Примери за нанотехнологии в компютърните технологии. Изследователска работа "Нанотехнологиите в нашия живот". Принципът на работа с наночастици

Маркин Кирил Петрович

Областта на науката и технологиите, наречена нанотехнология, е сравнително нова. Перспективите пред тази наука са грандиозни. Самата частица "нано" означава една милиардна част от стойността. Например един нанометър е една милиардна от метъра. Тези размери са подобни на тези на молекулите и атомите. Точната дефиниция на нанотехнологиите е следната: нанотехнологиите са технологии, които манипулират материята на ниво атоми и молекули (поради което нанотехнологиите се наричат още молекулярни технологии). Импулсът за развитието на нанотехнологиите беше лекция на Ричард Файнман, в която той научно доказва, че от гледна точка на физиката няма пречки да се създават неща директно от атоми. За да се обозначи средство за ефективна манипулация на атоми, беше въведена концепцията за асемблер - молекулярна наномашина, която може да изгради всяка молекулна структура. Пример за естествен асемблер е рибозома, която синтезира протеин в живи организми. Очевидно нанотехнологиите не са просто отделна част от знанието, това е широкомащабна, всеобхватна област на изследване, свързана с фундаменталните науки. Можем да кажем, че почти всеки предмет, който се изучава в училище, по един или друг начин ще бъде свързан с технологиите на бъдещето. Най-очевидна е връзката на "нано" с физиката, химията и биологията. Очевидно именно тези науки ще получат най-голям тласък за развитие във връзка с наближаващата нанотехническа революция.

Изтегли:

Преглед:

Общинско бюджетно учебно заведение

„СОУ № 2 на им. А.А. Араканцев Семикаракорск

Въведение…………………………………………………………………..
1. Нанотехнологиите в модерен свят………………………………...
1.1 Историята на появата на нанотехнологиите…………………………...
1.2 Нанотехнологиите в различни сфери на човешката дейност….
1.2.1 Нанотехнологии в космоса………………………………………………
1.2.2 Нанотехнологии в медицината………………………………………….
1.2.3 Нанотехнологии в хранително-вкусовата промишленост…………………...
1.2.4 Нанотехнологиите във военното дело…………………………………..
Заключение…………………………………………………………………..
Библиография…………………………….................................. . ...

Въведение.

В момента малко хора знаят какво е нанотехнологията, въпреки че бъдещето е зад тази наука.

Обективен:

Научете какво е нанотехнология;

Разберете приложението на тази наука в различни индустрии;

Разберете дали нанотехнологиите могат да бъдат опасни за хората.

Още днес можем да се насладим на предимствата и новите възможностинано технологии в:

медицина, включително аерокосмическа;
фармакология;
гериатрия;
опазване здравето на нацията в контекста на нарастващата екологична криза и предизвиканите от човека бедствия;
глобални компютърни мрежи и информационни комуникации, базирани на нови физически принципи;
комуникационни системи на свръхдалечни разстояния;
автомобилна, тракторна и авиационна техника;
безопасност на пътя;
системи за информационна сигурност;
решаване на екологични проблеми на мегаполисите;
селско стопанство;
решаване на проблемите на питейното водоснабдяване и пречистването на отпадъчните води;
принципно нови навигационни системи;
възобновяване на естествени минерални и въглеводородни суровини.

Решихме да се съсредоточим върху приложението на нанотехнологиите в медицината, хранително-вкусовата промишленост, армията и космоса, тъй като тези области предизвикаха нашия интерес.

1. Нанотехнологиите в съвременния свят.

1.1 Историята на появата на нанотехнологиите.

Наука „Нанотехнологииаз" възникна поради революционните промени в компютърните науки!

През 1947 г. е изобретен транзисторът, след което започва ерата на разцвета на полупроводниковите технологии, в която размерите на създадените силициеви устройства непрекъснато намаляват.Терминът "нанотехнология"През 1974 г. японецът Норио Танигучи предлага да се опише процесът на изграждане на нови обекти и материали чрез манипулиране на отделни атоми. Името идва от думата "нанометър" - една милиардна част от метъра (10-9 м).

В съвременното звучене нанотехнологията е технология за производство на супермикроскопични структури от най-малките частици материя, съчетаващи всички технически процеси, пряко свързани с атомите и молекулите.

Съвременните нанотехнологии имат доста дълбока историческа следа. Археологическите находки свидетелстват за съществуването на колоидни формулировки в древния свят, например "китайско мастило" в Древен Египет. Известната дамаска стомана е направена благодарение на наличието на нанотръби в нея.

Бащата на идеята за нанотехнологиите условно може да се счита за гръцкия философ Демокрит около 400 г. пр.н.е. ера, той за първи път използва думата "атом", която на гръцки означава "неразрушим", за да опише най-малката частица материя.

Ето примерен път на развитие:

1905 г Швейцарският физик Алберт Айнщайн публикува статия, в която доказва, че размерът на една захарна молекула е приблизително 1 нанометър.
1931 г Германските физици Макс Кнол и Ернст Руска създадоха електронен микроскоп, който за първи път направи възможно изследването на нанообекти.
1934 г Американският теоретичен физик, носител на Нобелова награда Юджийн Вигнер теоретично обоснова възможността за създаване на ултрафин метал със сравнително малък брой електрони на проводимост.
1951 г Джон фон Нойман изтъкна принципите на самокопирните машини, учените като цяло потвърдиха тяхната възможност.
През 1953 г. Уотсън и Крик описаха структурата на ДНК, която показа как живите същества предават инструкциите, които управляват тяхното изграждане.
1959 г Американският физик Ричард Файнман е първият, който публикува статия, оценяваща перспективите за миниатюризация. Нобелов лауреатР. Файнман е написал фраза, която сега се възприема като пророчество: „Доколкото виждам, принципите на физиката не забраняват манипулирането на отделни атоми“. Тази идея беше изразена, когато началото на постиндустриалната ера все още не беше признато; в онези години нямаше нито интегрални схеми, нито микропроцесори, нито персонални компютри.
1974 г Японският физик Норио Танигучи измисли термина „нанотехнология“, за да обозначи механизми, по-малки от един микрон. Гръцката дума "nanos" означава приблизително "старец".
1981 г Gleiter за първи път обърна внимание на възможността за създаване на материали с уникални свойства, чиято структура е представена от кристалити от наномащабния диапазон.

На 27 март 1981 г. новините на радио CBS цитират учен от НАСА, който казва, че инженерите ще могат да изградят самовъзпроизвеждащи се роботи в рамките на двадесет години, за използване в космоса или на Земята. Тези машини ще създават копия на себе си и копията могат да бъдат инструктирани да създават полезни продукти.
1982 г. G. Bining и G. Rohrer създават първия сканиращ тунелен микроскоп.
1985 г Американските физици Робърт Кърл, Харолд Крото и Ричард Смейли създадоха технология, която ви позволява да измервате точно обекти с диаметър от един нанометър.
1986 г Нанотехнологиите станаха известни на широката общественост. Американският учен Ерик Дрекслър публикува книгата Двигатели на сътворението: Настъпването на ерата на нанотехнологиите, в която прогнозира, че нанотехнологиите скоро ще започнат да се развиват активно.
1991 г., Хюстън (САЩ), Катедра по химия, Университет Райс. В своята лаборатория д-р Р. Смолей (носител на Нобелова награда за 1996 г.) използва лазер за изпаряване на графит под вакуум, чиято газова фаза се състои от доста големи крастери: всеки с 60 въглеродни атома. Клъстер от 60 атома е по-стабилен, тъй като има увеличена свободна енергия. Този клъстер е структурна формация, подобна на футболна топка и предлага да се нарече тази молекула фулерен.
През 1991 г. Сумио Иджима, служител на лабораторията на NEC в Япония, за първи път открива въглеродни нанотръби, които преди това бяха предсказани няколко месеца по-рано от руския физик Л. Чернозатонски и американеца Дж. Минтмир.
1995 г В Научноизследователския институт по физика и химия на името на L.Ya. Карпов разработи сензор, базиран на филмов нанокомпозит, който открива различни вещества в атмосферата (амоняк, алкохол, водни пари).
1997 г Richard E. Smalley, носител на Нобелова награда за химия за 1996 г., професор по химия и физика, предсказа сглобяването на атомите до 2000 г. и предсказа появата на първите търговски нанопродукти по същото време. Тази прогноза се сбъдна в предвидения период от време.
1998 г експериментално са потвърдени зависимостите на електрическите свойства на нанотръбите от геометричните параметри.
1998 г Холандският физик Seez Dekker създава транзистора на базата на нанотехнологии.
1998 г Темпът на развитие на нанотехнологиите започна рязко да се увеличава. Япония определи нанотехнологиите като вероятна технологична категория за 21 век.
1999 г Американските физици Джеймс Тур и Марк Рийд установиха, че една молекула може да се държи по същия начин като молекулярните вериги.
2000 година. Изследователският екип на Hewlett-Packard създаде превключваща молекула или минимикродиод, използвайки най-новите нанотехнологични методи за самосглобяване.

