Beispiele für Nanotechnologien in der Computertechnik. Forschungsarbeit "Nanotechnologie in unserem Leben". Das Prinzip der Arbeit mit Nanopartikeln

Markin Kirill Petrowitsch

Das als Nanotechnologie bezeichnete Wissenschafts- und Technologiegebiet ist relativ neu. Die Aussichten für diese Wissenschaft sind grandios. Allein das Teilchen „Nano“ bedeutet ein Milliardstel Wert. Beispielsweise ist ein Nanometer ein Milliardstel Meter. Diese Dimensionen ähneln denen von Molekülen und Atomen. Die genaue Definition von Nanotechnologien lautet wie folgt: Nanotechnologien sind Technologien, die Materie auf der Ebene von Atomen und Molekülen manipulieren (weshalb Nanotechnologien auch Molekulartechnologie genannt werden). Den Anstoß für die Entwicklung der Nanotechnologie gab ein Vortrag von Richard Feynman, in dem er wissenschaftlich beweist, dass es aus Sicht der Physik keine Hindernisse gibt, Dinge direkt aus Atomen zu erschaffen. Um ein Mittel zur effizienten Manipulation von Atomen zu bezeichnen, wurde das Konzept eines Assemblers eingeführt – einer molekularen Nanomaschine, die jede molekulare Struktur aufbauen kann. Ein Beispiel für einen natürlichen Assembler ist ein Ribosom, das Proteine in lebenden Organismen synthetisiert. Offensichtlich ist die Nanotechnologie nicht nur ein separater Teil des Wissens, sondern ein groß angelegtes, umfassendes Forschungsgebiet mit Bezug zu den Grundlagenwissenschaften. Wir können sagen, dass fast jedes Fach, das in der Schule unterrichtet wird, auf die eine oder andere Weise mit den Technologien der Zukunft verbunden sein wird. Am offensichtlichsten ist die Verbindung von „Nano“ mit Physik, Chemie und Biologie. Offensichtlich werden diese Wissenschaften im Zusammenhang mit der nahenden nanotechnischen Revolution die größten Entwicklungsimpulse erhalten.

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Vorschau:

Städtische Haushaltsbildungseinrichtung

"Sekundarschule Nr. 2 benannt nach. AA Arakantsev Semikarakorsk

Einführung…………………………………………………………………..
1. Nanotechnologie in moderne Welt………………………………...
1.1 Entstehungsgeschichte der Nanotechnologie…………………………...
1.2 Nanotechnologien in verschiedenen Bereichen menschlicher Aktivität….
1.2.1 Nanotechnologien im Weltraum……………………………………………
1.2.2 Nanotechnologien in der Medizin……………………………………….
1.2.3 Nanotechnologien in der Lebensmittelindustrie…………………...
1.2.4 Nanotechnologien in militärischen Angelegenheiten…………………………………..
Fazit………………………………………………………………..
Referenzliste……………………………..................................... ....

Einführung.

Derzeit wissen nur wenige, was Nanotechnologie ist, obwohl die Zukunft hinter dieser Wissenschaft liegt.

Zielsetzung:

Erfahren Sie, was Nanotechnologie ist;

Finden Sie die Anwendung dieser Wissenschaft in verschiedenen Branchen heraus;

Finden Sie heraus, ob Nanotechnologie für Menschen gefährlich sein kann.

Bereits heute können wir die Vorteile und neuen Möglichkeiten genießenNanotechnologien in:

Medizin, einschließlich Luft- und Raumfahrt;
Pharmakologie;
Geriatrie;
Schutz der Gesundheit der Nation im Zusammenhang mit der wachsenden Umweltkrise und von Menschen verursachten Katastrophen;
weltweite Computernetze und Informationskommunikation auf der Grundlage neuer physikalischer Prinzipien;
Ultra-Langstrecken-Kommunikationssysteme;
Automobil-, Traktor- und Luftfahrtausrüstung;
Verkehrssicherheit;
Informationssicherheitssysteme;
Lösung von Umweltproblemen von Megastädten;
Landwirtschaft;
Lösung der Probleme der Trinkwasserversorgung und Abwasserbehandlung;
grundlegend neue Navigationssysteme;
Erneuerung natürlicher mineralischer und kohlenwasserstoffhaltiger Rohstoffe.

Wir haben uns entschieden, uns auf die Anwendung der Nanotechnologie in der Medizin, der Lebensmittelindustrie, dem Militär und der Raumfahrt zu konzentrieren, da diese Bereiche unser Interesse geweckt haben.

1. Nanotechnologie in der modernen Welt.

1.1 Die Entstehungsgeschichte der Nanotechnologie.

Wissenschaft „Nanotechnologien ICH" entstanden durch die revolutionären Veränderungen in der Informatik!

1947 wurde der Transistor erfunden, danach begann die Ära der Blütezeit der Halbleitertechnologie, in der die Größe der hergestellten Siliziumgeräte ständig abnahm.Der Begriff „Nanotechnologie“1974 schlug der Japaner Noryo Taniguchi vor, den Prozess des Baus neuer Objekte und Materialien durch Manipulation einzelner Atome zu beschreiben. Der Name kommt vom Wort "Nanometer" - ein Milliardstel Meter (10-9 m).

Im modernen Sinne ist Nanotechnologie eine Technologie zur Herstellung supermikroskopischer Strukturen aus kleinsten Materieteilchen, die alle technischen Prozesse kombiniert, die direkt mit Atomen und Molekülen in Verbindung stehen.

Die moderne Nanotechnologie hat eine ziemlich tiefe historische Spur. Archäologische Funde bezeugen die Existenz kolloidaler Formulierungen in der Antike, zum Beispiel „chinesische Tinte“ im alten Ägypten. Der berühmte Damaststahl wurde aufgrund des Vorhandenseins von Nanoröhren hergestellt.

Als Vater der Idee der Nanotechnologie kann bedingt der griechische Philosoph Demokrit um 400 v. Chr. angesehen werden. Ära verwendete er erstmals das Wort "Atom", was auf Griechisch "unzerbrechlich" bedeutet, um das kleinste Teilchen der Materie zu beschreiben.

Hier ist ein beispielhafter Entwicklungspfad:

1905 Der Schweizer Physiker Albert Einstein veröffentlichte eine Arbeit, in der er bewies, dass die Größe eines Zuckermoleküls ungefähr 1 Nanometer beträgt.
1931 Die deutschen Physiker Max Knoll und Ernst Ruska schufen ein Elektronenmikroskop, das erstmals die Untersuchung von Nanoobjekten ermöglichte.
1934 Der amerikanische theoretische Physiker und Nobelpreisträger Eugene Wigner begründete theoretisch die Möglichkeit, ein ultrafeines Metall mit einer relativ kleinen Anzahl von Leitungselektronen zu erzeugen.
1951 John von Neumann hob die Prinzipien selbstkopierender Maschinen hervor, Wissenschaftler bestätigten allgemein ihre Möglichkeit.
1953 beschrieben Watson und Crick die Struktur der DNA, die zeigte, wie Lebewesen die Anweisungen kommunizieren, die ihren Aufbau regeln.
1959 Der amerikanische Physiker Richard Feynman veröffentlichte als erster eine Abhandlung, in der er die Perspektiven der Miniaturisierung bewertete. Nobelpreisträger R. Feynman schrieb einen Satz, der heute als Prophezeiung gilt: "Soweit ich sehen kann, verbieten die Prinzipien der Physik nicht die Manipulation einzelner Atome." Diese Idee wurde geäußert, als der Beginn der postindustriellen Ära noch nicht erkannt wurde; damals gab es keine integrierten schaltkreise, keine mikroprozessoren, keine personalcomputer.
1974 Der japanische Physiker Norio Taniguchi prägte den Begriff „Nanotechnologie“ für Mechanismen, die kleiner als ein Mikrometer sind. Das griechische Wort „nanos“ bedeutet so viel wie „alter Mann“.
1981 Gleiter machte zunächst auf die Möglichkeit aufmerksam, Materialien mit einzigartigen Eigenschaften zu schaffen, deren Struktur durch Kristallite im Nanobereich repräsentiert wird.

Am 27. März 1981 zitierte CBS Radio News einen NASA-Wissenschaftler mit der Aussage, dass Ingenieure innerhalb von zwanzig Jahren in der Lage sein würden, sich selbst replizierende Roboter für den Einsatz im Weltraum oder auf der Erde zu bauen. Diese Maschinen würden Kopien von sich selbst erstellen, und die Kopien könnten angewiesen werden, nützliche Produkte herzustellen.
1982 G. Bining und G. Rohrer entwickeln das erste Rastertunnelmikroskop.
1985 Die amerikanischen Physiker Robert Curl, Harold Kroto und Richard Smaley haben eine Technologie entwickelt, mit der Sie Objekte mit einem Durchmesser von einem Nanometer genau messen können.
1986 Die Nanotechnologie ist in der breiten Öffentlichkeit bekannt geworden. Der amerikanische Wissenschaftler Eric Drexler veröffentlichte das Buch Engines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology, in dem er voraussagte, dass sich die Nanotechnologie bald aktiv entwickeln würde.
1991, Houston (USA), Department of Chemistry, Rice University. Dr. R. Smalley (Nobelpreisträger 1996) verdampfte in seinem Labor unter Vakuum mit einem Laser Graphit, dessen Gasphase aus ziemlich großen Kratern bestand: jeder mit 60 Kohlenstoffatomen. Ein Cluster aus 60 Atomen ist stabiler, da er eine erhöhte freie Energie hat. Dieser Cluster ist eine strukturelle Formation, die einem Fußball ähnelt, und es wurde vorgeschlagen, dieses Molekül Fulleren zu nennen.
1991 entdeckte Sumio Ijima, ein Mitarbeiter des NEC-Labors in Japan, erstmals Kohlenstoffnanoröhren, die einige Monate zuvor von dem russischen Physiker L. Chernozatonsky und dem Amerikaner J. Mintmir vorhergesagt worden waren.
1995 Am Forschungsinstitut für Physik und Chemie benannt nach L.Ya. Karpov hat einen Sensor entwickelt, der auf einem Film-Nanokomposit basiert und verschiedene Substanzen in der Atmosphäre (Ammoniak, Alkohol, Wasserdampf) erkennt.
1997 Richard E. Smalley, Chemie-Nobelpreisträger von 1996, Professor für Chemie und Physik, sagte die Anordnung von Atomen bis zum Jahr 2000 voraus und sagte gleichzeitig das Erscheinen der ersten kommerziellen Nanoprodukte voraus. Diese Vorhersage traf innerhalb des vorhergesagten Zeitrahmens ein.
1998 die Abhängigkeiten der elektrischen Eigenschaften von Nanoröhren von geometrischen Parametern wurden experimentell bestätigt.
1998 Der niederländische Physiker Seez Dekker hat den Transistor auf Basis der Nanotechnologie entwickelt.
1998 Das Entwicklungstempo der Nanotechnologie begann stark zuzunehmen. Japan hat die Nanotechnologie als wahrscheinliche Technologiekategorie für das 21. Jahrhundert identifiziert.
1999 Die amerikanischen Physiker James Tour und Mark Reed stellten fest, dass sich ein einzelnes Molekül genauso verhalten kann wie Molekülketten.
Jahr 2000. Das Forschungsteam von Hewlett-Packard hat mithilfe der neuesten nanotechnologischen Selbstorganisationsmethoden ein Schaltermolekül oder eine Minimikrodiode geschaffen.

