Цель исследования- практическое применение нанотехнологии.
Задачи:
Собрать и изучить информацию о нанотехнологиях.
Разработать анкету опроса.
Провести анкетирование среди учащихся 5,7,10 классов МКОУ «Тегульдетская СОШ»
Проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы.
The aim of the work is to show the practical use of nanotechnology.
Objectives:
To collect and study information about nanotechnology.
To work out a questionnaire.
To carry out interrogation of students from our school.
To analyze the results, to make the conclusion.
Что такое нанотехнология?
За несколько прошедших десятилетий были найдены новые и более продвинутые энергетические технологии в области науки и инженерии с целью улучшения жизни во всем мире. Чтобы заставить следующие технологии пойти вперед технологий текущего времени, ученые и инженеры развивали новую область науки под названием нанотехнология.
Нанотехнология определяется, как наука и технология разработки электронных схем и устройств из отдельных атомов и молекул; или отрасль разработок, которая имеет дело с вещами меньше, чем 100 нанометров. Нанометр (нм) равняется одной миллиардной части метра, примерная ширина трех или четырех атомов. Для сравнения– средняя ширина человеческого волоса приблизительно 80,000 нанометров, а величина одной частицы составляет приблизительно 100 нанометров в ширину. Приставка
nano
- возникла от греческого слова
nanos
- означая "карлик ". Первоначально учёные использовали приставку, чтобы обозначить что-то очень маленькое, например «нанопланктон». Термин «нанотехнология» также часто используется для описания междисциплинных областей науки, посвященных исследованию и использованию явления наноразмера.
История.
История нанотехнологии началась в 50-ых и 60-ых годах 20 века, когда большинство инженеров мыслило масштабно. Это было время больших автомобилей, больших самолетов, больших мировых нефтяных танкеров, больших небоскребов и больших планов относительно отправления людей в космос. Огромные небоскрёбы, такие как Всемирный торговый центр были построены в главных городах мира. В то время как другие исследователи сосредоточились на создании мелких предметов. Изобретение транзистора в 1947 году и первой интегральной схемы в 1959 году начало эру электроники в миниатюре. Именно эти мелкие устройства создали основу для возникновения больших устройств, таких как космические корабли. После успешного расщепления атома перед Второй мировой войной, физики попытались найти частицы, из которых сделаны атомы, и силы, которые соединяют их в одно. В то же самое время химики работали над тем, чтобы объединить атомы в новые виды молекул и имели большой успех в преобразовании сложных молекул нефти во все виды пригодной пластмассы.
Наноматериалы.
Наноматериалы-это материалы, которые обладают уникальными способностями.Они могут пропускать электричество и тепло разными способами, менять цвет (частицы золота могут быть красными, синими, золотыми в зависимости от их размера). Эти особенные свойства уже используются для создания мобильных телефонов, компьютерных чипов.
Цель учёных использовать нанотехнологии для создания новых приборов, которые будут прочнее, легче, быстрее и эффективнее.
Наномедецина.
Наномедицина - область медицинского исследования, которое стремится использовать инструменты из области нанотехнологий для здоровья. Ученые говорят о том, что физические, химические, и биологические свойства материалов в наноразмере глобально отличаются от свойств тех же материалов в крупном размере (в обычном размере). Например, нанотехнология могла бы обеспечить новые технологии изготовления лекарств и новые пути доставки лекарства в ранее недоступные места в теле человека, таким образом, расширяя их потенциал. Маленькие датчики, которые диагностируют болезни в теле намного быстрее, чем существующие диагностические инструменты; это одни из многообещающих областей исследования.
Нанотехнологии это хорошо или плохо?
Нанотехнологии представляют потенциальную пользу для человечества, но также приносят серьёзные опасности. Некоторые наноматериалы являются токсичными для мышц и клеток человека.
В отличие от крупнейших частиц, наноматериалы могут быть поглощены митохондриями клеток и клеточного ядра. Исследования показали, что наноматериалы могут привести к потенциальной мутации и вызвать серьезные структурные повреждения митохондрий, в результате чего даже гибели клетки. Уместно внимательно изучить риски возможной токсичности наночастиц и других продуктов технологии, наибольшая опасность исходит от вредоносного или неразумного использования молекулярного производства.
What is Nanotechnology?
Over the past few decades, the development of new and more advanced energy technologies with the capability of improving life all over the world have been sought in the fields of science and engineering. In order to make the next leap forward from the current generation of technology, scientists and engineers have been developing a new field of science called Nanotechnology.
Nanotechnology is defined as the science and technology of building electronic circuits and devices from single atoms and molecules, or the branch of engineering that deals with things smaller than 100 nanometers. A nanometer (nm)is one billionth of a meter, roughly the width of three or four atoms. For scale comparison, the average human hair is about 80,000nanometers wide, and a single virus particle is about 100 nanometers in width. The prefix nano-comes from the Greek word nanos, meaning “dwarf”. Scientists originally used the prefix just to indicate “very small”, as in “nanoplankton”, but it now means one-billionth, just as milli-means one –thousandth, and micro-means one-millions.
The term Nanotechnology is also often used to describe the interdisciplinary fields of science devoted to the study and use of nanoscalephenomena.
History.
The story of nanotechnology begins in the 1950s and 1960s, when most engineers were thinking big, not small. This was the era of big cars, big atomic bombs, big jets, and big plans for sending people into outer space. Huge skyscrapers, like the World Trade Centre were built in major cities of the world. The world’s largest oil tankers, cruise ships, bridges, interstate highways, and electric power plants are all products of this era.
Other researches, however, focused on making things smaller. The invention of the transistor in 1947 and the first integrated circuit (IC) in 1959 launched an era of electronics miniaturization. It was these small devices that made large devices, such as spaceships, possible.
As electronics engineers focused on making things smaller, engineers and scientists from other fields also turned their focus to small things-atoms and molecules. After successfully splitting the atom in the years before World War II, physicists struggled to understand more about the particles from which atoms are made, and the forces that bind them together. At the same time, chemists worked to combine atoms into new kinds of molecules, and had great success converting the complex molecules of petroleum into all sorts of useful plastics.
Nanomaterials.
Nanomaterials-materials having unique properties arising from their nanoscale dimensions- can be stronger or lighter, or conduct heat or electricity in a different way. They can even change colour; particles of gold can appear red, blue or gold, depending on their size. These special attributes are already being used in a number of ways, such as in the manufacture of computer chips, CDs and mobile phones. Researches are progressively finding out more about the nonascale world of aim to use nanotechnologies to create new devices that are faster, lighter, stronger or more efficient.
Nanomedicine.
Nanomedcine is an area of biomedical research that seeks to use tools from the field of nanotechnology to improve health. Scientists say that the physical, chemical, and biological properties of materials at the nanoscale differ in fundamental and valuable ways from the properties of larger-sized matter. For example, nanotechnology could provide new formulations and new routes to deliver drugs to previously inaccessible sites in the body, thereby broadening a drug’s potential. Tiny sensors that detect diseases in the body far earlier than existing diagnostic tools, and pumps the size of molecules implanted to deliver lifesaving medications precisely where they are needed, are among the promising areas of research.
Is nanotechnology good or bad?
Nanotechnology offers potential benefits to mankind, but also brings severe dangers. Some nanomaterials have proved toxic to human tissue and cell cultures. Unlike large particles, nanomaterials may be absorbed by cell mitochondria and the cell nucleus. Studies have demonstrated that nanomaterials may cause potential DNA mutation and induce major structural damage to mitochondria, even resulting in cell death.
Although nanotechnology dates from the 1950s, the biggest changes have occurred in just the past few years. In the space of just a few years governments around the world have launched new research programs.
The more advanced nanotechnology developments expected in the next 10 years will most likely include solutions to repair and rearrange living cells.