2000 година. Началото на ерата на хибридната наноелектроника.
2002 г S. Dekker комбинира нанотръба с ДНК, получавайки единичен наномеханизъм.
2003 г Японски учени станаха първите в света, които създадоха твърдотелно устройство, което реализира един от двата основни елемента, необходими за създаването на квантов компютър. 2004 г. Представиха "първия в света" квантов компютър

7 септември 2006 г. Правителство Руска федерацияодобри концепцията на Федералната целева програма за развитие на нанотехнологиите за 2007-2010 г.

По този начин Сформирайки се исторически до настоящия момент, нанотехнологиите, завладявайки теоретичната област на общественото съзнание, продължават да навлизат в неговия битов пласт.

Нанотехнологиите обаче не трябва да се свеждат само до местен революционен пробив в тези области (електроника, информационни технологии). В нанотехнологиите вече са получени редица изключително важни резултати, които ни позволяват да се надяваме на значителен напредък в развитието на много други области на науката и технологиите (медицина и биология, химия, екология, енергетика, механика и др.). Например, при прехода към нанометровия диапазон (т.е. към обекти с характерни дължини около 10 nm), много от най-важните свойства на веществата и материалите се променят значително. Говорим за такива важни характеристики като електрическа проводимост, оптичен индекс на пречупване, магнитни свойства, якост, устойчивост на топлина и др. Въз основа на материалис Вече се създават нови видове слънчеви батерии, преобразуватели на енергия, екологично чисти продукти и др., с нови свойства.Възможно е производството на евтини, енергоспестяващи и екологично чисти материали да бъде най-важната последица от въвеждането на нанотехнологиите.Вече са създадени високочувствителни биологични сензори (сензори) и други устройства, които позволяват да се говори за появата на нова наука за нанобиотехнологиите и имат големи перспективи за практическо приложение. Нанотехнологиите предлагат нови възможности за микрообработка на материали и създаване на тази основа на нови производствени процеси и нови продукти, които трябва да имат революционно въздействие върху икономическия и социалния живот на бъдещите поколения.

1.2. Нанотехнологиите в различни сфери на човешкия живот

Навлизането на нанотехнологиите в сферите на човешката дейност може да се представи като дърво на нанотехнологиите. Приложението има формата на дърво, чиито клони представляват основните области на приложение, а клоните от големите клони представляват диференциацията в рамките на основните области на приложение на този моментвреме.

Днес (2000 - 2010) има следната картина:

биологичните науки включват разработването на технология за генно маркиране, повърхности за импланти, антимикробни повърхности, целеви лекарства, тъканно инженерство, онкологична терапия.
простите влакна предполагат развитието на хартиената технология, евтините строителни материали, леките плоскости, авточастите, тежкотоварните материали.
Нано клипсите включват производството на нови тъкани, стъклени покрития, "умни" пясъци, хартия, въглеродни влакна.
защита от корозия чрез нанодобавки към мед, алуминий, магнезий, стомана.
Катализаторите имат приложение в селското стопанство, дезодорирането и производството на храни.
Лесно почистващите се материали се използват в ежедневието, архитектурата, млечната и хранително-вкусовата промишленост, транспортната индустрия и канализацията. Това е производство на самопочистващи се стъкла, болнично оборудване и инструменти, антиплесенни покрития, леснопочистваща се керамика.
Биопокритията се използват в спортно оборудване и лагери.
Оптиката като сфера на приложение на нанотехнологиите включва области като електрохромиката, производството на оптични лещи. Това са нова фотохромна оптика, лесна за почистване оптика и оптика с покритие.
Керамиката в областта на нанотехнологиите дава възможност за получаване на електролуминесценция и фотолуминесценция, пасти за печат, пигменти, нанопрахове, микрочастици, мембрани.
Компютърните технологии и електрониката като сфера на приложение на нанотехнологиите ще развият електроника, наносензори, битови (вградени) микрокомпютри, инструменти за визуализация и преобразуватели на енергия. По-нататък това е развитието на глобални мрежи, безжични комуникации, квантови и ДНК компютри.
Наномедицината, като сфера на приложение на нанотехнологиите, е наноматериали за протезиране, "умни" протези, нанокапсули, диагностични наносонди, импланти, ДНК реконструктори и анализатори, "умни" и прецизни инструменти, насочени фармацевтични продукти.
Космосът като сфера на приложение на нанотехнологиите ще отвори перспективи за механоелектрически преобразуватели на слънчева енергия, наноматериали за космически приложения.
Екологията като сфера на приложение на нанотехнологиите е възстановяването на озоновия слой, контролът на времето.

1.2.1 Нанотехнологии в космоса

В космоса бушува революция. Започнаха да се създават сателити и наноустройства до 20 килограма.

Създадена е система от микросателити, тя е по-малко уязвима при опити за нейното унищожаване. Едно е да свалиш колос в орбита с тегло от няколкостотин килограма или дори тона, незабавно извеждайки от действие всички космически комуникации или разузнаване, и друго, когато в орбита има цял рояк микросателити. Отказът на един от тях в този случай няма да наруши работата на системата като цяло. Съответно изискванията за надеждност на работата на всеки спътник могат да бъдат намалени.

Младите учени смятат, че наред с други неща, създаването на нови технологии в областта на оптиката, комуникационните системи, методите за предаване, приемане и обработка на големи количества информация трябва да се отнесе към ключовите проблеми на микроминиатюризацията на сателитите. Говорим за нанотехнологии и наноматериали, които позволяват да се намалят масата и размерите на устройствата, изстреляни в космоса, с два порядъка. Например, якостта на наноникела е 6 пъти по-висока от тази на обикновения никел, което позволява, когато се използва в ракетни двигатели, да се намали масата на дюзата с 20-30%.Намаляването на масата на космическата технология решава много проблеми: удължава престоя на космическия кораб в космоса, позволява му да лети по-далеч и да носи повече полезно оборудване за изследвания. Паралелно с това се решава и проблемът с енергоснабдяването. Миниатюрни устройства скоро ще бъдат използвани за изследване на много явления, като удара слънчеви лъчивърху процесите на Земята и в околоземното пространство.

Днес космосът не е екзотика и изследването му не е само въпрос на престиж. На първо място, това е въпрос на национална сигурност и национална конкурентоспособност на нашата държава. Именно разработването на свръхсложни наносистеми може да се превърне в национално предимство на страната. Подобно на нанотехнологиите, наноматериалите ще ни дадат възможност да говорим сериозно за пилотирани полети до различни планети. слънчева система. Именно използването на наноматериали и наномеханизми може да направи реалност пилотираните полети до Марс и изследването на повърхността на Луната.Друга изключително популярна посока в развитието на микросателитите е създаването на дистанционно наблюдение на Земята (ERS). Започна да се формира пазар за потребители на информация с разделителна способност на сателитни изображения от 1 m в радарния обхват и по-малко от 1 m в оптичния обхват (на първо място, такива данни се използват в картографията).

1.2.2 Нанотехнологии в медицината

Последните постижения в нанотехнологиите, според учените, могат да бъдат много полезни в борбата с рака. Противораково лекарство е разработено директно към целта - в клетки, засегнати от злокачествен тумор. Нова система, базирана на материал, известен като биосилиций. Наносиликонът има пореста структура (десет атома в диаметър), която е удобна за въвеждане на лекарства, протеини и радионуклиди. След като достигне целта, биосилицийът започва да се разпада и доставените от него лекарства започват да действат. Освен това, според разработчиците, новата система ви позволява да регулирате дозировката на лекарството.

За последните годиниСлужителите на Центъра за биологични нанотехнологии работят върху създаването на микросензори, които ще се използват за откриване на ракови клетки в тялото и борба с тази ужасна болест.

Нова техника за разпознаване на ракови клетки се основава на имплантирането в човешкото тяло на малки сферични резервоари от синтетични полимери, наречени дендримери (от гръцки dendron - дърво). Тези полимери са синтезирани през последното десетилетие и имат фундаментално нова, нетвърда структура, която наподобява структурата на корал или дърво. Такива полимери се наричат хиперразклонени или каскадни. Тези, при които разклоняването е редовно, се наричат дендримери. В диаметър всяка такава сфера или наносензор достига само 5 нанометра - 5 милиардни от метъра, което прави възможно поставянето на милиарди такива наносензори в малка площ от пространството.