Jahr 2000. Beginn der Ära der hybriden Nanoelektronik.
2002 S. Dekker kombinierte eine Nanoröhre mit DNA und erhielt einen einzigen Nanomechanismus.
2003 Japanische Wissenschaftler haben als weltweit erste ein Festkörpergerät entwickelt, das eines der beiden Hauptelemente implementiert, die zur Herstellung eines Quantencomputers erforderlich sind. 2004. Der „weltweit erste“ Quantencomputer wurde vorgestellt

7. September 2006 Regierung Russische Föderation genehmigte das Konzept des Bundeszielprogramms zur Entwicklung der Nanotechnologien für 2007-2010.

Auf diese Weise Die historisch entstandene Nanotechnologie dringt, nachdem sie das theoretische Feld des gesellschaftlichen Bewusstseins erobert hat, bis heute in dessen alltägliche Schicht vor.

Nanotechnologie sollte jedoch nicht nur auf einen lokalen revolutionären Durchbruch in diesen Bereichen (Elektronik, Informationstechnologie) reduziert werden. In der Nanotechnologie wurden bereits einige außerordentlich wichtige Ergebnisse erzielt, die auf bedeutende Fortschritte in der Entwicklung vieler anderer Wissenschafts- und Technologiebereiche (Medizin und Biologie, Chemie, Ökologie, Energie, Mechanik usw.) hoffen lassen. Beispielsweise ändern sich beim Übergang in den Nanometerbereich (dh zu Objekten mit charakteristischen Längen von etwa 10 nm) viele der wichtigsten Eigenschaften von Stoffen und Materialien signifikant. Wir sprechen über so wichtige Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, optischer Brechungsindex, magnetische Eigenschaften, Festigkeit, Hitzebeständigkeit usw. Basierend auf Materialien Mit Es entstehen bereits neue Arten von Solarbatterien, Energiewandlern, umweltfreundlichen Produkten etc. mit neuen Eigenschaften.Möglicherweise wird die Herstellung billiger, energiesparender und umweltfreundlicher Materialien die wichtigste Folge der Einführung der Nanotechnologie sein.Es wurden bereits hochempfindliche biologische Sensoren (Sensoren) und andere Geräte geschaffen, die es ermöglichen, von der Entstehung einer neuen Wissenschaft der Nanobiotechnologie zu sprechen, und die große Aussichten auf eine praktische Anwendung haben. Die Nanotechnologie bietet neue Möglichkeiten für die Mikrobearbeitung von Materialien und die Schaffung auf dieser Grundlage neuer Produktionsverfahren und neuer Produkte, die einen revolutionären Einfluss auf das wirtschaftliche und soziale Leben zukünftiger Generationen haben sollten.

1.2. Nanotechnologien in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens

Das Vordringen der Nanotechnologie in die Sphären des menschlichen Handelns lässt sich als Baum der Nanotechnologie darstellen. Die Applikation hat die Form eines Baumes, dessen Äste die Hauptapplikationen darstellen, und die Äste der großen Äste die Differenzierung innerhalb der Hauptapplikationen weiter darstellen dieser Moment Zeit.

Heute (2000 - 2010) ergibt sich folgendes Bild:

Die biologischen Wissenschaften umfassen die Entwicklung von Gen-Tagging-Technologien, Oberflächen für Implantate, antimikrobielle Oberflächen, zielgerichtete Medikamente, Gewebezüchtung und onkologische Therapie.
Einfache Fasern legen die Entwicklung der Papiertechnologie nahe, billige Baumaterialien, leichte Platten, Autoteile, Hochleistungsmaterialien.
Nanoclips beinhalten die Herstellung neuer Stoffe, Glasbeschichtungen, „intelligenter“ Sande, Papier, Kohlefasern.
Korrosionsschutz durch Nano-Additive zu Kupfer, Aluminium, Magnesium, Stahl.
Katalysatoren finden Anwendung in der Landwirtschaft, Desodorierung und Lebensmittelproduktion.
Leicht zu reinigende Materialien werden im Alltag, in der Architektur, in der Milch- und Lebensmittelindustrie, im Transportwesen und in der Sanitärtechnik eingesetzt. Dies ist die Herstellung von selbstreinigenden Gläsern, Krankenhausgeräten und -werkzeugen, Anti-Schimmel-Beschichtungen und leicht zu reinigenden Keramiken.
Biobeschichtungen werden in Sportgeräten und Lagern eingesetzt.
Die Optik als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie umfasst Bereiche wie die Elektrochromie, die Herstellung optischer Linsen. Dies sind neue photochrome Optiken, leicht zu reinigende Optiken und beschichtete Optiken.
Keramik im Bereich der Nanotechnologie ermöglicht die Gewinnung von Elektrolumineszenz und Photolumineszenz, Druckpasten, Pigmenten, Nanopulvern, Mikropartikeln, Membranen.
Computertechnik und Elektronik als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie werden Elektronik, Nanosensoren, Haushalts(eingebettete) Mikrocomputer, Visualisierungstools und Energiewandler entwickeln. Darüber hinaus ist es die Entwicklung globaler Netzwerke, drahtloser Kommunikation, Quanten- und DNA-Computer.
Nanomedizin als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie umfasst Nanomaterialien für die Prothetik, „intelligente“ Prothesen, Nanokapseln, diagnostische Nanosonden, Implantate, DNA-Rekonstruktoren und -Analysatoren, „intelligente“ und Präzisionsinstrumente, gerichtete Pharmazeutika.
Der Weltraum als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie eröffnet Perspektiven für mechanoelektrische Solarenergiewandler, Nanomaterialien für Weltraumanwendungen.
Ökologie als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie ist die Wiederherstellung der Ozonschicht, Wetterkontrolle.

1.2.1 Nanotechnologie im Weltraum

Im Weltraum tobt eine Revolution. Es wurden Satelliten und Nanogeräte bis zu 20 Kilogramm hergestellt.

Es wurde ein System von Mikrosatelliten geschaffen, das weniger anfällig für Zerstörungsversuche ist. Es ist eine Sache, einen Koloss im Orbit abzuschießen, der mehrere hundert Kilogramm oder sogar Tonnen wiegt und sofort die gesamte Weltraumkommunikation oder -intelligenz außer Betrieb setzt, und eine andere, wenn sich ein ganzer Schwarm von Mikrosatelliten im Orbit befindet. Der Ausfall eines von ihnen wird in diesem Fall den Betrieb des Systems als Ganzes nicht stören. Dementsprechend können die Anforderungen an die Betriebszuverlässigkeit jedes Satelliten verringert werden.

Junge Wissenschaftler glauben, dass unter anderem die Schaffung neuer Technologien im Bereich Optik, Kommunikationssysteme, Methoden zum Übertragen, Empfangen und Verarbeiten großer Informationsmengen den Schlüsselproblemen der Mikrominiaturisierung von Satelliten zugeschrieben werden sollte. Wir sprechen von Nanotechnologien und Nanomaterialien, die es ermöglichen, die Masse und die Abmessungen von Geräten, die in den Weltraum gebracht werden, um zwei Größenordnungen zu reduzieren. Beispielsweise ist die Festigkeit von Nanonickel 6-mal höher als die von gewöhnlichem Nickel, was es ermöglicht, beim Einsatz in Raketentriebwerken die Masse der Düse um 20-30% zu reduzieren.Die Reduzierung der Masse der Weltraumtechnologie löst viele Probleme: Sie verlängert den Aufenthalt des Raumfahrzeugs im Weltraum, ermöglicht ihm, weiter zu fliegen und mehr nützliche Ausrüstung für die Forschung zu transportieren. Gleichzeitig wird das Problem der Energieversorgung gelöst. Mit Miniaturgeräten werden bald viele Phänomene untersucht, zum Beispiel der Aufprall Sonnenstrahlen zu Prozessen auf der Erde und im erdnahen Weltraum.

Der Weltraum ist heute kein Exot, und seine Erforschung ist nicht nur eine Frage des Prestiges. Zunächst einmal geht es um die nationale Sicherheit und die nationale Wettbewerbsfähigkeit unseres Staates. Gerade die Entwicklung superkomplexer Nanosysteme kann zu einem nationalen Vorteil des Landes werden. Wie die Nanotechnologie werden uns auch die Nanomaterialien die Möglichkeit geben, ernsthaft über bemannte Flüge zu verschiedenen Planeten zu sprechen. Sonnensystem. Es ist der Einsatz von Nanomaterialien und Nanomechanismen, die bemannte Flüge zum Mars und die Erforschung der Mondoberfläche Wirklichkeit werden lassen.Eine weitere äußerst gefragte Richtung in der Entwicklung von Mikrosatelliten ist die Schaffung der Fernerkundung der Erde (ERS). Mit einer Auflösung von Satellitenbildern von 1 m im Radarbereich und weniger als 1 m im optischen Bereich (zunächst werden solche Daten in der Kartographie verwendet) begann sich ein Markt für Informationskonsumenten zu bilden.

1.2.2 Nanotechnologie in der Medizin

Jüngste Fortschritte in der Nanotechnologie können Wissenschaftlern zufolge im Kampf gegen Krebs sehr nützlich sein. Ein Anti-Krebs-Medikament wurde direkt zum Ziel entwickelt – in Zellen, die von einem bösartigen Tumor befallen sind. Ein neues System, das auf einem Material basiert, das als Biosilizium bekannt ist. Nanosilikon hat eine poröse Struktur (mit einem Durchmesser von zehn Atomen), die für die Einführung von Arzneimitteln, Proteinen und Radionukliden geeignet ist. Ist das Ziel erreicht, beginnt das Biosilizium zu zerfallen und die von ihm abgegebenen Medikamente werden zur Wirkung gebracht. Darüber hinaus können Sie mit dem neuen System laut den Entwicklern die Dosierung des Medikaments anpassen.

Zum den letzten Jahren Mitarbeiter des Zentrums für biologische Nanotechnologie arbeiten an der Entwicklung von Mikrosensoren, mit denen Krebszellen im Körper erkannt und diese schreckliche Krankheit bekämpft werden sollen.

Eine neue Technik zur Erkennung von Krebszellen basiert auf der Implantation von winzigen kugelförmigen Reservoirs aus synthetischen Polymeren, sogenannten Dendrimeren (von griechisch dendron - Baum) in den menschlichen Körper. Diese Polymere wurden im letzten Jahrzehnt synthetisiert und haben eine grundlegend neue, nicht feste Struktur, die der Struktur von Korallen oder Holz ähnelt. Solche Polymere werden hyperverzweigt oder kaskadiert genannt. Diejenigen, bei denen die Verzweigung regelmäßig ist, werden Dendrimere genannt. Im Durchmesser erreicht jede solche Kugel oder jeder Nanosensor nur 5 Nanometer - 5 Milliardstel Meter, was es ermöglicht, Milliarden solcher Nanosensoren auf einem kleinen Bereich des Weltraums zu platzieren.

