utsiden av ringen enn på innsiden, mens en partikkel formet som en rugbyball typisk varmes hurtigst i endene. 

Med andre ord kan egenskapene til en nanopartikkel forandresved å endre formen på den. Det er svært nyttig å vite når vi skal spesialdesigne nanoteknologi i framtiden, forklarer Wilhelmsen.

En helt annen verden

– Vi driver med grunnforskning, sier førsteamanuensis Titus van Erp, som også har vært sentral i arbeidet med å utvikle den nye metoden.

Nanoteknologer jobber med bittesmå ting. Størrelsen varierer fra rundt 0,1 nanometer til 100 nanometer. Én nanometer er en milliondels millimeter. 

Overflaten utgjør bare en liten del av store ting, men jo mindre en ting blir, dess større andel utgjør overflaten. Det er også en grunn til at forskning på overflaten av nanopartikler blir så viktig. På dette nivået utgjør overflaten en svært stor andel av hele partikkelen.

Vi vet altså ikke hvordan verden fungerer på dette størrelsesnivået. Nanopartikler er så små at de ikke oppfører seg på samme måte som verden vi observerer til daglig. Samtidig er de for store til at vi kan bruke atommodeller på dem.

Øivind Wilhemsen og Titus van Erp har vært sentrale i å utvikle en ny metode for å finne ut hvordan nanopartikler med ulike former transporterer varme og masse.  (Foto: Per Henning/NTNU)
Øivind Wilhemsen og Titus van Erp har vært sentrale i å utvikle en ny metode for å finne ut hvordan nanopartikler med ulike former transporterer varme og masse. (Foto: Per Henning/NTNU)

Det er her folk som van Erp og Wilhelmsen kommer inn.

Kan gi nye romskip

Skal vi få til å benytte oss av alle mulighetene nanoteknologi gir oss, må vi først skjønne hvordan strukturer oppfører seg når de blir så bittesmå.

Nanoteknologi kan brukes til målrettet levering av medisiner til bestemte steder i kroppen. Den gir nye muligheter innenfor kjemi, og mer effektive solcellepaneler. Den kan også gi oss datamaskiner som nesten ikke bruker strøm, men likevel er mye, mye raskere enn noe vi har tilgjengelig nå.

Nanoteknologi har også betydning innenfor romfart. Det kan gi oss materialer som gjør romskip lettere uten å gjøre dem svakere, eller som kan brukes som kabler i romheiser. Det kan igjen redusere prisen for å sende noe ut i rommet. Eller hva med bittesmå roboter som reparerer en lekk romdrakt, eller som gir astronauten medisiner i en krisesituasjon? Nanosensorer kan også brukes til å utforske andre planeter.

Dette er den raskest voksende teknologien i verden nå, og er et område der Norge vil nyte godt av å etablere miljøer som også tiltrekker de beste hodene fra andre land.

Referanser

Øivind Wilhelmsen mfl: Heat and Mass Transfer across Interfaces in Complex Nanogeometries. Physical Review Letters, februar 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.065901

Øivind Wilhelmsen mfl: Communication: Superstabilization of fluids in nanocontainerThe Journal of Chemical Physics, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4893701

Powered by Labrador CMS