Веднъж попаднали в тялото, тези малки сензори ще проникнат в лимфоцитите, белите кръвни клетки, които осигуряват защитната реакция на тялото срещу инфекции и други патогени. С имунния отговор на лимфоидните клетки към определено заболяване или условия на околната среда - настинка или излагане на радиация, например - протеинова структураклетките се променят. Всеки наносензор, покрит със специални химикали, ще започне да свети с такива промени.

За да видят това сияние, учените ще създадат специално устройство, което сканира ретината. Лазерът на такова устройство трябва да регистрира светенето на лимфоцитите, когато те преминават един по един през тесните капиляри на очното дъно. Ако има достатъчно маркирани сензори в лимфоцитите, ще е необходимо 15-секундно сканиране, за да се открие увреждане на клетката, казват учените.

Тук се очаква най-голямо въздействие на нанотехнологиите, тъй като те засягат самата основа на съществуването на обществото – човека. Нанотехнологиите достигат такова размерно ниво на физическия свят, при което разликата между живо и неживо става нестабилна - това са молекулярни машини. Дори вирусът може отчасти да се счита за жива система, тъй като съдържа информация за нейното изграждане. Но рибозомата, въпреки че се състои от същите атоми като цялата органична материя, не съдържа такава информация и следователно е само органична молекулярна машина. Нанотехнологиите в своята развита форма включват изграждането на нанороботи, молекулярни машини с неорганичен атомен състав, тези машини ще могат да изграждат свои копия, разполагайки с информация за такава конструкция. Следователно границата между живото и неживото започва да се размива. Към днешна дата е създаден само един примитивен ходещ ДНК робот.

Наномедицината е представена от следните възможности:

1. Лаборатории на чип, насочена доставка на лекарства в тялото.

2. ДНК - чипове (създаване на индивидуални лекарства).

3. Изкуствени ензими и антитела.

4. Изкуствени органи, изкуствени функционални полимери (заместители на органични тъкани). Тази посока е тясно свързана с идеята за изкуствен живот и в бъдеще води до създаването на роботи с изкуствено съзнание и способни да се самолекуват на молекулярно ниво. Това се дължи на разширяването на концепцията за живота отвъд органичното

5. Нанороботи-хирурзи (биомеханизми, които извършват промени и необходими медицински действия, разпознаване и унищожаване на ракови клетки). Това е най-радикалното приложение на нанотехнологиите в медицината, което ще бъде създаването на молекулярни нанороботи, които могат да унищожават инфекции и ракови тумори, да възстановяват увредена ДНК, тъкани и органи, да дублират цели системи за поддържане на живота на тялото, да променят свойствата на тялото.

Разглеждайки един атом като тухла или „детайл“, търсят нанотехнологиите практически начиниконструирайте материали с определени характеристики от тези части. Много компании вече знаят как да сглобяват атоми и молекули в определени структури.

В бъдеще всички молекули ще бъдат сглобени като детски дизайнер. За целта се планира използването на нанороботи (нанороботи). Всяка химически стабилна структура, която може да бъде описана, всъщност може да бъде изградена.. Тъй като един нанобот може да бъде програмиран да изгради всяка структура, по-специално да изгради друг нанобот, те ще бъдат много евтини. Работейки в огромни групи, наноботите ще могат да създават всякакви обекти с ниска цена и висока точност. В медицината проблемът с използването на нанотехнологиите се крие в необходимостта от промяна на структурата на клетката на молекулярно ниво, т.е. да извършват "молекулярна хирургия" с помощта на наноботове. Очаква се създаването на молекулярни лекари-роботи, които могат да „живеят“ вътре в човешкото тяло, елиминирайки всички възникнали щети или предотвратявайки появата на такива.Чрез манипулиране на отделни атоми и молекули наноботите ще могат да поправят клетките. Прогнозираното време за създаване на роботизирани лекари е първата половина на 21 век.

Въпреки сегашното състояние на нещата, нанотехнологиите като кардинално решение на проблема със стареенето са повече от обещаващи.

Това се дължи на факта, че нанотехнологиите имат голям потенциал за комерсиално приложение в много индустрии и съответно, освен сериозното държавно финансиране, изследвания в тази насока се извършват от много големи корпорации.

Възможно е след подобрения да се осигури " вечна младост„Наноботите вече няма да са необходими или ще бъдат произведени от самата клетка.

За да постигне тези цели, човечеството трябва да реши три основни въпроса:

1. Проектирайте и изградете молекулярни роботи, които могат да поправят молекули.
2. Проектиране и създаване на нанокомпютри, които ще контролират наномашини.
3. Създавайте Пълно описаниена всички молекули в човешкото тяло, с други думи, да се създаде карта на човешкото тяло на атомно ниво.

Основната трудност с нанотехнологиите е проблемът за създаването на първия нанобот. Има няколко обещаващи посоки.

Един от тях е да се подобри сканиращият тунелен микроскоп или микроскопът за атомна сила и да се постигне позиционна точност и сила на захващане.
Друг път към създаването на първия нанобот води през химическия синтез. Може би проектиране и синтезиране на гениални химически компоненти, които биха могли да се самосглобяват в разтвор.
И друг път води през биохимията. Рибозомите (вътре в клетката) са специализирани наноботи и можем да ги използваме за създаване на по-гъвкави роботи.

Тези наноботи ще могат да забавят процеса на стареене, да лекуват отделни клетки и да взаимодействат с отделни неврони.

Изследователските работи са започнали сравнително наскоро, но темпът на открития в тази област е изключително висок, мнозина смятат, че това е бъдещето на медицината.

1.2.3 Нанотехнологиите в хранително-вкусовата промишленост

Nanofood (нанохрани) е нов, неясен и неестетичен термин. Храна за наночовеци? Много малки порции? Храна, произведена в нанофабрики? Разбира се, че не. Но все пак това е любопитна тенденция в хранителната индустрия. Оказва се, че нанояденето е цял набор от научни идеи, които вече са на път за реализация и приложение в индустрията. Първо, нанотехнологиите могат да предоставят на производителите на храни уникални възможности за пълен мониторинг в реално време на качеството и безопасността на продуктите директно в производствения процес. Говорим за диагностични машини, използващи различни наносензори или така наречените квантови точки, които могат бързо и надеждно да открият най-малките химически замърсители или опасни биологични агенти в продуктите. И производството на храна, нейното транспортиране и методите за съхранение могат да получат своя дял от полезни иновации от нанотехнологичната индустрия. Според учените първите масови машини от този вид ще се появят в масовото производство на храни през следващите четири години. Но на дневен ред са и по-радикалните идеи. Готови ли сте да преглътнете наночастици, които не виждате? Но какво ще стане, ако наночастиците се използват целенасочено за доставяне на полезни вещества и лекарства до точно избрани части от тялото? Ами ако такива нанокапсули могат да бъдат въведени в хранителни продукти? Досега никой не е използвал нанохрани, но предварителните разработки вече са в ход. Експертите казват, че ядливите наночастици могат да бъдат направени от силиций, керамика или полимери. И разбира се – органични вещества. И ако по отношение на безопасността на така наречените „меки” частици, подобни по структура и състав на биологичните материали всичко е ясно, то „твърдите” частици, съставени от неорганични вещества, са голямо бяло петно на пресечната точка на две територии – нанотехнологии и биология. Учените все още не могат да кажат по какви маршрути ще пътуват такива частици в тялото и къде ще спрат в резултат на това. Това предстои да видим. Но някои експерти вече рисуват футуристични картини на ползите от наноядците. В допълнение към доставянето на ценни хранителни вещества до правилните клетки. Идеята е следната: всеки купува една и съща напитка, но тогава потребителят ще може сам да контролира наночастиците, така че вкусът, цветът, ароматът и концентрацията на напитката да се променят пред очите му.

1.2.4 Нанотехнологиите в армията

Военното използване на нанотехнологиите открива качествено ново ниво на военно-техническо господство в света. Основните направления в създаването на нови оръжия, базирани на нанотехнологиите, могат да бъдат разгледани:

1. Създаване на нови мощни миниатюрни взривни устройства.

2. Унищожаване на макроустройства от нанониво.

3. Шпионаж и потискане на болката чрез невротехнологии.

4. Биологични оръжия и наноустройства за генетично насочване.

5. Нанооборудване за войници.

6. Защита срещу химически и биологични оръжия.

7. Наноустройства в системите за управление на военна техника.

8. Нанопокрития за военна техника.