Sobald sie sich im Körper befinden, dringen diese winzigen Sensoren in die Lymphozyten ein, die weißen Blutkörperchen, die die Abwehrreaktion des Körpers gegen Infektionen und andere Krankheitserreger darstellen. Bei der Immunantwort lymphoider Zellen auf eine bestimmte Krankheit oder Umweltbedingungen - zum Beispiel eine Erkältung oder Strahlenbelastung - Proteinstruktur Zellen verändern sich. Jeder Nanosensor, der mit speziellen Chemikalien beschichtet ist, beginnt bei solchen Veränderungen zu leuchten.

Um dieses Leuchten zu sehen, werden Wissenschaftler ein spezielles Gerät entwickeln, das die Netzhaut scannt. Der Laser eines solchen Geräts sollte das Leuchten von Lymphozyten erkennen, wenn sie einzeln durch die engen Kapillaren des Augenhintergrunds strömen. Wenn genügend markierte Sensoren in den Lymphozyten vorhanden sind, wäre ein 15-Sekunden-Scan erforderlich, um Schäden an der Zelle zu erkennen, sagen die Wissenschaftler.

Hier werden die größten Auswirkungen der Nanotechnologie erwartet, da sie die Existenzgrundlage der Gesellschaft – den Menschen – betrifft. Die Nanotechnologie erreicht eine solche dimensionale Ebene der physischen Welt, auf der die Unterscheidung zwischen Lebendigem und Unbelebtem ins Wanken gerät – das sind molekulare Maschinen. Sogar ein Virus kann teilweise als lebendes System betrachtet werden, da es Informationen über seinen Aufbau enthält. Aber das Ribosom, obwohl es aus denselben Atomen besteht wie die gesamte organische Materie, enthält solche Informationen nicht und ist daher nur eine organische molekulare Maschine. Die Nanotechnologie in ihrer entwickelten Form beinhaltet die Konstruktion von Nanorobotern, molekularen Maschinen aus anorganischer atomarer Zusammensetzung, diese Maschinen werden in der Lage sein, ihre Kopien zu bauen, wenn sie Informationen über eine solche Konstruktion haben. Daher beginnt die Grenze zwischen Lebendigkeit und Nichtlebendigkeit zu verschwimmen. Bis heute wurde nur ein primitiver gehender DNA-Roboter geschaffen.

Die Nanomedizin wird durch folgende Möglichkeiten repräsentiert:

1. Labs on a Chip, gezielte Wirkstoffabgabe im Körper.

2. DNA - Chips (Erstellung individueller Medikamente).

3. Künstliche Enzyme und Antikörper.

4. Künstliche Organe, künstliche funktionelle Polymere (Ersatz für organisches Gewebe). Diese Richtung ist eng mit der Idee des künstlichen Lebens verbunden und führt in Zukunft zur Schaffung von Robotern mit künstlichem Bewusstsein und der Fähigkeit zur Selbstheilung auf molekularer Ebene. Dies liegt an der Erweiterung des Lebensbegriffs über das Organische hinaus

5. Nanoroboter-Chirurgen (Biomechanismen, die Veränderungen durchführen und medizinische Maßnahmen erfordern, Erkennung und Zerstörung von Krebszellen). Dies ist die radikalste Anwendung der Nanotechnologie in der Medizin, die die Schaffung molekularer Nanoroboter sein wird, die Infektionen und Krebstumore zerstören, beschädigte DNA, Gewebe und Organe reparieren, ganze Lebenserhaltungssysteme des Körpers duplizieren und die Eigenschaften des Körpers verändern können.

Betrachtet man ein einzelnes Atom als Baustein oder „Detail“, suchen Nanotechnologien praktische Wege aus diesen Teilen Materialien mit bestimmten Eigenschaften konstruieren. Viele Unternehmen wissen bereits, wie man Atome und Moleküle zu bestimmten Strukturen zusammensetzt.

Beliebige Moleküle werden künftig wie ein Kinderdesigner zusammengesetzt. Dazu ist der Einsatz von Nanorobotern (Nanobots) geplant. Tatsächlich kann jede beschreibbare chemisch stabile Struktur aufgebaut werden.. Da ein Nanobot programmiert werden kann, um jede Struktur zu bauen, insbesondere um einen anderen Nanobot zu bauen, werden sie sehr billig sein. Nanobots arbeiten in großen Gruppen und können beliebige Objekte mit geringen Kosten und hoher Genauigkeit erstellen. In der Medizin liegt das Problem beim Einsatz von Nanotechnologien in der Notwendigkeit, die Struktur der Zelle auf molekularer Ebene zu verändern, d.h. mit Hilfe von Nanobots "molekulare Chirurgie" durchzuführen. Es wird die Schaffung von molekularen Roboterärzten erwartet, die im menschlichen Körper „leben“ und alle auftretenden Schäden beseitigen oder deren Auftreten verhindern können.Durch die Manipulation einzelner Atome und Moleküle werden Nanobots in der Lage sein, Zellen zu reparieren. Die vorhergesagte Zeit für die Schaffung von Roboterärzten ist die erste Hälfte des 21. Jahrhunderts.

Trotz des derzeitigen Stands der Dinge sind Nanotechnologien als Kardinallösung für das Problem des Alterns mehr als vielversprechend.

Dies liegt daran, dass Nanotechnologien in vielen Branchen ein großes Potenzial für kommerzielle Anwendungen haben und dementsprechend neben ernsthafter staatlicher Förderung von vielen großen Unternehmen in dieser Richtung geforscht wird.

Es ist möglich, dass nach Verbesserungen sicherzustellen " ewige Jugend„Nanobots werden nicht mehr benötigt oder von der Zelle selbst produziert.

Um diese Ziele zu erreichen, muss die Menschheit drei Hauptfragen lösen:

1. Entwerfen und bauen Sie molekulare Roboter, die Moleküle reparieren können.
2. Entwerfen und erstellen Sie Nanocomputer, die Nanomaschinen steuern.
3. Erstellen Gesamte Beschreibung aller Moleküle im menschlichen Körper, mit anderen Worten, um eine Karte des menschlichen Körpers auf atomarer Ebene zu erstellen.

Die Hauptschwierigkeit bei der Nanotechnologie ist das Problem, den ersten Nanobot zu entwickeln. Es gibt mehrere vielversprechende Richtungen.

Eine davon ist, das Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop zu verbessern und Positionsgenauigkeit und Greifkraft zu erreichen.
Ein weiterer Weg zur Entstehung des ersten Nanobots führt über die chemische Synthese. Vielleicht das Entwerfen und Synthetisieren ausgeklügelter chemischer Komponenten, die in Lösung zur Selbstorganisation fähig wären.
Und ein anderer Weg führt über die Biochemie. Ribosomen (innerhalb der Zelle) sind spezialisierte Nanobots, und wir können sie verwenden, um vielseitigere Roboter zu erschaffen.

Diese Nanobots werden in der Lage sein, den Alterungsprozess zu verlangsamen, einzelne Zellen zu behandeln und mit einzelnen Neuronen zu interagieren.

Die Forschungsarbeiten haben vor relativ kurzer Zeit begonnen, aber das Tempo der Entdeckungen in diesem Bereich ist extrem hoch, viele glauben, dass dies die Zukunft der Medizin ist.

1.2.3 Nanotechnologie in der Lebensmittelindustrie

Nanofood (Nanofood) ist ein neuer, obskurer und unansehnlicher Begriff. Nahrung für Nanomenschen? Sehr kleine Portionen? Lebensmittel aus Nanofabriken? Nein, natürlich. Aber dennoch ist es ein merkwürdiger Trend in der Lebensmittelindustrie. Es stellt sich heraus, dass Nanoeating eine ganze Reihe wissenschaftlicher Ideen ist, die bereits auf dem Weg zur Umsetzung und Anwendung in der Industrie sind. Erstens kann die Nanotechnologie Lebensmittelherstellern einzigartige Möglichkeiten für die vollständige Echtzeitüberwachung der Qualität und Sicherheit von Produkten direkt im Produktionsprozess bieten. Die Rede ist von Diagnosemaschinen mit verschiedenen Nanosensoren oder sogenannten Quantenpunkten, die kleinste chemische Verunreinigungen oder gefährliche biologische Wirkstoffe in Produkten schnell und zuverlässig erkennen können. Und die Lebensmittelproduktion sowie deren Transport und Lagerungsmethoden können ihren Anteil an nützlichen Innovationen aus der Nanotechnologieindustrie erhalten. Laut Wissenschaftlern werden die ersten massenproduzierten Maschinen dieser Art in den nächsten vier Jahren in der Massenproduktion von Lebensmitteln auftauchen. Aber auch radikalere Ideen stehen auf der Agenda. Sind Sie bereit, Nanopartikel zu schlucken, die Sie nicht sehen können? Was aber, wenn Nanopartikel gezielt eingesetzt werden, um nützliche Substanzen und Medikamente an genau ausgewählte Körperstellen zu bringen? Was wäre, wenn solche Nanokapseln eingeführt werden könnten Lebensmittel? Bisher hat noch niemand Nanofood verwendet, aber Vorentwicklungen sind bereits im Gange. Experten sagen, dass essbare Nanopartikel aus Silizium, Keramik oder Polymeren hergestellt werden können. Und natürlich - organische Stoffe. Und wenn hinsichtlich der Sicherheit der sogenannten "weichen" Partikel, die in Struktur und Zusammensetzung biologischen Materialien ähneln, alles klar ist, dann sind "harte" Partikel aus anorganischen Stoffen ein großer weißer Fleck am Schnittpunkt zweier Territorien - Nanotechnologie und Biologie. Wissenschaftler können noch nicht sagen, welche Wege solche Partikel im Körper zurücklegen und wo sie dabei aufhören. Dies bleibt abzuwarten. Einige Experten zeichnen jedoch bereits futuristische Bilder der Vorteile von Nano-Essern. Zusätzlich zur Lieferung wertvoller Nährstoffe an die richtigen Zellen. Die Idee ist folgende: Jeder kauft das gleiche Getränk, aber dann kann der Konsument die Nanopartikel selbst steuern, sodass sich Geschmack, Farbe, Aroma und Konzentration des Getränks vor seinen Augen verändern.

