ASPress - czasopisma pedagogiczne


ARCHIWUM WYDAŃ CYFROWYCH
       
Język Niemiecki



Wydania z lat 2009-2016 dostepne są w wersji elektronicznej jako pliki PDF. Są one identyczne z wersjami drukowanymi. Jednakże nie zawierają materiałów, które były na płytach CD/DVD dołączanych do niektórych wydań drukowanych.
W wersji drukowanej dostepne jest tylko jedno wydanie - 3/2016.
Więcej


Zbiór 52 felietonów poświęconych współczesnej Polsce, Polakom, polityce, roli telewizji i mediów we współczesnym świecie, globalizacji i konsekwencji wynikającej z naszego otwarcia na świat.
Wydanie w postaci pliku PDF
Cena 10 zł.
Zamów


Książka o podróżach, poznawaniu, odkrywaniu i podbijaniu świata, o pokonywaniu kolejnych horyzontów ludzkiego rozwoju. Ludzie wędrują od wieków, zawsze chcieli zobaczyć, co jest za kolejną rzeką, górą, morzem, za nowym horyzontem. Ta wędrówka pozwoliła najpierw poznać naszą planetę, a dziś już zaprowadziła człowieka poza granice Układu Słonecznego. Kim są ci, którzy zmieniają historię świata? Dlaczego Krzysztof Kolumb odkrył Amerykę, a Mikołaj Kopernik „poruszył” Ziemię?
Wydanie w postaci pliku PDF.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydanie drukowane



Historia powstania  * Dane techniczne * Słynne rajdy * Rozwiązania konstrukcyjne

Pierwszy pojazd z napędem na obie osie skonstruowano w 1824 r. a więc ponad pól wieku wcześniej od samochódu. Jednak dopiero wojskowi amerykańskiej armii jako pierwsi chcieli mieć pojazd, który pojedzie każdą drogą, pokona głębokie rowy  i wyposażony będzie we wciągarkę, tak by mógł poruszać się w każdym terenie.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydania specjalne "Geografii w Szkole"

2011

2010

2009

2008


Cena kompletu wydań 50 zł
Cena jednego wydania 10 zł
Zamów



Nowość!


Więcej

Artykuły archiwum

17.10.2015

Nanotechnologia, czyli manipulowanie materią

Nanotechnologia wiąże się z opanowaniem technologii manipulowania materią i przekształcania jej w skali pojedynczych atomów, czyli odległości rzędu nanometrów. Biorąc pod uwagę fakt, że nanometr jest jedną milionową milimetra lub odległością równą sumie średnic około trzech atomów, zdolność przekształcania materii w tej skali jest zdumiewająca.

Nanotechnologia jest obecnie jednym z najintensywniej rozwijających się kierunków badań. Przez pojęcie nanotechnologii rozumiemy cały zestaw technik i sposobów tworzenia struktur w skali nano, czyli na poziomie pojedynczych atomów i cząsteczek. Bardziej konkretnie, nanotechnologia wiąże się z opanowaniem technologii manipulowania materią i przekształcania jej w skali pojedynczych atomów, czyli odległości rzędu nanometrów. Biorąc pod uwagę fakt, że nanometr jest jedną milionową milimetra lub odległością równą sumie średnic około trzech atomów, zdolność przekształcania materii w tej skali jest zdumiewająca. A jednak już teraz jest możliwe i wykonywalne manipulowanie materią w tej skali.

 
Ogromnym zainteresowaniem cieszą się badania w dziedzinie nanotechnologii, dotyczące węgla, szczególnie nowych nanostruktur węglowych: fulerenów, nanorurek i grafenu.
 
Podstawowe informacje o węglu
Węgiel jest jednym z najpowszechniej występujących pierwiastków, zajmuje pod tym względem szóste miejsce we Wszechświecie. W atmosferze są dwa gazy zawierające węgiel: dwutlenek węgla i metan. Są one rozproszone w dużych ilościach azotu i tlenu, można je jednak zagęszczać i wykorzystywać do celów praktycznych (...)
W ciągu ostatnich 30 lat odkryto nowe odmiany alotropowe węgla, które wydają się bardzo interesujące pod względem zastosowania ich w nanotechnologii. Są nimi fulereny, nanorurki oraz grafen. Niniejszy artykuł został poświęcony tym właśnie nowym strukturom węglowym.
 
