Suomalainen nanotiede ja -teknologia
TkT Mika Koskenvuori
Nanoteknologian Uudenmaan osaamiskeskus
Culminatum Innovation Oy...
• Mitä nanoteknologia on?
• Nanoteknologiaa luonnossa
• Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita
• Nanoteknologi...
• Mitä nanoteknologia on?
• Nanoteknologiaa luonnossa
• Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita
• Nanoteknologi...
Nanoteknologia on tutkimusta ja teknologista kehitystä atomi-, molekyyli- ja
makromolekyylitasoilla, missä etäisyydet yltä...
5Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
1 nm
Kuinka pieni nano on?
6Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Kuinka pieni nano on?
7Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Kuinka pieni nano on?
8Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
100 000 nm
Kuinka pieni nano on?
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 9
600 nm
Kuinka pieni nano on?
9
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation ...
10Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
1 nm
Kuitenkin 1 nm matkalle mahtuu useita atomeja!
Esim. n. 3,7 kulta a...
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 11
Bulkkikulta
• Väri keltainen
• Reagoimaton
• Sulamispiste 1200 OC
1 nm ...
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 12
Au-Partikkelin koko Pinta-ala Esimerkki
1 mm 1,5 cm2
10 µm 150 cm2
1 µm...
Metalli Ominaisuus Normaalisti Nano-koossa
Indium (In) Sulamispiste 152°C < 0 °C
Alumiini Magneettisuus Ei Kyllä
Kupari Ko...
• Mitä nanoteknologia on?
• Nanoteknologiaa luonnossa
• Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita
• Nanoteknologi...
15Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
• Mikrokokoiset karvat on päällystetty nanometrien vahakerroksella
• Pin...
16Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
• Mikrokokoiset karvat on päällystetty nanometrien vahakerroksella
• Pin...
17Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Gecko – Nanometrien ”karvat” – van der Waalsin voimat
Nanoteknologiaa lu...
18Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Gecko – Nanometrien ”karvat” – van der Waalsin voimat
Nanoteknologiaa lu...
• Mitä nanoteknologia on?
• Nanoteknologiaa luonnossa
• Suomalaisia nanoteknologia-yrityksiä ja –tuotteita
• Nanoteknologi...
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Suomessa on n. 500 nanoteknologiayritystä, joista yli 200 myy
nanoteknolog...
Tyypillisesti parannettuja ominaisuuksia jo olemassa oleviin tuotteisiin
o Pinnoitteet – kulutuksen kesto, lian hylkiminen...
Kangaskuidun päällä satojen
nanometrien paksuinen
hylkivä polymeerikerros
• Käsittely saa aikaan
pintajännityksen, jonka
a...
Kangaskuidun päällä satojen
nanometrien paksuinen
hylkivä polymeerikerros
• Käsittely saa aikaan
pintajännityksen, jonka
a...
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 24
”Itsepuhdistuvat” TiO2 -pinnat
Sto AG:
Superhydrophobic
paint ”Lotus ef...
• Mailoista kestävämpiä ja
kevyempiä ja varresta
joustavampi, mikä auttaa
kiekon käsittelyssä ja lisää
“tuntumaa”
• Materi...
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Maailman ensimmäinen
nanoteknologiaan
perustuva tuulivoimalan siipi
• Inno...
Nanoteknologiaa
asumisessa nyt
www.parla.fi
www.savosolar.fi www.vicover.fi
www.millidyne.fi
• Betonia saostettiin hiilen
nanoputkilla.
• Tuloksena betonin lujuutta
saatiin kasvatettua
kaksinkertaiseksi
• Samalla be...
Kupari
nanopartikkelit
öljyssä
(www.nanoltechnologies.com)
Nanotimantti-
pinnoite
(www.diarc.fi)
Nanopinnoitteet
korroosio...
Nanoteknologiaa koneenrakentajille tulevaisuudessa
Self-Healing Coatings- New
Technology Developments
Sudhakar Balijepalli...
Kuvan lähde: Vivoxid Oy
Titanium
implant
Bone
Soft tissue
attachment
Tulehdusarvojen (CRP) hyvin nopea
mittaus lääkärin va...
Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 32
Kuvien lähde: Beneq Oy
Nanoteknologiaa koruissa: ALD-teknologian käyttö
• Helposti puhdistettavia ja
antibakteerisia pinnoitteita
metalleille, muoveille, kivelle ja
keraameille
• Korroosion ja n...
• Mitä nanoteknologia on?
• Nanoteknologiaa luonnossa
• Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita
• Nanotieteen j...
35Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Suuret lupaukset: Parempaa tulevaisuutta nanoteknologialla
Mitä nanotiede on tänä päivänä?
Paul W. K. Rothemund, Nature, 440, 2006 A. G. Nasibulin et al. Nature Nanotechnology 2 200...
37Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Hiilen nanoputket (CNT)
Vahvuus Yli 300x vahvempaa kuin hiiliteräs
Kovuu...
38Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
Kuva: radio.tkk.fi
Kuva: lifeboat.com
S.Linden et al. Science, 306, 2004...
Esimerkiksi nanoselluloosa
• Eristemateriaali (huokoisuus, alhainen
tiheys, mekaaninen vahvuus)
• Hygieniatuotteet
• Bio-n...
Pienempiä, halvempia, nopeampia, tehokkaampia responsiivisia
systeemejä, integroituina monia toimintoja
• Biomimeettiset j...
41Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
42Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
of 42

Nanolla paremmaksi - MAOL kevätpäivät 2014

Published on: Mar 3, 2016
Published in: Education      
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Nanolla paremmaksi - MAOL kevätpäivät 2014

  • 1. Suomalainen nanotiede ja -teknologia TkT Mika Koskenvuori Nanoteknologian Uudenmaan osaamiskeskus Culminatum Innovation Oy Ltd Muista sallia makrot esityksessä! A. G. Nasibulin et al. Nature Nanotechnology 2 2007
  • 2. • Mitä nanoteknologia on? • Nanoteknologiaa luonnossa • Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita • Nanoteknologian lupauksia Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 2 Kuva: N. Chekurov / Aalto University http://image.mrs.org/images/s09scienceasart/FirstPlaceNikolaiChekurov.jpg Sisältö
  • 3. • Mitä nanoteknologia on? • Nanoteknologiaa luonnossa • Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita • Nanoteknologian lupauksia Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 3 Kuva: N. Chekurov / Aalto University http://image.mrs.org/images/s09scienceasart/FirstPlaceNikolaiChekurov.jpg Sisältö
  • 4. Nanoteknologia on tutkimusta ja teknologista kehitystä atomi-, molekyyli- ja makromolekyylitasoilla, missä etäisyydet yltävät yhdestä nanometristä sataan nanometriin (1 – 100 nm). Siirryttäessä nanomittakaavaan tuntemamme materiaalit muuttuvat fysikaaliskemiallisilta ja biologisilta ominaisuuksiltaan, mihin perustuu nanotieteiden mahdollisuus luoda kokonaan uusia materiaaleja. Monesti vahvasti poikkitieteellistä. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 4 Mitä nanoteknologia on?
  • 5. 5Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 1 nm Kuinka pieni nano on?
  • 6. 6Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Kuinka pieni nano on?
  • 7. 7Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Kuinka pieni nano on?
  • 8. 8Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 100 000 nm Kuinka pieni nano on?
  • 9. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 9 600 nm Kuinka pieni nano on? 9 Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 200 000 000 000 000
  • 10. 10Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 1 nm Kuitenkin 1 nm matkalle mahtuu useita atomeja! Esim. n. 3,7 kulta atomia Kuinka pieni nano on?
  • 11. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 11 Bulkkikulta • Väri keltainen • Reagoimaton • Sulamispiste 1200 OC 1 nm partikkelit • Väri sininen • Jonkin verran reaktiivinen • Sulamispiste 200 OC Ominaisuuksia: Esimerkkinä kulta 3 nm partikkelit • Väri punainen • Katalyyttinen • Sulamispiste 300-500 OC
  • 12. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 12 Au-Partikkelin koko Pinta-ala Esimerkki 1 mm 1,5 cm2 10 µm 150 cm2 1 µm 0,15 m2 100 nm 1,5 m2 10 nm 15 m2 1 nm 150 m2 1 g1 g Kuinka paljon grammassa kultaa on pinta-alaa?