1.2.4 Nanotechnologie im Militär

Die militärische Nutzung von Nanotechnologien eröffnet eine qualitativ neue Ebene militärisch-technischer Dominanz in der Welt. Die Hauptrichtungen bei der Schaffung neuer Waffen auf Basis der Nanotechnologie können in Betracht gezogen werden:

1. Schaffung neuer leistungsstarker Miniatursprengkörper.

2. Zerstörung von Makrogeräten auf Nanoebene.

3. Spionage und Schmerzunterdrückung durch Neurotechnologien.

4. Biologische Waffen und Nanogeräte der genetischen Führung.

5. Nanoausrüstung für Soldaten.

6. Schutz vor chemischen und biologischen Waffen.

7. Nanogeräte in Kontrollsystemen für militärische Ausrüstung.

8. Nanobeschichtungen für militärische Ausrüstung.

Die Nanotechnologie wird die Herstellung starker Sprengstoffe ermöglichen. Die Größe von Sprengstoffen kann um das Zehnfache reduziert werden. Ein Angriff von Lenkflugkörpern mit Nanosprengstoffen auf Wiederaufbereitungsanlagen für Kernbrennstoffe könnte dem Land die physische Fähigkeit nehmen, waffenfähiges Plutonium zu produzieren. Die Einführung kleiner Robotergeräte in elektronische Geräte kann den Betrieb elektrischer Schaltungen und Mechanik mit Hilfe von stören. Der Ausfall von Kontrollzentren und Kommandoposten kann nicht verhindert werden, wenn die Nanogeräte nicht isoliert werden. Roboter zur Demontage von Materialien auf atomarer Ebene werden zu einer mächtigen Waffe, die die Panzerung von Panzern, Betonstrukturen von Bunkern und Rümpfen in Staub verwandelt Kernreaktoren und die Leichen von Soldaten. Aber das ist noch immer nur die Aussicht auf eine fortgeschrittene Form der Nanotechnologie. Inzwischen wird auf dem Gebiet der neuronalen Technologien geforscht, deren Entwicklung zur Entstehung militärischer Nanogeräte führen wird, die Spionage betreiben oder die Kontrolle über die Funktionen des menschlichen Körpers abfangen, indem sie die Verbindung mit Nanogeräten nutzen nervöses System. NASA-Labors haben bereits Betriebsmuster von Geräten zum Abfangen interner Sprache erstellt. Photonische Komponenten auf Nanostrukturen, die riesige Informationsmengen empfangen und verarbeiten können, werden zur Grundlage von Weltraumüberwachungs-, Bodenüberwachungs- und Spionagesystemen. Mit Hilfe von im Gehirn eingebetteten Nanogeräten ist es möglich, „künstliches“ (technisches) Sehen mit einem im Vergleich zum biologischen Sehen erweiterten Wahrnehmungsspektrum zu erreichen. Ein in Körper und Gehirn implantiertes Schmerzunterdrückungssystem für Soldaten, Neurochips, werden entwickelt.

Die nächste Anwendung der Nanotechnologie im militärischen Bereich sind genetische Steuerungs-Nanogeräte. Ein genetisch gesteuertes Nanogerät kann so programmiert werden, dass es abhängig von der genetischen Struktur der DNA der Zelle, in der es sich befindet, bestimmte zerstörerische Aktionen ausführt. Als Bedingung für die Geräteaktivierung wird eine eindeutige Site festgelegt genetischer Code eine bestimmte Person oder eine Aktionsvorlage für eine Gruppe von Personen. Ohne Nanobot-Erkennungswerkzeuge wäre es praktisch unmöglich, eine normale Epidemie von ethnischen Säuberungen zu unterscheiden. Nanogeräte funktionieren nur gegen eine bestimmte Art von Menschen und unter streng definierten Bedingungen. Einmal im Körper manifestiert sich das Nanogerät bis zum Aktivierungsbefehl in keiner Weise. Die nächste Anwendung der Nanotechnologie ist die Ausrüstung und Ausrüstung von Soldaten. Es wird vorgeschlagen, aus einer Person, Uniformen und Waffen eine Art Hybrid zu machen, dessen Elemente so eng miteinander verbunden sein werden, dass ein voll ausgestatteter Soldat der Zukunft als eigenständiger Organismus bezeichnet werden kann.

Die Nanotechnologie hat einen Durchbruch bei der Herstellung von Rüstungen und Körperpanzern gebracht.

Militärische Ausrüstung soll mit einem speziellen "elektromechanischen Lack" ausgestattet werden, der die Farbe ändert und Korrosion verhindert. Nanopaint wird in der Lage sein, kleine Schäden am Körper der Maschine zu "straffen", und wird aus einer großen Anzahl von Nanomechanismen bestehen, die es ermöglichen, alle oben genannten Funktionen auszuführen. Mit Hilfe eines Systems optischer Matrizen, die separate Nanomaschinen in „Lack“ darstellen, wollen die Forscher den Effekt der Unsichtbarkeit eines Autos oder Flugzeugs erreichen.

Die Nanotechnologie wird Veränderungen im militärischen Bereich bringen. Neues qualitativ verändertes und unkontrolliertes Wettrüsten. Die Kontrolle über die Nanotechnologie kann nur in einer globalen Zivilisation wirklich durchgeführt werden. Die Nanotechnologie wird die vollständige Mechanisierung der Feldkriegsführung ermöglichen, ohne die Anwesenheit modernisierter Soldaten.

Daher ist die Hauptschlussfolgerung über das Ergebnis des Eindringens der Nanotechnologie in den Waffenbereich die Aussicht auf die Bildung einer globalen Gesellschaft, die in der Lage ist, die Nanotechnologie und das Wettrüsten zu kontrollieren. Dieser Trend des Universalismus wird von der Rationalität der technogenen Zivilisation bestimmt und bringt ihre Interessen und Werte zum Ausdruck.

Fazit

Nachdem ich den Begriff Nanotechnologie erläutert, seine Perspektiven skizziert und mögliche Gefahren und Bedrohungen angesprochen habe, möchte ich ein Fazit ziehen. Ich glaube, dass die Nanotechnologie eine junge Wissenschaft ist, deren Ergebnisse sich bis zur Unkenntlichkeit verändern können die Umwelt. Und was werden diese Veränderungen sein - nützlich, das Leben unvergleichlich erleichternd, oder schädlich, Menschheit bedrohen- hängt vom gegenseitigen Verständnis und der Vernunft der Menschen ab. Und gegenseitiges Verständnis und Vernunft hängen direkt von der Ebene der Menschlichkeit ab, was die Verantwortung einer Person für ihre Handlungen impliziert. Daher ist die wichtigste Notwendigkeit in den letzten Jahren vor dem unvermeidlichen nanotechnologischen "Boom" die Bildung von Philanthropie. Nur vernünftige und humane Menschen können Nanotechnologien zu einem Sprungbrett zum Verständnis des Universums und ihres Platzes in diesem Universum machen.

Referenzliste

Grundlagen der objektorientierten Programmierung in Delphi: Proc. Zulage / V. V. Kuznetsov, I. V. Abdrashitova; Ed. T. B. Korneeva. - Hrsg. 3., überarbeitet. und zusätzlich - Tomsk, 2008. - 120 p.
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Kobayashi N. Einführung in die Nanotechnologie / N. Kobayashi. - M.: Binom, 2005 - 134s
Chaplygin A. Nanotechnologien in der Elektronik / A. Chaplygin. - 2005 M.: Technosphäre
http:// www.delphi.com
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Y. SWIDINENKO, Ingenieur-Physiker

Nanostrukturen werden herkömmliche Transistoren ersetzen.

Der kompakte nanotechnologische Ausbildungsaufbau „UMKA“ ermöglicht Manipulationen mit einzelnen Atomgruppen.

Mit Hilfe der Installation "UMKA" ist es möglich, die Oberfläche der DVD zu untersuchen.

Für angehende Nanotechnologen ist bereits ein Lehrbuch erschienen.

Nanotechnologien, die im letzten Viertel des 20. Jahrhunderts auftauchten, entwickeln sich rasant. Fast jeden Monat gibt es Berichte über neue Projekte, die vor ein oder zwei Jahren noch wie eine absolute Fantasie erschienen. Laut Definition des Pioniers dieser Richtung, Eric Drexler, ist Nanotechnologie „eine erwartete Produktionstechnologie, die sich auf die billige Produktion von Geräten und Substanzen mit einer vorbestimmten atomaren Struktur konzentriert“. Das heißt, es bearbeitet einzelne Atome, um Strukturen mit atomarer Präzision zu erhalten. Dies ist der grundlegende Unterschied zwischen Nanotechnologien und modernen „Bulk“-Technologien, die Makroobjekte manipulieren.

Wir erinnern den Leser daran, dass Nano ein Präfix ist, das 10 -9 bezeichnet. Auf einem ein Nanometer langen Segment lassen sich acht Sauerstoffatome anordnen.

Nanoobjekte (z. B. Metallnanopartikel) haben in der Regel physikalische und Chemische Eigenschaften, die sich sowohl von den Eigenschaften größerer Objekte aus demselben Material als auch von den Eigenschaften einzelner Atome unterscheiden. Nehmen wir an, der Schmelzpunkt von Goldpartikeln mit einer Größe von 5-10 nm liegt Hunderte von Grad niedriger als der Schmelzpunkt eines Goldstücks mit einem Volumen von 1 cm 3 .

Die Forschung im Nanobereich liegt an der Schnittstelle der Wissenschaften, häufig berührt die materialwissenschaftliche Forschung die Bereiche Biotechnologie, Festkörperphysik und Elektronik.

Der weltweit führende Spezialist auf dem Gebiet der Nanomedizin, Robert Freitas, sagte: „Zukünftige Nanomaschinen müssen aus Milliarden von Atomen bestehen, daher wird ihr Design und Bau die Bemühungen eines Teams von Spezialisten erfordern. Jedes Design eines Nanoroboters erfordert die gemeinsamen Anstrengungen mehrerer Forschungsteams. An Design und Bau des Flugzeugs Boeing 777 waren viele Teams auf der ganzen Welt beteiligt. Der nanomedizinische Roboter der Zukunft, der aus einer Million (oder sogar mehr) funktionierenden Teilen besteht, wird in Bezug auf die Designkomplexität nicht einfacher sein als ein Flugzeug ."

NANOPRODUKTE UM UNS

Die Nanowelt ist komplex und noch relativ wenig erforscht und doch nicht so weit von uns entfernt, wie es noch vor einigen Jahren schien. Die meisten von uns verwenden regelmäßig irgendeine Form der Nanotechnologie, ohne es überhaupt zu merken. Moderne Mikroelektronik beispielsweise ist nicht mehr Mikro, sondern Nano: Die heute produzierten Transistoren – die Basis aller Chips – liegen im Bereich bis 90 nm. Und eine weitere Miniaturisierung elektronischer Bauteile auf 60, 45 und 30 nm ist bereits geplant.

Wie Vertreter der Firma Hewlett-Packard kürzlich ankündigten, werden zudem traditionell hergestellte Transistoren durch Nanostrukturen ersetzt. Ein solches Element sind drei wenige Nanometer breite Leiter, von denen zwei parallel und der dritte im rechten Winkel dazu angeordnet sind. Die Leiter berühren sich nicht, sondern gehen wie Brücken übereinander. Gleichzeitig steigen Molekülketten, die sich aus dem Material von Nanodrähten unter dem Einfluss einer an sie angelegten Spannung bilden, von den oberen Leitern zu den unteren ab. Schaltungen, die mit dieser Technologie gebaut wurden, haben bereits die Fähigkeit demonstriert, Daten zu speichern und logische Operationen auszuführen, dh Transistoren zu ersetzen.

Mit der neuen Technologie wird die Größe von Mikroschaltkreisteilen deutlich unter die Messlatte von 10-15 Nanometern fallen, auf eine Größenordnung, in der herkömmliche Halbleitertransistoren physikalisch einfach nicht funktionieren können. Wahrscheinlich werden bereits in der ersten Hälfte des nächsten Jahrzehnts serielle Mikroschaltkreise (immer noch traditionell, Silizium) erscheinen, in denen eine bestimmte Anzahl von Nanoelementen eingebaut wird, die mit der neuen Technologie hergestellt werden.

Kodak hat Ultima Inkjet-Papier im Jahr 2004 auf den Markt gebracht. Es hat neun Schichten. Die oberste Schicht besteht aus keramischen Nanopartikeln, die das Papier dicker und glänzender machen. Die inneren Schichten enthalten Pigment-Nanopartikel mit einer Größe von 10 nm, die die Druckqualität verbessern. Und die in der Zusammensetzung der Beschichtung enthaltenen Polymer-Nanopartikel tragen zur schnellen Fixierung der Farbe bei.

