Nanomaterialele- domeniu economic de mare interesCresterea activitatilor de cercetare in domeniul nanomaterialelor, sustinuta de marile investitii in nanotehnologii realizate de companii statale sau interstatale, vine sa ofere o multitudine de noi proprietati pe care acestea le au.Foarte importanta in domeniu este si depasirea nivelului de laborator la obtinerea nanomaterialelor pentru asigurarea unui volum de productie corespunzator cerintelor comerciale viabile. Activitatile din 343c25d domeniul nanomaterialelor sunt tot mai frecvent supuse si unor analize de etica privind efectele lor in sanatate, mediu si economie in general.Evolutia de-a dreptul exponentiala a cercetarilor in domeniu este clar redata de evolutia lucrarilor stiintifice publicate. Astfel pentru perioada 1992-2002 in fig 1. se observa acesta tendinta de crestere.

Fig. 1.Evolutia numarului de brevete si publicatii in domeniulnanomaterialelorEforturile financiare, peste 50% din surse guvernamentale, sunt justificate de extraordinarele oportunitati pe care aceste materiale le deschid pentru industriile clasice, in sensul cresterii performantelor produselor, asociat unor avantaje competitive si valori noi create.Cu toate ca nanotehnologia nu este un termen nou (a fost utilizata inca din anii 1960) a inceput sa fie argumentata ca domeniu in stiinta materialelor si in chimie mai tarziu. In fapt nanoparticule au fost utilizate cu peste 2000 ani inainte(clustere de Au folosite de romani la colorarea vaselor, sau mai tarziu in secolul al X-lea in acelasi scop la ceramice)O reala schimbare in domeniul utilizarii nanoparticulelor a aparut abia in secolul XX cu producerea carbonului negru prin anii 1940. Descoperireacarbonului C60(fullerene) in 1985 (ulterior au fost puse in evidenta peste 30 de tipuri de C2ndin aceeasi familie) si a nanotuburilor de carbon in 1991, a dat un stimul real dezvoltarii nanomaterialelor. Evolutia spectaculoasa a puterii calculatoarelor si a modelarii materialelor, cuplata cu avansul semnificativ al tehnicilor de caracterizare a materialelor la scara atomica cum sunt microscopia bazata pe forta atomica (AFM- atomic force microscopy) si cea bazata pe scanarea efectului tunnel (STM- scanning tunneling microscopy), etc. au constituit factori aditionali de dezvoltare a nanomaterialelor pentru o serie de obiective specifice.1.3.1. Ce sunt nanomaterialele?Nanostiintaeste studiul asupra fenomenelor si manipularii materialelor la scara atomica, moleculara sau macromoleculara, la care proprietatile difera essential de cele de la scara macro.Nanotehnologiilereprezinta proiectarea, caracterizarea, producerea si utilizarea de structuri, produse finite si sistemeprin controlul formei si dimensiunilor la scara nano.Nanomaterialelemarcheaza limitele dintre nanostiinte si nanotehnologii, asa ca definirea lor este apropiata de a acestora. In principiu, majoritatea cercetatorilor accepta ideea ca nanoparticulele sunt particule materiale care au un diametru de cel mult 250 nm.Pentru a intelege ce inseamna asta in realitate este suficient sa se recurga la unele date statistice. Spre exemplu, 2 g de nanoparticule de Al cu diametrul mediu de 100 nm, contin suficiente nanoparticule incat sa se poata da fiecarui locuitor al planetei cam 300 000 de particule.Nanomaterialele acopera, din fericire o arie larga de materiale: polimeri, metale, ceramice. Ele pot avea de asemenea morfologii foarte variate:sfere, fibre, palete, structuri dendritice, tuburi, etc.(vezi fig.2) Tehnicile de producere in laborator si conditiile speciale de sinteza a lor pot determina uneori forme foarte sofisticate pentru nanomateriale (vezi fig 3).

Fig. 2.Aspectul unor nanomateriale (nanoparticole-nanopudre) : (a) Co; (b) oxid de cupru;(c) ZnO; (d) Ag.

Fig. 3.Nanostructuri deZnO sintetizate in conditii controlate prin evaporarea termica a pulberilor solide.1.3.2. De ce prezinta interes nanomaterialele?Nanomateriale prezinta interes pentru o serie de domenii datorita proprietatilor lor foarte speciale (vezi tab 1)Tabelul 1 . Domenii de interes pentru nanomateriale10DomeniulScara dimensionala

