Bioinspirert design og sammensetting av plateforsterkede polymerfilmer - Sideversjonshistorikk

Mas: /* Dimensjoner og materialer */

2009-04-21T08:12:05Z

Dimensjoner og materialer

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 21. apr. 2009 kl. 08:12
Linje 46:		Linje 46:
	Naturen har begrenset med materialer å velge mellom. Nacre er for eksempel bygget opp av aragonittplater i et organisk materiale, og <math>s_c</math> befinner seg da et sted mellom 9 og 12,5, noe som er en relativt lav verdi. Aragonitt har en <math>\sigma_p</math> verdi på mellom 360 og 500 MPa, mens syntetiske uorganiske plater kan ha <math>\sigma_p</math> verdier mellom 2 og 5 GPa. Dette gir rom for å bruke plater med en merkbart høyere aspektrate, uten å overskride den kritiske verdien <math>s_c</math>.		Naturen har begrenset med materialer å velge mellom. Nacre er for eksempel bygget opp av aragonittplater i et organisk materiale, og <math>s_c</math> befinner seg da et sted mellom 9 og 12,5, noe som er en relativt lav verdi. Aragonitt har en <math>\sigma_p</math> verdi på mellom 360 og 500 MPa, mens syntetiske uorganiske plater kan ha <math>\sigma_p</math> verdier mellom 2 og 5 GPa. Dette gir rom for å bruke plater med en merkbart høyere aspektrate, uten å overskride den kritiske verdien <math>s_c</math>.

	Volumprosenten av uorganiske plater har mye å si for filmens egenskaper. For få plater gir et materiale som tåler mye deformering før det ødelegges, men som til gjengjeld er mykt og lite beskyttende. For mange plater gjør materialet hardt og stivt, men da blir det også skjørt og følsomt for sprekker. Hvis volumprosenten er altfor høy vil dessuten ikke ~~platene organisere seg i~~ en ordnet struktur som gir de egenskapene vi er ute etter. Her ønskes et materiale som både er hardt og fleksibelt.		Volumprosenten av uorganiske plater har mye å si for filmens egenskaper. For få plater gir et materiale som tåler mye deformering før det ødelegges, men som til gjengjeld er mykt og lite beskyttende. For mange plater gjør materialet hardt og stivt, men da blir det også skjørt og følsomt for sprekker. Hvis volumprosenten er altfor høy vil man dessuten, pga dårlige produksjonsmetoder i forhold til naturen, ikke klare å oppnå en ordnet struktur som gir de egenskapene vi er ute etter. Her ønskes et materiale som både er hardt og fleksibelt.

	[[Bilde:volumprosent.jpg\|center\|thumb\|800px\|Figur A, B og C inneholder henholdsvis 5, 11 og 60 vol% <math>Al_2O_3</math> plater. Man ser at ved 60 vol% blir strukturen uordnet og hullete, mens platene beholder sin struktur for vol% lavere enn 20. Lengdeskalaen på bildene er henholdsvis 10, 5 og 2µm.]]		[[Bilde:volumprosent.jpg\|center\|thumb\|800px\|Figur A, B og C inneholder henholdsvis 5, 11 og 60 vol% <math>Al_2O_3</math> plater. Man ser at ved 60 vol% blir strukturen uordnet og hullete, mens platene beholder sin struktur for vol% lavere enn 20. Naturen derimot, klarer å oppnå ordnede strukturer med 95 vol% plater. Lengdeskalaen på bildene er henholdsvis 10, 5 og 2µm.]]