Нанотехнологиите ще позволят производството на мощни експлозиви. Размерът на експлозивите може да бъде намален десетократно. Атака с управляеми ракети с наноексплозиви срещу заводи за преработка на ядрено гориво може да лиши страната от физическата способност да произвежда оръжеен плутоний. Въвеждането на малки по размер роботизирани устройства в електронното оборудване може да наруши работата на електрически вериги и механика с помощта на. Отказът на контролните центрове и командните пунктове не може да бъде предотвратен, освен ако наноустройствата не са изолирани. Роботите за разглобяване на материали на атомно ниво ще се превърнат в мощно оръжие, което превръща в прах бронята на танкове, бетонни конструкции на контейнери, корпуси ядрени реактории телата на войници. Но това все още е само перспективата за напреднала форма на нанотехнология. Междувременно се провеждат изследвания в областта на невронните технологии, чието развитие ще доведе до появата на военни наноустройства, които извършват шпионаж или прихващат контрол върху функциите на човешкото тяло, използвайки връзката с помощта на наноустройства за нервна система. Лабораториите на НАСА вече са създали действащи образци на оборудване за прихващане на вътрешна реч. Фотонните компоненти на наноструктури, способни да приемат и обработват огромни количества информация, ще станат основата на системите за космически мониторинг, наземно наблюдение и шпионаж. С помощта на наноустройства, вградени в мозъка, е възможно да се получи "изкуствено" (техническо) зрение с разширен спектър на възприятие, в сравнение с биологичното зрение. Разработват се система за потискане на болката за войници, имплантирани в тялото и мозъка, неврочипове.

Следващото приложение на нанотехнологиите във военната сфера са наноустройствата за генетично насочване. Генетично управлявано наноустройство може да бъде програмирано да извършва определени разрушителни действия, в зависимост от генетичната структура на ДНК на клетката, в която се намира. Като условие за активиране на устройството се поставя уникален сайт генетичен кодконкретно лице или шаблон за действие върху група хора. Разграничаването на нормална епидемия от етническо прочистване би било практически невъзможно без инструменти за откриване на наноботи. Наноустройствата ще работят само срещу даден тип хора и при строго определени условия. Веднъж попаднало в тялото, наноустройството няма да се прояви по никакъв начин до командата за активиране. Следващото приложение на нанотехнологиите е оборудването и оборудването на войниците. Предлага се да се направи нещо като хибрид от човек, униформи и оръжия, чиито елементи ще бъдат толкова тясно свързани помежду си, че напълно екипиран войник на бъдещето може да се нарече отделен организъм.

Нанотехнологиите направиха пробив в производството на брони и бронежилетки.

Военното оборудване трябва да бъде оборудвано със специална "електромеханична боя", която ще променя цвета си и ще предотвратява корозията. Nanopaint ще може да "затяга" малки повреди по корпуса на машината и ще се състои от голям брой наномеханизми, които ще позволяват изпълнението на всички гореизброени функции. С помощта на система от оптични матрици, които ще бъдат отделни наномашини в "боя", изследователите искат да постигнат ефекта на невидимостта на автомобил или самолет.

Нанотехнологиите ще донесат промени във военната сфера. Нова качествено трансформирана и неконтролирана надпревара във въоръжаването. Контролът върху нанотехнологиите може да се осъществява реално само в една глобална цивилизация. Нанотехнологиите ще позволят пълната механизация на бойните действия, изключвайки присъствието на модернизирани войници.

По този начин основният извод за резултата от навлизането на нанотехнологиите в областта на оръжията е перспективата за формиране на глобално общество, способно да контролира нанотехнологиите и надпреварата във въоръжаването. Тази тенденция на универсализъм се определя от рационалността на техногенната цивилизация и изразява нейните интереси и ценности.

Заключение

След като изясних концепцията за нанотехнологиите, очертавайки нейните перспективи и се спирайки на възможните опасности и заплахи, бих искал да направя едно заключение. Вярвам, че нанотехнологиите са млада наука, резултатите от развитието на която могат да се променят до неузнаваемост Светът. И какви ще бъдат тези промени - полезни, несравнимо улесняващи живота или вредни, заплашващи човечеството- зависи от взаимното разбирателство и разумността на хората. А взаимното разбиране и разумност пряко зависят от нивото на човечност, което предполага отговорността на човек за неговите действия. Затова най-важната потребност в последните години преди неизбежния нанотехнологичен „бум” е възпитанието на филантропия. Само разумни и хуманни хора могат да превърнат нанотехнологиите в трамплин към разбирането на Вселената и тяхното място в тази Вселена.

Библиография

Основи на обектно-ориентираното програмиране в Delphi: Proc. помощ / В. В. Кузнецов, И. В. Абдрашитова; Изд. Т. Б. Корнеева. - изд. 3-то, преработено. и допълнителни - Томск, 2008. - 120 с.
Kimmel P. Създаване на приложение в Delphi./P. Kimel - M: Williams, 2003. - 114p.
Кобаяши Н. Въведение в нанотехнологиите / Н. Кобаяши. - М .: Бином, 2005 - 134s
Chaplygin A. Нанотехнологии в електрониката / A. Chaplygin. - 2005 М.: техносфера
http:// www.delphi.com
Преглед:
За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт в Google (акаунт) и влезте:

Ю. СВИДИНЕНКО, инженер-физик

Наноструктурите ще заменят традиционните транзистори.

Компактната учебна нанотехнологична установка "УМКА" позволява манипулации с отделни групи атоми.

С помощта на инсталацията "UMKA" е възможно да се изследва повърхността на DVD.

Вече излезе и учебник за бъдещите нанотехнолози.

Нанотехнологиите, появили се през последната четвърт на 20 век, се развиват бързо. Почти всеки месец има съобщения за нови проекти, които преди година-две изглеждаха като абсолютна фантазия. По дефиниция, дадена от пионера на това направление Ерик Дрекслър, нанотехнологията е „очаквана производствена технология, фокусирана върху евтиното производство на устройства и вещества с предварително определена атомна структура“. Това означава, че той работи върху отделни атоми, за да получи структури с атомна точност. Това е фундаменталната разлика между нанотехнологиите и съвременните "обемни" технологии, които манипулират макро обекти.

Напомняме на читателя, че нано е префикс, обозначаващ 10 -9. Осем кислородни атома могат да бъдат подредени на сегмент с дължина един нанометър.

Нанообектите (например метални наночастици) като правило имат физически и Химични свойства, които са различни както от свойствата на по-големи обекти от същия материал, така и от свойствата на отделните атоми. Да приемем, че точката на топене на златни частици с размер 5-10 nm е стотици градуси по-ниска от точката на топене на парче злато с обем 1 cm 3 .

Изследванията, извършвани в наномащабния диапазон, се намират в пресечната точка на науките, често изследванията в областта на материалознанието засягат областите на биотехнологиите, физиката на твърдото тяло и електрониката.

Водещият световен специалист в областта на наномедицината Робърт Фрейтас каза: „Бъдещите наномашини трябва да се състоят от милиарди атоми, така че тяхното проектиране и конструкция ще изискват усилията на екип от специалисти. Всеки дизайн на наноробот ще изисква комбинираните усилия на няколко изследователски екипи.Проектирането и конструирането на самолета Boeing 777 включваше много екипи по целия свят.Наномедицинският робот на бъдещето, състоящ се от милион (или дори повече) работни части, ще бъде толкова сложен, колкото самолет по отношение на сложността на дизайна ."

НАНОПРОДУКТИ ОКОЛО НАС

Наносветът е сложен и все още сравнително малко проучен и въпреки това не толкова далеч от нас, колкото изглеждаше преди няколко години. Повечето от нас използват някаква форма на нанотехнология редовно, без дори да го осъзнават. Например съвременната микроелектроника вече не е микро, а нано: транзисторите, произведени днес - основата на всички чипове - са в диапазона до 90 nm. И вече е планирана по-нататъшна миниатюризация на електронните компоненти до 60, 45 и 30 nm.

Освен това, както наскоро съобщиха представители на компанията Hewlett-Packard, транзисторите, произведени по традиционна технология, ще бъдат заменени от наноструктури. Един такъв елемент са три проводника с ширина няколко нанометра: два от тях са успоредни, а третият е разположен под прав ъгъл спрямо тях. Проводниците не се допират, а минават като мостове един върху друг. В същото време молекулярните вериги, образувани от материала на нанопроводниците под въздействието на приложеното към тях напрежение, се спускат от горните проводници към долните. Схемите, изградени с помощта на тази технология, вече демонстрираха способността да съхраняват данни и да извършват логически операции, тоест да заменят транзистори.