Produse electronice1100 nm

Produse magnetice1100 nm

Optica1100 nm

Superconductibilitate0.1100 nm

Mecanica0.11000 nm

Cataliza110 nm

Supramolecule11000 nm

Imunologie110 nm

Nanomaterialele la dimensiuni cuprinse intre 1nm si 250nm fac o legatura intre proprietatile atomilor si moleculelor cu cele ale grupurilor de particule materiale. Majoritatea proprietatilor fizice sunt controlate prin fenomene care au un domeniu critic de manifestare la scara nano. Proprietatile electronice care pot fi controlate la aceasta scara prezinta un interes deosebit11. In acelasi timp o serie de alte caracteristici cum ar fi cele chimice, mecanice, optice, etc. sunt de un foarte mare interes.1.3.3. Evolutia in activitatea comerciala cu nanomaterialeAdaugarea de particule in alte matricide materiale a fost o tehnica uzuala de schimbare a proprietatilor materialelorinca de la inceputul producerii materialelor sintetice.In mod firesc primele particule utilizate in acest scop aveau dimensiuni mai mari decat de ordinal nano.Prima productie industriala de nanomateriale a inceput in secolul 20 cu producerea carbunelui negru si derivatilor in anii 1940. De-a lungul anilor urmatori au aparut noi companii multinationale. O reala comercializare a productiei de nanoparticole a aparut abia in ultimul deceniu al secolului trecut.O crestere extraordinara s-a resimtit in domeniul produselor electronice si a industriei optoelectronice.Odata cu dezvoltarea tehnologiilor s-a reusit obtinerea de produse din ce in ce mai mici cu componente din ce in ce mai miniaturizate. O evolutie pe parcursul secolului trecut a numarului companiilor producatoare de nanomateriale este redata in fig.417,18,19,20,21,22,23Marea majoritate a acestor companii au avut ca pornire mici companii initiate pe langa universitati, laboratoare guvernamentale sau antreprenoriale bazate pe finantare guvernamentala. Se estimeaza ca aproape jumatate din companiile producatoare de nanomateriale au inca un asemenea statut. Exista programme de cercetare specifice zonelor mari economice ale lumii in care nanomaterialele se regasesc ca directii prioritare. In Comunitatea Europeana, Programul Cadru 7, are nanomaterialele incadrate ca directie prioritara de cercetare (in clasificarea prezentata in paragraful 1.2.). La acest program Romania a aderat prin structurarea Programului National 2 de cercetare intr-o varianta compatibila cu cea a PC7 european.Primele tipuri de nanomateriale produse si pietele lorde desfacere sunt prezentate in tabelul 2.

Fig. 4.Evolutia numarului companiilor in domeniul nanomaterialelorTabelul 2 Primele tipuri de nanomateriale produse si pietele lorde desfacere17,18,19Tipul produsuluiDomeniu de piata vizatPondere

NanoparticuleMedical/farmaceutic30%

NanotuburiChimie si materiale avansate(noi)29%

Materiale nanoporoaseTehnologia informatica si comunicatii (ITC-Information and communication technology )21%

FulereneEnergie10%

Dispozitive de control-cuantificarePentru motoare auto5%

Materiale nanostructurateIndustria aerospatiala2%

NanofibreTextile2%

NanocapsuleAgricultura1%

Nanofibre

Dendrimeri

1.3.4. Piata nanomaterialelorIntrebarea de baza este: care este piata nanomaterialelor ce face acest domeniu atat de atractiv si determina o crestere atat de rapida a numarului companiilor producatoare?In mod cert exista o asemenea piata.Exista un numar mare de aplicatii in care posibilitatea reprocesarii materialelor existente la scara nano poate oferi noi performante produselor obtinute.Exemplele pot fi multiple, de la sculele de taiere, la care particolele de mici dimensiuni duc la performante sporite, la componentii de lustruire si polizare care utilizeaza particole in jur de 90nm, astfel incat calitatea suprafetelor obtinute e asigurata , respectiv la dispozitivele magnetice la care marea densitate a depunerilor magnetice cu particule foarte fine creste mult capacitatea de stocare a informatiei.O estimare a productiei diverselor nanomateriale pentru periada actuala si viitoare este redata in tabelul 3.Taelul3Productia globala estimata pentru diferite tipuri de nanomateriale (estimare realizata in perioada 2003-2004)8AplicatiiMaterial/produsProductia estimata (tone/an)

2003-20042005201020112020

StructuralStructuralCeramice, composite catalitice, straturi de acoperire, filme subtiri, pulberi metalice (Ceramics, catalysts composites, coatings, thin films, powders, metals)10103104105

Skincare productsOxizi metalici (Metal oxides) (TiO2, ZnO, Fe2O3)103103103sau mai putin

Tehnologia informatiei si comunicatiei(ICT)Nanotuburi monostrat, nanoelectronice, materiale optoelectronice, diode organice luminiscente [Single-walled nanotubes, nanoelectronics, optoelectronic materials (TiO2, ZnO, Fe2O3), organic light-emitting diodes (OLEDs)]10102103sau mai mult

BiotehnologieNanocapsule, materiale biocompatibile, stimulatori, composite, biosenzori (nanoencapsulates, biocompatible materials, quantum dots, composites, biosensors)less than 1110

Instrumente, senzori, caracterizareSisteme microelectronice sisteme nanomecanice, microscopie prin scanarea probelor litografie,(Microelectromechanical systems (MEMS), nanoelectro-mechanical systems (NEMS), scanning probe microscopy (SPM), dip-pen lithography, direct-write tools)10102102103

MediuNanofiltrare, membrane (Nanofiltration, membranes)10102103104

Apar mereu noi aplicatii ale nanomaterialelor si produse care seduc atentia atat a producatorilor cat si a utilizatorilor.Noile produse optoelectronice, produsele de mici dimensiuni mult mai eficiente energetic, nanotubirile de carbon cu extraordinarele lor aplicatii, atrag tot mai multe fonduri in cercetare si productie. Din acest motiv au aparut si apar companii care pot sa produca asemenea materiale in cantitati de ordinul sutelor de tone anual. Cifrele de afaceri care se deruleaza in domeniu de ordinul sutelor de milioane de dolari la nivelul anilor 2004-2005 se estimeaza sa ajunga la zeci de miliarde in 2010. Aceastase datoreaza in special aplicatiilor nelimitate pe care aceste nmateriale si le regasesc actual, dar mai ales in perspectiva tehnologiilor si produselor viitoare (vezi tabelul 4)