Historia odkrycia fulerenów
We wrześniu 1985 roku prof. Harold Kroto z Uniwersytetu Sussex w Brighton (Wielka Brytania) oraz Richard Smalley i Robert Curl z Uniwersytetu Rice’a w Houston (USA) odkryli nową rodzinę cząsteczek węglowych Cn i rozszyfrowali przestrzenną budowę cząsteczek C60 i C70. Ich odkrycie zaskoczyło światową opinię naukową i zapoczątkowało rozwój nowej gałęzi chemii organicznej, zwanej chemią związków aromatycznych lub prościej – chemią fulerenów. Cząsteczki Cn, w tym także C60, wyróżniają się wielką potencjalną różnorodnością w tworzeniu związków chemicznych. Ważność tej tematyki potwierdziło przyznanie wyżej wymienionym odkrywcom Nagrody Nobla w 1996 roku w dziedzinie chemii (...)
Przestrzenne rozmieszczenie atomów w cząsteczce fulerenu opisane jest za pomocą ikosaedru (dwudziestościanu foremnego) o ściętych narożach. Smalley przedstawia model cząsteczki mający 60 wierzchołków, 20 ścian sześciokątnych i 12 pięciokątnych. Taki wyjątkowy model cząsteczki C60 ma wysycone wiązania, zminimalizowane naprężenia strukturalne, idealną symetrię oraz 60 wierzchołków równocennych. Kształt nowo odkrytej cząsteczki jest identyczny z kształtem piłki futbolowej. Harold Kroto nazwał cząsteczkę C60 fulerenem na cześć sławnego architekta Richarda Buckminstera Fullera, który był twórcą wielu konstrukcji kopuł, m.in. pawilonu Stanów Zjednoczonych w Montrealu (Kanada).
 
Właściwości i zastosowanie fulerenów
Fuleren jest miękką substancją krystaliczną o żółtawym zabarwieniu. Poddany prasowaniu zmniejsza swoją objętość do 70% i staje się twardy jak diament. Gęstość fulerenu wynosi 1,65 g/cm3.
Cząsteczkę fulerenu można modyfikować, podstawiając atomy węgla oraz wprowadzając atomy innych pierwiastków do wnętrza cząsteczki (fulereny endohedralne) lub na zewnątrz cząsteczki (fulereny egzohedralne). Fulereny nie rozpuszczają się zbyt dobrze w typowych rozpuszczalnikach organicznych. Do najlepszych rozpuszczalników należy benzen i jego pochodne, toluen i dwusiarczek węgla. Ponadto fulereny chętnie ulegają procesowi solwatacji (łączenia się z cząsteczkami rozpuszczalnika), tworząc trwałe kompleksy.
Z obliczeń teoretycznych przeprowadzonych metodami chemii kwantowej wynika, że fulereny zbudowane z mniej niż 20 atomów węgla nie występują. Najmniejszym możliwym fulerenem jest cząsteczka C20, której klatka węglowa jest zbudowana z 12 pięciokątów węglowych. Występowania takiej cząsteczki nie potwierdzono. Najmniejszym fulerenem, jaki zdołano otrzymać, jest cząstka C36 zbudowana z 36 atomów węgla (...)
Wyjątkowe właściwości fizykochemiczne fulerenów sprawiają, że mogą one znaleźć wiele perspektywicznych zastosowań. Zdolność przyłączania atomów innych pierwiastków wewnątrz i na zewnątrz cząstki powoduje, że próbowano stosować je jako katalizatory. Fulereny sprawdziły się jako katalizatory takich reakcji, jak: redukcja nitrotoluenu, uwodornienie tlenku węgla i konwersja metanu. Można je przyłączać do polimerów, uzyskując w ten sposób środki smarujące i tworzywa o wyjątkowych własnościach elektrooptycznych. Dodanie cząstek C60 do polietylenu zwiększa jego twardość. 
Duże nadzieje wiąże się z zastosowaniem fulerenów w medycynie. Fulereny są aktywne biologicznie oraz oddziałują na bakterie, wirusy, enzymy i żywe komórki. Mogą być stosowane do rozszczepiania łańcucha DNA. Metalofulereny mają wyjątkowe właściwości wskazujące na ich potencjalne szerokie zastosowanie, przede wszystkim do wprowadzania atomów metalu do organizmu in vivo w celach medycznych. 
Fulereny mogłyby być wykorzystane w elektronice w urządzeniach fotowoltaicznych (baterie słoneczne), w których zastąpiłyby stosunkowo drogi krzem. W tym celu można zastosować polimery przewodzące, domieszkowane fulerenami. Sprawność baterii zbudowanych na bazie kompozytów polimerowo-fulerenowych jest niemal dwukrotnie większa od sprawności baterii krzemowych. Wykorzystanie fulerenów w elektronice jest kolejnym krokiem ku miniaturyzacji układów elektronicznych (...) 
 
