Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 2

Nanotechnologie – projectboekje leerling

Inhoudstafel Pagina

1. Wat is nano-technologie? 3

2. Hoe groot is een nanometer? 3

3. Hoe kunnen we de nanowereld zien? 4

4. Nanostructuren bouwen – imitatie van de natuur

De Gekko

De Lotusbloem

4

5. Op de nanoschaal krijgen stoffen andere eigenschappen

Goud

Koolstof

7

6. Nanostructuren bouwen - toepassingen in het dagelijkse leven-nu en in de toekomst

11

7. Bedenkingen en de nanosupermarkt 13

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 3

1. Wat is nano-technologie? Nano betekent dwerg.

Een nanometer is een miljardste van een meter. Je schrijft dit afgekort als nm.

Nano-technologie is wetenschap en techniek op een heel kleine schaal, de nanometer-schaal.

Nano-bouwers gaan naar deze kleine nano-delen kijken, ze bestuderen, en ze nabouwen.

Hoe een materiaal zich gedraagt op macroscopische schaal wordt beïnvloed door zijn structuur op de nanoschaal.

In de nanowereld krijgen stoffen andere eigenschappen: kleur, sterkte, smeltpunt, geleidbaarheid,...

Nanotechnologie maakt gebruik van die speciale eigenschappen om nieuwe materialen te maken.

Filmpje

http://www.schooltv.nl/video/het-klokhuis-nano-basis/

2. Hoe groot is een nanometer?

Eenheid afkorting Ook wel....

Kilometer km Duizend meter

Meter m Één meter

Millimeter mm Één duizendste van een meter

Micrometer µm Één miljoenste van een meter

Nanometer nm Één miljardste van een meter

Een mensenhaar is het kleinst zichtbare met het blote oog. Een haar is groot in de nanowereld. De diameter van een haar is ongeveer 100 000 nanometer (dit is 100 micrometer).

De dikte van papier is 10 000 nanometer.

Een virus 50 nanometer

Een atoom 0.1 tot 0.3 nanometer

Opdracht: Nano-schaal puzzel met foto’s

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 4

3. Hoe kunnen we de nanowereld zien?

We kunnen de nanowereld niet zien met het blote oog, maar ook niet met een gewone (licht)microscoop. We kunnen dit wel met speciale microscopen: de electronenmicroscoop of de atoomkracht-microscoop of de magneetkracht-microscoop. Het oppervlak van het voorwerp wordt met een hele fijne gevoelige punt afgetast. Zo worden de kleinste bultjes en putjes als het ware gevoeld door de naald, en deze worden in beeld gebracht op een scherm.

Opdrachten

Opdracht 2: verdunning – extra – niet uitgewerkt

Opdracht 3: nanomicroscopie (magneetkracht-microscoop): Beschrijving: Zie apart boekje

4. Nanostructuren bouwen – imitatie van de natuur

In nanotechnologie gaat men vaak voorbeelden uit de natuur nabouwen. Zo bekomt men heel nieuwe materialen.

Voorbeeld 1

Gekko tape - plakband zonder lijm, gemaakt volgens zelfde structuur als pootjes van een gekko

De gekko Een gekko kan tegen het plafond lopen. En ook tegen een glazen wand. Er hangen geen zuignapjes of lijm aan hun poten, of stekeltjes aan de muur. Ze doen dit met nanotechnologie. Als je een gekko onder een elektronenmicroscoop bekijkt, zie je dat ze bedekt zijn met miljoenen kleine haartjes. Elk haartje splitst daarbij zelf nog eens op in honderden kleinere haartjes (van 200 nm). Als een gekko over een oppervlak loopt, levert dat dus honderden miljoenen kleine contactpuntjes op.

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 5

Dat zijn er zoveel dat de zwakke aantrekkingskracht tussen moleculen en atomen van het glas en van de gekko pootjes (de zogeheten VanderWaalskrachten) door die enorme hoeveelheid aan contactpuntjes groot genoeg wordt om een gekko aan het plafond te laten hangen.

Filmpjes

1) Filmpje schooltv gekko

Symbaloo of ook: http://www.schooltv.nl/video/het-klokhuis-nano-gekko/#q=nano

2) Filmpje gekkotape (vanaf 3min20)

Symbaloo of ook: http://www.breakingscience.be/nl/topics/detail/hoe-kan-je-als-spiderman-een-gebouw-opklimmen

Voorbeeld 2

Water- en vuilafstotende laag op kleding, vensters, verf. Deze is gemaakt volgens dezelfde structuur als de Lotusbloem.