	[[Bilde:stress vs strain.jpg\|right\|thumb\|300px\|Denne figuren viser hvordan komposittmaterialet tåler mer og mer påført kraft før det deformeres ettersom volumprosenten av plater økes fra null og opp imot 20]]		[[Bilde:stress vs strain.jpg\|right\|thumb\|300px\|Denne figuren viser hvordan komposittmaterialet tåler mer og mer påført kraft før det deformeres ettersom volumprosenten av plater økes fra null og opp imot 20]]
	Bonderer ''et al.'' (ref: bioinspired artikkelen) valgte å lage en forsterket polymerfilm med 15 vol% aluminiumoksidplater i en matrise av kitosan. ~~Aluminiumsplatene~~ har en estimert strekkstyrke <math>\sigma_p</math> på 2 GPa (der aragonitt til sammenligning har en strekkstyrke mellom 360 og 500 MPa), og kitosan har en flyt skjærstyrke på ca 40MPa. Dette gir en kritisk verdi <math>s_c</math> på omtrent 50, noe som er mye høyere enn hva man finner i skjellstrukturer i naturen (<math>9<s_c<12,5</math> for nacre). Man kan dermed øke aspektraten (s) og fortsatt beholde en fleksibel oppførsel ved påført kraft, noe som gjør at materialet tåler mer. I dette eksempelet valgte forskerne en aspektrate på 40, og plater med en tykkelse på ca 200nm. Tykkelsen er på samme nivå som platene funnet i nacre, men i og med at aspektraten er høyere kan platene være lengre, og dette øker effektiviteten av kraftskifting (load transfer) til de uorganiske platene. Volumprosenten ble satt til 15 på grunnlag av observasjonene vist i ~~figur___~~, der man ser at volumprosenter over 20 gir materialet en hullete og dårlig struktur. I tillegg ble dette valget basert på observasjoner av hvor mye materialet deformeres som følger av påført kraft, som vist i ~~figur__~~.		Bonderer ''et al.'' (ref: bioinspired artikkelen) valgte å lage en forsterket polymerfilm med 15 vol% aluminiumoksidplater i en matrise av kitosan. Aluminiumoksidplatene har en estimert strekkstyrke <math>\sigma_p</math> på 2 GPa (der aragonitt til sammenligning har en strekkstyrke mellom 360 og 500 MPa), og kitosan har en flyt skjærstyrke på ca 40MPa. Dette gir en kritisk verdi <math>s_c</math> på omtrent 50, noe som er mye høyere enn hva man finner i skjellstrukturer i naturen (<math>9<s_c<12,5</math> for nacre). Man kan dermed øke aspektraten (s) og fortsatt beholde en fleksibel oppførsel ved påført kraft, noe som gjør at materialet tåler mer. I dette eksempelet valgte forskerne en aspektrate på 40, og plater med en tykkelse på ca 200nm. Tykkelsen er på samme nivå som platene funnet i nacre, men i og med at aspektraten er høyere kan platene være lengre, og dette øker effektiviteten av kraftskifting (load transfer) til de uorganiske platene. Volumprosenten ble satt til 15 på grunnlag av observasjonene vist i figuren over, der man ser at volumprosenter over 20 gir materialet en hullete og dårlig struktur. I tillegg ble dette valget basert på observasjoner av hvor mye materialet deformeres som følger av påført kraft, som vist i figuren til høyre.

	Podsiadlo og hans kolleger har prøvd seg med montmorillonitt (MTM) leirplater i en matrise av polyvinylalkohol (PVA). De har fokusert på kjemien i grensesnittet mellom platene og polymermatrisen for å maksimere kraftoverføring til den sterkere uorganiske fasen.		Podsiadlo og hans kolleger har prøvd seg med montmorillonitt (MTM) leirplater i en matrise av polyvinylalkohol (PVA). De har fokusert på kjemien i grensesnittet mellom platene og polymermatrisen for å maksimere kraftoverføring til den sterkere uorganiske fasen.

Mas: /* Fremgangsmåte */

2009-04-21T07:51:48Z

Fremgangsmåte

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 21. apr. 2009 kl. 07:51
Linje 83:		Linje 83:

	=== Fremgangsmåte ===		=== Fremgangsmåte ===
	Flere materialer har blitt prøvd ut for å lage lignende polymerfilmer, men her skal vi se på produksjonen av en film satt sammen av ~~aluminiumsplater~~ og kitosan. Kitosan er en biopolymer som produseres fra råstoffet kitin, som man i Norge hovedsakelig utvinner fra rekeskall.		Flere materialer har blitt prøvd ut for å lage lignende polymerfilmer, men her skal vi se på produksjonen av en film satt sammen av aluminiumoksidplater og kitosan. Kitosan er en biopolymer som produseres fra råstoffet kitin, som man i Norge hovedsakelig utvinner fra rekeskall.