Nanorurki
Ogromne zainteresowanie nanostrukturami węglowymi jest bezpośrednią konsekwencją odkrycia w 1985 roku fulerenu przez prof. Harolda Kroto. Fakt, że węgiel może stanowić stabilne, uporządkowane struktury inne niż grafit i diament, stał się przesłanką dla naukowców z całego świata, aby odkrywać nowe formy struktur węglowych. Poszukiwania nabrały tempa, gdy w 1990 roku otrzymano fulereny przy użyciu prostego parownika elektrołukowego, który można znaleźć w każdym laboratorium. W roku 1991 japoński naukowiec Sumio Iijima otrzymał za pomocą tej metody struktury zbliżone do fulerenów w kształcie rurek. Rurki te składały się z co najmniej dwóch warstw, a ich średnica wynosiła od 3 do 30 nm. Były one zamknięte z obu stron półkulami fulerenów.
Nanorurki są zwiniętymi współosiowo płaszczyznami grafenowymi o średnicy od ułamka do kilkudziesięciu nanometrów. W nanorurkach występuje wiązanie sp2, a każdy atom jest połączony z trzema sąsiednimi (jak w graficie). Nanorurki mogą zatem być uznane za zwinięte warstwy grafenowe (pojedyncze warstwy występujące w graficie). Istnieją trzy sposoby „zwijania” warstw grafenowych: w konfiguracji fotelowej, zygzakowatej oraz skrętnej. (...)
 
Właściwości i potencjalne zastosowanie nanorurek
Nanorurki, podobnie jak fulereny, mają zdolność przyłączania atomów innych pierwiastków. Ciekawym przypadkiem są tzw. nanorurki – kapsuły, wewnątrz których może znajdować się fuleren, a w jego środku pojedynczy atom pierwiastka alkalicznego. Tak skonstruowana kapsuła może pełnić funkcję doskonałego nanowymiarowego elementu pamięci, określającego dwa stany zależnie od położenia fulerenu w nanorurce. 
Od niedawna nanorurki węglowe, ze względu na swoje wyjątkowe właściwości, są stosowane jako chemiczne czujniki, biosensory i materiały służące do magazynowania wodoru. Opracowana struktura czyni nanorurki idealnym materiałem do adsorpcji gazów (...)
Wytrzymałość wiązań (...) daje nanorurkom węglowym niesamowite właściwości mechaniczne. Moduł Younga nanorurek może osiągać wartość 1000 GPa, która jest około 5 razy wyższa od wartości modułu Younga dla stali. Wytrzymałość na rozciąganie i zerwanie nanorurek może wynosić do 63 GPa, a więc może być około 50 razy większa niż wytrzymałość stali. Właściwości te, w połączeniu z lekkością nanorurek węglowych, sprawiają, że mogą być one wykorzystane m.in. w przemyśle lotniczym. Sugerowano nawet, że nanorurki mogą być zastosowane w „kosmicznej windzie”, czyli przewodzie łączącym Ziemię z Kosmosem, pierwszy raz zaproponowanym przez Arthura C. Clarke’a. 
Elektroniczne właściwości nanorurek węglowych są nadzwyczajne. Szczególnie godne uwagi jest to, że nanorurka może być przewodnikiem bądź półprzewodnikiem (zależnie od jej struktury). Niektóre nanorurki mają przewodność wyższą niż miedź, podczas gdy inne zachowują się jak krzem. Istnieje duże zainteresowanie możliwością konstruowania z nanorurek urządzeń elektronicznych w skali nano, poczyniono już nawet postępy w tej dziedzinie. Jednakże aby skonstruować takie przydatne urządzenie, należy użyć tysięcy nanorurek o określonej strukturze, niestety technologia produkcji nanorurek nie jest jeszcze tak zaawansowana. (...)
 