Tabelul 4. Aplicatii actuale si viitoare ale nanomaterialelor.DomeniulIn curs de dezvoltareIn faza incipientaProduse confirmate

Putere/energieCelule solare utilizand TiO2Ni nanocristalin si hidruri metalice pentru bateriiCatalizatori pentru motoare

Stocare de H2storage utilizand hidruri metalice

Materiale pentru anozii si catozii celulelor solareCatalizatori pentru mediu

Fluide pentru control termic utilizandCu

Sanatate/ medicinaMedicamente nanocristaline pentru absorbtie usoaraMolecular tagging using CdSe quantum dotsElemente de stocare antibacterial ape baza de Ag, fungicide pe baza de ZnO

Insulina inhalabilaDrug carriers for drugs with low water solubilityAu for biolabeling and detection

Nanosfere pentru medicamente inhalabile injectate current utilizand Si biocompatibilScule pentru implanturi cahydroxyapatitaAgenti pentru imagine prin rezonanta magnetica de contrast pe baza de Fe2O3

Bone growth promotersMarker particles for use in assaysSunscreens using ZnO and TiO2

Virus detection using quantum dots

Anticancer treatments

Magnetic particles for the repair of the human body with prosthetics or artificial replacement parts

Antioxidant drugs based on fullerenes

EngineeringImproved thermal barrier coatingsAbrasion-resistant coatings using alumina, Y-Zr2O3Structural enhancement of polymers and composites

Spark plugs using nanoscale metal and ceramic powdersNanoclay reinforced polymer compositesThermal spray coatings based on TiO2, TiC-Co, etc.

Nanoporous silica based on aerogels for high-efficiency insulatorsLubricant/hydraulic additives: Cu MoS2Nanostructured Al alloys incorporating nanoparticles

Controlled delivery of herbicides and pesticidesPigmentsInks: conducting, magnetic, etc. using metal powders

Improved moisture barrier films for packagingImproved scratch-resistant coatingsProcessing catalysts

Chemical sensorsSelf-cleaning glass using TiO2Cutting tool bits: WC, TaC, TIC, Co

Molecular sievesPropellants using AlAutomotive tires

Consumer goodsAnticounterfeit devicesPackaging using silicates

Nano-starch-based adhesives for cardboard packagingGlass coatings for antiglare, antimisting mirrors using TiO2

White goods with easy-clean coatings

Ski wax

Sports goods: tennis balls, rackets using nanoclays

Water/stain-repellent textiles

EnvironmentalMore sensitive sensorsAlumina fibers for water treatmentTiles coated using alumina and other sanitary ware

Environmentally friendly antifouling paints and coatingsPhotocatalyst water treatments using TiO2Self-cleaning glass using nanostructured coatings based on TiO2

Soil remediation using FePollution-destroying paints using TiO2Antireflection coatings

ElectronicsEMI shielding using conducting and magnetic materialsFerrofluids using magnetic materialsChemical-mechanical planarization alumina, ceria

Electrically conductive plasticsOptoelectronics devices such as switches using rare-earth-doped ceramicsCoatings and joining materials for optical fibers based on Si

Light-emitting Si LED nanoparticles for displaysSmaller multilayer capacitors (MLCs) using Ni and Cu nanopowders

Electronic circuits, nonvolatile random access memory (NRAM) using Cu, AlConductive coatings and fabrics using rare-earth-doped ceramics

Display technologies including field-emission devices using conducting oxides and carbon nanotubesNanoscale magnetic particles for high-density data storage