Проект по физике на тему: НАНОТЕХНОЛОГИИ
- Ученика 10 класса МБОУ «Сангарской средней школы №1»
- Мазоха Юрия
- Руководитель: учитель физики Денискина Е.В.
- волос
- клетка
- пылевой клещ
- человек
- континент
- Земля
- планеты
- атомы
- НАНОТЕХНОЛОГИИ
- Химия, атомная и ядерная физика
- Биология
- Социальные науки
- Геология
- Астрономия
- Нанотехнологии: место среди других наук
- Можно заставить наномир работать на нас!!!
- 1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заявляет, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно. 1981 г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа - прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. 1982-85 гг. Достижение атомарного разрешения. 1986 г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими. 1990 г. Манипуляции единичными атомами. 1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности.
- 1. изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов;
- 2. разработка и изготовление наномашин;
- 3. манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.
- Медицина.
- Эритроциты с приклеенными к ним нанокапсулами, способными прилипать только к определённым типам клеток (больным), доставят эти капсулы клеткам-адресатам.
- Способ доставки наночастиц с лекарствами или фрагментами ДНК (генами) для лечения клеток
- Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Срок реализации: третья - четвертая четверти XXI века.
- Нанотрубки делают полимерные материалы более прочными
- Промышленность.
- Слева - капля не смачивает поверхность, состоящую из нановолосков, и поэтому не растекается по ней. Справа – схематическое изображение поверхности, похожей на массажную щётку; тэта - краевой угол, величина которого говорит о смачиваемости поверхности: чем больше тэта, тем меньше смачиваемость.
- Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.
- Например, из цепочки "почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва - углекислый газ - молоко (творог, масло, мясо)". Такое "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.
- Срок реализации – вторая - четвертая четверть XXI века.
- Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Срок реализации: середина XXI века.
- Нанотехнологии в криминалистике.
- Отпечаток пальца на бумаге и тот же после контрастирования с помощью золотых наночастиц, прилипших к жирным следам бороздок, оставшимся на бумаге.
- Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду.
- Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье;
- а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Срок реализации: середина XXI века.
- По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами.
- Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции.
- Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.
- Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер. Срок реализации: первая - вторая четверть XXI века.
- матрица гибкого дисплея на основе нанорубок;
- гибкий дисплей с изображением Леонардо де Винчи.
- Нанотехнологии уже давно вокруг нас
Введение
1.История развития нанотехнологий
2.Нанотехнологии в медицине
3.Воронежская область на передовых рубежах наноисследований
3.1 Вузы воронежской области и их разработки в области нанотехнологий
3.2 Индустрия нанотехнологий Воронежской области
3.3 Нанопродукция для массового потребителя
Заключение
Литература
«Там внизу — много места»
- Ричард Фейнман
Введение
Область науки и техники, именуемая нанотехнологией, как и соответствующая терминология, появилась сравнительно недавно. Однако ее перспективы настолько грандиозны для нашей цивилизации, что необходимо широкое распространение основной идеи нанотехнологии, прежде всего среди молодежи.
Хотя слово «нанотехнология» является относительно новым, устройства и структуры нанометровых размеров не новы. На самом деле они существуют на Земле столько же, сколько существует сама жизнь. Моллюск морское ушко выращивает очень прочную, переливающуюся изнутри раковину, склеивая прочные наночастички мела особой смесью белков с углеводами. Трещины, появляющиеся снаружи, не могут распространяться в раковине из-за наноструктурированных кирпичиков. Раковины являются природной демонстрацией того, что структуры, сформированные из наночастиц, могут быть намного прочнее материала, однородного в объеме.
В точности неизвестно, когда человек впервые начал использовать преимущества наноразмерных материалов. Есть сведения, что в четвертом веке нашей эры римские стекловары делали стекло, содержащее наночастицы металлов. Изделие этой эпохи, называемое чашей Ликурга, находится в Британском Музее. Чаша, изображающая смерть короля Ликурга, сделана из стекла на основе натровой извести, содержащего наночастицы серебра и золота. Цвет чаши меняется с зеленого на темно-красный при помещении в нее источника света. Огромное разнообразие прекрасных цветов витражей в средневековых храмах объясняется присутствием металлических наночастиц в стекле.
Бурное развитие нанотехнологий на мировом уровне говорит об их большой значимости в процессе развития цивилизации. Нанотехнологии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые отрасли экономики.
Значимость развития нанотехнологий трудно переоценить! А значит изучать все, что связано с нанотехнологиями необходимо уже на школьном уровне. И пусть базовый уровень изучения физики в средней школе предусматривает только 2 часа в неделю, и каждый заинтересованный ученик понимает, что этого мало - интерес к поставленной проблеме не ослабевает.
1.
Сегодня понятие нанотехнологии прочно входит в нашу жизнь, а еще в 1959 г. знаменитый американский физик-теоретик Ричард Фейнман говорил о том, что существует «поразительно сложный мир малых форм, а когда-нибудь (например, в 2000 г.) люди будут удивляться тому, что до 1960 г. никто не относился серьезно к исследованиям этого мира».
Дедушкой нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. 2400 лет назад он впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества.
1905 - Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.
1931 - Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.
1959 - Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Основные положения нанотехнологий были намечены в его легендарной лекции “Там внизу - много места” (“There’s Plenty of Room at the Bottom”), произнесенной им в Калифорнийском Технологическом Институте. Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов. Тогда его слова казались фантастикой только лишь по одной причине: еще не существовало технологии, позволяющей оперировать отдельными атомами (то есть опознать атом, взять его и поставить на другое место). Чтобы стимулировать интерес к этой области, Фейнман назначил приз в $1000 тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке, что, кстати, осуществилось уже в 1964 году.
1968 - Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанообработки поверхностей.
1974 - Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово “нанотехника”, предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона.
1981 - Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп - прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Через четыре года они получили Нобелевскую премию.
1985 - Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр.
1986 - Создан атомносиловой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
1986 - Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.
1989 - Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
1998 - Голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.
2000 - Администрация США объявила “Национальную нанотехнологическую инициативу” (National Nanotechnology Initiative). Тогда из федерального бюджета США было выделено $500 млн. В 2002 сумма ассигнований была увеличена до $604 млн. На 2003 год “Инициатива” запросила $710 млн., а в 2004 году правительство США приняло решение увеличить финансирование научных исследований в этой области до $3,7 млрд. в течение четырех лет. В целом, мировые инвестиции в нано в 2004 году составили около $12 млрд.
2004 - Администрация США поддержала “Национальную наномедицинскую инициативу” как часть National Nanotechnology Initiative.
Такая хронология событий не смогла не заинтересовать меня, и я в предоставляемом докладе постарался изложить заинтересовавшие меня факты и события с точки зрения неравнодушного школьника, понимающего, что будущее за новыми технологиями.
2.
Стремительное развитие нанотехнологий вызвано еще и потребностями общества в быстрой переработке огромных массивов информации.
Сегодня прогресс в области нанотехнологии связан с разработкой наноматериалов для аэрокосмической, автомобильной, электронной промышленности.
Но постепенно все чаще упоминается, как перспективная область применения нанотехнологии, медицина. Это связано с тем, что современная технология позволяет работать с веществом в масштабах, еще недавно казавшихся фантастическими - микрометровых, и даже нанометровых. Именно такие размеры характерны для основных биологических структур - клеток, их составных частей (органелл) и молекул.
Сегодня можно говорить о появлении нового направления - наномедицины. Впервые мысль о применении микроскопических устройств (роботов-манипуляторов) в медицине была высказана в 1959 г. Р. Фейнманом. Манипуляторы открывают самые широкие возможности реанимации больных клеток организма, в том числе, человеческого, что некоторыми учеными-фантазерами уже рассматривается как возможность, наконец-то, обрести бессмертие. Впрочем, существует и очень негативная возможность дальнейшего развития нанотехнологий: в частности, если управление манипулятором окажется в руках избранных людей, власть этих людей над всеми остальными окажется безграничной.