	Hovedidéen bak produksjonsprosessen er at man skal legge ~~aluminiumsplater~~ og kitosan lagvis oppå hverandre, inntil man oppnår en film med en tykkelse på mindre enn noen titalls mikrometer. Hvert lag må altså være svært tynt, og ~~aluminiumsplatene~~ må ikke ligge klumpet oppå hverandre.		Hovedidéen bak produksjonsprosessen er at man skal legge aluminiumoksidplater og kitosan lagvis oppå hverandre, inntil man oppnår en film med en tykkelse på mindre enn noen titalls mikrometer. Hvert lag må altså være svært tynt, og aluminiumoksidplatene må ikke ligge klumpet oppå hverandre.

	[[Bilde:produksjon.jpg\|left\|thumb\|200px\|Skjematisk tegning av silankjeder av typen aminopropyltriethoxysilane, ATES, festet til overflaten av en ~~aluminiumsplate~~]]		[[Bilde:produksjon.jpg\|left\|thumb\|200px\|Skjematisk tegning av silankjeder av typen aminopropyltriethoxysilane, ATES, festet til overflaten av en aluminiumoksidplate]]
	På grunn av sin lave størrelse kan ~~aluminiumsplatene~~ ses på som kolloidale partikler, og har evnen til å adsorbere på overflaten mellom luft og vann. Det blir utnyttet her. For å lette adsorpsjonen blir først noe hydrofobe silankjeder (aminopropyltriethoxysilane, ATES) festet på den ene siden av ~~aluminiumsplatene~~. En silankjede kan ses på som ekvivalent til et alkan, der karbonet er byttet ut med silisium. Festeprosessen blir gjort ved å tilsette plater i en løsning av ATES, løsningen lydbehandles så i fem minutter og blandes i 30 min ved 40graderC. Platene blir så vasket med etanol ved hjelp av sentrifugering. Silankjedene som festes på ~~aluminiumsplatene~~ har en aminogruppe på enden, som senere er ment å danne hydrogenbånd med oksygenet i kitosan.		På grunn av sin lave størrelse kan aluminiumoksidplatene ses på som kolloidale partikler, og har evnen til å adsorbere på overflaten mellom luft og vann. Det blir utnyttet her. For å lette adsorpsjonen blir først noe hydrofobe silankjeder (aminopropyltriethoxysilane, ATES) festet på den ene siden av aluminiumoksidplatene. En silankjede kan ses på som ekvivalent til et alkan, der karbonet er byttet ut med silisium. Festeprosessen blir gjort ved å tilsette plater i en løsning av ATES, løsningen lydbehandles så i fem minutter og blandes i 30 min ved 40graderC. Platene blir så vasket med etanol ved hjelp av sentrifugering. Silankjedene som festes på aluminiumoksidplatene har en aminogruppe på enden, som senere er ment å danne hydrogenbånd med oksygenet i kitosan.

	For å danne en tett og homogen langmuirfilm av plater på vannoverflaten lages først en suspensjon av plater i etanol. Suspensjonen består av 1 vol% plater. Denne løsningen blir så dryppet på en vannoverflate, og videre behandlet i 15-30 min med lydbehandling. I løpet av lydbehandlingen dannes også elektriske dobbeltlag mellom de likt ladde ~~aluminiumsplatene~~, og frastøtningskreftene mellom dem bidrar til bedre struktur i monolaget.		For å danne en tett og homogen langmuirfilm av plater på vannoverflaten lages først en suspensjon av plater i etanol. Suspensjonen består av 1 vol% plater. Denne løsningen blir så dryppet på en vannoverflate, og videre behandlet i 15-30 min med lydbehandling. I løpet av lydbehandlingen dannes også elektriske dobbeltlag mellom de likt ladde aluminiumoksidplatene, og frastøtningskreftene mellom dem bidrar til bedre struktur i monolaget.

	Monolaget blir så overført til en glassplate ved bruk av dypp-belegging og tørking ved 50graderC. Neste steg er å belegge dette igjen med et tynt lag av kitosan, noe som blir gjort ved rotasjonsbelegging. Beleggingsløsningen blir laget ved å la kitosan ligge i en 0,34 M løsning av eddiksyre i minst 24 timer. Eddiksyren er ment å protonere kitosan makromolekylene og amingruppene på enden av silankjedene, for å lette dannelsen av hydrogenbond mellom den organiske og uorganiske fasen. Rotasjon utføres i 40 sekunder med en hastighet på 2000 rpm, hvorpå kitosanlaget tørkes ved 50graderC. Tykkelsen av polymerlaget kan bestemmes ved å endre konsentrasjonen av kitosan i beleggingsløsningen.		Monolaget blir så overført til en glassplate ved bruk av dypp-belegging og tørking ved 50graderC. Neste steg er å belegge dette igjen med et tynt lag av kitosan, noe som blir gjort ved rotasjonsbelegging. Beleggingsløsningen blir laget ved å la kitosan ligge i en 0,34 M løsning av eddiksyre i minst 24 timer. Eddiksyren er ment å protonere kitosan makromolekylene og amingruppene på enden av silankjedene, for å lette dannelsen av hydrogenbond mellom den organiske og uorganiske fasen. Rotasjon utføres i 40 sekunder med en hastighet på 2000 rpm, hvorpå kitosanlaget tørkes ved 50graderC. Tykkelsen av polymerlaget kan bestemmes ved å endre konsentrasjonen av kitosan i beleggingsløsningen.