  • 13. Metalli Ominaisuus Normaalisti Nano-koossa Indium (In) Sulamispiste 152°C < 0 °C Alumiini Magneettisuus Ei Kyllä Kupari Kovuus < 0,5 Gpa 2,5 GPa Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 13 Muita nano-metalleja
  • 14. • Mitä nanoteknologia on? • Nanoteknologiaa luonnossa • Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita • Nanoteknologian lupauksia Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 14 Kuva: N. Chekurov / Aalto University http://image.mrs.org/images/s09scienceasart/FirstPlaceNikolaiChekurov.jpg Sisältö
  • 15. 15Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd • Mikrokokoiset karvat on päällystetty nanometrien vahakerroksella • Pinnasta tulee näin superhydrofobinen Lootus-ilmiö – ”itsepuhdistuvuus” Kuva: http://conservationreport.com/tag/wind-power/ Nanoteknologiaa luonnossa
  • 16. 16Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd • Mikrokokoiset karvat on päällystetty nanometrien vahakerroksella • Pinnasta tulee näin superhydrofobinen Lootus-ilmiö – ”itsepuhdistuvuus” Kuva: http://conservationreport.com/tag/wind-power/ Nanoteknologiaa luonnossa
  • 17. 17Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Gecko – Nanometrien ”karvat” – van der Waalsin voimat Nanoteknologiaa luonnossa
  • 18. 18Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Gecko – Nanometrien ”karvat” – van der Waalsin voimat Nanoteknologiaa luonnossa
  • 19. • Mitä nanoteknologia on? • Nanoteknologiaa luonnossa • Suomalaisia nanoteknologia-yrityksiä ja –tuotteita • Nanoteknologian lupauksia Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 19 Kuva: N. Chekurov / Aalto University http://image.mrs.org/images/s09scienceasart/FirstPlaceNikolaiChekurov.jpg Sisältö
  • 20. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Suomessa on n. 500 nanoteknologiayritystä, joista yli 200 myy nanoteknologiaa hyödyntäviä tuotteita tai palveluita Titanium implant Bone Soft tissue attachment Suomalaisia nanoteknologiatuotteita
  • 21. Tyypillisesti parannettuja ominaisuuksia jo olemassa oleviin tuotteisiin o Pinnoitteet – kulutuksen kesto, lian hylkiminen, antibakteerisuus,… o Partikkelit – uusia ominaisuuksia öljyihin, voiteluaineisiin, maaleihin… o Komposiitit - sama rakenne mutta kevyempänä ja lujempana o Estetiikka – lasi, muovi, kalvot, korut,… o Elektroniikka – MEMS, anturit, sensorit, tietokoneet, puhelimet, televisiot ,… Nanoteknologian lisäarvo?
  • 22. Kangaskuidun päällä satojen nanometrien paksuinen hylkivä polymeerikerros • Käsittely saa aikaan pintajännityksen, jonka ansiosta lika voidaan vain pyyhkiä pois • Kustannussäästöt ja ympäristö Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 22 Kuvien lähde: Tefi Oy Helppohoitoiset tekstiilit
  • 23. Kangaskuidun päällä satojen nanometrien paksuinen hylkivä polymeerikerros • Käsittely saa aikaan pintajännityksen, jonka ansiosta lika voidaan vain pyyhkiä pois • Kustannussäästöt ja ympäristö Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 23 Kuvien lähde: Tefi Oy Helppohoitoiset tekstiilit
  • 24. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 24 ”Itsepuhdistuvat” TiO2 -pinnat Sto AG: Superhydrophobic paint ”Lotus effect”
  • 25. • Mailoista kestävämpiä ja kevyempiä ja varresta joustavampi, mikä auttaa kiekon käsittelyssä ja lisää “tuntumaa” • Materiaalissa käytetty hiilennanoputki-epoksia www.montreal.fi www.amroy.fi • Mailasta vakaampi, voimantuottoa lisää, kehys tasalaatuisempi • Yksittäisten hiilikuitusäikeiden väliin jäävät tyhjät kolot täytetty nanokokoisilla piidioksidikiteillä www.wilson.com www.amer.fi Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 25 Kuvan lähde: www.wilson.com Kuvan lähde: www.montreal.fi Nanoteknologiaa urheiluvälineissä
  • 26. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Maailman ensimmäinen nanoteknologiaan perustuva tuulivoimalan siipi • Innovatiivinen Hybtonite® kevytsiipirakenne: hiilinanoputkivahvisteista epoksia • Siipikoko on voitu kaksinkertaistaa ja voiman tuottoa kasvattaa 30 % suuremmaksi • Mahdollistaa sähköntuoton jo alhaisilla tuulennopeuksilla • Myös maailman suurimmat massatuotannossa olevat tuulimyllyt (siiven pituus 61,5 m) on valmistettu käyttämällä Hybtonite® epoksia www.eagle.fi www.amroy.fi 26 Kuvan lähde: www.eagle.fi Tuulivoimaloiden rakenteet
  • 27. Nanoteknologiaa asumisessa nyt www.parla.fi www.savosolar.fi www.vicover.fi www.millidyne.fi
  • 28. • Betonia saostettiin hiilen nanoputkilla. • Tuloksena betonin lujuutta saatiin kasvatettua kaksinkertaiseksi • Samalla betonin sähkönjohtavuus kasvoi kymmenkertaiseksi • Sovellusesimerkki: aurinkosähkövoimalaan yhdistettynä • Vasta tutkimusasteella Nanoteknologiaa asumisessa tulevaisuudessa?