Сегодня мы еще довольно далеки от описанного Фейнманом микроробота, способного через кровеносную систему проникнуть внутрь сердца и произвести там операцию на клапане. Но за последние несколько лет его предложения приблизились к реальности. Современные приложения нанотехнологий в медицине можно разделить на несколько групп:
. Наноструктурированные материалы, в т. ч., поверхности с нанорельефом, мембраны с наноотверстиями;
. Наночастицы (в т. ч., фуллерены и дендримеры);
. Микро- и нанокапсулы;
. Нанотехнологические сенсоры и анализаторы;
. Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов;
. Наноинструменты и наноманипуляторы;
. Микро- и наноустройства различной степени автономности.
Самый яркий и простой пример использования нанотехнологии в медицине и косметике — обыкновенный мыльный раствор, обладающий моющим и дезинфицирующим действием. В нем образуются наночастицы, мицеллы — частицы дисперсной фазы Золя (коллоидного раствора), окруженные слоем молекул или ионов дисперсной среды. Мыло — чудо нанотехнологии, уже бывшее таковым, когда никто и не подозревал о существовании наночастиц. Однако этот наноматериал не является главным для развития современных нанотехнологий в здравоохранении и косметологии.
Другим древнейшим применением нанотехнологии в косметологии оказался тот факт, что красящие вещества, использовавшиеся аборигенами Австралии для нанесения ярких боевых раскрасок, а также краска для волос древнегреческих красавиц также содержали наночастицы, обеспечивающие очень длительный и стойкий окрашивающий эффект. А теперь поговорим о развитии нанотехнологии.
На первом этапе развития нанотехнологии предпочтение отдавалось устройствам зондовой микроскопии. Эти устройства являются своеобразными глазами и руками нанотехнолога. В 21 веке нанотехнологии войдут во все области человеческой жизни. Это новое слово в науке, новые возможности, новое качество и уровень жизни. Бурное развитие нанотехнологий на мировом уровне - это их большая значимость в процессе развития цивилизации. Нанотехнологии и наноинженерия на сегодняшний день являются наиболее перспективным направлением в развитии российской и зарубежной науки. Наноматериалы стали причиной настоящего прорыва во многих отраслях и проникают во все сферы нашей жизни.
На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит модернизировать целые отрасли экономики. К числу объектов, которые мы сможем увидеть в ближайшее время, можно отнести наносенсоры для идентификации токсичных отходов химической и биотехнологической промышленности, наркотиков, боевых отравляющих веществ, взрывчатки, патогенных микроорганизмов, а также наночастичные фильтры и прочие очистные устройства, предназначенные для их удаления или нейтрализации. Другой пример перспективных наносистем близкого будущего — электрические магистральные кабели на углеродных нанотрубках, которые будут проводить ток высокого напряжения лучше медных проводов и при этом весить в пять-шесть раз меньше.
Наноматериалы позволят многократно снизить стоимость автомобильных каталитических конвертеров, очищающих выхлопы от вредных примесей, поскольку с их помощью можно в 15-20 раз снизить расход платины и других ценных металлов, которые применяются в этих приборах. Есть все основания считать, что наноматериалы найдут широкое применение в нефтеперерабатывающей промышленности и в таких новейших областях биоиндустрии, как геномика и протеомика.
Заглядывая же в отдаленное будущее, можно предположить, что нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертие за счет того, что наномедицина сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. Говоря о медицине…Она изменится неузнаваемо. Во-первых, наночастицы могут использоваться в медицине для точной доставки лекарств и управления скоростью химических реакций. Нанокапсулы с метками-идентификаторами смогут доставлять лекарства непосредственно к указанным клеткам и микроорганизмам, смогут контролировать и отображать состояние пациента, следить за обменом веществ и многое другое. Это позволит эффективнее бороться с онкологическими, вирусными и генетическими заболеваниями. Представьте себе, что вы подхватили грипп (при этом вы даже еще не знаете, что его подхватили). Тут же среагирует система искусственно усиленного иммунитета, десятки тысяч нанороботов начнут распознавать (в соответствии со своей внутренней базой данных) вирус гриппа, и за считанные минуты ни одного вируса у Вас в крови не будет! Или у вас начался ранний атеросклероз, искусственные клетки начинают чистить механическими и химическими путями Ваши сосуды. Во-вторых, возможно создание нанороботов-врачей, способных “жить” внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения или предотвращая их возникновение. Последовательно проверяя и, если надо, “исправляя” молекулы, клетку за клеткой, орган за органом, наномашины вернут здоровье любому больному, а затем просто не допустят никаких заболеваний и патологий, в том числе генетических. Теоретически это позволит человеку жить сотни, а может быть, тысячи лет. В-третьих, появится возможность быстрого анализа и модификации генетического кода, простое конструирование аминокислот и белков, создание новых видов лекарств, протезов, имплантатов. В этой области рядом исследователей уже проводится проверка различных наноматериалов на совместимость с живыми тканями и клетками.
Сегодня о нанороботах мы можем только фантазировать, но, тем не менее, мы уже имеем значительный прогресс в этой области. Так, «нанороботами» могут послужить наночастицы некоторых веществ. Например, серебра. Установлено, что наночастицы серебра в тысячи раз эффективнее борются с бактериями и вирусами, чем серебряные ионы.
Как показал эксперимент, ничтожные концентрации наночастиц уничтожали все известные микроорганизмы (в том числе и вирус СПИДа), не расходуясь при этом. Кроме того, в отличие от антибиотиков, убивающих не только вредоносные вирусы, но и пораженные ими клетки, действие наночастиц очень избирательно: они действуют только на вирусы, клетка при этом не повреждается! Дело в том, что оболочка микроорганизмов состоит из особых белков, которые при поражении наночастицами перестают снабжать бактерию кислородом. Несчастный микроорганизм больше не может окислять свое «топливо» - глюкозу - и гибнет, оставшись без источника энергии. Вирусы, вообще не имеющие никакой оболочки, тоже получают свое при встрече с наночастицей. А вот клетки человека и животных имеют более «высокотехнологичные» стенки, и наночастицы им не страшны. В настоящий момент проводятся исследования возможностей использования наночастиц серебра в фармацевтических препаратах.
Например, фирма “Гелиос” выпускает зубную пасту “Знахарь” с наночастицами серебра, эффективно защищающую от различных инфекций. Также небольшие концентрации наночастиц добавляют в некоторые кремы из серии “элитной” косметики для предотвращения их порчи во время использования. Добавки на основе серебряных наночастиц применяются в качестве антиаллергенного консерванта в кремах, шампунях, косметических средствах для макияжа и т.д. При использовании наблюдается также противовоспалительный и заживляющий эффект.
Наночастицы способны долго сохранять бактерицидные свойства после нанесения на многие твердые поверхности (стекло, дерево, бумага, керамика, оксиды металлов и др.). Это позволяет создать высокоэффективные дезинфицирующие аэрозоли длительного срока действия для бытового применения. В отличие от хлорки и других химических средств обеззараживания, аэрозоли на основе наночастиц не токсичны и не вредят здоровью людей и животных.
По прогнозам журнала Scientific American, уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать, и впрыснет их в кровь. Нужно отметить, что появление высоких технологий из-за их высокой стоимости привнесли в здравоохранение ряд новых проблем, в том числе морально-этического свойства, связанных с наличием и доступностью медицинских услуг для широких слоев населения. Тем не менее, как бы сильно ни развивалась научно-техническая основа медицины, главными факторами исцеления больного всегда были и останутся профессиональная подготовка, этические и человеческие качества врача.