Eirikgje: /* Oppbygningen av skjellet */

2009-03-23T13:53:19Z

Oppbygningen av skjellet

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 13:53
Linje 15:		Linje 15:

	== Oppbygningen av skjellet ==		== Oppbygningen av skjellet ==
	[[Bilde:nacreAFMPC.jpg\|left\|thumb\|250px\|Oppbygningen av Abalonskjellet, med polygonformede biokrystaller omggitt av proteiner. Bilde tatt med AFM og fasekontrast. [1]]]		[[Bilde:nacreAFMPC.jpg\|left\|thumb\|250px\|Oppbygningen av Abalonskjellet sett ovenfra, med polygonformede biokrystaller omggitt av proteiner. Bilde tatt med AFM og fasekontrast. [1]]]

	''Haliotis Rufescens'' (Rød Abalon, Regnbuestein) er en av de sterkeste skjellene hva gjelder fysiske egenskaper. Innsiden har et regnbuefarget utseende, litt på samme måten som en CD, og denne likheten er det første indisiet på at vi har med en mikro- eller nanostruktur å gjøre. Allerede i 1955 kunne ''Grégoire et al.'' bevise at skjellene består av plater med organiske forbindelser, og ''Weiner'' kunne i 1986 fastslå at det dreide seg om plater på ca. ~5 µm i diameter, og med en tykkelse på 0.5µm, omgitt av et biopolymer. Ved å studere skjellet med AFM, SEM og TEM, har man med tiden kartlagt oppbygningen til materialet; skjellene består polygoniske biomineraler av aragonitt/kritt(CaCO<sub>3</sub>) separert av tynne (~45nm) lag med elastiske, organiske polymer-lignende proteiner, slik at strukturen på nano-skala ligner makroskopiske murvegger, med krystallene som "mursteiner" og proteinene som "sement". Det finnes to forskjellige strukturformer i skjellene; kolonne- og trappeform.		''Haliotis Rufescens'' (Rød Abalon, Regnbuestein) er en av de sterkeste skjellene hva gjelder fysiske egenskaper. Innsiden har et regnbuefarget utseende, litt på samme måten som en CD, og denne likheten er det første indisiet på at vi har med en mikro- eller nanostruktur å gjøre. Allerede i 1955 kunne ''Grégoire et al.'' bevise at skjellene består av plater med organiske forbindelser, og ''Weiner'' kunne i 1986 fastslå at det dreide seg om plater på ca. ~5 µm i diameter, og med en tykkelse på 0.5µm, omgitt av et biopolymer. Ved å studere skjellet med AFM, SEM og TEM, har man med tiden kartlagt oppbygningen til materialet; skjellene består polygoniske biomineraler av aragonitt/kritt(CaCO<sub>3</sub>) separert av tynne (~45nm) lag med elastiske, organiske polymer-lignende proteiner, slik at strukturen på nano-skala ligner makroskopiske murvegger, med krystallene som "mursteiner" og proteinene som "sement". Det finnes to forskjellige strukturformer i skjellene; kolonne- og trappeform.