Der Direktor des US-Instituts für Nanotechnologie, Chad Mirkin, glaubt, dass „die Nanotechnologie alle Materialien neu aufbauen wird. Alle Materialien, die durch molekulare Produktion gewonnen werden, werden neu sein, da die Menschheit bisher nicht die Möglichkeit hatte, Nanostrukturen zu entwickeln und herzustellen. Jetzt verwenden wir sie nur noch in der Industrie.“ das, was uns die Natur gibt. Wir machen Bretter aus Holz, Drähte aus leitfähigem Metall. Der nanotechnologische Ansatz ist, dass wir fast alles verarbeiten Natürliche Ressourcen in die sogenannten "Bausteine", die die Basis der zukünftigen Industrie bilden werden."

Jetzt sehen wir bereits den Beginn einer Nanorevolution: Das sind neue Computerchips, neue Stoffe, die keine Flecken hinterlassen, und der Einsatz von Nanopartikeln in der medizinischen Diagnostik (siehe auch „Wissenschaft und Leben“ Nr. ,, 2005). Auch die Kosmetikindustrie interessiert sich für Nanomaterialien. Sie können viele neue, nicht standardmäßige Richtungen in der Kosmetik schaffen, die es vorher nicht gab.

Im Nanobereich weist fast jedes Material einzigartige Eigenschaften auf. Beispielsweise ist von Silberionen bekannt, dass sie eine antiseptische Wirkung haben. Eine Lösung aus Silber-Nanopartikeln hat eine deutlich höhere Aktivität. Wenn Sie einen Verband mit dieser Lösung behandeln und auftragen eiternde Wunde, geht die Entzündung vorbei und die Wunde heilt schneller als mit herkömmlichen Antiseptika.

Der heimische Konzern "Nanoindustry" hat eine Technologie zur Herstellung von Silber-Nanopartikeln entwickelt, die in Lösungen und im adsorbierten Zustand stabil sind. Die resultierenden Arzneimittel haben ein breites Spektrum an antimikrobieller Aktivität. So wurde es möglich, mit einer geringfügigen Änderung des technologischen Prozesses von Herstellern bestehender Produkte eine ganze Reihe von Produkten mit antimikrobiellen Eigenschaften zu schaffen.

Silbernanopartikel können verwendet werden, um traditionelle und neue Materialien, Beschichtungen, Desinfektions- und Reinigungsmittel (einschließlich Zahn- und Reinigungspasten, Waschpulver, Seifen) und Kosmetika zu modifizieren. Mit Silber-Nanopartikeln modifizierte Beschichtungen und Materialien (Verbundwerkstoffe, Textilien, Lacke, Carbon u. a.) können als prophylaktische antimikrobielle Schutzausrüstung dort eingesetzt werden, wo das Risiko einer Infektionsverbreitung erhöht ist: im Verkehrswesen, in der öffentlichen Gastronomie, in land- und viehwirtschaftlichen Gebäuden , im Kinder-, Sport-, medizinische Einrichtungen. Silbernanopartikel können verwendet werden, um Wasser zu reinigen und Krankheitserreger in Klimaanlagenfiltern, Schwimmbädern, Duschen und anderen ähnlichen öffentlichen Orten abzutöten.

Ähnliche Produkte werden auch im Ausland produziert. Ein Unternehmen stellt Beschichtungen mit Silber-Nanopartikeln zur Behandlung chronischer Entzündungen und offener Wunden her.

Eine andere Art von Nanomaterialien sind Kohlenstoffnanoröhren mit kolossaler Festigkeit (siehe "Science and Life" Nr. 5, 2002; Nr. 6, 2003). Das sind eigentümliche zylindrische Polymermoleküle mit einem Durchmesser von etwa einem halben Nanometer und einer Länge von bis zu mehreren Mikrometern. Sie wurden erstmals vor weniger als 10 Jahren als entdeckt Nebenprodukte Synthese von C 60 -Fulleren. Dennoch lassen sich bereits jetzt auf Basis von Carbon Nanotubes elektronische Geräte Nanometergrößen. Es wird erwartet, dass sie in absehbarer Zeit viele Elemente in den elektronischen Schaltungen verschiedener Geräte, einschließlich moderner Computer, ersetzen werden.

Doch nicht nur in der Elektronik kommen Nanoröhren zum Einsatz. Es gibt bereits im Handel erhältliche Tennisschläger, die mit Kohlenstoffnanoröhren verstärkt sind, um das Verdrehen zu begrenzen und mehr Schlagkraft zu bieten. Sie werden auch in einigen Teilen von Sporträdern verwendet.

RUSSLAND AUF DEM MARKT DER NANOTECHNOLOGIEN

Das inländische Unternehmen "Nanotechnology News Network" hat kürzlich eine weitere Neuheit in Russland eingeführt - selbstreinigende Nanobeschichtungen. Es reicht aus, das Autoglas mit einer speziellen Lösung mit Siliziumdioxid-Nanopartikeln zu besprühen, und Schmutz und Wasser bleiben 50.000 km lang nicht daran haften. Auf dem Glas bleibt eine hauchdünne transparente Schicht zurück, an der sich Wasser einfach nicht festsetzen kann und die mit dem Schmutz abrollt. Zunächst interessierten sich die Eigentümer von Wolkenkratzern für die Neuheit - viel Geld wird für das Waschen der Fassaden dieser Gebäude ausgegeben. Es gibt solche Zusammensetzungen zum Beschichten von Keramik, Stein, Holz und sogar Kleidung.

Es muss gesagt werden, dass einige russische Organisationen bereits erfolgreich auf dem internationalen Nanotechnologiemarkt tätig sind.

Der Konzern „Nanoindustrie“ beispielsweise verfügt über eine Reihe von nanotechnologischen Produkten, die in verschiedenen Branchen anwendbar sind. Dies sind die reduzierende Zusammensetzung „RVS“ und Silber-Nanopartikel für Biotechnologie und Medizin, die industrielle nanotechnologische Anlage „LUCH-1,2“ und die pädagogische nanotechnologische Anlage „UMKA“.

Die RVS-Zusammensetzung, die vor Verschleiß schützen und fast alle reibenden Metalloberflächen wiederherstellen kann, wird auf der Basis von adaptiven Nanopartikeln hergestellt. Mit diesem Werkzeug können Sie eine modifizierte kohlenstoffreiche Eisensilikat-Schutzschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 1,5 mm in Bereichen mit intensiver Reibung von Metalloberflächen (z. B. in Reibungspaaren in Verbrennungsmotoren) erstellen. Wenn Sie eine solche Zusammensetzung für Öl in das Kurbelgehäuse gießen, können Sie das Problem des Motorverschleißes für lange Zeit vergessen. Während des Betriebs werden mechanische Teile durch Reibung erhitzt, diese Erwärmung führt dazu, dass metallische Nanopartikel an beschädigten Stellen haften bleiben. Übermäßiges Wachstum führt zu einer stärkeren Erwärmung und die Nanopartikel verlieren ihre Haftfähigkeit. Somit wird das Gleichgewicht in der Reibeinheit ständig aufrechterhalten und die Teile verschleißen praktisch nicht.

Von besonderem Interesse ist der Komplex der nanotechnologischen Ausrüstung "UMKA", der für Demonstration, Forschung und bestimmt ist Labor arbeit auf atomar-molekularer Ebene in den Bereichen Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Genetik und anderen Grundlagen- und angewandten Wissenschaften. Beispielsweise wurde kürzlich ein DVD-Oberflächenbild mit einer Auflösung von 0,3 Mikron darauf erhalten, und dies ist nicht die Grenze. Die einzigartige Technologie des Arbeitens mit Picoampere-Strömen ermöglicht es, selbst schwach leitfähige biologische Proben ohne vorherige Metallabscheidung zu scannen (normalerweise ist es erforderlich, dass die oberste Schicht der Probe leitfähig ist). „UMKA“ hat eine hohe Temperaturstabilität, die Langzeitmanipulationen mit einzelnen Atomgruppen ermöglicht, und eine hohe Scangeschwindigkeit, die es ermöglicht, schnelle Prozesse zu beobachten.

Der Hauptbereich des "UMKA" -Komplexes ist die Ausbildung in modernen praktische Methoden Arbeiten mit nanoskaligen Strukturen. Der UMKA-Komplex umfasst: ein Tunnelmikroskop, ein Vibrationsschutzsystem, eine Reihe von Testmustern, Verbrauchsmaterialien und Werkzeuge. Die Geräte passen in ein kleines Gehäuse, funktionieren unter Raumbedingungen und kosten weniger als 8.000 Dollar. Experimente können von einem normalen PC aus gesteuert werden.

Im Januar 2005 wurde der erste russische Online-Shop für Produkte der Nanotechnologie eröffnet. Die permanente Adresse des Geschäfts im Internet lautet www.nanobot.ru

SICHERHEITSPROBLEME

Kürzlich wurde festgestellt, dass sphärische C 60 -Moleküle namens Fullerene schwere Krankheiten verursachen und die Umwelt schädigen können. Die Toxizität von wasserlöslichen Fullerenen bei Exposition gegenüber menschlichen Zellen zweier verschiedener Arten wurde von Forschern der Universitäten von Rice und Georgia (USA) festgestellt.

Chemieprofessorin Vicki Colvin von der Rice University und seine Kollegen fanden heraus, dass beim Auflösen von Fullerenen in Wasser C 60 -Kolloide entstehen, die bei Kontakt mit menschlichen Hautzellen und Leberkrebszellen deren Tod verursachen. In diesem Fall war die Konzentration von Fullerenen im Wasser sehr gering: ~20 C 60 Moleküle pro 1 Milliarde Wassermoleküle. Gleichzeitig zeigten die Forscher, dass die Toxizität von Molekülen von der Modifikation ihrer Oberfläche abhängt.

Die Forscher vermuten, dass die Toxizität einfacher C 60 -Fullerene darauf zurückzuführen ist, dass ihre Oberfläche in der Lage ist, Superoxid-Anionen zu produzieren. Diese Radikale schädigen Zellmembranen und führen zum Zelltod.

Colvin und seine Kollegen sagten, dass solch eine negative Eigenschaft von Fullerenen für immer genutzt werden kann – für die Behandlung von Krebstumoren. Es ist nur notwendig, den Mechanismus der Bildung von Sauerstoffradikalen im Detail aufzuklären. Offensichtlich wird es auf der Basis von Fullerenen möglich sein, superwirksame antibakterielle Medikamente herzustellen.

Gleichzeitig erscheint Wissenschaftlern die Gefahr der Verwendung von Fullerenen in Verbraucherprodukten durchaus real.

Anscheinend hat die US-amerikanische Food and Drug Safety Commission (FDA) deshalb kürzlich die Notwendigkeit angekündigt, eine breite Palette von Produkten (Lebensmittel, Kosmetika, Medikamente, Apparate und Veterinärmedizin) zu lizenzieren und zu regulieren, die mit Nanotechnologie und unter Verwendung von Nanomaterialien und Nanostrukturen hergestellt werden.