3. В общее развитие нанотехнологий внесли и продолжают вносить свою лепту российские ученые. Одной из передовых областей России по наноисследованиям является Воронежская область. На сегодня она обладает определенным потенциалом в сфере наноиндустрии - это научно-исследовательские разработки вузов Воронежской области и ряд инновационных проектов и технологических разработок предприятий промышленности. Отраслевые приоритеты региона сосредоточены в энергетике и топливной промышленности, приборостроении и электронике, авиакосмической промышленности.
3.1 Воронежская область обладает высоким промышленным потенциалом, а треть населения Воронежа имеет высшее образование. Город по праву считается интеллектуальным центром Центрального Черноземья. В ведущих вузах области - Воронежском государственном университете, Воронежском государственном техническом университете и ряде других - успешно проводят научно-исследовательские разработки в сфере наноматериалов и наноэлектроники. Инновационные проекты и технологические разработки есть и у воронежских предприятий, где наибольшее внимание уделяется перспективным работам по термоэлектричеству и созданию элементной базы на нитевидных нанокристаллах кремния, а также по другой близкой тематике. Так, ЗАО «Воронежский ИТЦ» совместно с ВГТУ успешно занимаются НИОКР по разработке высокоэффективного нанокомпозитного солнечного элемента. В технопарке «Содружество» реализуется проект «Разработка технологического оборудования для получения фуллереносодержащей смеси, нановолокон и нанотрубок». Создаются центры развития наноиндустрии с участием высокотехнологичных предприятий и вузов области. Среди таких центров можно выделить: Центр «Фонон» на базе ОАО «Корпорация НПО РИФ» и «Промышленные нанотехнологии» на базе ООО «Космос-Нефть-Газ».
Промышленные предприятия в сфере нанотехнологий наибольшее внимание уделяют разработкам по направлениям: термоэлектричество, разработка элементной базы на нитевидных нанокристаллах кремния и др. Создаются малые инновационные предприятия, специализирующиеся в сфере развития нанотехнологий.
На базе разработок ВГУ создано ООО «Защита от коррозии», продвигающее на рынок новую технологию нанесения покрытия из наноструктур цинка. Работает в этом направлении и ОАО «Рикон», создавшее принципиально новые конденсаторы с применением фуллеренов.
ЗАО «Воронежский ИТЦ» совместно с ВГТУ занимается НИОКР по разработке высокоэффективного нанокомпозитного солнечного элемента. В технопарке «Содружество» реализуется проект «Разработка технологического оборудования для получения фуллереносодержащей смеси, нановолокон и нанотрубок».
Химики из Воронежского государственного аграрного университета изобрели долговечный бытовой фильтр для воды, аналогов которому, по их утверждению, в мире нет. В основу фильтра, над созданием которого трудились сотрудники ВГАУ и фирмы «Аква», положены нанотехнологии. По словам руководителя проекта, заведующего лабораторией химии факультета технологии и товароведения Ивана Горелова, синтез фильтрующего материала производится из наночастиц диоксида кремния, углерода и серебра. Предварительно они готовятся как сырье, затем совмещаются в строгой пропорции, подсушиваются, чтобы сделать гранулы, и обжигаются при температуре 1000ºС без доступа кислорода.
По словам ученых, уникальность нового фильтра, помимо использования наночастиц, заключается в том, что он удаляет техногенные примеси — прежде всего, соединения железа, нефтепродукты, а также ионы тяжелых металлов (свинец, ртуть, цинк, кадмий, медь). Природный минеральный состав воды остается без изменений.
Нанокомпозит, которым снабжен фильтр нашей разработки, обладает универсальными свойствами. В сухом состоянии он способен поглощать пары бензола, толуола, гексана, ацетона, а также дым. Поэтому может найти применение, например, в защитных устройствах при чрезвычайных ситуациях для защиты личного состава спасателей и для защиты рабочего персонала в лакокрасочной промышленности.
К фильтрам уже проявили интерес заказчики из Европы и Азии. Промышленную линию по их производству на базе ВГАУ введут в эксплуатацию уже в начале 2013 года. Создаются центры развития наноиндустрии с участием высокотехнологичных предприятий и вузов области.
3.2
В настоящее время в области насчитывается 14 предприятий и организаций, работающих в сфере индустрии нанотехнологий: ОАО «Воронежсинтезкаучук», ОАО «Корпорация НПО «РИФ», ОАО «ВЗПП-С», ОАО «КБХА», ОАО «Концерн «Созвездие», Воронежский государственный университет, Воронежский государственный технический университет, ООО «Комнет», ОАО «Завод «Водмашоборудование» и др. В регионе уже реализуется около 20 промышленных проектов в области наноиндустрии. А на стадии разработки только в Воронежском госуниверситете имеется около 30 проектов.
Основными направлениями применения НИОКР наноиндустрии Воронежской области являются следующие области:
. Нанотехнологии в энергетике и топливной промышленности. Предприятия и организации Воронежской области реализуют проекты, направленные на промышленное производство поликремния для солнечных батарей, термоэлектрических материалов для повышения энергоэффективности машин и механизмов, наномодификацию присутствующих на рынке типов топлива и жидкостей.
. Нанотехнологии в приборостроении и электронике. Разработки в области наноиндустрии Воронежской области направлены на разработку и производство сканирующих электронно и атомно-силовых микроскопов, микросхем, печатных плат, шлейфовых кабелей.
. Нанотехнологии в авиакосмической отрасли. В рамках данной отрасли в Воронежской области предприятиями и организациями в сфере нанотехнологий проводятся опытные испытания и готовится производство жаропрочных и других наномодифицированных композитов, принципиально новых материалов для ракетостроения и авиапромышленности.
. Нанотехнологии в машиностроении. В обозначенной отрасли предприятиями и организациями наноиндустрии Воронежской области ведутся работы по производству систем для создания наноматериалов.
. Нанотехнологии в медицине. Предприятия и организации наноиндустрии Воронежской области реализуют проекты, направленные на создание новых способов лечения и диагностики больных. Значительная доля перспективных проектов направлена на создание технологий импортозамещения иностранных лекарственных средств.
. Нанотехнологии в промышленности строительных материалов. В строительной промышленности в последние годы практически не ведется внедрение новых технологий. Между тем, предприятия и организации наноиндустрии Воронежской области обладают значительным потенциалом разработок, призванных значительно улучшить качество строительства в области и РФ.
. Нанотехнологии в пищевой промышленности. Актуальными разработками предприятий и организаций наноиндустрии Воронежской области являются технологии очистки воды, модификации продуктов питания для улучшения их питательных свойств.
3.3 В Воронежской области в настоящее время активно внедряется нанопродукция, качественно улучшающая состояние здоровья воронежцев. Примером может послужить продукция компании Nano Hightech, в частности - шестигранник, сделанный из нанокерамики. Нанокерамика - это уникальный материал, синтезирующий в себе несколько основных компонентов: Вулканические породы, Камень Кым-Ган, природный Германий, Титан, Пуццолан и Бародон, измельченные до наноразмерных единиц. Благодаря этому Компания Нано Хайтек Хангук Нано Медикал произвела уникальный продукт - Нанокерамику (НК). Полученное сырье проходит процесс прессовки, формовки и обжиг при температуре 1300°С в электропечи. Затем из обожженных и полированных шестигранников вручную формируются плотные мозаичные поля, которые используются в производстве оборудования. Данный шестигранник предназначен для снятия боли, устранения неприятных запахов и структурирования жидкостей.