1.3.5. Viitorul nanomaterialelor si a companiilor care le producThe use of nanoparticles is set to escalate and the market has the potential to increase dramatically over the next ten years, as more uses for these materials are developed and commercialized.A major impact will be in the medical and pharmaceutical markets as new treatments using nanoparticles obtain licenses for use. But there are many other applications where the time to market is considerably less than the pharmaceutical market, particularly in consumer goods. However, there are still many challenges for nanomaterials companies to overcome before the potential is fully realized. These include: How to produce materials in volume commercially at viable prices many current techniques cannot scale up sufficiently to produce the cost reductions required to target volume markets; How to supply the materials in a form suitable for inclusion in manufacturing processes understanding the surface chemistry and how particlescan be dispersed in a wide variety of media will be key to the adoption of many materials; Consistency and reliability in volume production tolerances on size and composition can be achieved reliably for simple compounds such as binary oxides and for more complex materials in small batch production, but doing this for the complex materials in volume manufacturing is not so easy; Characterization it is possible to characterize materials to a great extent. However, many of the techniques are appropriate for the research lab but not for the production environment. Rapid, bulk, and preferably on-line techniques are required to monitor properties such as particle size distribution; The need to focus in a very broad market the ability to pick out the applications that will come to market early will determine the survival of many nanomaterials companies in the short term as they start to build revenues and try to survive while products are developed and production capability is installed; How to add and retain value this will be key to the longer-term viability of companies as volumes increase and pressure to reduce prices and hence margins increases. The approach adopted by many is of securing intellectual property to provide a longer-term income stream; Health, safety, and environment the profile of nanotechnology has increased in recent years with a focus on the potential long-term effects of nanotechnology and, more immediately, nanomaterials on people and the environment8,44,45,46,47,48,49,50and51. As with any high-profile technology, questions will be asked, but some nanomaterials have been with us for many years without causing concern. However, it is very important to the success of this industry that any concerns are addressed. The key aspect is: are there any detrimental effects over and above those already identified purely from the fact that these materials are in the nano form? It is also highly unlikely that nanomaterials will be used without being incorporated into some other media, such as a composite or liquid. Research is underway into the effects of nanomaterials, and it is difficult to draw any firm conclusions to date, but there is evidence that there may be positive benefits from these types of material both for humans and the environment50and52.A fost creata o manta a invizibilitatii tridimensionalaNu seamana cu pelerina lui Harry Potter, ci este o structura tridimensionala realizata dintr-o noua clasa de materiale, capabile sa controleze lumina si sa ascunda vederii obiecte.Descoperirea, publicata in revista Science, se datoreaza unui grup de cercetatori germani si englezi, coordonati de Tolga Ergin si Nicolas Stenger de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe.In cadrul studiului lor, cercetatorii au utilizat mantaua tridimensionala pentru a face invizibila o protuberanta de pe o suprafata de aur. Mantaua este compusa din lentile speciale asamblate intr-o structura polimerica, lentile a caror caracteristica este aceea de a se lega partial de undele luminoase astfel incat sa impiediceluminasa se difuzeze.Toate structurile de acest gen realizate pana in prezent sunt bidimensionale, si chiar si aceasta fusese proiectata initial in doua dimensiuni, dar ulterior a demonstrat ca poate functiona si in3D, a precizat Ergin.Asa-numitele "materiale ale invizibilitatii" suntnanomaterialecu dimensiuni de ordinul milionimilor de metru. Sunt capabile sa devieze undele luminoase, orientandu-le in jurul unui obiect pana cand il infasoara ca o gaoace, aceasta comportandu-se de fapt ca o "manta" a invizibilitatii.SAVA Daniel Florin Pagina 1Nanomateriale...pentru un mediu mai curatDei interesul general pentru nanomateriale este recent, conceptul de nanomateriale i nanotehnologie a fost ridicat cu 50 de ani n urm. Fizicianul Richard Feynman a deschis o conversaie n 1959 numit Este destul loc la baz (There's plenty of room at the bottom), n care a argumentat c nu este nici un motiv fizic fundamentat pentru care s nu se poat produce materiale prin manipularea atomilor. Aceast conversaie a inspirat generaiile viitoare n a atinge noi i noi limite.n ultimul deceniu, nanomaterialele au devenit un subiect de interes major. Aceste materiale,importante prin prisma dimensiunilor lor (fiind definite ca materiale cu dimensiuni sub 100 de nm), au un potenial industrial mare pentru aplicaii foarte diverse, precum: aplicaii electronice, bioinginerie, industria energetic, mediu, industria chimic...etc. Acest potenial se fructific an de an prin investiii