NANOTECHNOLOGIEN BRAUCHEN STAATLICHE FÖRDERUNG

Leider gibt es in Russland noch kein staatliches Programm zur Entwicklung von Nanotechnologien. (Im Jahr 2005 wurde das US-Nanotechnologieprogramm übrigens fünf Jahre alt.) Ohne Zweifel würde die Existenz eines zentralisierten staatlichen Programms zur Entwicklung der Nanotechnologie bei der praktischen Umsetzung von Forschungsergebnissen sehr helfen. Leider erfahren wir aus ausländischen Quellen, dass es im Land erfolgreiche Entwicklungen auf dem Gebiet der Nanotechnologien gibt. Beispielsweise kündigte das US Standards Institute im Sommer die Entwicklung der kleinsten Atomuhr der Welt an. Wie sich herausstellte, arbeitete auch das russische Team an ihrer Kreation.

In Russland gibt es kein staatliches Programm, aber Forscher und Enthusiasten: Im vergangenen Jahr brachte die Youth Scientific Society (YES) mehr als 500 junge Wissenschaftler, Doktoranden und Studenten zusammen, die über die Zukunft ihres Landes nachdenken. Für eine detaillierte Untersuchung der Probleme der Nanotechnologie wurde im Februar 2004 auf der Grundlage des INR eine Analysefirma „Nanotechnology News Network (NNN)“ gegründet, die Hunderte von Open-World-Quellen in diesem Bereich überwacht und über 4.500 verarbeitet hat Informationsmeldungen aus ausländischen und russischen Medien, Artikel, Pressemitteilungen und Expertenkommentare. Es wurden die Websites www.mno.ru und www.nanonewsnet.ru eingerichtet, mit denen mehr als 170.000 Bürger Russlands und der GUS bekannt geworden sind.

WETTBEWERB VON JUGENDPROJEKTEN

Im April 2004 wurde zusammen mit dem Konzern "Nanoindustry" mit Unterstützung der "Uniastrum Bank" der erste gesamtrussische Wettbewerb für Jugendprojekte zur Schaffung einheimischer molekularer Nanotechnologie erfolgreich durchgeführt, der großes Interesse bei russischen Wissenschaftlern weckte.

Die Gewinner des Wettbewerbs präsentierten herausragende Entwicklungen: Der erste Platz ging an ein Team junger Wissenschaftler der gleichnamigen Russian Chemical Technical University. D. I. Mendeleev unter der Leitung der Kandidatin der chemischen Wissenschaften Galina Popova, die biomimetische (biomimetische - Nachahmung von in der Natur vorkommenden Strukturen) Materialien für optische Nanosensoren, molekulare Elektronik und Biomedizin geschaffen hat. Den zweiten Platz belegte ein Postgraduierter der Staatlichen Pädagogischen Universität Taschkent. Nizami Marina Fomina, die ein System zur gezielten Abgabe von Medikamenten an erkranktes Gewebe entwickelt hat, und der dritte - Alexei Khasanov, ein Schuljunge aus Tomsk, der Autor der Technologie zur Herstellung von nanokeramischen Materialien mit einzigartigen Eigenschaften. Die Gewinner erhielten wertvolle Sachpreise.

Mit Unterstützung der Bank wurde ein populärwissenschaftliches Lehrbuch „Nanotechnologien für alle“ entwickelt und zur Veröffentlichung vorbereitet, das von führenden Wissenschaftlern hoch gelobt wird.

Im Dezember 2004 gab NNN, das zur führenden analytischen Agentur auf dem Gebiet der Nanotechnologie wurde, den Start des Zweiten Gesamtrussischen Wettbewerbs für Jugendprojekte im Dezember 2004 bekannt, dessen Hauptsponsor erneut die mit den Ergebnissen zufriedene Uniastrum Bank war des ersten Wettbewerbs. Außerdem ist Powercom, ein internationaler Hersteller von unterbrechungsfreien Stromversorgungen, dieses Mal auch Sponsor geworden. Die Zeitschrift „Science and Life“ beteiligt sich aktiv an der Vorbereitung und Berichterstattung über den Wettbewerb.

Der Zweck des Wettbewerbs besteht darin, talentierte junge Menschen für die Entwicklung von Nanotechnologien in ihrem eigenen Land und nicht im Ausland zu gewinnen.

Der Gewinner des Wettbewerbs erhält das Nanotechnologische Labor UMKA. Die Zweit- und Drittplatzierten erhalten moderne Laptops; Die besten Teilnehmer erhalten ein kostenloses Abonnement des Magazins Science and Life. Als Preise werden Reparatur- und Restaurierungskits für Fahrzeuge auf Basis von Nanopartikeln, ein Abonnement der Zeitschrift „Universum“ und monatliche CDs „The World of Nanotechnologies“ ausgelobt.

Die Schwerpunkte der Projekte sind äußerst vielfältig: von vielversprechenden Nanomaterialien für die Automobilindustrie und die Luftfahrt bis hin zu Implantaten und neurotechnologischen Schnittstellen. Detaillierte Materialien des Wettbewerbs sind auf der Website www.nanonewsnet.ru verfügbar.

Im Dezember 2004 veranstaltete die Stadt Fryazino (Region Moskau) die erste Konferenz, die sich der industriellen Nutzung von Nanotechnologien widmete, wo Wissenschaftler Dutzende von Entwicklungen vorstellten, die zur Umsetzung in die Produktion bereit waren. Darunter sind neue Materialien auf Basis von Nanoröhren, ultrastarke Beschichtungen, Gleitmittel, leitfähige Polymere für flexible Elektronik, superkapazitive Kondensatoren usw.

Die Nanotechnologie in Russland gewinnt an Dynamik. Sofern die Forschung jedoch nicht vom Land oder einem umfassenden Bundesprogramm koordiniert wird, bessere Seite Höchstwahrscheinlich wird sich nichts ändern. Für angehende Nanotechnologen ist bereits ein Lehrbuch erschienen.

Stellen Sie sich vor: Sie trinken ein Glas Wasser, das mit mikroskopisch kleinen Robotern gefüllt ist. Ihre Größe ist so klein, dass man sie nicht sehen kann. Nachdem Sie sie jedoch getrunken haben, beginnen sie, auf Ihren Körper einzuwirken, Wunden zu heilen und bei Bedarf eine Art "Pflaster" anzubringen. Ein Nanometer ist ein Millionstel eines Meters. Dies ist die Größenordnung, in der die Nanotechnologie operiert. Ihre Tätigkeit ist nicht speziell auf den medizinischen Bereich beschränkt, sondern geht im Gegenteil in den Bereich der Hochtechnologien, jedoch ist die Entwicklung der Nanotechnologien sowohl finanziell als auch intellektuell sehr kostspielig.

Wahrscheinlich hat jeder von uns in der Kindheit davon geträumt. Nun, offenbar in Erinnerung an ihre Kindheitsträume entwickelten die Forscher eine echte künstliche Haut, die wie ein Chamäleon ihre Farbe wechseln kann. Laut Wissenschaftlern kann eine solche Erfindung in der Tarnung und bei der Entwicklung großflächiger dynamischer Displays eingesetzt werden. Solche Nachrichten erscheinen regelmäßig in der Presse. Ist es diesmal wirklich anders?

Trotz all des Hypes um ihn, all seiner Eigenschaften und der Versprechungen der Wissenschaftler mag es Sie überraschen, dass dieses Material immer noch nicht weit verbreitet ist. Wie sich herausstellt, ist dies nicht überraschend. Ein internationales Team von Wissenschaftlern analysierte Proben von Graphen, die von 60 Unternehmen auf der ganzen Welt hergestellt wurden, und kam zu dem Schluss, dass sie alle tatsächlich mit der Produktion und dem Verkauf von ultradünnem Material auf Kohlenstoffbasis beschäftigt sind, für dessen Erfindung ihre Schöpfer verantwortlich sind erhielt den Nobelpreis, sondern gewöhnlichen Müll, den Sie auch zu Wucherpreisen verkaufen.

Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation

Städtische Bildungseinrichtung

Sekundarschule - Internat Nr. 1 der Sekundarstufe (komplett)

Allgemeinbildung in Tomsk

AUFSATZ

Zu diesem Thema: Nanotechnologie in der modernen Welt

Aufgeführt: 8A-Klasse-Schüler

Sakhnenko Maria

Supervisor: Pakhorukova D.P.

Physik Lehrer

Tomsk 2010

EINLEITUNG

Derzeit wissen nur wenige, was Nanotechnologie ist, obwohl die Zukunft hinter dieser Wissenschaft liegt. Das Hauptziel meiner Arbeit ist es, mich mit Nanotechnologie vertraut zu machen. Ich möchte auch die Anwendung dieser Wissenschaft in verschiedenen Branchen herausfinden und herausfinden, ob Nanotechnologie für den Menschen gefährlich sein kann.

1. NANOTECHNOLOGIEN IN DER MODERNEN WELT

1.1.Entstehungsgeschichte der Nanotechnologie

Als Großvater der Nanotechnologie kann der griechische Philosoph Demokrit angesehen werden. Er benutzte zuerst das Wort "Atom", um das kleinste Teilchen der Materie zu beschreiben. Seit mehr als zwanzig Jahrhunderten versuchen Menschen, in das Geheimnis der Struktur dieses Teilchens einzudringen. Die Lösung dieser für viele Generationen von Physikern unerträglichen Aufgabe wurde in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts möglich, nachdem die deutschen Physiker Max Knoll und Ernst Ruska ein Elektronenmikroskop geschaffen hatten, das erstmals die Untersuchung von Nanoobjekten ermöglichte.

Viele Quellen, vor allem in englischer Sprache, bringen die erste Erwähnung der später als Nanotechnologie bezeichneten Methoden mit Richard Feynmans berühmter Rede "There's Plenty of Roo at the Bottom" in Verbindung, die er 1959 im California Institute of Technology auf der Jahrestagung der die American Physical Society. Richard Feynman schlug vor, dass es möglich wäre, einzelne Atome mit einem Manipulator entsprechender Größe mechanisch zu bewegen, zumindest würde ein solcher Vorgang den heute bekannten physikalischen Gesetzen nicht widersprechen.

Er schlug vor, diesen Manipulator auf folgende Weise auszuführen. Es ist notwendig, einen Mechanismus zu bauen, der seine eigene Kopie erstellt, nur um eine Größenordnung kleiner. Der erstellte kleinere Mechanismus muss erneut seine Kopie erstellen, wiederum um eine Größenordnung kleiner, und so weiter, bis die Abmessungen des Mechanismus den Abmessungen in der Größenordnung eines Atoms entsprechen. Gleichzeitig müssen Änderungen in der Struktur dieses Mechanismus vorgenommen werden, da die im Makrokosmos wirkenden Schwerkraftkräfte immer weniger Einfluss haben und die Kräfte intermolekularer Wechselwirkungen die Funktionsweise des Mechanismus zunehmend beeinflussen werden. Die letzte Stufe - der resultierende Mechanismus wird seine Kopie aus einzelnen Atomen zusammensetzen. Die Anzahl solcher Kopien ist im Prinzip unbegrenzt, es wird möglich sein, in kurzer Zeit eine beliebige Anzahl solcher Maschinen zu erstellen. Diese Maschinen werden in der Lage sein, Makrodinge auf die gleiche Weise durch Atom-für-Atom-Montage zusammenzubauen. Dies wird die Dinge um eine Größenordnung billiger machen - solche Roboter (Nanoroboter) müssen nur die erforderliche Anzahl von Molekülen und Energie erhalten und ein Programm schreiben, um die erforderlichen Elemente zusammenzubauen. Bisher konnte niemand diese Möglichkeit widerlegen, aber es ist noch niemandem gelungen, solche Mechanismen zu schaffen. Der grundlegende Nachteil eines solchen Roboters ist die Unmöglichkeit, einen Mechanismus aus einem einzigen Atom zu erstellen.