Как заверяет нас производитель, он:
. активизирует процессы микроциркуляции,
. восстанавливает нарушенный энергообмен,
. обладает бактерицидными свойствами,
. ускоряет процесс заживления ран, ссадин, ушибов, ожогов,
. надолго сохраняет свежесть продуктов, устраняет неприятные запахи (при помещении Шестигранника в холодильник, шкаф или обувь),
. способствует повышению плодородия почвы (при поливе заряженной водой или помещении Шестигранника в почву),
. воздействует на структуру жидкостей,
. снимает боль и воспаление.
Конечно, продукции, рассчитанной на массового потребителя, пока что не так много, но прогресс не стоит на месте, и можно смело предположить, что в ближайшие 5-10 лет мы сможем лицезреть новые потребительские продукты.
Заключение
Как уже неоднократно заявлялось, нанотехнология открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики и вооружений. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов напрямую из заданных атомов и молекул и появление новых открытий в химии и физике, способных оказать революционное воздействие на развитие цивилизации.
Предполагается, что нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы посредством применения более эффективного освещения, топливных элементов, водородных аккумуляторов, солнечных элементов, распределения источников энергии, децентрализации производства и хранения энергии за счет качественного обновления электроэнергетической системы.
Самое главное, чтобы понятие «нанотехнология» не стало лазейкой, за которой будут прятаться непорядочные ученые, предприниматели, фирмы и чиновники.
В настоящее время на рынке продаются только скромные достижения нанотехнологии, вроде самоочищающихся покрытий, "умной одежды" и упаковок, позволяющих дольше сохранять свежесть продуктов питания. Однако ученые предсказывают триумфальное шествие нанотехнологии в недалеком будущем, опираясь на факт ее постепенного проникновении во все отрасли производства.
Как уже говорилось, возможности использования нанотехнологий неисчерпаемы: начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду, однако большие перспективы чаще всего несут с собой и большие опасности. Взять хотя бы достижения в области атомной энергии и печальные последствия Чернобыльской аварии или трагедию Хиросимы и Нагасаки. Ученые всего мира сегодня должны четко представлять себе, что подобные “неудачные” опыты или халатность в будущем могут обернуться трагедией, ставящей под угрозу существование всего человечества и планеты в целом.
В связи с этим становится понятно, почему с самого появления нанотехнологии ее развитию мешают страхи, часть которых однозначно относится к разряду научной фантастики, но некоторые, однако ж, вовсе не лишены основания.
В ближайшем будущем планируется создание «умных» материалов с памятью, самозалечивающихся материалов, нанороботов, существующих внутри человеческого тела и обеспечивающих его нормальное функционирование, освоение дальних районов космоса нанороботами и т.д.
Первые прогнозы путей развития нанотехнологии, воспринимавшиеся как фантастический кинофильм, оправдываются, причем с опережением времени.
Так, использование нанотехнологий в биофизике переживает самый начальный этап своего развития. Но, несмотря на это, уже сегодня понятно, что именно внедрение нанотехнологических и биофизических методов в «классическую» биологию позволит добиться самых невероятных и удивительных результатов. Многие исследователи даже полагают, что биологический вид «Человека разумного» в течение ближайшего столетия будет практически полностью заменен новым биологическим видом. Этот человек будет представлять из себя сложнейший синтез генных модификаций и имплантаций технологических систем. Электронные компоненты, размещаемые непосредственно в человеческом организме, будут обеспечивать непрерывную связь с сетями, подобными Internet. Но пока что это лишь предсказания возможного будущего, быть может, более далекого, чем бы нам хотелось, но, тем не менее, завораживающего своими фантастическими возможностями.
Моя первая попытка знакомства с нанотехнологиями и наноидеями состоялась. Она утвердила меня в мысли о дальнейшем изучении материла в данной области. Я уверен, что, став студентом, я не только не потеряю интерес к поставленной проблеме, но и приложу все усилия для анализа проблемы с новых вершин познания. Ведь уверенность в том, что перспективы нанотехнологий грандиозны для нашей цивилизации, для нашего будущего - это не просто уверенность… Это вера в науку, в ее торжество! Гонка технологий задает темп жизни, и для того, чтобы быть успешной современной личностью, нужно не просто шагать в ногу со временем, а опережать его!
Литература:
1. Алферов Ж.И., Асеев А.Л., Гапонов С.В., Коптев П.С., и др., «Наноматериалы и нанотехнологии»// Микросистемная техника. 2003.
2. Балабанов В., «Нанотехнологии. Наука будущего». 2009.
3. Карасёв В.А., «Генетический код: новые горизонты». 2003.
4. Пул Ч., Оуанс Ф., «Нанотехнологии»// М. Техносфера. 2004.
5. Рыбалкина М., «Нанотехнологии для всех». 2005.
6. Светухин В.В., Разумовская И.В., и др., «Введение в нанотехнологии.Физика». 2008.
7. Третьяков Ю.Д., «Нанотехнологии. Азбука для всех». 2008.
8. Feynman R.P., "There"s Plenty of Room at the Bottom,"Engineering and Science (California Institute of Technology), February 1960, pp.22- 36. Русский перевод опубликован в журнале "Химия и жизнь", № 12. 2002.
9. Журнал «Российские нанотехнологии», Т.5, № 1-2. 2010.
10. Газета «Промышленные вести», №1. 2010.
Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» реализовала в 2010 году проект по созданию цикла научно-популярных лекций«Мир нанотехнологий». Целевой аудиторией данных лекций будут ученики 10-11 классов и педагоги образовательных учреждений.
Основным исполнителем данного проекта является издательство «Бином. Лаборатория знаний», при этом компания «Видикор» (www.vidicor.ru) выполняет функции организатора телемостов и вещания лекций в режиме видеоконференций.
По результатам проекта был выпущен содержащий все материалы проекта.
Наши достижения
Сертификат
Лауреат Нобелевской премии знаменитый физик Р. Фейнман сказал: "Если бы меня спросили, какая область науки может обеспечить нам прорыв в будущее, я бы назвал нанотехнологии".
Нанотехнология - это новое научное направление, родившееся на стыке физики, химии, электронной и компьютерной техники и получившее быстрое развитие в большинстве развитых стран на рубеже XX и XXI веков. Слово “нано” происходит от греческого нáнос (карлик). Из названия следует, что речь идет об объектах с очень маленькими размерами, а именно - измеряемыми в нанометрах (нм). 1 нанометр равен 10 -9 м, размеры такого порядка имеют единичные атомы.
В основе нанотехнологии как интегральной новой науки лежат два изобретения конца XX столетия:
- В 1981 г. Герд Бинниг и Генрих Рорер из исследовательской лаборатории фирмы IBM создали сканирующий туннельный микроскоп, позволивший “увидеть” отдельные атомы;
- В 1986 г. Г. Бинингу удалось не только “увидеть” отдельные атомы, но и «проманипулировать» ими.
Уже тогда авторы этих изобретений предсказали, что “те компании, которые начнут выпускать продукты на основе нанотехнологии, будут иметь экономические перспективы, т.к. размер и объёмы таких производств не могут быть крупными, а само производство дорогим”.
Электронное образование для наноиндустрии
Интернет-олимпиада «Нанотехнологии – прорыв в Будущее»
Ежегодно совместно с рядом партнёров МГУ им. М. В. Ломоносова проводит традиционную олимпиаду школьников , студентов, аспирантов и молодых ученых в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий "Нанотехнологии - прорыв в Будущее! ". Все материалы, связанные с олимпиадой представлены на сайте http://nanometer.ru/ .
Олимпиада направлена на повышение качества образования широких слоев общества в сфере нанотехнологий и мотивацию талантливой молодежи к развитию дальнейшей карьеры в наноиндустрии в Российской Федерации. Тематика заданий олимпиады включает в себя элементы химии, физики, математики, биологии, медицины, наук о материалах, в приложении к достижениям и современным тенденциям развития нанотехнологий, методы исследования наноматериалов и наносистем.