С новата технология размерът на частите на микросхемите ще падне значително под лентата от 10-15 нанометра, до мащаб, при който традиционните полупроводникови транзистори просто не могат физически да работят. Вероятно още през първата половина на следващото десетилетие ще се появят серийни микросхеми (все още традиционни, силициеви), в които ще бъдат вградени определен брой наноелементи, създадени по новата технология.

Kodak пусна хартия за мастиленоструйни принтери Ultima през 2004 г. Има девет слоя. Най-горният слой се състои от керамични наночастици, които правят хартията по-плътна и блестяща. Вътрешните слоеве съдържат пигментни наночастици с размер 10 nm, които подобряват качеството на печат. А полимерните наночастици, включени в състава на покритието, допринасят за бързото фиксиране на боята.

Директорът на Института по нанотехнологии на САЩ Чад Миркин вярва, че "нанотехнологиите ще възстановят всички материали наново. Всички материали, получени чрез молекулярно производство, ще бъдат нови, тъй като досега човечеството не е имало възможност да разработва и произвежда наноструктури. Сега използваме само в индустрията това, което природата ни дава. Ние правим дъски от дърво, тел от проводящ метал. Нанотехнологичният подход е, че ще обработваме почти всяка Природни ресурсив така наречените „градивни елементи“, които ще формират основата на бъдещата индустрия“.

Сега вече виждаме началото на нанореволюция: това са нови компютърни чипове и нови тъкани, които не оставят петна, и използването на наночастици в медицинската диагностика (виж също "Наука и живот" № ,, 2005). Дори козметичната индустрия се интересува от наноматериали. Те могат да създадат много нови нестандартни направления в козметиката, които не са съществували преди.

В наномащабния диапазон почти всеки материал проявява уникални свойства. Известно е например, че сребърните йони имат антисептично действие. Разтвор от сребърни наночастици има значително по-висока активност. Ако обработите превръзка с този разтвор и я нанесете върху гнойна рана, възпалението ще премине и раната ще заздравее по-бързо, отколкото при конвенционалните антисептици.

Вътрешният концерн "Наноиндустрия" разработи технология за производство на сребърни наночастици, които са стабилни в разтвори и в адсорбирано състояние. Получените лекарства имат широк спектър на антимикробна активност. По този начин стана възможно създаването на цяла гама от продукти с антимикробни свойства с лека промяна в технологичния процес от производителите на съществуващи продукти.

Сребърните наночастици могат да се използват за модифициране на традиционни и създаване на нови материали, покрития, дезинфектанти и детергенти (включително пасти за зъби и почистващи пасти, прахове за пране, сапуни) и козметика. Покрития и материали (композитни, текстилни, бояджийски, въглеродни и други), модифицирани със сребърни наночастици, могат да се използват като профилактични антимикробни защитни средства на места, където рискът от разпространение на инфекция се увеличава: в транспорта, в заведенията за обществено хранене, в селскостопански и животновъдни сгради, в детски, спортни, лечебни заведения. Сребърните наночастици могат да се използват за пречистване на вода и унищожаване на патогени във филтри за климатици, плувни басейни, душове и други подобни обществени места.

Подобни продукти се произвеждат и в чужбина. Една компания произвежда покрития със сребърни наночастици за лечение на хронични възпаления и отворени рани.

Друг вид наноматериали са въглеродните нанотръби с колосална здравина (виж "Наука и живот" № 5, 2002; № 6, 2003). Това са своеобразни цилиндрични полимерни молекули с диаметър около половин нанометър и дължина до няколко микрометра. Те бяха открити за първи път преди по-малко от 10 години като странични продуктисинтез на C 60 фулерен. Въпреки това, вече сега, на базата на въглеродни нанотръби, електронни устройствананометрови размери. Очаква се в обозримо бъдеще те да заменят много елементи в електронните схеми на различни устройства, включително съвременни компютри.

Нанотръбите обаче се използват не само в електрониката. Вече има налични в търговската мрежа тенис ракети, подсилени с въглеродни нанотръби, за да ограничат усукването и да осигурят повече сила на удара. Те се използват и в някои части на спортни мотоциклети.

РУСИЯ НА ПАЗАРА НА НАНОТЕХНОЛОГИИ

Местната компания "Nanotechnology News Network" наскоро представи още една новост в Русия - самопочистващи се нанопокрития. Достатъчно е да напръскате стъклото на автомобила със специален разтвор с наночастици силициев диоксид и мръсотията и водата няма да полепнат по него в продължение на 50 000 км. Върху стъклото остава прозрачен ултратънък слой, върху който водата просто няма какво да хване и се търкаля заедно с мръсотията. На първо място, собствениците на небостъргачи се заинтересуваха от новостта - много пари се харчат за измиване на фасадите на тези сгради. Има такива състави за покриване на керамика, камък, дърво и дори дрехи.

Трябва да се каже, че някои руски организации вече успешно работят на международния пазар на нанотехнологии.

Концернът „Наноиндустрия” например разполага с редица нанотехнологични продукти, приложими в различни отрасли. Това са редуциращият състав „РВС” и сребърни наночастици за биотехнологиите и медицината, индустриалната нанотехнологична инсталация „ЛУЧ-1,2” и образователната нанотехнологична инсталация „УМКА”.

Съставът RVS, който може да предпази от износване и да възстанови почти всички триещи се метални повърхности, се приготвя на базата на адаптивни наночастици. Този инструмент ви позволява да създадете модифициран защитен слой от железен силикат с високо съдържание на въглерод с дебелина 0,1-1,5 mm в зони на интензивно триене на метални повърхности (например при триещи се двойки в двигатели с вътрешно горене). Изливайки такъв състав в картера за масло, можете да забравите за проблема с износването на двигателя за дълго време. По време на работа механичните части се нагряват чрез триене, това нагряване кара металните наночастици да се придържат към повредените зони. Прекомерният растеж причинява по-интензивно нагряване и наночастиците губят способността си да се прикрепят. По този начин равновесието се поддържа постоянно във фрикционния блок и частите практически не се износват.

Особен интерес представлява комплексът от нанотехнологично оборудване "УМКА", който е предназначен за демонстрация, изследване и лабораторна работана атомно-молекулярно ниво в областта на физиката, химията, биологията, медицината, генетиката и други фундаментални и приложни науки. Например, наскоро върху него беше получено повърхностно изображение на DVD с разделителна способност 0,3 микрона и това не е ограничението. Уникалната технология за работа с пикоамперни токове позволява сканиране дори на слабо проводими биологични проби без предварително отлагане на метал (обикновено е необходимо горният слой на пробата да е проводящ). "УМКА" има висока температурна стабилност, която дава възможност за извършване на продължителни манипулации с отделни групи атоми и висока скорост на сканиране, което позволява да се наблюдават бързи процеси.

Основен обхват на комплекс "УМКА" е обучението по съвр практически методиработа с наномащабни структури. Комплексът УМКА включва: тунелен микроскоп, система за защита от вибрации, комплект тестови проби, комплекти консумативи и инструменти. Устройствата се побират в малък корпус, работят в стайни условия и струват по-малко от 8 хиляди долара. Експериментите могат да се управляват от обикновен персонален компютър.

През януари 2005 г. беше открит първият руски онлайн магазин за продажба на нанотехнологични продукти. Постоянният адрес на магазина в Интернет е www.nanobot.ru

ПРОБЛЕМИ СЪС СИГУРНОСТТА

Наскоро беше установено, че сферичните молекули C 60, наречени фулерени, могат да причинят сериозни заболявания и да навредят на околната среда. Токсичността на водоразтворимите фулерени, когато са изложени на човешки клетки от два различни типа, е установена от изследователи от университетите на Райс и Джорджия (САЩ).

Професорът по химия Вики Колвин от университета Райс и колегите му откриха, че когато фулерените се разтварят във вода, се образуват колоиди C 60, които, когато са изложени на човешки кожни клетки и клетки на чернодробен карцином, причиняват тяхната смърт. В този случай концентрацията на фулерени във водата е много ниска: ~20 C 60 молекули на 1 милиард водни молекули. В същото време изследователите показаха, че токсичността на молекулите зависи от модификацията на тяхната повърхност.

Изследователите предполагат, че токсичността на простите C 60 фулерени се дължи на факта, че тяхната повърхност е способна да произвежда супероксидни аниони. Тези радикали увреждат клетъчните мембрани и водят до клетъчна смърт.

Колвин и колегите му казаха, че такова отрицателно свойство на фулерените може да се използва за добро - за лечение на ракови тумори. Необходимо е само да се изясни подробно механизмът на образуване на кислородни радикали. Очевидно на базата на фулерени ще бъде възможно да се създадат супер ефективни антибактериални лекарства.

