דוגמאות לננו-טכנולוגיות בטכנולוגיית מחשבים. עבודת מחקר "ננוטכנולוגיה בחיינו". עקרון העבודה עם ננו-חלקיקים

מרקין קיריל פטרוביץ'

תחום המדע והטכנולוגיה הנקרא ננוטכנולוגיה הוא חדש יחסית. הסיכויים למדע זה הם גרנדיוזיים. עצם החלקיק "ננו" פירושו מיליארדית הערך. לדוגמה, ננומטר הוא מיליארדית המטר. ממדים אלה דומים לאלו של מולקולות ואטומים. ההגדרה המדויקת של ננו-טכנולוגיות היא כדלקמן: ננו-טכנולוגיות הן טכנולוגיות שמתפעלות חומר ברמת האטומים והמולקולות (ולכן ננו-טכנולוגיות נקראות גם טכנולוגיה מולקולרית). הדחף לפיתוח הננוטכנולוגיה היה הרצאתו של ריצ'רד פיינמן, שבה הוא מוכיח מדעית שמנקודת המבט של הפיזיקה אין מכשולים ליצירת דברים ישירות מאטומים. כדי לייעד אמצעי למניפולציה יעילה של אטומים, הוצג הרעיון של אסמבלר - ננו-מכונה מולקולרית שיכולה לבנות כל מבנה מולקולרי. דוגמה למרכיב טבעי הוא ריבוזום המסנתז חלבון באורגניזמים חיים. ברור שננוטכנולוגיה היא לא רק חלק נפרד מהידע, היא תחום מחקר רחב היקף ומקיף הקשור למדעים בסיסיים. אפשר לומר שכמעט כל נושא שנלמד בבית הספר יהיה קשור בדרך זו או אחרת לטכנולוגיות העתיד. הברור ביותר הוא הקשר של "ננו" עם פיזיקה, כימיה וביולוגיה. ככל הנראה, המדעים הללו הם שיקבלו את הדחף הגדול ביותר לפיתוח בקשר למהפכה הננו-טכנית המתקרבת.

הורד:

תצוגה מקדימה:

מוסד חינוכי תקציבי עירוני

"בית ספר תיכון מס' 2 ע"ש. א.א. אראקנצב סמיקארקורסק

מבוא…………………………………………………………………..
1. ננוטכנולוגיה ב עולם מודרני………………………………...
1.1 ההיסטוריה של הופעתה של הננוטכנולוגיה …………………………………...
1.2 ננוטכנולוגיות בתחומים שונים של פעילות אנושית...
1.2.1 ננוטכנולוגיות בחלל…………………………………………………………
1.2.2 ננוטכנולוגיות ברפואה……………………………………………….
1.2.3 ננוטכנולוגיות בתעשיית המזון…………………………
1.2.4 ננוטכנולוגיות בענייני צבא…………………………………………..
סיכום………………………………………………………………..
ביבליוגרפיה………………………………………………………………… . ...

מבוא.

נכון לעכשיו, מעט אנשים יודעים מהי ננוטכנולוגיה, למרות שהעתיד טמון מאחורי המדע הזה.

מַטָרָה:

למד מהי ננוטכנולוגיה;

גלה את היישום של מדע זה בתעשיות שונות;

גלה אם ננוטכנולוגיה יכולה להיות מסוכנת לבני אדם.

כבר היום אנחנו יכולים ליהנות מהיתרונות ומהזדמנויות חדשותטכנולוגיות ננו ב:

רפואה, לרבות תעופה וחלל;
פַרמָקוֹלוֹגִיָה;
גֵרִיאַטרִיָה;
הגנה על בריאות האומה בהקשר של המשבר הסביבתי ההולך וגובר ואסונות מעשה ידי אדם;
רשתות מחשבים גלובליות ותקשורת מידע המבוססת על עקרונות פיזיקליים חדשים;
מערכות תקשורת למרחקים ארוכים במיוחד;
ציוד רכב, טרקטור ותעופה;
בטיחות בדרכים;
מערכות אבטחת מידע;
פתרון בעיות סביבתיות של ערים מגה;
חַקלָאוּת;
פתרון בעיות אספקת מי שתייה וטיפול בשפכים;
מערכות ניווט חדשות ביסודו;
חידוש חומרי גלם מינרלים ופחמימנים טבעיים.

החלטנו להתמקד ביישום הננוטכנולוגיה ברפואה, בתעשיית המזון, בצבא ובחלל, שכן תחומים אלו עוררו בנו עניין.

1. ננוטכנולוגיה בעולם המודרני.

1.1 ההיסטוריה של הופעת הננוטכנולוגיה.

מדע "ננוטכנולוגיותאני" התעוררה בגלל השינויים המהפכניים במדעי המחשב!