Eirikgje: /* Kilder */

2009-03-23T12:10:29Z

Kilder

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:10
Linje 139:		Linje 139:
	http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2131.php <br>		http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2131.php <br>
	http://www.nytimes.com/2005/03/22/science/22abal.html <br>		http://www.nytimes.com/2005/03/22/science/22abal.html <br>
	http://www.postech.ac.kr/ ce/lamp/research3-3.html <br>		http://www.postech.ac.kr/ce/lamp/research3-3.html <br>
	(Den spirituelle digresjonen):"http://www.althelse.com/steiner-&-krystaller/1228-abalone.html?showall=1" <br>		(Den spirituelle digresjonen):"http://www.althelse.com/steiner-&-krystaller/1228-abalone.html?showall=1" <br>

Eirikgje: /* Kilder */

2009-03-23T12:10:09Z

Kilder

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:10
Linje 139:		Linje 139:
	http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2131.php <br>		http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2131.php <br>
	http://www.nytimes.com/2005/03/22/science/22abal.html <br>		http://www.nytimes.com/2005/03/22/science/22abal.html <br>
			http://www.postech.ac.kr/ ce/lamp/research3-3.html <br>
	(Den spirituelle digresjonen):"http://www.althelse.com/steiner-&-krystaller/1228-abalone.html?showall=1" <br>		(Den spirituelle digresjonen):"http://www.althelse.com/steiner-&-krystaller/1228-abalone.html?showall=1" <br>

Mas: /* Konklusjon */

2009-03-23T12:10:04Z

Konklusjon

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:10
Linje 117:		Linje 117:

	== Konklusjon ==		== Konklusjon ==
	Forskning på naturens sterke materialer har pågått i flere tiår allerede. Vi har funnet mange eksempler på plateforsterkede materialer, spesielt i diverse skjell, ben og tenner, og flere forsøk har blitt gjort på å fabrikkere lignende strukturer. Likevel har vi langt igjen for å kunne måle oss med naturens unike konstruksjonsferdigheter. Ikke bare har vi vanskeligheter med selve produksjonsprosessen, men vi har også en begrenset forståelse av den komplekse og hierarkiske strukturen som finnes i naturens materialer. Når det gjelder plateforsterkede polymerfilmer har vi klart å lage en lignende struktur av plater organisert i en polymermatrise, men det finnes andre aspekter og høyere ordens strukturelementer vi enda ikke har utforsket. Eksempler hentet fra strukturen i forskjellige skjell er vist i figuren ~~under:~~		[[Bilde:seashells.gif\|right\|thumb\|350px\|A: Tverrsnitt som viser strukturen av et rødt California Abalone skjell. B: SEM bilde av grensesnittet mellom kalsitt og nacre i et Trochus Niloticus skjell. C: Kunstig farget SEM bilde av en lag på lag spiralstruktur i T. Niloticus nacre. D: Venstre: AFM bilde av nanopartikler på overflaten av en separat nacre-plate fra et rødt California Abalone skjell. Høyre: Skjematisk fremstilling av hvordan nanopartiklene roteres ved en påført kraft]]
			Forskning på naturens sterke materialer har pågått i flere tiår allerede. Vi har funnet mange eksempler på plateforsterkede materialer, spesielt i diverse skjell, ben og tenner, og flere forsøk har blitt gjort på å fabrikkere lignende strukturer. Likevel har vi langt igjen for å kunne måle oss med naturens unike konstruksjonsferdigheter. Ikke bare har vi vanskeligheter med selve produksjonsprosessen, men vi har også en begrenset forståelse av den komplekse og hierarkiske strukturen som finnes i naturens materialer. Når det gjelder plateforsterkede polymerfilmer har vi klart å lage en lignende struktur av plater organisert i en polymermatrise, men det finnes andre aspekter og høyere ordens strukturelementer vi enda ikke har utforsket. Eksempler hentet fra strukturen i forskjellige skjell er vist i figuren til høyre.
	[[Bilde:seashells.gif\|center\|thumb\|350px\|A: Tverrsnitt som viser strukturen av et rødt California Abalone skjell. B: SEM bilde av grensesnittet mellom kalsitt og nacre i et Trochus Niloticus skjell. C: Kunstig farget SEM bilde av en lag på lag spiralstruktur i T. Niloticus nacre. D: Venstre: AFM bilde av nanopartikler på overflaten av en separat nacre-plate fra et rødt California Abalone skjell. Høyre: Skjematisk fremstilling av hvordan nanopartiklene roteres ved en påført kraft]]