De Lotusbloem:

Om te begrijpen waarom de lotusbloem en ruiten met zo’n speciaal waterafstotend laagje (vb Lotusan) niet nat worden, dalen we af naar de wereld op nanoniveau. Wanneer je zegt dat iets ‘nat’ is, betekent dat in de nanowereld niet meer dan dat watermoleculen gewoon graag aan elkaar of iets anders plakken. Als je onder de douche staat ervaar je water niet als plakkend, omdat de meeste waterdeeltjes nog altijd het liefst aan elkaar plakken, waardoor ze in grote druppels samenklonteren en onder hun eigen gewicht naar beneden vallen. Al dat water rolt zo van je af, zonder dat je erbij stilstaat dat elke waterdruppel een samengeklonterde, plakkerige massa waterdeeltjes is. Maar wanneer je de douche uitstapt en het meeste water van je af is gevallen, ben je niet meteen droog. Je bent – verrassing – nat. Dat komt doordat erg kleine druppels niet zwaar genoeg zijn om zo van je af te vallen: ze plakken als het ware op je huid. De truc van nanotechnologie in het waterafstotende lotusblad en het door de mens gemaakte Lotusan, is om zelfs de kleinste waterdruppels geen kans te geven om te plakken. Dat werkt zo. Het lotusoppervlak bestaat uit een wasachtige laag bestaat die eruitziet als

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 6

een spijkerbed. Er zijn dan weinig contactpuntjes met de bolle waterdruppels. Minder contactpunten betekent minder plek om te plakken.

Verder zorgt de wasachtige laag ervoor dat de contactpuntjes zich maar heel zwak aan water binden. Daardoor zitten waterdruppels op een lotusoppervlak nooit echt vast, en rollen ze alle kanten op. Wanneer rollende waterdruppels botsen plakken ze met gemak aan elkaar. Dan rollen ze als grotere druppel verder. Uiteindelijk worden de druppels zo groot, dat ze van het lotusoppervlak af vallen. Zelfs hardnekkig vuil blijft nauwelijks op het stekelige lotusoppervlak plakken – zij spoelen daardoor gemakkelijk mee met de wegrollende waterdruppels. Bron: kennislink: http://www.kennislink.nl/publicaties/nano-na-aperij-plakken-en-afstoten

Filmpjes

Filmpjes waterafstotende kleding:

Symbaloo http://edu.symbaloo.com/shared/AAAAB4SHc6EAA42ARocO7g== http://www.breakingscience.be/nl/topics/detail/hoe-slim-is-jouw-t-shirt https://www.youtube.com/watch?v=BvTkefJHfC0

Opdrachten

Opdracht 6: plezant zand Beschrijving: zie apart boekje.

Opdracht 7: hydrofobe stof. Doe een druppel op een koolblad .Wat zie je? Doe een druppel op de waterafstotende stof. Wat zie je? Strooi een beetje krijtstof op het stof. Niet wrijven! Druppel nu wat water over het oppervlak. Wat gebeurt er met het vuil?

Opdracht 8: anti-aandampspray (extra-niet uitgewerkt)

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 7

5. Op de nanoschaal krijgen stoffen andere eigenschappen

Je kan dit vergelijken met het verschil tussen een blok hout en houtsnippers. Het aansteken van een blok hout gaat veel makkelijker dan het aansteken van houtsnippers. Of je kan het oplossen van een suikerklontje vergelijken met het oplossen van poedersuiker. Of het in brand steken van een bakje bloem vergelijken met het in brand steken van bloem vermengd met heel veel lucht.

Filmpjes

Filmpje bloem (vanaf 3min20)

Symbaloo http://edu.symbaloo.com/shared/AAAAB4SHc6EAA42ARocO7g== https://www.youtube.com/watch?v=R7fDVL3efnc

Voorbeeld 1: goud

Een klomp goud is geelachtig. Nanodeeltjes van goud zijn rood, paars, blauw,... De kleur is afhankelijk van de grootte van het nanodeeltje. Dit werd vroeger al gebruikt bij het kleuren van glasramen in kerken...toen wist men alleen niet dat dit met nano-deeltjes van goud of zilver te maken had!