В същото време опасността от използването на фулерени в потребителски продукти изглежда съвсем реална за учените.

Очевидно това е причината Американската комисия по безопасност на храните и лекарствата (FDA) наскоро обяви необходимостта от лицензиране и регулиране на широка гама от продукти (храни, козметика, лекарства, апаратура и ветеринарна медицина), произведени с помощта на нанотехнологии и с използване на наноматериали и наноструктури.

НАНОТЕХНОЛОГИИТЕ СЕ НУЖДАТ ОТ ДЪРЖАВНА ПОДКРЕПА

За съжаление в Русия все още няма държавна програма за развитие на нанотехнологиите. (През 2005 г. програмата на САЩ за нанотехнологии, между другото, навърши пет години.) Без съмнение наличието на централизирана държавна програма за развитие на нанотехнологиите би помогнало значително за практическото прилагане на резултатите от научните изследвания. За съжаление научаваме, че има успешни разработки в областта на нанотехнологиите в страната от чужди източници. Например през лятото Институтът по стандартизация на САЩ обяви създаването на най-малкия атомен часовник в света. Както се оказа, по създаването им е работил и руският екип.

В Русия няма държавна програма, но има изследователи и ентусиасти: миналата година Младежкото научно общество (YES) събра над 500 млади учени, аспиранти и студенти, които мислят за бъдещето на своята страна. За подробно изследване на проблемите на нанотехнологиите през февруари 2004 г. на базата на INR е създадена аналитична компания "Nanotechnology News Network (NNN)", която следи стотици отворени световни източници в тази област и е обработила над 4500 информационни съобщения от чуждестранни и руски медии, статии, прессъобщения и експертни коментари. Създадени са сайтовете www.mno.ru и www.nanonewsnet.ru, с които са се запознали повече от 170 000 граждани на Русия и ОНД.

КОНКУРС ЗА МЛАДЕЖКИ ПРОЕКТИ

През април 2004 г., съвместно с концерна "Наноиндустрия" с подкрепата на "Uniastrum Bank", успешно се проведе първият общоруски конкурс на младежки проекти за създаване на местни молекулярни нанотехнологии, който предизвика силен интерес на руските учени.

Победителите в състезанието представиха изключителни разработки: първото място беше присъдено на екип от млади учени от Руския химико-технически университет им. Д. И. Менделеев под ръководството на кандидата на химическите науки Галина Попова, която създаде биомиметични (биомиметични - имитация на съществуващи в природата структури) материали за оптични наносензори, молекулярна електроника и биомедицина. Второто място беше заето от аспирант на Ташкентския държавен педагогически университет. Низами Марина Фомина, разработила система за целенасочена доставка на лекарства към болните тъкани, а третият - ученикът от Томск Алексей Хасанов, автор на технологията за създаване на нанокерамични материали с уникални свойства. Победителите получиха ценни награди.

С подкрепата на банката е разработен и се подготвя за издаване научнопопулярен учебник „Нанотехнологии за всички“, който е получил висока оценка на водещи учени.

През декември 2004 г. NNN, която стана водеща аналитична агенция в областта на нанотехнологиите, обяви началото на Втория общоруски конкурс за младежки проекти през декември 2004 г., чийто генерален спонсор отново беше Uniastrum Bank, доволен от резултатите от първото състезание. Освен това Powercom, международен производител на непрекъсваеми захранвания, също стана спонсор този път. Списание "Наука и живот" взема активно участие в подготовката и отразяването на състезанието.

Целта на конкурса е да привлече талантливи млади хора към развитието на нанотехнологиите в собствената си страна, а не в чужбина.

Победителят в конкурса ще получи нанотехнологичната лаборатория UMKA. Класираните на второ и трето място ще бъдат наградени с модерни лаптопи; най-добрите участници ще получат безплатен абонамент за списание Science and Life. Като награди са осигурени комплекти за ремонт и възстановяване на превозни средства на базата на наночастици, абонамент за списание "Универсум" и месечни дискове "Светът на нанотехнологиите".

Фокусът на проектите е изключително разнообразен: от обещаващи наноматериали за автомобилната индустрия и авиацията до импланти и невротехнологични интерфейси. Подробни материали за конкурса са достъпни на уебсайта www.nanonewsnet.ru.

През декември 2004 г. град Фрязино (Московска област) беше домакин на първата конференция, посветена на индустриалното използване на нанотехнологиите, на която учените представиха десетки разработки, готови за внедряване в производството. Сред тях са нови материали на базата на нанотръби, свръхздрави покрития, антифрикционни съединения, проводими полимери за гъвкава електроника, суперкапацитивни кондензатори и др.

Нанотехнологиите в Русия набират скорост. Въпреки това, освен ако изследванията не се координират от държавата или цялостна федерална програма, по-добра странаНай-вероятно нищо няма да се промени. Вече излезе и учебник за бъдещите нанотехнолози.

Представете си: пиете чаша вода, пълна с микроскопични роботи. Размерът им е толкова малък, че не е възможно да се видят. След като ги изпиете обаче, те ще започнат да действат върху тялото ви, лекувайки рани и поставяйки своеобразни „лепенки“, където е необходимо. Нанометърът е една милионна от метъра. Това е мащабът, в който работят нанотехнологиите. Тяхната дейност не се ограничава само до медицинската област, а напротив, навлиза в областта на високите технологии, но развитието на нанотехнологиите е много скъпо, както финансово, така и интелектуално.

Вероятно всеки от нас е мечтал в детството си. Е, очевидно помнейки детските си мечти, изследователите от разработиха истинска изкуствена кожа, която може да променя цвета си като хамелеон. Според учените подобно изобретение може да се използва в камуфлажа и при разработването на мащабни динамични дисплеи. Такива новини периодично се появяват в пресата. Наистина ли е различно този път?

Въпреки целия шум около него, всичките му свойства и обещанията на учените, може да се изненадате от факта, че този материал все още не е широко използван. Както се оказва, това не е изненадващо. Международен екип от учени анализира проби от графен, произведени от 60 компании по света, и стигна до извода, че всички те всъщност се занимават с производство и продажба не на ултратънък материал на основата на въглерод, за чието изобретение са създателите му получи Нобелова награда, но от обикновени боклуци, които също продават на баснословни цени.

Министерство на образованието и науката на Руската федерация

Общинско учебно заведение

средно училище - интернат № 1 на средно (пълно)

общо образование в Томск

ЕСЕ

по тази тема: Нанотехнологиите в съвременния свят

Изпълнено:Ученик от 8А клас

Сахненко Мария

Ръководител:Пахорукова Д.П.

Учител по физика

Томск 2010 г

ВЪВЕДЕНИЕ

В момента малко хора знаят какво е нанотехнологията, въпреки че бъдещето е зад тази наука. Основната цел на моята работа е да се запозная с нанотехнологиите. Също така искам да открия приложението на тази наука в различни индустрии и да разбера дали нанотехнологиите могат да бъдат опасни за хората.

1. НАНОТЕХНОЛОГИИТЕ В СЪВРЕМЕННИЯ СВЯТ

1.1.История на възникването на нанотехнологиите

Дядото на нанотехнологиите може да се счита за гръцкия философ Демокрит. Той пръв използва думата „атом“, за да опише най-малката частица материя. Повече от двадесет века хората се опитват да проникнат в тайната на структурата на тази частица. Решението на тази непосилна за много поколения физици задача става възможно през първата половина на 20 век след създаването на електронен микроскоп от немските физици Макс Кнол и Ернст Руска, който за първи път дава възможност за изследване на нанообекти.

Много източници, предимно на английски, свързват първото споменаване на методите, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, с известната реч на Ричард Файнман „There's Plenty of Roo at the Bottom“, произнесена от него през 1959 г. в Калифорнийския технологичен институт на годишната среща на Американското физическо общество. Ричард Файнман предполага, че би било възможно механично да се движат отделни атоми, като се използва манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на физичните закони, известни днес.