בשנת 1947 הומצא הטרנזיסטור, ולאחר מכן החל עידן השיא של טכנולוגיית המוליכים למחצה, בו גודלם של מכשירי הסיליקון שנוצרו הולך ופוחת.המונח "ננוטכנולוגיה"בשנת 1974, היפני Noryo Taniguchi הציע לתאר את תהליך בניית חפצים וחומרים חדשים על ידי מניפולציה של אטומים בודדים. השם בא מהמילה "ננומטר" - מיליארדית המטר (10-9 מ').

במונחים מודרניים, ננו-טכנולוגיות הן טכנולוגיות לייצור מבנים סופר-מיקרוסקופיים מחלקיקי החומר הקטנים ביותר, המשלבות את כל התהליכים הטכניים הקשורים ישירות לאטומים ולמולקולות.

לננוטכנולוגיה המודרנית יש עקבות היסטוריים עמוקים למדי. ממצאים ארכיאולוגיים מעידים על קיומם של ניסוחים קולואידים בעולם העתיק, למשל "דיו סיני" במצרים העתיקה. פלדת דמשק המפורסמת נוצרה בשל נוכחותם של ננו-צינוריות בה.

אבי רעיון הננוטכנולוגיה יכול להיחשב לפי תנאי לפילוסוף היווני דמוקריטוס בסביבות 400 לפני הספירה. בתקופה, הוא השתמש לראשונה במילה "אטום", שפירושה ביוונית "בלתי שביר", כדי לתאר את החלקיק הקטן ביותר של החומר.

להלן נתיב פיתוח לדוגמה:

1905 הפיזיקאי השוויצרי אלברט איינשטיין פרסם מאמר שבו הוכיח שגודלה של מולקולת סוכר הוא בערך ננומטר אחד.
1931 הפיזיקאים הגרמנים מקס נול וארנסט רוסקה יצרו מיקרוסקופ אלקטרונים, שאיפשר לראשונה לחקור ננו-אובייקטים.
1934 הפיזיקאי התיאורטי האמריקאי, חתן פרס נובל יוג'ין ויגנר, ביסס תיאורטית את האפשרות ליצור מתכת עדינה במיוחד עם מספר קטן למדי של אלקטרוני הולכה.
1951 ג'ון פון נוימן ציין את העקרונות של מכונות העתקה עצמית, מדענים אישרו בדרך כלל את האפשרות שלהם.
ב-1953, ווטסון וקריק תיארו את מבנה ה-DNA, שהראה כיצד יצורים חיים מתקשרים להוראות השולטות בבנייתם.
1959 הפיזיקאי האמריקאי ריצ'רד פיינמן היה הראשון לפרסם מאמר שהעריך את הסיכויים למזעור. חתן פרס נובלר' פיינמן כתב ביטוי שנתפס כיום כנבואה: "עד כמה שאני יכול לראות, עקרונות הפיזיקה אינם אוסרים על מניפולציה של אטומים בודדים". רעיון זה הושמע כאשר תחילתו של העידן הפוסט-תעשייתי טרם הוכר; באותן שנים לא היו מעגלים משולבים, לא מיקרו-מעבדים, לא מחשבים אישיים.
1974 הפיזיקאי היפני Norio Taniguchi טבע את המונח "ננוטכנולוגיה" כדי להתייחס למנגנונים שגודלם קטן ממיקרון אחד. משמעות המילה היוונית "ננוס" היא בערך "זקן".
1981 גלייטר הפנה לראשונה את תשומת הלב לאפשרות ליצור חומרים בעלי תכונות ייחודיות, שמבנהם מיוצג על ידי גבישים בטווח הננומטרי.