	Vi har likevel en stor fordel i forhold til naturen, fordi vi kan velge mellom mange flere konstruksjonsmaterialer. Med dagens halvgode produksjonsmetoder klarer vi allerede å konstruere plateforsterkede polymerfilmer med like gode egenskaper som i naturen på visse områder. Ved videre forståelse av biomaterialer og utvikling av produksjonsmetoder kan man se for seg muligheten for produksjon av helt eksepsjonelle komposittmaterialer en gang i framtiden, som overskrider naturen på alle områder.		Vi har likevel en stor fordel i forhold til naturen, fordi vi kan velge mellom mange flere konstruksjonsmaterialer. Med dagens halvgode produksjonsmetoder klarer vi allerede å konstruere plateforsterkede polymerfilmer med like gode egenskaper som i naturen på visse områder. Ved videre forståelse av biomaterialer og utvikling av produksjonsmetoder kan man se for seg muligheten for produksjon av helt eksepsjonelle komposittmaterialer en gang i framtiden, som overskrider naturen på alle områder.

Eirikgje: /* Kilder */

2009-03-23T12:09:14Z

Kilder

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:09
Linje 131:		Linje 131:
	http://arjournals.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.physchem.51.1.601?amp;searchHistoryKey=${searchHistoryKey}&cookieSet=1 <br>		http://arjournals.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.physchem.51.1.601?amp;searchHistoryKey=${searchHistoryKey}&cookieSet=1 <br>
	http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/318/5847/80.pdf <br>		http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/318/5847/80.pdf <br>
	~~(Den spirituelle digresjonen):"http://www.althelse.com/steiner-&-krystaller/1228-abalone.html?showall=1" <br>~~
	http://www.sciencemag.org/cgi/data/319/5866/1069/DC1/1 <br>		http://www.sciencemag.org/cgi/data/319/5866/1069/DC1/1 <br>
	Bioinspired Design and Assembly of Platelet Reinforced Polymer Films, Lorenz J. Bonderer, et al. Science 319, 1069 (2008); DOI: 10.1126/science.1148726		Bioinspired Design and Assembly of Platelet Reinforced Polymer Films, Lorenz J. Bonderer, et al. Science 319, 1069 (2008); DOI: 10.1126/science.1148726
Linje 142:		Linje 141:
	http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2131.php <br>		http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2131.php <br>
	http://www.nytimes.com/2005/03/22/science/22abal.html <br>		http://www.nytimes.com/2005/03/22/science/22abal.html <br>
			(Den spirituelle digresjonen):"http://www.althelse.com/steiner-&-krystaller/1228-abalone.html?showall=1" <br>