В рамках олимпиады издательство «БИНОМ. Лаборатория знаний» и Факультет наук о материалах МГУ им. М. В. Ломоносова провели ставший уже традиционным конкурс миниэссе "Лаборатория знаний" . Условия участия в конкурсе и списки победителей вы можете посмотреть .
Видеолекции «Мир нанотехнологий»
Целью таких лекций является разъяснение основных понятий и терминов, раскрывающих наиболее перспективные области использования и направления развития нанотехнологий. Знакомство с современными отечественными и зарубежными достижениями в этой сфере поможет мотивировать молодежь к выбору карьеры в области нанотехнологий и производства наноматериалов, что создаст условия воспроизводства молодых кадров наноиндустрии.
Вышли из печати:
Авторы: Рубин А. Б. Первый год издания: 2011 Практикум по курсу «Нанобиотехнологии» разработан сотрудниками кафедры биофизики и биоинженерии биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Включает описание современных приборов (атомно-силовая микроскопия, конфокальная микроскопия, лазерная интерференционная микроскопия, спектроскопия КР и ЭПР) и методов моделирования, а также цикл лабораторных работ, посвященных применению наноструктур (квантовые точки, коллоидные частицы, липосомы) как для повышения эффективности биологического исследования, так и для обучения основам нанобезопасности. |
Авторы: Гриднев С. А., Калинин Ю. Е., Ситников А. В., Стогней О. В. Первый год издания: 2011 Изучение нелинейных явлений в многокомпонентных гетерогенных системах, находящихся в аморфном, нано- и микрокристаллическом состояниях, способствует установлению физической природы многих происходящих в них явлений и совершенствованию существующих теоретических положений, а следовательно, и разработке новых материалов, обладающих комплексом уникальных физических свойств. Для успешного решения этих задач большое значение имеет знание особенностей пространственного расположения атомов в аморфных, нано- и микрокристаллических твердых телах и многокомпонентных гетерогенных системах, основных механизмов электронного транспорта в гетерогенных системах металл–диэлектрик и механизмов формирования магнитной анизотропии в нанокомпозитах ферромагнетик–диэлектрик, магнитоэлектрических явлений в системах ферромагнетик–пьезоэлектрик, рассмотренных в этой книге. Для специалистов в областях химии, физики и материаловедения. |
Авторы: Андриевский Р. А. Первый год издания: 2011 В монографии изложены современные тенденции в наноструктурном материаловедении, сформулированы нерешенные проблемы. Cистематизированы многочисленные данные о влиянии размерных эффектов и поверхностей раздела на физико-химические, физические и механические свойства наноматериалов, обобщены и проанализированы сведения о термической, радиационной, деформационной и коррозионной стабильности. Описаны основные особенности наиболее характерных наноматериалов на основе титана, кремния, их сплавов и соединений. Для научных работников, преподавателей, инженеров, аспирантов и студентов, специализирующихся в области нанотехнологии и наноматериалов. |
Авторы: Головин Ю. И. Первый год издания: 2011 Основные идеи и принципы нанонауки и нанотехнологий изложены в этой книге доступно для понимания школьников, учителей, инженерно-технических работников смежных отраслей, представителей социально-гуманитарных профессий различных специальностей, которые в ближайшем будущем могут столкнуться с нанотехнологиями в своих предметных областях или на бытовом уровне. В книге систематизированы нанообъекты, методы их получения и исследования, описаны магистральные направления развития науки о наноструктурах и важнейшие сферы применения нанопродуктов: наноэлектроника, наноматериалы, аэрокосмическая техника, медицина и здравоохранение, оборона и национальная безопасность, потребительские товары. Обсуждаются морально-этические проблемы и социально-экономические последствия нанореволюции. |
Авторы: Деффейс К., Деффейс С. Первый год издания: 2011 В данном красочном издании собраны точные и удивительно красивые изображения структур разнообразных объектов наномира. Некоторые из них представляются очень простыми, другие же, напротив, весьма сложны. Однако во всех случаях мы видим странные и интересные объекты, иллюстрирующие строение веществ на атомарном уровне. Предлагаемые структуры позволяют читателю оценить неожиданные возможности «наноархитектуры» и уловить взаимосвязь между особенностями строения и известными физико-химическими свойствами веществ. Более того, читатель сам может легко убедиться, насколько условны представления о простоте или сложности, особенно когда речь идет о биологических соединениях или о кристаллических решетках с несколько необычными свойствами симметрии. Все иллюстрации снабжены короткими рассказами, написанными на высоком научном уровне. Для широкого круга читателей. Книга может использоваться также и школьными педагогами в качестве учебного пособия, например, по химии и физике, так как ее чтение не требует специальных знаний, кроме самых общих представлений о кристаллической решетке, атомах и химических связях |
Авторы: Хартманн У. Первый год издания: 2010 В книге в доступной форме излагаются вопросы, связанные с историческим развитием и современным применением нанотехнологии в различных областях - электронике, медицине, биотехнологии, точной механике и оптике, автомобильной индустрии, энергетике. Рассматриваются социоэкономические последствия и этические аспекты внедрения нанотехнологии в жизнь современного общества. Для студентов, изучающих дисциплины, связанные с применением нанотехнологии, преподавателей соответствующих специальностей, а также для широкого круга читателей, интересующихся новейшими достижениями в науке и технике. |
Авторы: под ред. Ю. Д. Третьякова Первый год издания: 2009 Издание представляет собой альбом научных фотографий, полученных методами оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, в основном, сотрудниками химического факультета, факультета наук о материалах МГУ им. М. В. Ломоносова и ИОНХ им. Н. С. Курнакова РАН за последние несколько лет. Фотографии классифицированы по разделам, отражающим основные области научных интересов авторов данной книги и имеющим отношение к разработкам в области нанотехнологий. Отдельная глава, материал для которой предоставлен компанией НТ-МДТ, демонстрирует возможности методов сканирующей зондовой микроскопии. Для широкого круга читателей, интересующихся последними достижениями в современных областях химии, физики и материаловедения. |
Авторы: Евдокимов А. А. /под ред. Сигова А. С. Первый год издания: 2010 Представлены описания лабораторных работ для студентов 2-3 курсов, обучающихся по специальности "Нанотехнологии в электронике". В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций. Для студентов, аспирантов, докторантов, преподавателей классических, педагогических и технологических университетов, а также широкого круга специалистов, работающих над проблемами разработки и применения нанотехнологий. |
Авторы: Старостин В. В. Первый год издания: 2010 Даются основные понятия о нанотехнологии и нанообъектах, приводятся сведения о характерных особенностях и свойствах наночастиц. Рассмотрены функциональные и конструкционные материалы (фуллерены, углеродные нанотрубки, ленгмюровские молекулярные пленки) и их применение. Значительное внимание уделяется методам получения наночастиц и упорядоченных наноструктур, приводятся результаты искусственного наноформообразования, описаны методы зондовой нанотехнологии, пучковые и другие новые методы нанолитографии. Для студентов и аспирантов высших учебных заведений, специализирующихся по направлению «Нанотехнология». |
Авторы: Рыжонков Д. И., Лёвина В. В., Дзидзигури Э. Л. Первый год издания: 2010 Рассмотрены различные методы получения ультрадисперсных (нано-) материалов - механические, физические, химические, биологические. Обобщены современные представления об электрических, магнитных, тепловых, оптических, диффузионных, химических и механических свойствах наноматериалов. Подчеркнута и продемонстрирована зависимость этих свойств от структуры материала и геометрических размеров наночастиц. Значительное внимание уделено вопросам хранения и транспортировки наноматериалов. Для студентов, обучающихся по специальностям «Физико-химия процессов и материалов», «Наноматериалы», «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия», преподавателей, аспирантов, слушателей курсов повышения квалификации. |