Grafen - właściwości i potencjalne zastosowanie grafenu
Grafen jest odmianą alotropową węgla zbudowaną z pojedynczej warstwy atomów węgla, występującej w graficie, a więc jest strukturą dwuwymiarową. Został odkryty w 2004 roku przez Andrieja Gejma i Konstantina Nowosiołowa z Uniwersytetu w Manchesterze, którzy otrzymali grafen metodą zdzierania warstw węglowych z grafitu. Za swoje odkrycie Gejm i Nowosiołow już w 2010 roku zostali nagrodzeni Noblem.
Atomy w warstwie grafenowej ułożone są w sześcioboki, przy czym odległość między nimi wynosi tyle samo, ile wynoszą odległości między atomami węgla w pierścieniu benzenowym. Między atomami w warstwie działają silne wiązania atomowe przez hybrydyzowane orbitale elektronowe sp2. 
 
Grafen charakteryzuje się ogromną wytrzymałością – jest około 100 razy wytrzymalszy od stali, a jednocześnie bardzo elastyczny. Moduł Younga warstw grafenowych wynosi do 0,6 TPa w konfiguracji zygzakowatej oraz 1,1 TPa w konfiguracji fotelowej. Dzięki grafenowi mogą powstać lżejsze i wytrzymalsze materiały stosowane w kosmonautyce oraz w przemyśle lotniczym, samochodowym i budowlanym. Obszarem, w którym widzi się największe szanse zastosowania grafenu, jest elektronika (...) 
Grafen jest materiałem przezroczystym – pochłania około 2–3% światła. Ta cecha pozwala na zastosowanie grafenu do budowy ekranów LCD, ekranów dotykowych, np. w telefonach komórkowych, paneli baterii słonecznych oraz organicznych diod elektroluminescencyjnych.
Inną dziedziną, w której grafen mógłby być zastosowany, jest medycyna i ochrona środowiska. Naukowcy z Uniwersytetu Rice’a oraz z Uniwersytetu Moskiewskiego przeprowadzili eksperymenty, które wykazały, że tlenek grafenu potrafi pochłaniać radionuklidy (zarówno naturalne, jak i stworzone przez człowieka), tworząc bryły, które z łatwością można potem usunąć. Dzieje się tak, ponieważ płatki grafenu mają ogromną powierzchnię. Naukowców zadziwiła jednak prędkość reakcji – płatki tlenku grafenu były w stanie oczyścić radioaktywną wodę w ciągu zaledwie kilku minut, a ich praca nie była zaburzana nawet przez obecność w wodzie wapnia czy sodu.
W Polsce również trwają zaawansowane prace nad grafenem. Promuje je Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Polska technologia pozyskiwania grafenu jest bardzo obiecująca i nasz kraj może dla siebie znaleźć pewne nisze. Polscy naukowcy z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych oraz Wydziału Fizyki opracowali sposób produkowania dużych płacht grafenu wysokiej jakości. Polska mogłaby produkować taki supernowoczesny materiał i eksportować go na zasadzie półfabrykatu lub surowca.
 
Więcej przeczytacie w artykule dr Wojciecha Kowalskiego z Instytutu Fizyki PAN „Węgiel i jego zastosowanie w nanotechnologii“ w wydaniu 5/2014 „Fizyki w Szkole“. 

Powrót