Eirikgje: /* Oppbygningen av skjellet */

2009-03-23T12:08:33Z

Oppbygningen av skjellet

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:08
Linje 19:		Linje 19:
	''Haliotis Rufescens'' (Rød Abalon, Regnbuestein) er en av de sterkeste skjellene hva gjelder fysiske egenskaper. Innsiden har et regnbuefarget utseende, litt på samme måten som en CD, og denne likheten er det første indisiet på at vi har med en mikro- eller nanostruktur å gjøre. Allerede i 1955 kunne ''Grégoire et al.'' bevise at skjellene består av plater med organiske forbindelser, og ''Weiner'' kunne i 1986 fastslå at det dreide seg om plater på ca. ~5 µm i diameter, og med en tykkelse på 0.5µm, omgitt av et biopolymer. Ved å studere skjellet med AFM, SEM og TEM, har man med tiden kartlagt oppbygningen til materialet; skjellene består polygoniske biomineraler av aragonitt/kritt(CaCO<sub>3</sub>) separert av tynne (~45nm) lag med elastiske, organiske polymer-lignende proteiner, slik at strukturen på nano-skala ligner makroskopiske murvegger, med krystallene som "mursteiner" og proteinene som "sement". Det finnes to forskjellige strukturformer i skjellene; kolonne- og trappeform.		''Haliotis Rufescens'' (Rød Abalon, Regnbuestein) er en av de sterkeste skjellene hva gjelder fysiske egenskaper. Innsiden har et regnbuefarget utseende, litt på samme måten som en CD, og denne likheten er det første indisiet på at vi har med en mikro- eller nanostruktur å gjøre. Allerede i 1955 kunne ''Grégoire et al.'' bevise at skjellene består av plater med organiske forbindelser, og ''Weiner'' kunne i 1986 fastslå at det dreide seg om plater på ca. ~5 µm i diameter, og med en tykkelse på 0.5µm, omgitt av et biopolymer. Ved å studere skjellet med AFM, SEM og TEM, har man med tiden kartlagt oppbygningen til materialet; skjellene består polygoniske biomineraler av aragonitt/kritt(CaCO<sub>3</sub>) separert av tynne (~45nm) lag med elastiske, organiske polymer-lignende proteiner, slik at strukturen på nano-skala ligner makroskopiske murvegger, med krystallene som "mursteiner" og proteinene som "sement". Det finnes to forskjellige strukturformer i skjellene; kolonne- og trappeform.
	[[Bilde:nacreSEMcross.jpg\|right\|thumb\|250px\|Tversnitt av Abalonskjellet, tatt med SEM. [2]]]		[[Bilde:nacreSEMcross.jpg\|right\|thumb\|250px\|Tversnitt av Abalonskjellet, tatt med SEM. [2]]]
	Kolonneform betyr at sentrum av hver krystallplate ligger omtrent rett over sentrum av plata under. Når sentrum i hver plate ligger omtrent over skjøten mellom de underliggende platene, omtrent på samme måte som i murvegger, kalles dette trappeform. Det som fascinerer mest med denne oppbygningen er at hovedbestanddelen (95%) av materialet er kritt, et av naturens mest skjøre materialer (tenk tavlekritt, eggeskall etc). Oppbygningen i skjellene gjør at materialet tåler 3000 ganger så mye som aragonitt i vanlig bulk-form. Den samme strukturen finnes blant annet i ben hos alle større dyr, ~~blant annet~~ hos mennesket. Vår benbygning består på samme måte av plater med mineralet kalsium- hydroksyapatitt, omgitt av et mykere vev av kollagen. Den viktigste forskjellen mellom skjellene og vår benbygning er likevel at våre ben består av relativt sett mindre mineraler i forhold til det mykere biopolymeret (~95% for skjellene og ~45% i vår benbygning). Dette gjør at mens skjellene er hardere enn vår benbygning, tåler vi mer støt, strekk og bøying før materialet gir etter.		Kolonneform betyr at sentrum av hver krystallplate ligger omtrent rett over sentrum av plata under. Når sentrum i hver plate ligger omtrent over skjøten mellom de underliggende platene, omtrent på samme måte som i murvegger, kalles dette trappeform. Det som fascinerer mest med denne oppbygningen er at hovedbestanddelen (95%) av materialet er kritt, et av naturens mest skjøre materialer (tenk tavlekritt, eggeskall etc). Oppbygningen i skjellene gjør at materialet tåler 3000 ganger så mye som aragonitt i vanlig bulk-form. Den samme strukturen finnes blant annet i ben hos alle større dyr, som hos mennesket. Vår benbygning består på samme måte av plater med mineralet kalsium- hydroksyapatitt, omgitt av et mykere vev av kollagen. Den viktigste forskjellen mellom skjellene og vår benbygning er likevel at våre ben består av relativt sett mindre mineraler i forhold til det mykere biopolymeret (~95% for skjellene og ~45% i vår benbygning). Dette gjør at mens skjellene er hardere enn vår benbygning, tåler vi mer støt, strekk og bøying før materialet gir etter.