Авторы: Шишкин Г. Г., Агеев И. М. Первый год издания: 2011 В учебном пособии излагаются физические и технологические основы наноэлектроники, в том числе принципы функционирования и характеристики наноэлектронных устройств на базе квантово-размерных структур: резонансно-туннельных, одноэлектронных и спинтронных приборов. Рассматриваются особенности квантовых компьютеров, электронных устройств на сверхпроводниках, а также приборов нанобиоэлектроники. Каждая глава снабжена контрольными вопросами и заданиями для самоподготовки. Для студентов технических вузов, аспирантов, преподавателей и практических специалистов в области электроники. |
Авторы: Мелихов И. В. Первый год издания: 2006 В книге собраны и обобщены некоторые экспериментальные результаты изучения состояния и свойств твердого вещества в процессе его выделения из пересыщенной среды, а также при последующем хранении и использовании. Рассмотрены следующие вопросы: стадия зарождения твердых тел, рост частиц фазообразующего вещества, стадия агломерации, спонтанное упорядочивание вещества, отклик твердого вещества на внешние воздействия, теоретические модели эволюционного процесса. Последние приобрели актуальность в связи с развитием нанотехнологии, где используются вещества, состоящие из частиц нанометрового диапазона. Раскрыты все этапы и поддерживающие их инструментальные платформы микропрограммного конструирования алгоритмически ориентированных сверхпараллельных битпотоковых субпроцессоров. |
Авторы: Алакоз Г. М., Котов А. В., Курак М. В., Попов А. А., Сериков А. П. Первый год издания: 2010 В книге обобщен опыт создания и применения отечественных бит-потоковых технологий, для распространения которых в области супрамолекулярных и нано-метровых вычислителей достаточно заменить инициализацию инструкций инструктированным синтезом реализующих их устройств. Раскрыты все этапы и поддерживающие их инструментальные платформы микропрограммного конструирования алгоритмически ориентированных сверхпараллельных битпотоковых субпроцессоров. Книга рассчитана на научных работников, инженеров и менеджеров, работающих над созданием технотронных комплексов, определяющих облик высоких технологий XXI века. Она может быть полезной студентам различных специальностей для углубленного изучения методов и средств создания информационных технологий. |
Авторы: Акуленок М. В., Андреев В. М. и др. / под общ. ред. Коркишко Ю. Н. Первый год издания: 2011 Разделение данной книги на 2 тома обусловлено большим объемом материала, касающегося интегральных микро- и нанотехнологий; при этом каждый из томов представляет вполне cамостоятельный интерес. Во втором томе изложены технологические и конструктивные основы и особенности методов формирования и «сухого» травления на поверхности подложки тонких слоев и локальных областей проводящих, диэлектрических и полупроводниковых материалов в условиях уменьшения размеров элементов до нанометрового диапазона для интегральных технологий микро- и наноэлектроники, оптоэлектроники, микросистемной техники. Рассматриваются эпитаксиальные процессы, процессы вакуум-термического и ионно-плазменного осаждения, ионного, ионно-химического и плазмохимического травления, термического окисления, методы легирования термической диффузией и ионной имплантацией, а также процессы фотолитографии. Для студентов и аспирантов высших учебных заведений, специализирующихся в области микро- и наноэлектроники, микроэлектромеханических систем, физики твердого тела, материаловедения. Книга может быть полезна инженерно-техническим работникам соответствующих областей. |
Министерство общего и профессионального образования Ростовской области
государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области
«Тарасовский многопрофильный техникум»
Учебный проект
по теме: « Влияние нанотехнологий на развитие будущего»
Руководитель работы:
Барсова Т.Н.
преподаватель Технологии
п. Тарасовский
2017 г.
Содержание
Введение………………………………………………………………………3
Возникновение нанотехнологий…………………………………………….4
Нанотехнологии в России……………………………………………………5
Область применения нанотехнологий……………………………………….7
Будущее нанотехнологий, проблемы и перспективы………………………9
Анализ …………………...12
Заключение…………………………………………………………………...13
Список используемой литературы………………………………………….14
Введение
Наш век современных нанотехнологий не стоит на месте, поэтому ежедневно происходят новые открытия.
Актуальность данной темы обусловлена значимостью нанотехнологий в нашей жизни и мировом обществе и влияние нанотехнологий на развитие будущего.
Нанотехнологии - ключевое понятие начала XXI века, символ новой, научно-технической революции. Это "самые высокие" технологии, на развитие которых ведущие экономические державы тратят сегодня миллиарды долларов.
По прогнозам ученых, нанотехнологии в XXI веке произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую в ХХ веке произвели компьютеры в манипулировании информацией.
Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют значительное увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул, а также новые открытия в химии и физике.
Цели и задачи работы:
Раскрыть понятие нанотехнологии, изучить направления науки.
Изучить историю возникновения нанотехнологии
Проанализировать использование свойств объектов и материалов
Изучить основные задачи нанотехнологии
Изучить применение нанотехнологии в жизни человека
Провести анализ положительных и отрицательных воздействий данной технологии при использовании их в строительстве, машиностроении, энергетике, в атомной и электропромышленности.
Возникновение нанотехнологий
Первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с выступлением Ричарда Фейнмана «Там внизу много места» , сделанным им в 1959 году на котором он предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.
Нанотехнологии - технология объектов, размеры которых порядка 10 -9 м (атомы, молекулы). Процессы Нанотехнологии подчиняются законам квантовой механики.
Задачи нанотехнологии
Важнейшая задача нанотехнологии – конструирование, создание, синтез материалов и объектов с заранее заданными свойствами. Установление зависимости физико-химических свойств от размера наночастицы или количества атомов в ней одной из основных задач нанотехнологии.
Следующий этап нанотехнологии – целенаправленное создание не материалов, а готовой продукции с принципиально новыми качественными характеристиками и назначением.
Нанотехнологии в России
На сегодняшний момент Россия не является безусловным лидером в области нанотехнологии. Доля на мировом рынке российского «нано» пока очень мало и составляет – всего 0,07 процента. Это объясняется множеством причин. Прежде всего, недостаточным финансированием этой области, нехваткой квалифицированных специалистов.
Пальма первенства принадлежит двум странам: США и Японии. Это неудивительно, поскольку первой активно вкладывать средства в развитие данной области науки начала Япония, затем в гонку за мировое лидерство в области нанотехнологии включилась США, за ними страны Европы. Китай, в последнее время поражающий мир в различных областях, тоже наращивает обороты. Россия же совсем недавно включилась в эту «гонку». Следующим шагом было подписание 24 апреля 2007 года Президентом РФ президентской инициативы «Стратегии развития наноиндустрии».
Модернизация российской экономики невозможна без подъема отечественной науки. Сегодня для большинства людей «нанотехнологии» – это такая же абстракция, как и ядерные технологии в 30-е годы прошлого века. Однако нанотехнологии уже становятся ключевым направлением развития современной промышленности и науки.
19 июля 2007 года для « реализации государственной политики в сфере нанотехнологий, развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализация проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии» была создана государственная корпорация «Роснано».
В ноябре 2007 года на деятельность Корпорации Правительством Российской Федерации выделено 130 млрд. рублей, которые были внесены в уставный капитал « Роснано».
На сегодняшний день в корпорации сосредоточены одни из лучших специалистов страны, которые должны наладить взаимовыгодное сотрудничество между наукой, бизнесом и государством.
8 октября 2008 года было создано «Нанотехнологическое общество России», в задачи которого входит « просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны».
Для реализации приоритетных направлений науки 18 марта 2010 года президент РФ Дмитрий Медведев объявил о строительстве российской «силиконовой долины» в Сколково. Глава государства отметил, что этот комплекс будет создан для работы в области пяти приоритетных направлений модернизации – это энергетика, информационные технологии, телекоммуникации, биомедицинские технологии, ядерные технологии.