uriae n cercetarea i dezvoltarea de noi nanomateriale cu proprieti printre cele mai diverse.Principiul care st la baza dezvoltrii nanomaterialelor se bazeaz pe diferena total dintreproprietile acestora i proprietile materialelor la scar macroscopic. Diferena de proprieti ntre acelai material dar de dimensiuni diferite const n faptul c un material macroscopic are o anumit reea atomic, n care aezarea atomilor se repet de un numr foarte mare de ori, pe cnd pentru particulele de dimensiuni nanometrice se creeaz o suprafa specific foarte mare. Pe lng suprafaa specific foarte mare, acestor particule li se adaug i anumite efecte cuantice care se datoreaz tot dimensiunilor foarte mici. Astfel, putem spune c proprietile unui nanomaterial depind foarte mult de dimensiunea particulelor componente.Lund n considerare diversele industrii n care aceste materiale au aplicaie i literatura ntreag care s-a format n jurul acestui domeniu de cercetare, spaiul necesar pentru o descriere a majoritiiaplicaiilor nanomaterialelor s-ar extinde foarte mult, aadar aceast lucrare se va concentra pe descrierea aplicaiilor nanomaterialelor n domeniul energetic i cel al proteciei mediului.n prezent, dei au fost dezvoltate foarte multe tehnologii n domeniul energetic, peste 80% din necesarul energetic este asigurat de ctre combustibilii fosili, care atrage dup sine poluarea mediului, i nclzirea global. Populaia global crescnd, evident c i necesarul energetic va crete, ns acestnecesar poate fi acoperit de ctre energia solar, deoarece anual Pmntul primete o energie de3,91024J, iar consumul este cu patru ordine de mrime mai mic, i anume 4,71020J. n acest sens s-au dezvoltat foarte multe tipuri de celule fotovoltaice. Primele tipuri de celule fotovoltaice nu au fost Nanomaterialepentru un mediu mai curat 2011SAVA Daniel Florin Pagina 2rentabile, ns n prezent se cerceteaz noi metode de mrire a eficienei i rentabilitii. Cele mai performante celule fotovoltaice la acest moment se bazeaz pe nano-componente (Ex. nanoparticule, nanofire etc.). Multe dintre acestea sunt bazate pe dou tehnologii principale: a) celule formate prin imprimarea unor cerneluri speciale pe un substrat conductor (una dintre cele mai mari companii n domeniul celulelor fotovoltaice, NanoSolar, produce o cerneal special cu nanoparticule de dimensiuni de pn la 20 de nm pe care o imprim pe o folie de aluminiu pregatit special.)b) celule solare cu vopseluri sensibile ( DSSC Dye-sensitive solar cells) care sunt formate dintr-un strat poros de nanoparticule de dioxid de titan, pe care se depune o vopsea pe baz de Ruteniu ceabsoarbe radiaiile solare.Se consider c pe viitor se vor obine celule solare mult mai eficiente din punct de vedere energetic, iar acestea se vor baza pe quantum dots avnd dimensiuni de pan la 10 nm.Avnd aceste celule solare foarte eficiente, pentru a putea folosi energia capturat de acestea va trebui s avem i anumite metode de a o depozita. Metodele de depozitare a energiei electrice pe baza de baterii sunt n continu dezvoltare, pentru a obine dimensiuni ct mai mici i o capacitate de depozitare ct mai mare.n momentul de fa, cele mai rspndite baterii sunt bateriile Li-Ion, deoarece pot depozita o cantitate considerabil de energie ntr-o celul mic, avnd o densitate redus. Puterea bateriei depinde foarte mult de viteza de micare a ionilor prin material, de aceea cu ajutorul nanomaterialelor s-au realizat anumite depuneri de fosfat de Li pe o suprafa de LiFePO4 (la nanoscar), care permite cationilor de Li+s se mite foarte rapid. Acest nou material are o vitez de ncrcare/descrcare foarte mare, trebuindu-i doar cteva zeci de secunde pentru a se ncrca (puterea fiind una medie).De asemenea, cu ajutorul nanotehnologiei, Altair Nanotechnologies a dezvoltat o nou baterie rencrcabil care ndeplinete cerine avansate: timp scurt de ncrcare, ciclu ndelungat de ncrcare/descrcare, sigurana operional complet i tolerana pentru temperaturi extreme. Tehnologia bateriei se bazeaz pe nanoparticule de titanat de Li, care nlocuiete grafitul din bateriile comune Li-ion. Pentru obinerea nanosctructurilor se folosete o metod numit Hidroliza Spray, cu ajutorul cruia se pot controla precis proprietile nanomaterialelor (suprafaa specific, morfologia, dimensiunea particulelor i puritatea). Avantajul principal al acestor baterii se regsete n structura acesteia, care spre deosebire de structura unei baterii comune Li-Ion, nu are tensiuni n material la deplasarea ionilor Li+prin acesta la fiecare ciclu de ncrcare/descrcare.Nanomaterialepentru un mediu mai curat 2011SAVA Daniel Florin Pagina 3Noile tipuri de baterii care se dezvolt n prezent sunt bateriile Li-aer (Li-oxigen), care vor putea nmagazina de cteva ori mai mult energie dect bateriile Li-ion de aceeai dimensiune. Aceste baterii se bazeaz pe creterea unor nanofibre de carbon avnd o porozitate foarte mare, iar n pori se vor forma nanoparticule de peroxid de litiu pe msur ce bateria se descarc.O mare problem n prezent este apa potabil, deoarece peste 600 de milioane de oameni suferdin cauza insuficienei acesteia, iar depinznd de creterea demografic, pn n anul 2025, se estimeaz c peste 2,7 miliarde de oameni vor suferi din cauza insuficienei apei potabile. Potenialele arii de impact ale nanomaterialelor n aplicaiile pentru ap, se mpart n trei mari categorii:a) tratare i remediereb) depistare i detectarec) prevenirePentru tratare i remediere se folosesc diferite nanoparticule, polimeri dendritici, fulerene, nanoparticule bimetalice, nanosemiconductori catalitici