Eirikgje: /* Relevans for nanoteknologer */

2009-03-23T12:07:33Z

Relevans for nanoteknologer

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:07
Linje 109:		Linje 109:
	==Relevans for nanoteknologer==		==Relevans for nanoteknologer==
	* Mikro- og nanostrukturen i materialer kan ha MYE å si for dets fysiske, makroskopiske egenskaper.		* Mikro- og nanostrukturen i materialer kan ha MYE å si for dets fysiske, makroskopiske egenskaper.
	* Ved å bruke materialer med forskjellige egenskaper i forskjellige "blandingsforhold" kan man lage materialer som ikke bare tar med seg det beste fra ~~alle bestanddelene~~, men også øker ytelsen ifht bestanddelene.		* Ved å bruke materialer med forskjellige egenskaper i forskjellige "blandingsforhold" kan man lage materialer som ikke bare tar med seg det beste fra disse materialene, men også øker ytelsen ifht bestanddelene.
	* viktig å la seg inspirere av naturens nanostrukturer, men samtidig også slippe seg løs og finne nye materialer og løsninger som er bedre egnet enn det naturen kan få til.		* viktig å la seg inspirere av naturens nanostrukturer, men samtidig også slippe seg løs og finne nye materialer og løsninger som er bedre egnet enn det naturen kan få til.
	* Kanskje har også naturen enda mer å gå på evolusjonsmessig; det lønner seg å utforske forskjellige variasjoner av oppbygningen.		* Kanskje har også naturen enda mer å gå på evolusjonsmessig; det lønner seg å utforske forskjellige variasjoner av oppbygningen.
	* Naturen har en viktig fordel; kan vha DNA og RNA å bygge mikro- og nanostrukturer med en utrolig nøyaktighet og nærmest uten feil.		* Naturen har en viktig fordel; kan vha DNA og RNA å bygge mikro- og nanostrukturer med en utrolig nøyaktighet og nærmest uten feil.
	* Man kan lære av tankegangen i dette forsøket; i stedet for å lage mer holdbare keramer, som er formålet med skjellenes oppbygning, bruker man det man har lært fra skjellene til å lage sterkere polymerer for andre formål. Tenk nytt!		* Man kan lære av tankegangen i dette forsøket; i stedet for å lage mer holdbare keramer, som er formålet med skjellenes oppbygning, bruker man det man har lært fra skjellene til å lage sterkere polymerer for andre formål. Tenk nytt!
			* Holdbarheten til abalonskjellet er lett å merke når man undersøker det makroskopisk. Men finnes det små organismer som er vanskelig å undersøke makroskopisk, som har enda bedre nanostruktur?

	== Konklusjon ==		== Konklusjon ==

Mas: /* Fremgangsmåte */

2009-03-23T12:06:19Z

Fremgangsmåte

← Eldre sideversjon		Sideversjonen fra 23. mar. 2009 kl. 12:06
Linje 87:		Linje 87:
	Hovedidéen bak produksjonsprosessen er at man skal legge aluminiumsplater og kitosan lagvis oppå hverandre, inntil man oppnår en film med en tykkelse på mindre enn noen titalls mikrometer. Hvert lag må altså være svært tynt, og aluminiumsplatene må ikke ligge klumpet oppå hverandre.		Hovedidéen bak produksjonsprosessen er at man skal legge aluminiumsplater og kitosan lagvis oppå hverandre, inntil man oppnår en film med en tykkelse på mindre enn noen titalls mikrometer. Hvert lag må altså være svært tynt, og aluminiumsplatene må ikke ligge klumpet oppå hverandre.

	[[Bilde:produksjon.jpg\|left\|thumb\|~~350px~~\|Skjematisk tegning av silankjeder av typen aminopropyltriethoxysilane, ATES, festet til overflaten av en aluminiumsplate]]		[[Bilde:produksjon.jpg\|left\|thumb\|200px\|Skjematisk tegning av silankjeder av typen aminopropyltriethoxysilane, ATES, festet til overflaten av en aluminiumsplate]]
	På grunn av sin lave størrelse kan aluminiumsplatene ses på som kolloidale partikler, og har evnen til å adsorbere på overflaten mellom luft og vann. Det blir utnyttet her. For å lette adsorpsjonen blir først noe hydrofobe silankjeder (aminopropyltriethoxysilane, ATES) festet på den ene siden av aluminiumsplatene. En silankjede kan ses på som ekvivalent til et alkan, der karbonet er byttet ut med silisium. Festeprosessen blir gjort ved å tilsette plater i en løsning av ATES, løsningen lydbehandles så i fem minutter og blandes i 30 min ved 40graderC. Platene blir så vasket med etanol ved hjelp av sentrifugering. Silankjedene som festes på aluminiumsplatene har en aminogruppe på enden, som senere er ment å danne hydrogenbånd med oksygenet i kitosan.		På grunn av sin lave størrelse kan aluminiumsplatene ses på som kolloidale partikler, og har evnen til å adsorbere på overflaten mellom luft og vann. Det blir utnyttet her. For å lette adsorpsjonen blir først noe hydrofobe silankjeder (aminopropyltriethoxysilane, ATES) festet på den ene siden av aluminiumsplatene. En silankjede kan ses på som ekvivalent til et alkan, der karbonet er byttet ut med silisium. Festeprosessen blir gjort ved å tilsette plater i en løsning av ATES, løsningen lydbehandles så i fem minutter og blandes i 30 min ved 40graderC. Platene blir så vasket med etanol ved hjelp av sentrifugering. Silankjedene som festes på aluminiumsplatene har en aminogruppe på enden, som senere er ment å danne hydrogenbånd med oksygenet i kitosan.