Voorbeeld 2: koolstof

Koolstof kan in veel vormen voorkomen. Al deze vormen hebben verschillende eigenschappen. Hoe een bepaald materiaal zich gedraagt op de macroschaal wordt bepaald door zijn structuur op de nanoschaal (op het niveau van de moleculen en atomen). Wanneer de koolstofatomen op een andere manier gerangschikt zijn, krijgen de materialen andere eigenschappen. De meest bekende (oudste) vormen van koolstof zijn diamant en grafiet (potloodvulling).Deze hebben hele andere eigenschappen. Diamant is hard, doorzichtig en isolerend. Grafiet is zacht, grijs

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 8

en geleidend. (Je kan in een electrische schakeling zelfs 2 draadjes verbinden met een laagje potlood!)

Maar er bestaan nog heel wat andere (heel nieuw ontdekte) vormen van koolstof, met hele speciale eigenschappen. Al deze materialen worden gezien als hét bouwmateriaal van de toekomst.

1) De voetbalmolecule of C60 of bucky ball

Deze bestaat uit 60 koolstofatomen, gerangschikt op de hoekpunten van de vlakken (vijfhoeken en zeshoeken) van een voetbal. De diameter van zo’n bol is slechts 1 nanometer! Het zijn goede smeermiddelen en worden ook gebruikt om geneesmiddelen op de juiste plaats in het lichaam te brengen en pas daar vrij te geven aan het lichaam waar het nodig is.

2) Koolstof nanobuizen Dit zijn lange holle buizen gemaakt van koolstofatomen. De structuur lijkt op kippengaas. Dit materiaal is heel sterk (100 keer sterker dan staal) en vederlicht. Ze worden gebruikt om materialen sterker te maken (zoals textiel, fietsen, tennisrackets, ...) maar ook in allerlei electronica toepassingen (schermen, zonnecellen, chips, sensoren) en bij electrische auto’s. Deze buizen zijn 1000 keer beter geleidend dan koper.

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 9

3) Grafeen (één laagje grafiet)

Dit wordt ook wel het super materiaal van de toekomst genoemd. Het heeft dan ook ontzettend veel toepassingsmogelijkheden. Het heeft de volgende kenmerken:

o Sterkste materiaal (krachtige C-verbindingen) o Dunste materiaal (1 atoomlaag dik) o Doorzichtig o Flexibel en stijf tegelijk o Extreem goede geleider

In 2010 werd de Nobelprijs natuurkunde uitgereikt voor de ontdekking van Grafeen. Ter vergelijking van de grootte: er gaan 3 miljoen laagjes grafeen in 1 mm grafiet

Toepassingen:

Super krachtige en super snelle transistors en computers (quantum computers)

Flexibele en onbreekbare schermen, smartphones (samsung), draagbare electronica

Doorzichtige computers Smart windows Google glass

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 10

Filmpje

Filmpje: Ijs snijden met grafiet.

Symbaloo http://edu.symbaloo.com/shared/AAAAB4SHc6EAA42ARocO7g== https://www.youtube.com/watch?v=_Unr3Eu8Rpc

Opdrachten

Opdracht 5: ferrofluïdum, magnetisch zand en magnetische klei Beschrijving: zie apart boekje. In deze opdracht maken we kennis met een ander voorbeeld van een stof (magnetiet, een ijzeroxide), die andere eigenschappen krijgt wanneer je naar nanodeeltjes ervan gaat kijken.

Filmpjes

Symbaloo http://edu.symbaloo.com/shared/AAAAB4SHc6EAA42ARocO7g== http://www.sciencechannel.com/tv-shows/outrageous-acts-of-science/monster-magnet/ http://www.want.nl/wat-ferrovloeistof-en-hoe-maak-je-het-zelf/

Extra opdracht bij opdracht 5 – leg een dollar briefje op tafel en breng je magneet heel dicht bij het briefje (scan het hele briefje). Wat gebeurt er? Gebeurt dit overal even fel?

Opdracht 4: buckyball (extra-niet uitgewerkt)

Opdracht 9: metaal met een geheugen (extra-niet uitgewerkt)

Extra opdracht (niet uitgewerkt) – experiment met een stapeltje losse blaren en opgerolde blaren – illustratie van invloed van structuur op draagkracht.