i altele.Printre primele nanomateriale folosite pentru tratarea apei sunt nanoparticulele de Ag. Pentru nanoparticulele de Ag au fost postulate mai multe mecanisme antimicrobiene, precum adeziunea la suprafaa celulei i schimbnd proprietile suprafeei, ptrunderea n interiorul bacteriei cu rezultate n alterarea ADN-ului, eliberarea ionilor antimicrobieni Ag+. n acest moment sunt sute de produse pe piaa care folosesc nanoparticule de Ag ca agent antimicrobian, incluznd suplimente nutritive, caserole pentru mancare, frigidere, textile, maini de splat, vopseluri, soluii pentru lentilele de contact, catetere etc. Multe din sistemele de purificare a apei pentru cas cu nanoparticule de Ag sunt disponibile pe pia (exemple: Aquapure, Kinetico, QSI-Nano). Aceste sisteme pot elimina 99,99% din bacteriile patogenice, virusuri, protozoare i chisturi. Viitoare aplicaii ale nanoparticulelor de Ag includcaptuirea evilor din reelele de distribuie, pentru a preveni creterea agenilor patogeni i includerea n membranele pentru filtrarea apelor la scar larg.Alte nanoparticule folosite pentru tratarea apelor sunt nanoparticulele de TiO2. Activitatea antibacterian a TiO2 este legat de producerea speciilor oxigenate reactive (Reactive Oxygen Species), n special radicalii peroxid i hidroxil sub iradiere UV-A (320-400 nm), prin ambele mecanisme att de oxidare, ct i de reducere. Totui, activitatea bactericid a TiO2 (mrimea medie a agregatelor de 330 nm) a fost observat i n ntuneric, ceea ce arat c i alte mecanisme sunt implicate. Sisteme comerciale de purificare a apei bazate pe fotocataliz TiO2 exist deja pe pia (Purifics). n prezent se dopeaz TiO2 n moduri ct mai diverse, pentru a obine randamente ct mai bune n purificarea apelor Nanomaterialepentru un mediu mai curat 2011SAVA Daniel Florin Pagina 4i aerului prin fotocataliz.O nou metod descoperit pentru tratarea apelor este metoda filtrrii sporite cu ajutorul dendrimerilor (DEF- Dendrimer- Enhanced Filtration). Metodele principale de purificare a apelor la nivel global sunt sistemele membranare, mai precis osmoza-invers, nanofiltrarea, ultrafiltrarea i microfiltrarea. Dezavantajul metodelor membranare se refer la costurile de operare, deoarece aceste sisteme au nevoie de presiuni foarte mari pentru a ndeprta contaminani de dimensiuni foarte mici. Osmoza invers i nanofiltrarea sunt foarte eficiente n eliminarea ionilor dizolvai i a substanelor organice, ns aceste dou metode folosesc presiuni de operare mari (100-1000 psi, adic 7-70 atm). Pe de alt parte, ultrafiltrarea i microfiltrarea folosesc presiuni mici (5-60 psi, adic 0,34 -4,2 atm), nsnu sunt eficiente n ndeprtarea ionilor dizolvai i a substanelor organice. Soluia acestor deficiene vine cu ajutorul membranelor de tip DEF, acestea functionnd la presiuni mici i fiind i eficiente n reinerea particulelor de dimensiuni foarte mici. Aceti dendrimeri sunt nanoparticule globulare foarte ramificate, cu o compoziie i arhitectur controlat i cu dimensiuni ntre 1 nm i 100 de nm. Nanopolimerii dendritici pot encapsula o varietate mare de solui din ap, precum cationi (Cu2+, Ag+, Au3+), anioni (perclorai, nitrai i fosfai), i compui organici (farmaceutice i pesticide). Nanopolimerii dendritici pot servi, de asemenea, ca reactoare sau catalizatori de dimensiuni nano, i pot neutraliza virusuri i bacterii. Procesul DEF exploateaz proprietile unice ale nanopolimerilor dendritici, astfel dezvoltndu-se o nou generaie a filtrrii de presiune joas pentru tratarea apelor contaminate de ioni metalici toxici, oxianioni i anumite substane organice. Remedierea apelor i a solului este una din marile probleme cu care se confrunt societatea actual - numai n America se estimeaz c impactul compuilor clorurai asupra apelor subterane este imens, iar remedierea acestora ar costa peste 750 de miliarde de dolari. Compuii clorurai precum tricloroetena (TCE), tetracloroetena (PCE) i bifenili policlorurai (PCB), sunt contaminanii principali din soluri i ape subterane. Una din soluiile oferite de ctre nanotiin i nanomateriale este folosirea nanoparticulelor de Fe zero-valent. Nanoparticulele de Fe zero-valent ofer o suprafa activ foarte mare i o vitez de descompunere destul de mare a hidrocarburilor clorurate, ns dezavantajul acestor nanoparticule se reflect n reactivitatea mrit, astfel reactionnd cu speciile prezente n mediu, dar formnd i agregate de ordinul micronilor sau milimetrilor. Pentru a depi acest obstacol s-au dezvoltat anumite metode de stabilizare a nanoparticulelor, dintre care cea mai eficient este cea care folosete carboximetil celuloza ca stabilizator. Comparate cu nanoparticulele de Fe zero-valent nestabilizate, cele stabilizate au o stabilitate mai mare in apa, sunt mobile n soluri i sunt mult mai Nanomaterialepentru un mediu mai curat 2011SAVA Daniel Florin Pagina 5eficiente n descompunerea compuilor clorurai, iar pe lng toate acestea nu s-a observat nici o acumulare de intermediari toxici. Stabilizarea nanoparticulelor de Fe zero-valent ofer un convenient practic pentru aplicaiile in situ a acestora.Majoritatea determinrilor substanelor din sol i din ape se fac cu senzori de o sensibilitate ridicat. Senzorii i datoreaz senzitivitatea n variaia diverilor parametri construii ca s i msoare. Parametrii care pot fi masurai includ: rezistena electric, activitatea chimic, permeabilitatea magnetic, conductivitatea termic, capacitana etc. Toi aceti parametri depind n mare msur de microstructura (mrimea particulelor) materialelor componente. O modificare a mediului n care se