Область применения нанотехнологий
Наноматериалы в строительстве
Наноматериалы для строительства, автономные источники энергии на мощных солнечных батареях, нанофильтры для очистки воды и воздуха.
Добавление наночастиц (в том числе углеродных нанотрубок) в бетон делает его в несколько раз прочнее.
Для защиты зданий от огня нанотехнологий предлагают как новые негорючие материалы (например, изоляцию кабелей, содержащую наночастицы глины), так и «умные» сети сверхчувствительных нанодатчиков возгорания.
Что же касается домашней техники - холодильников, телевизоров, сантехники, осветительных приборов, кухонного оборудования - здесь поле приложений для нанотехнологий неисчерпаемо.
Наноматериалы в промышленности
В настоящий момент наноматериалы являются наименее токсичными и наиболее биосовместимыми с живой клеткой (человека, растения, животного). Производимые наноматериалы находят применение в любой отрасли:
топливной (топливные катализаторы, повышение октанового числа);
косметической (обогащение микроэлементами, бактерицидные свойства);
текстильной, обувной (бактерицидные и целебные свойства одежды и обуви);
лакокрасочной (бактерицидные лаки и краски, особые покрытия);
кожевенной (противогрибковая обработка кожи);
медицинской (медпрепараты нового поколения, нановитаминные комплексы микроэлементов);
в агропромышленном комплексе (наноудобрения, кормовые добавки, хранение продукции) и т.д.
Наномедицина и химическая промышленность
Направление в современной медицине основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.
ДНК-нанотехнологии - используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур.
Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды).
Военные нанотехнологии.
Пожалуй, самым первым фактом применения нанотехнологии в военных целях следует считать исследование образца дамасской стали (известной своей высочайшей прочностью). После травления поверхности образца металла в соляной кислоте исследователи обнаружили нитеобразные объекты нанометровых поперечных размеров
При детальном изучении поверхности оказалось, что это многослойные углеродные нанотрубки, к тому же заполненные внутри цементитом - карбидом железа Fe 3 C, обладающим очень высокой твердостью.
Создание различного рода защитных средств - одно из направлений военных исследований в области нанотехнологий.
Будущее нанотехнологий: проблемы и перспективы
Нанотехнологии и наноустройства являются закономерным шагом на пути совершенствования технических систем. В настоящее время на рынке продаются только скромные достижения нанотехнологии, вроде самоочищающихся покрытий и упаковок, позволяющих дольше сохранять свежими продукты питания. Однако ученые предсказывают триумфальное шествие нанотехнологий в недалеком будущем.
По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, объем рынка товаров и услуг в мире с использованием нанотехнологий в ближайшие 10-15 лет может вырасти до 1 трлн. долларов:
В сфере здравоохранения - нанотехнологий может позволить увеличить продолжительность жизни, расширить физические возможности человека;
В фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий;
В химической промышленности наноструктурные катализаторы уже применяются при производстве бензина и в других химических процессах;
В транспортной промышленности нанотехнологии и наноматериалы позволят создавать более легкие, надежные и безопасные автомобили;
В сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономичные способы фильтрации воды.Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и сэкономить значительные ресурсы.
Предполагается, что нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы посредством применения более эффективного освещения, топливных элементов, водородных аккумуляторов, солнечных элементов, распределения источников энергии и децентрализации производства.
Ученые утверждают, что исследования в области нанотехнологий и других областях должны быть остановлены до того, как это навредит человечеству.
Страхи перед нанотехнологиями начали появляться с 1986 года после выхода в свет "Машин созидания" Дрекслера, где он не только нарисовал утопическую картину нанотехнологического будущего, но и затронул "обратную сторону" этой медали.
Одну из проблем, которая представлялась ему наиболее серьезной, он назвал "проблемой серой слизи". Ее опасность в том, что нанороботы, вышедшие из под контроля в результате случайной или намеренной порчи систем управления, могут начать копировать самих себя до бесконечности, потребляя в качестве строительного материала все на своем пути, включая леса, заводы, домашних животных и людей. Расчёт показывает, что теоретически такой наноробот со своим потомством окажется в состоянии переработать всю биомассу Земли за считанные часы.
На сегодняшний день также остро встают следующие вопросы:
Способна ли образовательная система обучить достаточно квалифицированных специалистов в области нанотехнологии?
Может ли снижение стоимости продукции благодаря нанотехнологиям сделать их легкодоступными для террористов?
Каким будет эффект от вдыхания некоторых веществ, которые в настоящее время формируются в молекулярном масштабе?
Что случится, если в окружающую среду будет выпущено большое количества наноматериала, начиная от компьютерных чипов и заканчивая краской для самолетов? Не будут ли наноматериалы вызывать аллергию?
Не приведет ли вторжение наночастиц в наши тела к непредсказуемым последствиям?
Эти и другие вопросы, стоящие сегодня перед исследователями, действительно очень актуальны и важны. В гонке нанотехнологий ученые должны взять на себя всю полноту ответственности за жизнь и здоровье других людей, чтобы не оказаться беззаботными фанатиками, не утруждая себя размышлениями о возможных трагических последствиях и катастрофах.
Анализ положительных и отрицательных воздействий
Польза:
Нанотехнологии помогут создать новое поколение лекарств. Многие неизлечимые болезни будут побеждены.
На основе нанотехнологий будут созданы новые образцы вооружений, новые системы защиты, что улучшит обороноспособность страны.
Благодаря развитию нанотехнологий произойдет революция в компьютерных технологиях.
Нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы, их внедрение позволит более эффективно использовать традиционные и откроет путь к новым источникам энергии.
Вред:
Нанотехнологии станут причиной новых болезней, от которых не спасут даже новые "нанолекарства".
Новое вооружение на основе нанотехнологий может попасть в руки террористов, что приведет к хаосу и войне.
Разработка наносенсоров, нанодатчиков и прочих систем отображения и передачи информации в итоге поставит крест на неприкосновенности частной жизни.
Развитие индустрии производства наноматериалов приведет к еще более серьезному загрязнению окружающей среды.
Заключение
1. Нанотехнологии - символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации.
2.Возможности использования нанотехнологий практически неисчерпаемы - начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.
3. В настоящее время нанотехнология - это весьма обширная область исследований, включающая в себя целый ряд направлений физики, химии, биологии, электроники, медицины и других наук.
4. Нанотехнологии на сегодняшний день находятся в младенческом возрасте, тая в себе огромный потенциал. В дальнейшем ученым предстоит решить множество вопросов, связанных с нанонаукой, и постигнуть ее глубочайшие тайны. Но, несмотря на это, нанотехнологии уже оказывают очень серьезное влияние на жизнь современного человека.
5. Большие перспективы несут в себе и большие опасности. В этом отношении человек должен с максимальной осторожностью отнестись к небывалым возможностям нанотехнологий, направляя свои исследования на мирные цели. В противном случае он может подставить под удар свое собственное существование.
Список используемой литературы
Альтман Ю.Р. Военные нанотехнологии.//-М.: Техносфера 2012-416 с.
Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. /В.И. Балабанов. - М.: Эксмо, 2008. - 256 с.
Баллюзек Ф. В., Сенте Л. «Нанотехнологии» - М.: 2011 -132 с.
Разумовская И.В. «Нанотехнология» // - М.: 2010-154 с.
Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех. /М. Рыбалкина. - М.: Nanotechnology News Network, 2010. - 444 с.
Третьяков Ю.Д. (Под ред.). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. «Нанотехнологии. Азбука для всех»
Пул, Ч. Нанотехнологии. / Ч. Пул, Ф. Оуэне. - М.: Техносфера, 2006. - 260 с.