Той предложи този манипулатор да се направи по следния начин. Необходимо е да се изгради механизъм, който да създаде собствено копие, само с порядък по-малко. Създаденият по-малък механизъм трябва отново да създаде свое копие, отново с порядък по-малък, и така нататък, докато размерите на механизма станат съизмерими с размерите от порядъка на един атом. В същото време ще е необходимо да се направят промени в структурата на този механизъм, тъй като силите на гравитацията, действащи в макрокосмоса, ще имат все по-малко влияние, а силите на междумолекулните взаимодействия все повече ще влияят върху работата на механизма. Последният етап - полученият механизъм ще сглоби своето копие от отделни атоми. По принцип броят на такива копия е неограничен, ще бъде възможно да се създаде произволен брой такива машини за кратко време. Тези машини ще могат да сглобяват макро неща по същия начин, чрез сглобяване атом по атом. Това ще направи нещата много по-евтини - на такива роботи (нанороботи) ще трябва да се даде само необходимия брой молекули и енергия и да се напише програма за сглобяване на необходимите елементи. Досега никой не е успял да опровергае тази възможност, но и никой не е успял да създаде подобни механизми. Основният недостатък на такъв робот е невъзможността да се създаде механизъм от един атом.

Ето как Р. Файнман описва предложения от него манипулатор:

мисля си за създаване на електрически управлявана система , който използва "обслужващи роботи", изработени по обичайния начин под формата на умалени четири пъти копия на "ръцете" на оператора. Такива микромеханизми ще могат лесно да извършват операции в намален мащаб. Говоря за миниатюрни роботи, оборудвани със серво мотори и малки "ръце", които могат да въртят еднакво малки болтове и гайки, да пробиват много малки дупки и т.н. Накратко, те ще могат да вършат цялата работа в мащаб 1:4. За да направите това, разбира се, първо трябва да направите необходимите механизми, инструменти и рамена на манипулатора в една четвърт от обичайния размер (всъщност е ясно, че това означава намаляване на всички контактни повърхности 16 пъти). На последния етап тези устройства ще бъдат оборудвани със сервомотори (с намаление на мощността 16 пъти) и свързани към конвенционална електрическа система за управление. След това ще бъде възможно да се използват манипулаторни ръце, намалени 16 пъти! Обхватът на такива микророботи, както и микромашините, може да бъде доста широк - от хирургически операции до транспортиране и обработка на радиоактивни материали. Надявам се, че принципът на предложената програма, както и неочакваните проблеми и блестящите възможности, свързани с нея, са ясни. Освен това може да се мисли за възможността за по-нататъшно значително намаляване на мащаба, което, разбира се, ще изисква допълнителни структурни промени и модификации (между другото, на определен етап може да се наложи да изоставим „ръцете“ на обичайна форма), но ще позволи производството на нови, много по-усъвършенствани устройства описания тип. Нищо не ви пречи да продължите този процес и да създадете колкото искате малки машини, тъй като няма ограничения, свързани с разположението на машините или тяхната консумация на материали. Техният обем винаги ще бъде много по-малък от обема на прототипа. Лесно е да се изчисли, че общият обем на 1 милион металообработващи машини, намален с коефициент 4000 (и, следователно, масата на материалите, използвани за производството), ще бъде по-малко от 2% от обема и масата на конвенционална металообработваща машина с нормален размер. Ясно е, че това веднага премахва проблема с цената на материалите. По принцип биха могли да бъдат организирани милиони еднакви миниатюрни фабрики, в които малки машини непрекъснато да пробиват дупки, да щамповат части и т.н. Докато намаляваме по размер, постоянно ще се сблъскваме с много необичайни физически явления. Всичко, което срещате в живота, зависи от мащабни фактори. Освен това съществува и проблемът със "залепването" на материалите под действието на междумолекулни сили (т.нар. сили на Ван дер Ваалс), което може да доведе до необичайни за макроскопични мащаби ефекти. Например, гайката няма да се отдели от болта, когато се разхлаби, а в някои случаи ще "прилепне" плътно към повърхността и т.н. Има няколко физически проблема от този тип, които трябва да имате предвид, когато проектирате и конструирате микроскопични механизми.

1.2. Какво е нанотехнология

Появили се съвсем наскоро, нанотехнологиите все повече навлизат в областта научно изследванеи оттам в нашето ежедневие. Разработките на учените все повече се занимават с обекти на микрокосмоса, атоми, молекули, молекулни вериги. Изкуствено създадените нанообекти постоянно изненадват изследователите със своите свойства и обещават най-неочаквани перспективи за тяхното приложение.

Основната мерна единица в нанотехнологичните изследвания е нанометърът – една милиардна част от метъра. В такива единици се измерват молекули и вируси, а вече и елементи на компютърни чипове от ново поколение. Именно в наномащаба протичат всички основни физически процеси, които определят макровзаимодействията.

Самата природа подтиква човек към идеята за създаване на нанообекти. Всяка бактерия всъщност е организъм, състоящ се от наномашини: ДНК и РНК копират и предават информация, рибозомите образуват протеини от аминокиселини, митохондриите произвеждат енергия. Очевидно на този етап от развитието на науката на учените им хрумва да копират и подобряват тези явления.

MKU "Образователен отдел на администрацията на общинския район Миякински район на Република Башкортостан"

Конкурс на изследователски работи в рамките на Малката академия на науките на учениците на Република Башкортостан»

Тема: "Нанотехнологиите - символ на бъдещето"

Номинация: "Физика, наука и технологии»

Изпълнено :

Латипов Алмаз Забирович

Ученик от 8 клас

Ръководител :

Миргалиева Алия Олеговна

учител по математика и физика

СОУ МОБУ с. Анясево

Въведение…………………………………………………………………..
1. Какво е нанотехнология………….………………………………...
2. Нанотехнологиите в ежедневието…………………………………………………….
3. Ненютонова течност……………………………………………
Заключение…………………………………………………………………..
Библиография…………………………….................................. . ...

Въведение

Напоследък често можете да чуете думата "нанотехнология". Ако попитате някой учен какво е това и защо са необходими нанотехнологиите, отговорът ще бъде кратък: „Нанотехнологиите променят обичайните свойства на материята. Те променят света и го правят по-добро място."

Учените твърдят, че нанотехнологиите ще намерят приложение в много области на дейност: в промишлеността, в енергетиката, в изследването на космоса, в медицината и в много други неща. Например, малки нанороботи, способни да проникнат във всяка клетка на човешкото тяло, ще могат бързо да лекуват определени заболявания и да извършват операции, които дори и най-опитният хирург не може да направи.

Благодарение на нанотехнологиите ще се появят "умни домове". В тях човек практически няма да се занимава със скучни домакински задължения. Тези отговорности ще бъдат поети от „умните неща“ и „умния прах“. Луда ще носи дрехи, които не се замърсяват, освен това те информират собственика, че например е време да вечеряте или да вземете душ.

Нанотехнологиите ще позволят изобретяването на компютри и Мобилни телефони, който може да се сгъне като носна кърпичка и да се носи в джоба.

С една дума, нанотехнолозите наистина възнамеряват значително да трансформират човешкия живот.

Така формулирах темата на изследването

„Нанотехнологиите са символ на бъдещето“. Интересувах се от тази тема, защото в бъдеще ще живеем и работим с нанотехнологиите, а днес знаем много малко за тях. Смятам, че днес това е най-належащият проблем, защото е насочен към нашето бъдеще. И реших да започна да изучавам и изследвам технологиите на бъдещето днес.

Уместността на работата: Изучаването на физика започна в 7 клас. Тази тема ми стана толкова интересна, че реших да я проуча по-задълбочено. Ако, след като съм изучавал свойствата на ненютонова течност, мога да разкажа на съучениците си за тях, тогава това не само ще увеличи интереса им към темата, но и вероятно ще доведе до желание за самостоятелно изучаване на други теми, както и провеждане осъществими експерименти.

Цел:

1. Разберете същността на понятието "нанотехнология", разкрийте същността на нанонауката.

2. Разберете как човек реализира огромния потенциал на нанонауката Ежедневието, неговите перспективи и бъдеще.

3. Да проучи какво е ненютонова течност и какви необичайни свойства притежава.

Цели на изследването:

Разберете значението на термина "нанотехнология".
Намерете примери за използване на нанотехнологиите в ежедневието.
Научете за необичайните свойства на течностите.
Докажете, че е възможно да се направи ненютонова течност у дома.
Провеждайте експерименти, които демонстрират необичайните свойства на ненютонова течност.
Предложете къде можете да използвате свойствата на такива течности.
Разкажете на връстниците си за ненютоновата течност и нейните свойства.

Хипотеза: Изучавайки нанотехнологиите, ние все повече разширяваме обхвата на техните приложения – от медицината до космическите изследвания.

Обект на изследване:ненютонова течност

Предмет на изследване:свойства на ненютоновата течност.

Изследователски методи:събиране на материал по темата, анализ и обработка, проектиране на работа, създаване на презентация.

Продукт на проекта:представяне

Какво е нанотехнология

Какво е нанотехнология? И как точно ви позволяват да променяте свойствата на нещата?

Думата "нанотехнология" се състои от две думи - "нано" и "технология".