afl senzorul se manifest prin schimbarea caracteristicilor chimice, fizice sau mecanice ale materialelor componente, aceste modificri fiind folosite pentru determinri. Viteza i extinderea acestor modificrisporesc cu scderea mrimii particulelor materialelor componente. Prin urmare, putem spune c senzorii facui din materiale nanocristaline sunt foarte sensibili schimbrilor din mediu. Aceti senzori nu au aplicaii doar n detectarea contaminanilor din ape i din sol, ci au aplicaii n diverse domenii (de la senzori pentru detectarea fumului, pn la senzori de determinare a performanei unui motor).Pe lng toate aplicaiile descrise pentru mediu i energie, nanomaterialele au foarte multe aplicaii importante i n alte domenii, precum: medicin (implanturi diverse, medicamente cu eliberare controlat i intit), electronic (dispozitive din ce n ce mai mici i cu proprieti foarte bune) i multe alte materiale diverse (materiale cu proprieti speciale pentru avioane, unelte dure pentru tieri, materiale izolatoare pentru case, vopseluri cu puteri mari de acoperire i autocurante, sticle autocurante etc). Toate aceste aplicaii pot face viaa oamenilor mult mai uoar, ns, inainte de a le pune pe toate n aplicare, ar trebui s studiem i posibilele efecte adverse ale acestor materiale,deoarece dorim s avem nanomateriale...pentru un mediu mai curat, nu?Nanomaterialepentru un mediu mai curat Nanomateriale cu un viitor luminosO metoda inovativa si necostisitoare de realizare pe scara larga a nanomaterialelor a rezultat in noi forme de materiale avansate care netezesc calea catre proprietati exceptionale si neprevazute.Noua tehnica de fabricatie, cunoscuta sub numele de litografie soft (soft lithography - SIL), ofera multe avantaje semnificative comparativ cu tehnicile existente, inclusiv abilitatea de a amplifica procesul de manufacturare pentru a produce dispozitive in cantitati mari.Cercetarea, finantata de National Science Foundation (NSF) si condusa de Teri Odom de la Northwestern University, SUA, apare pe coperta numarului din Septembrie 2007 a revistei Nature Nanotechnology.Nanomaterialele optice din aceasta cercetare sunt numite "metamateriale plasmodice" deoarece proprietatile lor fizice unice isi au originea in forma si structura, si nu doar in compozitia materialului. Doua exemple de metamateriale in natura sunt penele paunului si aripile fluturelui. Culorile lor vii se datoreaza variatiilor structurale la nivel de sute de nanometri, ceea ce le face sa absoarba sau sa reflecte lumina.Prin dezvolatarea unei noi tehnici de manufacturare, Odom si colegii sai au reusit sa faca filme de aur cu perforatii dispuse in matrici care sunt practic extinse la infinit, perforatiile avand pana la 100 de nanometri - de 500 pana la 1000 de ori mai putin decat un fir de par uman. Marite, aceste filme de aur cu perforatii arata ca o felie de cascaval, cu exceptia faptului ca perforatiile sunt bine ordonate si se pot intinde pe distante macroscopice. Abilitatea cercetatorilor de a realiza aceste metamateriale in mod necostisitor si pe wafere sau foi de mari dimensiuni diferentiaza munca lor de alte tehnici anterioare."Una dintre cele mai mari probleme cu nanomaterialele a fost dintotdeauna obtinerea lor pe scara mare," a spus Odom. "A fost foarte dificil sau foarte scump sa multiplicam modelul lor pe arii mai mari decat aproximativ un milimetru patrat. Acesta cercetare este interesanta nu numai fiindca demonstreaza o modalitate ieftina de repetare a unui sablon, dar de asemenea una care poate produce materiale optice de inalta calitate cu proprietati interesante."De exemplu, daca perforatiile sunt asezate in "petice" microscopice, ele demonstreaza un comportament al luminii care difera dramatic comparativ cu o matrice infinita de perforatii. Peticele par sa focalizeze lumina, in vreme ce matricea infinita nu are aceasta proprietate.In plus, proprietatile lor de transmitere a luminii pot fi alterate prin simpla schimbare a geometriei perforatiilor, si nu prin "coacerea" unei noi compozitii de materiale. Aceasta caracteristica le face foarte atractive atunci cand este necesara acordarea simpla a comportamentului lor pentru o anumita cerinta.Aceste materiale pot fi de asemenea folosite ca senzori optici, si deschid posibilitatea realizarii de surse de lumina de dimensiuni ultra reduse. In plus, datorita organizarii precise, pot servi ca sabloane pentru propria lor copiere sau pentru a realiza alte materiale bine ordonate, cum ar fi matrici de nanoparticule." Aceasta activitate este exact genul de cercetare transformationala cu risc ridicat, potential ridicat, care Divizia de Materiale de la NSF este interesata sa o sprijine," a spus Harsh Deepak Chopra, manager de program la NSF. "Rezultatele incipiente sunt extrem de promitatoare si sugereaza o noua generatie de dispozitive optice."http://www.tititudorancea.ro/z/nanomateriale_cu_viitor_luminos.htm 2011SAVA Daniel Florin Pagina 6Bibliografie1. Pagliaro Mario, Nano-Age (How Nanotechnology changes our future), Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 20102. Savage Nora, Diallo Mamadou, Duncan Jeremiah, Street Anita, Sustich Richard, Nanotechnology Applications for Clean Water, William Andrew, Norwich, NY, USA, 20093. Smith B. Geoffrey, Granqvist G. Claes, Green Nanotechnology (Solutions for Sustainability and Energy in the Built Environment), CRC Press Taylor & Francis Group, New York, 