  • 29. Kupari nanopartikkelit öljyssä (www.nanoltechnologies.com) Nanotimantti- pinnoite (www.diarc.fi) Nanopinnoitteet korroosion estossa (www.picosun.com) (www.millidyne.fi) Nanoteknologiaa koneenrakentajille nyt
  • 30. Nanoteknologiaa koneenrakentajille tulevaisuudessa Self-Healing Coatings- New Technology Developments Sudhakar Balijepalli, Kumar Nanjundiah, Yanxiang Li, Marco Barsacchi, The Dow Chemical Company Prof. Di Gao University of Pittsburgh
  • 31. Kuvan lähde: Vivoxid Oy Titanium implant Bone Soft tissue attachment Tulehdusarvojen (CRP) hyvin nopea mittaus lääkärin vastaanottohuoneessa • CRP-mittauksessa C-reaktiivinen proteiini reagoi nanopartikkelien kanssa • tulos mitataan optisesti www.oriondiagnostica.fi Titaani-implanttiin lisättävä pinnoite, jonka ansiosta pehmytkudos paranee nopeammin • Pinnoitteena käytetty titaanidioksidi estää myös bakteereiden leviämisen kudokseen www.vivoxid.fi Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Kuvan lähde: Orion Diagnostica Nanoteknologiaa lääketieteessä ja hyvinvoinnissa
  • 32. Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 32 Kuvien lähde: Beneq Oy Nanoteknologiaa koruissa: ALD-teknologian käyttö
  • 33. • Helposti puhdistettavia ja antibakteerisia pinnoitteita metalleille, muoveille, kivelle ja keraameille • Korroosion ja naarmuuntumisen esto Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 33 Kuvan lähde: Millidyne OyMika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Toiminnallisia pinnoitteita nanoteknologialla • Kitkaominaisuuksien säätö • Sekä kotitalous- että teolliset sovellukset
  • 34. • Mitä nanoteknologia on? • Nanoteknologiaa luonnossa • Suomalaisia nanoteknologia yrityksiä ja –tuotteita • Nanotieteen ja teknologian tutkimus Suomessa (ja maailmalla) Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd 34 Kuva: N. Chekurov / Aalto University http://image.mrs.org/images/s09scienceasart/FirstPlaceNikolaiChekurov.jpg Sisältö
  • 35. 35Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Suuret lupaukset: Parempaa tulevaisuutta nanoteknologialla
  • 36. Mitä nanotiede on tänä päivänä? Paul W. K. Rothemund, Nature, 440, 2006 A. G. Nasibulin et al. Nature Nanotechnology 2 2007 O. Ikkala, Aalto yliopisto ab-initio.mit.edu/photons/ Jokinen, Sainiemi, Franssila, Adv.Mater. 2008 Kylmälaboratorio , Aalto yliopisto
  • 37. 37Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Hiilen nanoputket (CNT) Vahvuus Yli 300x vahvempaa kuin hiiliteräs Kovuus (suurempi) kuin timantilla Sähkönjohtavuus 1000x parempi kuin kuparilla (vaihtoehtoisesti puolijohtava) Lämmönjohtavuus Parempi kuin timantilla Kuva: Wikipedia A. G. Nasibulin et al. Nature Nanotechnology 2 2007 Uudet materiaalit: Hiilinanoputket
  • 38. 38Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Kuva: radio.tkk.fi Kuva: lifeboat.com S.Linden et al. Science, 306, 2004 Uudet materiaalit: Metamateriaalit
  • 39. Esimerkiksi nanoselluloosa • Eristemateriaali (huokoisuus, alhainen tiheys, mekaaninen vahvuus) • Hygieniatuotteet • Bio-nanokomposiitit • Elintarvikesovellukset • Kosmetiikka • Lääketeollisuus Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Uudet materiaalit: Aerogeelit ja nanoselluloosa
  • 40. Pienempiä, halvempia, nopeampia, tehokkaampia responsiivisia systeemejä, integroituina monia toimintoja • Biomimeettiset ja hybridimateriaalit • Itseorganisoituvat materiaalit • Aistivat, itseparantuvat materiaalit • Painettava älykkyys • Energiatehokkuus Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd Kuvan lähde: www.nokia.com Tulevaisuuden laitteet
  • 41. 41Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd
  • 42. 42Mika Koskenvuori | Culminatum Innovation Oy Ltd