„Нано“ е гръцка дума, означаваща една милиардна част от нещо, като например метър. Размерът на един атом е малко по-малък от нанометър. А един нанометър е толкова по-малък от един метър, колкото обикновеното грахово зърно е по-малко от земното кълбо. Ако ръстът на човек беше един нанометър, тогава дебелината на един лист хартия щеше да се стори на човек равна на разстоянието от Москва до град Тула, което е цели 170 километра!

Думата "технология" означава създаване на това, което е необходимо за човек от налични материали.

А нанотехнологията е създаването на това, от което човек се нуждае от атоми и групи от атоми (те се наричат наночастици) с помощта на специални устройства.

Има два начина за получаване на наночастици.

Първият, по-прост метод е отгоре надолу. Изходният материал се смила по различни начини, докато частицата стане наноразмерена.

Вторият е получаването на наночастици чрез комбиниране на отделни атоми „отдолу нагоре“. Това е по-сложен начин, но зад него учените виждат бъдещето на нанотехнологиите. Получаването на наночастици по този начин напомня работа с конструктор. Като части се използват само атоми и молекули, от които учените създават нови наноматериали и наноустройства.

Пример за първото използване на нанотехнологиите може да се нарече изобретяването на фотографски филм през 1883 г. от Джордж Ийстман, който по-късно основава известната компания Kodak.

В момента нанотехнологиите са една от приоритетните области за развитие на руската наука.

Нанотехнологиите в ежедневието

В момента нанотехнологиите се използват в различни сфери на човешкия живот. Почти невъзможно е да се изброят всички области, в които се прилага тази глобална технология. Можем да назовем само няколко от тях.

Както се оказа, нанотехнологиите често се срещат в ежедневието, те са навсякъде, просто не знаем за това.

Всички използваме сапун, без който вече не можем да си представим личната хигиена. Никой дори не предполага, че сапунът е продукт на нанотехнологиите, но един от най-простите. Сапунът съдържа мицели, малки наночастици, които се използват и за направата на други популярни козметични продукти. Нанотехнологиите помагат и на любителите на слънцето и шоколадовия загар. Слънцезащитните продукти и лосионите са формулирани с частици, които насищат кожата с витамини и я предпазват от вредни въздействия.

Нанотехнологиите изиграха важна роля в развитието на модата. Ски якетата се произвеждат по най-новите технологии. Много добре задържат топлината, не пропускат вятъра и не се мокрят. Наночастиците се използват и за създаване на други спортни облекла, които не се мачкат, устойчиви са на замърсяване и лошо време.

В тениса нанотехнологиите играят важна и една от основните роли. Наночастиците се намират в тенис ракети и топки. Благодарение на тях те са станали много по-леки, топките са по-подскачащи и по-бързи. Нанотехнологиите станаха популярни в разработването и производството на санитарен фаянс. Наночастиците ви позволяват да създадете специално покритие, което запазва търговския си блестящ вид за дълго време и е много лесно за почистване.

Дори не подозираме, че нанотехнологиите ни помагат в ежедневието при работа с компютри и интернет. Наночастиците се използват за увеличаване на параметрите на паметта на твърдите дискове. Благодарение на развитието се появиха лаптопи, нетбуци, iPhone, смартфони и много други модерни джаджи. Нашите автомобили също се възползваха значително от разработването на наночастици. Производителите покриват повърхността на детайла с тях и те издържат много по-дълго. Освен това някои превозни средства имат

Парчето лейкопласт, с което залепваме порязването на дръжката, има нано слой сребро, което спомага за по-бързото заздравяване на раната. Това е така, защото среброто има антибактериални свойства, които работят по-добре с увеличената повърхност, осигурена от наночастиците.

Значението на нанотехнологиите в живота на всеки човек е огромно. Колкото по-удобен става животът, толкова повече учените успяват да научат за тези много малки частици.

ненютонова течност

Нютоновата течност е вода, масло и повечето оттечни вещества, познати ни в ежедневната употреба, тоест такива, които запазват агрегатното си състояние, независимо какво правите с тях.

Ненютонови течности се наричат течности, чийто поток не се подчинява на закона на Нютон.

Още в края на 17 век великият физик Нютон забелязва, че бързото гребане с гребла е много по-трудно от бавното. И тогава той формулира закона, според който вискозитетът на течността се увеличава пропорционално на силата на удара върху нея.

Най-простият илюстративен домакински пример е смес от нишесте с малко количество вода. Колкото по-бързо е външното въздействие върху суспендираните в течността макромолекули на свързващото вещество, толкова по-висок е нейният вискозитет.

Има много такива течности, които са аномални от гледна точка на хидравликата. Те се използват широко в петролната, химическата, преработващата, военната и други индустрии. Ненютоновите течности включват сондажни течности, кал от отпадни води, маслени бои, паста за зъби, кръв, течен сапун и др.

Свойствата на ненютоновата течност се използват широко във военната индустрия при производството на молекулярни бронежилетки, интелигентен пластилин "handgam", както и оборудване за зимни спортове, калъфи за iPhone.

Подготовка на разтвора.

За готвене се нуждаем от нишесте (картофено, царевично - всяко) и вода. Съотношението зависи от качеството на нишестето и обикновено е между 1:1 и 1:3 в полза на водата. В резултат на смесването получаваме нещо като желе, което има интересни свойства. (Приложение 1)

Изследване на ненютонова течност.

Промяна в дебита на течността.

Опит номер 1.Така че, ако ръката се вкарва бавно в съд със смес, тогава резултатът е абсолютно същият, както ако поставим ръката си във вода. Но ако замахнете добре и ударите тази смес, тогава ръката ще отскочи, сякаш е твърдо вещество.

Опит номер 2.Ако такава смес се излива от достатъчна височина, тогава в горната част на струята тя ще тече като течност. А на дъното - да се натрупа на бучки, като твърдо.

Опит номер 3.Освен това можете да поставите ръката си в течността и рязко да стиснете пръстите си. Усещате как между пръстите се е образувал твърд слой.

Опит номер 4.Или друг експеримент - пъхнете ръката си в това "желе" и рязко се опитайте да го издърпате. Много е вероятно контейнерът да се издигне след ръката.

Опит номер 5.Когато действате бързо върху течност, разточете я като топка от вода, тогава тя всъщност ще се окаже благодарение на не-нютонова течност. (вижте приложение 1)

Въз основа на резултатите от тези опити може да се направи следния извод, ако върху тях се въздейства рязко, силно, бързо - те проявяват свойства, близки до тези на твърдите тела, а при бавно въздействие се превръщат в течност.

Въз основа на свойствата на не-нютоновата течност, искам да предложа няколко начина за нейното използване.

1. Производство на контейнери за транспортиране и съхранение на чупещи се стъклени предмети (стъкла, съдове, коледна украса и др.)

2. Използването на ненютонова течност при производството на предпазни средства (наколенки, налакътници, каски и др.) за спортисти, както и използването им при обучение на малки деца да ходят.

Ненютоновата течност има значителен недостатък: течността губи свойствата си, когато водата се изпари от нея. Проведох проучване, в резултат на което разбрах, че свойствата се съхраняват 2-5 дни, в зависимост от температурата на околната среда.

Температура на околната среда	Брой дни, за които се запазват имотите

Заключение: колкото по-ниска е температурата на околната среда, толкова по-бавно се изпарява водата и толкова по-дълго остават свойствата на ненютоновата течност.

Заключение 1. Нанотехнологиите са символ на бъдещето, най-важната индустрия, без която по-нататъшното развитие на цивилизацията е немислимо. 2. Използването на нанотехнологични продукти в ежедневието подобрява качеството на човешкия живот. 3. Нанотехнологиите са нашето бъдеще. Всички страни трябва да развиват този клон на науката. 4. Изучаването на нанотехнологиите ще ни донесе още много научни победи в бъдеще.

5. Въз основа на резултатите от експериментите могат да се направят следните изводи:

Ако се намесим бързо в ненютонова течност, се усеща съпротивление, а ако го забавим, тогава не. Когато се движи бързо, такава течност се държи като твърдо;

Колкото по-ниска е температурата на околната среда, толкова по-бавно се изпарява водата и толкова по-дълго остават свойствата на ненютоновата течност.

Списък на използваната литература

http:// популярен. руснано. com

http:// www. руснано. com

http:// www. en. уикипедия. орг

http:// нанору. en

http:// www. нанометър. en

http:// www. нанотехнология. en

http://www.rusnanonet.ru/nns/67171/info/

http://izvmor.ru/

http://cnnrm.ru/

Приложение 1

Подготовка на разтвора.

Приложение 2