20114. http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=4662.php5. http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=10666. http://www.nanocompositech.com/nanotechnology/nanotechnologyapplications.htm7. http://en.wikipedia.org/wiki/NanotechnologyBibliogfrafie1The Nanotech Report 2004 Investment Overview and Market Research for Nanotechnology(3rdedition) Lux Research Inc., New York 2004 www.luxresearchinc.com/TNR2004.2R.A. Bleekeret al.,Materials Today7(2004) (2), p. 41.3B. Corish, CIPA Congress Nanotechnology Workshop, Thomson Scientific,London(2003).4www.thebritishmuseum.ac.uk/science/text/lycurgus/sr-lycurgus-p1-t.html.5D. Erhardt,Nat. Mater.2(2003), p. 509.6H.W. Krotoet al.,Nature318(1985), p. 162.7S. Iijima,Nature354(1991), p. 56.8Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties, The Royal Society & The Royal Academy of Engineering,London, (2004).9L.W. Zhong,Materials Today7(2004) (6), p. 26.10J.S. Murday,AMPTIAC Newsletter6(2002) (1), p. 5.11P. Moriarty,Rep. Prog. Phys.64(2001), p. 297.12The MicroJetReactor for Producing Nanoparticles, Synthesechemie GmbH, home.t-online.de/home/penth/ebesch.htm.13Kava Technology (2004), www.kavatechnology.com/index.html.14E.L. Mayes,J. Mag. Soc. Jap.26(2002) (8), p. 932.15K.L. Choy, Process principles and applications of novel and cost-effective ESAVD based methods,Innovative Processing of Films and Nanocrystalline Powders, World Scientific Publishing,Singapore(2002).16M.S. Dresselhauset al., Carbon nanotubes Synthesis, Structure, Properties and Applications, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg(2001).17P. Holister and T.E. Harper, The Nanotechnology Opportunity Report, CMP Cient'fica,Madrid(2002).18A. Jones and M. Mitchell, Nanotechnology: Commercial Opportunity, Evolution Capital Ltd,London(2001).19Rittner, M.,Opportunities in Nanostructured Materials, GB-201, Business Communications Co. Inc.,Norwalk,CT,USA, 2001.20D.K. Rodhamet al., A Technology Road Map for Colloid and Interface Science in theUK, IMPACT Faraday Partnership,Reading,UK(2003).21Technology Alert Nanotechnology,InstituteofNanomaterials,Glasgow, 2001.22Opportunities for Industry in the Applications of Nanotechnology, DTI Foresight Materials Panel Report,London, 2000.23Nanophase materials innovative developments mould a thriving industry, D212,Frost&Sullivan,New York, 2001.24Kobayashi, N.,Nanotechnology, Hitachi Research Institute Report, Toyo Keizai Shimpo-sha,Tokyo, 2001.25Nanotechnologies, Technanogy merge assets,Small Times(14 April 2004) www.smalltimes.com/document_display.cfm?document_id=7733.26Konarka acquires Siemens' organic photovoltaic research activities, www.konarkatech.com/news_and_events/press_releases/2004/9_september/0907_siemens_acquisition.php.27Degussa Investing 25 Million in Advanced Nanomaterials, Degussa Press release, (27 February 2003).P. Short, From small things, big things will come,Chemical and Engineering News82(2004) (28), p. 17.29Nanophase technologies announces exclusive partnership with and $10m investment by Altana Chemie AG(25 March 2004) www.nanophase.com/investor_relations/press.asp?PRESS_RELEASES_ID=87.30Y. Wanget al.,Appl.Phys. Lett.85(2004), p. 2607.31Fried, J., Japan Sees Nanotech as Key to Rebuilding its Economy,Small Times(7 Jan 2002) www.smalltimes.com/document_display.cfm?document_id=2843.32Third European Report on Science & Technology IndicatorsEUR 20025 European Commission,Brussels, 2003.33Dunn, S., and Whatmore, R. W.,Nanotechnology advances in Europe, Working Paper STOA 108 EN, European Commission,Brussels, 2002.34The Nanotech Report 2003, Investment Overview and Market Research for Nanotechnology(Vol II), Lux Capital,New York, 2003.35Institute for Soldier Nanotechnologies, Massachusetts Institute of Technology, http://web.mit.edu/isn.36Nanotechnology information sheet, Ministry of Defence, 2001, www.mod.uk/linked_files/nanotech.pdf.37W. Babcock,AMPTIAC Newsletter6(2002) (1), p. 1.38D. Chung,Nanoparticles have health benefits too New Scientist179(2003) (2410), p. 1616.39L. Kabacoff,AMPTIAC Newsletter6(2002) (1), p. 37.40P. Holister, Nanotech the tiny revolution, CMPCientifica,Madrid(2002).41D. Draper,World Sports Activewear(Spring 2003), p. 16.42D. Graham-Rowe, Bad breaks fixed fast by bone printer,New Scientist178(2003) (2400), p. 20.43D. Graham-Rowe, Nano-coated implants cut MRI scan dangers,New Scientist179(2003) (2402), p. 13.44Nanotechnologies: a preliminary risk analysis, based on a workshop on 12 March 2004 by the Health and Consumer Protection Directorate General of the European Commission, Brussels, 2004 http://europa.eu.int/comm/health/ph_risk/events_risk_en.htm.45Malsch,I., (ed.),Benefits, Risks, Ethical, Legal and Social Aspects of Nanotechnology, NanoForum, June 2004, www.nanoforum.org.46Luther, W., (ed.),Industrial applications of nanomaterials chances and risks, VDI Technologiezentrum GmbH under EU Nanosafe project.47Hett, A.,Nanotechnology, Small matter, many unknowns, Swiss Reinsurance Company, 2004.48S. Woodet al., The Social and Economic Challenges of Nanotechnology, EPSRC,Swindon,UK(2003).49A.H. Arnall, Future Technologies, Today's Choices Nanotechnology, Artificial Intelligence and Robotics; A Technical, political and institutional map of emerging technologies, Greenpeace Environmental Trust, London (2003).50W-X. Zhang and T. Masciangioli,Environ. Sci. Technol.37(2003) (5), p. 102A.51J. Ryan,Physics World17(2004) (8), p. 16.52Rzigalinski, B., and Seal, S.,Science Daily(14 August 2003) www.sciencedaily.com/releases/2003/08/030814072145.htm.

53 http://www.descopera.ro/dnews/5759023-a-fost-creata-o-manta-a-invizibilitatii-tridimensionala