Woordenschat

Een atoom is de allerkleinste bouwsteen van een stof. Chemische elementen (bij voorbeeld ijzer, koolstof, zuurstof) bestaan uit één soort atoom. Chemische verbindingen of moleculen bestaan uit 2 of meer verschillende atoomsoorten. Water (H2O) is bij voorbeeld een chemische verbinding tussen waterstof en zuurstof. 1 molecule water bevat 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom.

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 11

6. Nanostructuren bouwen - toepassingen in het dagelijkse leven-nu en in de toekomst

Nieuwe materialen We hebben al gezien hoe nanotechnologie op dit moment al gebruikt wordt bij de ontwikkeling van nieuwe materialen zoals vuil- en waterafstotende stoffen en extra sterke en lichte materialen. Maar er is veel meer dan dat: er bestaat zelf-herstellende lakverf (die bijvoorbeeld krassen in je auto vanzelf doet verdwijnen) , doorzichtige zonnecreme met nanodeeltjes, sokken met antibacteriele zilver nano-deeltjes, schokabsorberende stoffen (die soepel zijn en bij een schok hard worden) en zoveel meer...

Filmpje

Symbaloo http://www.want.nl/smartphone-hoezen-waarmee-je-een-potje-honkbal-kunt-spelen/

Geneeskunde Ook in geneeskunde wordt nanotechnologie gebruikt. Er bestaan mini-labo’s die even klein zijn als een muntstuk, of zelfs nog kleiner.

Een nanopil is een minicomputertje in pilvorm. Je slikt de pil in, en deze pil spoort stoffen op in je lichaam en stuurt de informatie draadloos door naar een computer bij de dokter. Zo kan je heel vroeg bepaalde ziektes zoals kanker opsporen.

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 12

Nanodeeltjes worden gebruikt bij de behandeling van kanker. Ze worden ingespoten in een tumor. Als je ze bestraalt met een laser warmen ze heel erg op en gaan de tumorcellen in de buurt verbranden. Nanorobotjes bewegen door je bloedbaan om op de juiste plaats in je lichaam in te grijpen.

In de toekomst zal nanotechnologie onze geneeskunde ongetwijfeld nog heel erg veranderen.

Chiptechnologie Om computers krachtiger en sneller te maken wordt ook nanotechnologie gebruikt. Chips kunnen krachtiger worden door alsmaar meer bouwelementen (transistoren, schakelingen, draadjes) op eenzelfde oppervlakte te plaatsen .Dit kan alleen als die bouwelementen alsmaar kleiner worden. Men hoopt over een aantal jaren bouwelementen te hebben kleiner dan 5 nanometer! Het maken van die nanostructuren gebeurt in speciale stofvrije ruimtes. Imec is één van de belangrijke wereldspelers in onderzoek en ontwikkeling van o.a. chiptechnologie.

Energie Nanotechnologie wordt gebruikt bij de ontwikkeling van efficiëntere zonnecellen, plooibare zonnecellen, of zelfs spuitbare zonnecellen.

Er bestaan miniscule toestelletjes die lichaamswarmte of bewegingsenergie omzetten in stroom- zo zou je in principe al bewegend je smartphone kunnen opladen!

Nanotechnologie – Projectboekje ll graad 1_2 - Eef Delfosse – 01/12/2015 Page 13

7. Bedenkingen en de nanosupermarkt

Bedenkingen Bij al die schijnbaar mooie uitvindingen hebben we natuurlijk ook wel bedenkingen. Zijn deze nanodeeltjes wel veilig? Wat is de invloed van deze nieuwe stoffen op het milieu? Hoe makkelijk wordt het om informatie te verzamelen over ons zonder dat wij het zien en weten? Wie kan al deze nieuwe technologieën gebruiken, is het ook voor arme landen toegankelijk? Kunnen die nieuwe stoffen ook op een negatieve manier gebruikt worden? Iets om zeker even bij stil te staan!

Ga ook eens kijken in de nanosupermarket http://www.nanosupermarket.org/ Je kan er kijken welke nano-producten op de markt zijn of eventueel in de toekomst op de markt zouden kunnen komen. Je kan er kiezen welke jij in je winkelkar zou leggen. Op basis van de door jou gekozen produkten kan je je persoonlijke nano profiel laten afdrukken! Deze site doet je vast en zeker even stilstaan bij de mogelijke gevolgen van revolutionaire uitvindingen op ons dagelijkse leven.....