So beschrieb R. Feynman den von ihm vorgeschlagenen Manipulator:

ich denke über Erstellen eines elektrisch gesteuerten Systems , das "Wartungsroboter" verwendet, die auf die übliche Weise in Form von um das Vierfache reduzierten Kopien der "Hände" des Bedieners hergestellt werden. Solche Mikromechanismen werden in der Lage sein, Operationen in einem reduzierten Maßstab leicht auszuführen. Ich spreche von winzigen Robotern, die mit Servomotoren und kleinen "Armen" ausgestattet sind, die gleichermaßen kleine Schrauben und Muttern drehen, sehr kleine Löcher bohren können usw. Kurz gesagt, sie werden in der Lage sein, die ganze Arbeit im Maßstab 1:4 zu erledigen. Dazu müssen Sie natürlich zunächst die erforderlichen Mechanismen, Werkzeuge und Manipulatorarme in einem Viertel der üblichen Größe herstellen (tatsächlich ist klar, dass dies eine 16-fache Reduzierung aller Kontaktflächen bedeutet). Im letzten Schritt werden diese Geräte mit Servomotoren (mit 16-facher Leistungsuntersetzung) ausgestattet und an eine konventionelle elektrische Steuerung angeschlossen. Danach können um das 16-fache reduzierte Manipulatorarme eingesetzt werden! Der Anwendungsbereich solcher Mikroroboter sowie Mikromaschinen kann sehr breit sein – von chirurgischen Eingriffen bis hin zum Transport und der Verarbeitung radioaktiver Materialien. Ich hoffe, dass das Prinzip des vorgeschlagenen Programms sowie die damit verbundenen unerwarteten Probleme und brillanten Möglichkeiten klar sind. Darüber hinaus kann man über die Möglichkeit einer weiteren erheblichen Reduzierung des Maßstabs nachdenken, was natürlich weitere strukturelle Änderungen und Modifikationen erfordern wird (übrigens kann es in einem bestimmten Stadium erforderlich sein, die „Hände“ des übliche Form), sondern ermöglicht die Herstellung neuer, viel fortschrittlicherer Geräte des beschriebenen Typs. Nichts hindert Sie daran, diesen Prozess fortzusetzen und so viele winzige Maschinen zu erstellen, wie Sie möchten, da es keine Einschränkungen hinsichtlich der Platzierung von Maschinen oder ihres Materialverbrauchs gibt. Ihr Volumen wird immer viel kleiner sein als das Volumen des Prototyps. Es ist leicht zu berechnen, dass das um den Faktor 4000 reduzierte Gesamtvolumen von 1 Million Werkzeugmaschinen (und folglich die Masse der für die Herstellung verwendeten Materialien) weniger als 2% des Volumens und der Masse einer herkömmlichen Werkzeugmaschine beträgt von normaler Größe. Es ist klar, dass dies das Problem der Materialkosten sofort beseitigt. Im Prinzip könnten Millionen identischer Miniaturfabriken organisiert werden, in denen winzige Maschinen kontinuierlich Löcher bohren, Teile stanzen usw. Wenn wir kleiner werden, werden wir ständig auf sehr ungewöhnliche physikalische Phänomene stoßen. Alles, was Ihnen im Leben begegnet, hängt von großen Faktoren ab. Hinzu kommt das Problem des „Verklebens“ von Materialien unter Einwirkung intermolekularer Wechselwirkungskräfte (sogenannter Van-der-Waals-Kräfte), was zu für makroskopische Maßstäbe ungewöhnlichen Effekten führen kann. Beispielsweise löst sich eine Mutter nicht von einer Schraube, wenn sie gelöst wird, und "klebt" in einigen Fällen fest an der Oberfläche usw. Es gibt mehrere physikalische Probleme dieser Art, die beim Entwerfen und Bauen mikroskopischer Mechanismen zu berücksichtigen sind.

1.2. Was ist nanotechnologie

Die Nanotechnologien, die erst vor kurzem erschienen sind, dringen zunehmend in das Feld ein wissenschaftliche Forschung und von dort in unseren Alltag. Die Entwicklungen der Wissenschaftler beschäftigen sich zunehmend mit Objekten des Mikrokosmos, Atomen, Molekülen, Molekülketten. Künstlich geschaffene Nanoobjekte überraschen Forscher immer wieder mit ihren Eigenschaften und versprechen die ungeahntesten Perspektiven für ihre Anwendung.

Die grundlegende Maßeinheit in der nanotechnologischen Forschung ist das Nanometer – ein Milliardstel Meter. Moleküle und Viren werden in solchen Einheiten gemessen und sind jetzt Elemente von Computerchips der neuen Generation. Auf der Nanoskala finden alle grundlegenden physikalischen Prozesse statt, die Makrointeraktionen bestimmen.

Die Natur selbst bringt einen Menschen auf die Idee, Nanoobjekte zu schaffen. Tatsächlich ist jedes Bakterium ein Organismus, der aus Nanomaschinen besteht: DNA und RNA kopieren und übertragen Informationen, Ribosomen bilden Proteine aus Aminosäuren, Mitochondrien erzeugen Energie. Offensichtlich fällt es den Wissenschaftlern in diesem Stadium der Entwicklung der Wissenschaft ein, diese Phänomene zu kopieren und zu verbessern.

MKU "Bildungsabteilung der Verwaltung des Stadtbezirks Miyakinsky-Bezirk der Republik Baschkortostan"

Wettbewerb der Forschungsarbeiten im Rahmen der Kleinen Akademie der Wissenschaften der Schulkinder der Republik Baschkortostan»

Thema: "Nanotechnologie - ein Symbol der Zukunft"

Nominierung: "Physik, Wissenschaft und Technologie»

Erfüllt :

Latypov Almaz Zabirovich

Schüler der 8. Klasse

Supervisor :

Mirgalieva Alija Olegowna

Mathe- und Physiklehrer

MOBU Sekundarschule mit Anyasevo

Einführung…………………………………………………………………..
1. Was ist Nanotechnologie………….………………………………...
2. Nanotechnologien im Alltag………………………………………………….
3. Nicht-Newtonsche Flüssigkeit……………………………………………
Fazit………………………………………………………………..
Referenzliste……………………………..................................... ....

Einführung

In letzter Zeit hört man oft das Wort "Nanotechnologie". Wenn Sie einen Wissenschaftler fragen, was es ist und warum Nanotechnologien benötigt werden, wird die Antwort kurz sein: „Nanotechnologien verändern die gewohnten Eigenschaften von Materie. Sie verändern die Welt und machen sie zu einem besseren Ort."

Wissenschaftler behaupten, dass Nanotechnologien in vielen Tätigkeitsbereichen Anwendung finden werden: in der Industrie, im Energiebereich, in der Weltraumforschung, in der Medizin und in vielen anderen Dingen. Beispielsweise werden winzige Nanoroboter, die in jede Zelle des menschlichen Körpers eindringen können, in der Lage sein, bestimmte Krankheiten schnell zu behandeln und Operationen durchzuführen, die selbst der erfahrenste Chirurg nicht durchführen kann.

Dank der Nanotechnologie werden "Smart Homes" erscheinen. In ihnen muss sich eine Person praktisch nicht mit langweiligen Hausarbeiten befassen. Diese Aufgaben übernehmen „Smart Things“ und „Smart Dust“. Luda wird Kleidung tragen, die nicht schmutzig wird, außerdem informieren sie den Besitzer, dass es zum Beispiel Zeit ist, zu Abend zu essen oder zu duschen.

Nanotechnologie ermöglicht die Erfindung von Computern und Handys, das wie ein Taschentuch gefaltet und in der Tasche getragen werden kann.

Mit einem Wort, Nanotechnologen beabsichtigen wirklich, das menschliche Leben erheblich zu verändern.

So formulierte ich das Forschungsthema

"Nanotechnologie ist ein Symbol der Zukunft". Ich habe mich für dieses Thema interessiert, weil wir in Zukunft mit Nanotechnologien leben und arbeiten werden und heute sehr wenig darüber wissen. Ich glaube, dass dies heute das dringendste Problem ist, weil es auf unsere Zukunft abzielt. Und ich habe mich entschieden, heute mit dem Studium und der Erforschung der Technologien der Zukunft zu beginnen.

Die Relevanz der Arbeit: Das Studium der Physik begann in der 7. Klasse. Dieses Thema wurde für mich so interessant, dass ich beschloss, es eingehender zu studieren. Wenn ich nach dem Studium der Eigenschaften einer nicht-newtonschen Flüssigkeit meinen Mitschülern davon erzählen kann, wird dies nicht nur ihr Interesse an dem Thema steigern, sondern möglicherweise auch den Wunsch wecken, andere Themen selbstständig zu studieren und zu leiten durchführbare Experimente.

Ziel:

1. Verstehen Sie die Essenz des Konzepts „Nanotechnologie“, enthüllen Sie die Essenz der Nanowissenschaften.

2. Verstehen, wie eine Person das enorme Potenzial der Nanowissenschaften erkennt Alltagsleben, seine Perspektiven und Zukunft.

3. Zu untersuchen, was eine nicht-newtonsche Flüssigkeit ist und welche ungewöhnlichen Eigenschaften sie hat.

Forschungsschwerpunkte:

Erfahren Sie, was der Begriff „Nanotechnologie“ bedeutet.
Finden Sie Beispiele für den Einsatz von Nanotechnologie im Alltag.
Erfahren Sie mehr über die ungewöhnlichen Eigenschaften von Flüssigkeiten.
Beweisen Sie, dass es möglich ist, zu Hause eine nicht-newtonsche Flüssigkeit herzustellen.
Führen Sie Experimente durch, die die ungewöhnlichen Eigenschaften einer nicht-newtonschen Flüssigkeit demonstrieren.
Schlagen Sie vor, wo Sie die Eigenschaften solcher Flüssigkeiten nutzen können.
Informieren Sie Kollegen über nicht-newtonsche Flüssigkeiten und ihre Eigenschaften.

Hypothese: Durch das Studium der Nanotechnologien erweitern wir zunehmend deren Anwendungsbereiche – von der Medizin bis zur Weltraumforschung.

Studienobjekt: Nicht-Newtonsche Flüssigkeit

Gegenstand der Studie: Eigenschaften einer nichtnewtonschen Flüssigkeit.

Forschungsmethoden: Sammlung von Material zum Thema, dessen Analyse und Bearbeitung, Gestaltung der Arbeit, Erstellung einer Präsentation.

Ergebnis des Projektprodukts: Präsentation

Was ist nanotechnologie

Was ist Nanotechnologie? Und wie genau ermöglichen sie es Ihnen, die Eigenschaften von Dingen zu verändern?

Das Wort „Nanotechnologie“ besteht aus zwei Wörtern – „Nano“ und „Technologie“.

„Nano“ ist ein griechisches Wort und bedeutet ein Milliardstel von etwas, wie zum Beispiel ein Meter. Die Größe eines Atoms beträgt etwas weniger als einen Nanometer. Und ein Nanometer ist so viel kleiner als ein Meter, wie eine gewöhnliche Erbse kleiner als die Erdkugel ist. Wenn die Größe einer Person einen Nanometer betragen würde, dann würde die Dicke eines Blattes Papier einer Person gleich der Entfernung von Moskau nach Tula erscheinen, die bis zu 170 Kilometer beträgt!

Das Wort "Technologie" bedeutet die Schaffung dessen, was für einen Menschen aus verfügbaren Materialien notwendig ist.

Und Nanotechnologie ist die Schaffung dessen, was ein Mensch aus Atomen und Atomgruppen (man nennt sie Nanopartikel) mit speziellen Geräten.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Nanopartikel zu erhalten.

Die erste, einfachere Methode ist von oben nach unten. Das Ausgangsmaterial wird auf verschiedene Arten gemahlen, bis das Partikel nanoskalig wird.

Die zweite besteht darin, Nanopartikel zu erhalten, indem einzelne Atome „von unten nach oben“ kombiniert werden. Dies ist ein komplizierterer Weg, aber dahinter sehen Wissenschaftler die Zukunft der Nanotechnologien. Die Gewinnung von Nanopartikeln auf diese Weise erinnert an die Arbeit mit einem Konstrukteur. Als Teile werden nur Atome und Moleküle verwendet, aus denen Wissenschaftler neue Nanomaterialien und Nanogeräte herstellen.

Ein Beispiel für den ersten Einsatz der Nanotechnologie kann die Erfindung des fotografischen Films im Jahr 1883 durch George Eastman genannt werden, der später die berühmte Firma Kodak gründete.

Derzeit ist die Nanotechnologie einer der vorrangigen Bereiche für die Entwicklung der russischen Wissenschaft.

Nanotechnologie im Alltag

Nanotechnologien werden derzeit in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens eingesetzt. Es ist fast unmöglich, alle Bereiche aufzuzählen, in denen diese globale Technologie Anwendung findet. Wir können nur einige nennen.

Wie sich herausstellte, sind Nanotechnologien oft im Alltag zu finden, sie sind überall, wir wissen nur nichts davon.

Wir alle benutzen Seife, die aus der Körperpflege nicht mehr wegzudenken ist. Niemand ahnt, dass Seife ein Produkt der Nanotechnologie ist, aber eines der einfachsten. Seife enthält Micellen, kleine Nanopartikel, die auch zur Herstellung anderer beliebter Kosmetikprodukte verwendet werden. Nanotechnologie hilft auch Liebhabern von Sonne und Schokoladenbräune. Sonnenschutzmittel und Lotionen sind mit Partikeln formuliert, die die Haut mit Vitaminen sättigen und sie vor schädlichen Auswirkungen schützen.

Die Nanotechnologie hat eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Mode gespielt. Skijacken werden mit modernster Technologie hergestellt. Sie speichern die Wärme sehr gut, lassen keinen Wind durch und werden nicht nass. Nanopartikel werden auch verwendet, um andere Sportbekleidung herzustellen, die nicht knittert, gegen Umweltverschmutzung und schlechtes Wetter beständig ist.

Im Tennis hat die Nanotechnologie eine wichtige und eine der Hauptrollen gespielt. Nanopartikel finden sich in Tennisschlägern und Bällen. Dank ihnen sind sie viel leichter geworden, die Bälle sind federnder und schneller. Die Nanotechnologie hat sich in der Entwicklung und Produktion von Sanitärkeramik durchgesetzt. Mit Nanopartikeln können Sie eine spezielle Beschichtung herstellen, die lange Zeit ihr marktgängiges glänzendes Aussehen behält und sich sehr leicht reinigen lässt.

Dass uns die Nanotechnologie im Alltag bei der Arbeit mit Computer und Internet hilft, ahnen wir gar nicht. Nanopartikel werden verwendet, um die Speicherparameter von Festplatten zu erhöhen. Dank der Entwicklungen sind Laptops, Netbooks, iPhones, Smartphones und viele andere moderne Geräte erschienen. Auch unsere Autos haben stark von der Entwicklung der Nanopartikel profitiert. Die Hersteller bedecken die Oberfläche des Teils damit und sie halten viel länger. Auch einige Fahrzeuge haben

Das Pflaster, mit dem wir den Schnitt am Griff versiegeln, hat eine Nanoschicht aus Silber, die hilft, die Wunde schneller zu heilen. Denn Silber hat antibakterielle Eigenschaften, die mit der vergrößerten Oberfläche der Nanopartikel besser funktionieren.

Die Bedeutung der Nanotechnologie im Leben eines jeden Menschen ist enorm. Je komfortabler das Leben wird, desto mehr konnten Wissenschaftler über diese sehr kleinen Teilchen lernen.

Nicht-Newtonsche Flüssigkeit

Newtonsche Flüssigkeit ist Wasser, Öl u Großer Teil flüssige Stoffe, die uns aus dem täglichen Gebrauch vertraut sind, also solche, die ihren Aggregatzustand behalten, egal was man damit macht.

Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten werden Flüssigkeiten genannt, deren Strömung nicht dem Newtonschen Gesetz gehorcht.

Bereits Ende des 17. Jahrhunderts bemerkte der große Physiker Newton, dass schnelles Rudern mit Rudern viel schwerer ist als langsames Rudern. Und dann formulierte er das Gesetz, nach dem die Viskosität einer Flüssigkeit proportional zur Aufprallkraft zunimmt.

Das einfachste anschauliche Haushaltsbeispiel ist eine Mischung aus Stärke mit etwas Wasser. Je schneller die äußere Einwirkung auf die in der Flüssigkeit suspendierten Bindemittel-Makromoleküle erfolgt, desto höher ist deren Viskosität.

Es gibt viele solcher Flüssigkeiten, die aus hydraulischer Sicht anomal sind. Sie werden häufig in der Öl-, Chemie-, Verarbeitungs-, Militär- und anderen Industrien eingesetzt. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten umfassen Bohrflüssigkeiten, Klärschlamm, Ölfarben, Zahnpasta, Blut, Flüssigseife usw.

Die Eigenschaften von nicht-newtonscher Flüssigkeit werden in der Militärindustrie häufig bei der Herstellung von molekularen Körperpanzern, intelligentem Plastilin-Handgam sowie Ausrüstung für den Wintersport und iPhone-Hüllen verwendet.

Lösungsvorbereitung.

Zum Kochen brauchen wir Stärke (Kartoffel, Mais - beliebig) und Wasser. Das Verhältnis hängt von der Qualität der Stärke ab und liegt in der Regel zwischen 1:1 und 1:3 zugunsten von Wasser. Als Ergebnis des Mischens erhalten wir so etwas wie Gelee, das interessante Eigenschaften hat. (Anhang 1)

Studium der nicht-newtonschen Flüssigkeit.

Änderung der Flüssigkeitsdurchflussrate.

Erlebnis Nummer 1. Wenn also eine Hand langsam in einen Behälter mit einer Mischung eingeführt wird, dann ist das Ergebnis genau das gleiche, als würden wir unsere Hand in Wasser tauchen. Aber wenn Sie gut schwingen und diese Mischung treffen, dann prallt die Hand ab, als wäre sie eine feste Substanz.

Erlebnis Nummer 2. Wenn eine solche Mischung aus ausreichender Höhe gegossen wird, fließt sie im oberen Teil des Strahls wie eine Flüssigkeit. Und unten - um sich wie ein Feststoff in Klumpen anzusammeln.

Erlebnis Nummer 3. Außerdem können Sie Ihre Hand in die Flüssigkeit stecken und Ihre Finger kräftig zusammendrücken. Man spürt, wie sich zwischen den Fingern eine harte Schicht gebildet hat.

Erlebnis Nummer 4. Oder ein anderes Experiment - stecken Sie Ihre Hand in dieses "Gelee" und versuchen Sie scharf, es herauszuziehen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Behälter nach der Hand steigen wird.

Erlebnis Nummer 5. Wenn Sie schnell auf eine Flüssigkeit einwirken, sie wie einen Ball aus Wasser rollen, dann wird sie dank einer nicht-newtonschen Flüssigkeit tatsächlich herauskommen. (siehe Anlage 1)

Basierend auf den Ergebnissen dieser Experimente kann die folgende Schlussfolgerung gezogen werden, wenn scharf, stark und schnell auf sie eingewirkt wird – sie weisen Eigenschaften auf, die denen von Feststoffen nahe kommen, und bei langsamer Einwirkung wird es zu einer Flüssigkeit.

Basierend auf den Eigenschaften einer nicht-newtonschen Flüssigkeit möchte ich verschiedene Verwendungsmöglichkeiten vorschlagen.

1. Herstellung von Behältern für den Transport und die Lagerung von zerbrechlichen Glasgegenständen (Glas, Geschirr, Weihnachtsschmuck usw.)

2. Die Verwendung von nicht-newtonscher Flüssigkeit bei der Herstellung von Schutzausrüstung (Knieschützer, Ellbogenschützer, Helme usw.) für Sportler sowie deren Verwendung beim Laufenlernen kleiner Kinder.

Eine nicht-newtonsche Flüssigkeit hat einen erheblichen Nachteil: Die Flüssigkeit verliert ihre Eigenschaften, wenn Wasser aus ihr verdunstet. Ich habe eine Studie durchgeführt, bei der ich herausgefunden habe, dass die Eigenschaften je nach Umgebungstemperatur 2-5 Tage gelagert werden.

Umgebungstemperatur	Anzahl der Tage, für die Eigenschaften aufbewahrt werden

Fazit: Je niedriger die Umgebungstemperatur, desto langsamer verdunstet das Wasser und desto länger bleiben die Eigenschaften einer nicht-newtonschen Flüssigkeit erhalten.

Fazit 1. Die Nanotechnologie ist ein Symbol der Zukunft, die wichtigste Industrie, ohne die die Weiterentwicklung der Zivilisation undenkbar ist. 2. Der Einsatz von Produkten der Nanotechnologie im Alltag verbessert die Lebensqualität der Menschen. 3. Nanotechnologie ist unsere Zukunft. Alle Länder sollten diesen Wissenschaftszweig entwickeln. 4. Das Studium der Nanotechnologie wird uns in Zukunft noch viele weitere wissenschaftliche Siege bringen.

5. Basierend auf den Ergebnissen der Experimente können die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden:

Wenn wir schnell in eine nicht-newtonsche Flüssigkeit eingreifen, ist ein Widerstand zu spüren, und wenn wir ihn verlangsamen, dann nein. Bei schneller Bewegung verhält sich eine solche Flüssigkeit wie fest;

Je niedriger die Umgebungstemperatur, desto langsamer verdunstet Wasser und desto länger bleiben die Eigenschaften einer nicht-newtonschen Flüssigkeit erhalten.

Verzeichnis der verwendeten Literatur

http:// Beliebt. rusnano. com

http:// www. rusnano. com

http:// www. en. Wikipedia. org

http:// nanoru. en

http:// www. Nanometer. en

http:// www. Nanotechnologie. en

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

http://izvmor.ru/

http://cnnrm.ru/

Anhang 1

Lösungsvorbereitung.

Anlage 2