ב-27 במרץ 1981, חדשות הרדיו של CBS ציטטו מדען של נאס"א שאמר שמהנדסים יוכלו לבנות רובוטים המשכפלים את עצמם בתוך עשרים שנה, לשימוש בחלל או בכדור הארץ. מכונות אלו יבנו עותקים של עצמן, וניתן היה להנחות את העותקים ליצור מוצרים שימושיים.
1982 G. Bining ו-G. Rohrer יוצרים את מיקרוסקופ המנהור הסורק הראשון.
1985 הפיזיקאים האמריקאים רוברט קורל, הרולד קרוטו וריצ'רד סמלי יצרו טכנולוגיה המאפשרת למדוד במדויק עצמים בקוטר של ננומטר אחד.
1986 ננוטכנולוגיה הפכה ידועה לציבור הרחב. המדען האמריקני אריק דרקסלר פרסם את הספר Engines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology, בו חזה שננוטכנולוגיה תתחיל בקרוב להתפתח באופן פעיל.
1991, יוסטון (ארה"ב), המחלקה לכימיה, אוניברסיטת רייס. במעבדתו, ד"ר ר' סמלי (חתן פרס נובל לשנת 1996) השתמש בלייזר כדי לאדות גרפיט תחת ואקום, ששלב הגז שלו מורכב ממכתשים גדולים למדי: כל אחד עם 60 אטומי פחמן. צביר של 60 אטומים יציב יותר, מכיוון שיש לו אנרגיה חופשית מוגברת. אשכול זה הוא תצורה מבנית הדומה לכדור כדורגל והציע לקרוא למולקולה זו פולרן.
בשנת 1991, Sumio Ijima, עובד מעבדת NEC ביפן, גילה לראשונה ננו-צינוריות פחמן, אשר נחזו בעבר כמה חודשים קודם לכן על ידי הפיזיקאי הרוסי ל. צ'רנוזאטונסקי והאמריקאי ג'יי מינטמיר.
1995 במכון המחקר לפיזיקה וכימיה על שם L.Ya. קרפוב פיתח חיישן המבוסס על ננו-קומפוזיט סרט המזהה חומרים שונים באטמוספרה (אמוניה, אלכוהול, אדי מים).
1997 ריצ'רד אי סמלי, זוכה פרס נובל לכימיה לשנת 1996, פרופסור לכימיה ולפיזיקה, חזה את הרכבת האטומים עד שנת 2000 וחזה את הופעת הננו-מוצרים המסחריים הראשונים באותו זמן. תחזית זו התממשה בטווח הזמן החזוי.
1998 התלות של המאפיינים החשמליים של ננו-צינורות בפרמטרים גיאומטריים אושרו בניסוי.
1998 הפיזיקאי ההולנדי Seez Dekker יצר את הטרנזיסטור על בסיס ננוטכנולוגיה.
1998 קצב הפיתוח של הננוטכנולוגיה החל לעלות בחדות. יפן זיהתה את הננוטכנולוגיה כקטגוריית טכנולוגיה סבירה למאה ה-21.
1999 הפיזיקאים האמריקאים ג'יימס טור ומארק ריד קבעו שמולקולה בודדת מסוגלת להתנהג באותו אופן כמו שרשראות מולקולריות.
שנת 2000. צוות המחקר של Hewlett-Packard יצר מולקולת מתג או מיני-מיקרודיודה תוך שימוש בשיטות הננו-טכנולוגיות העדכניות ביותר להרכבה עצמית.

שנת 2000. תחילת עידן הננו-אלקטרוניקה ההיברידית.
2002 S. Dekker שילב ננו-צינור עם DNA, והשיג ננו-מנגנון יחיד.
2003 מדענים יפנים הפכו לראשונים בעולם שיצרו מכשיר מוצק המיישם את אחד משני האלמנטים העיקריים הדרושים ליצירת מחשב קוונטי. 2004. הוצג המחשב הקוונטי "הראשון בעולם".

7 בספטמבר 2006 הממשלה הפדרציה הרוסיתאישר את הרעיון של תוכנית היעד הפדרלית לפיתוח ננוטכנולוגיות לשנים 2007-2010.

בדרך זו לאחר שהתגבשה היסטורית, עד הרגע הנוכחי, הננוטכנולוגיה, לאחר שכבשה את השדה התיאורטי של התודעה החברתית, ממשיכה לחדור אל הרובד היומיומי שלה.

עם זאת, אין לצמצם את הננוטכנולוגיה רק לפריצת דרך מהפכנית מקומית בתחומים אלו (אלקטרוניקה, טכנולוגיית מידע). מספר תוצאות חשובות במיוחד כבר הושגו בננוטכנולוגיה, המאפשרות לנו לקוות להתקדמות משמעותית בפיתוח של תחומים רבים אחרים של מדע וטכנולוגיה (רפואה וביולוגיה, כימיה, אקולוגיה, אנרגיה, מכניקה וכו'). לדוגמה, במעבר לטווח הננומטרי (כלומר, לעצמים בעלי אורכים אופייניים של כ-10 ננומטר), רבות מהתכונות החשובות ביותר של חומרים וחומרים משתנות באופן משמעותי. אנחנו מדברים על מאפיינים חשובים כמו מוליכות חשמלית, מקדם שבירה אופטי, תכונות מגנטיות, חוזק, עמידות בחום וכו'. מבוסס על חומריםעם כבר נוצרים סוגים חדשים של סוללות סולאריות, ממירי אנרגיה, מוצרים ידידותיים לסביבה וכו' עם מאפיינים חדשים.ייתכן שייצור של חומרים זולים, חוסכי אנרגיה וידידותיים לסביבה תהיה התוצאה החשובה ביותר של הכנסת הננוטכנולוגיה.חיישנים ביולוגיים רגישים במיוחד (חיישנים) והתקנים אחרים כבר נוצרו המאפשרים לדבר על הופעתו של מדע חדש של ננו-ביוטכנולוגיה ויש להם סיכויים גדולים ליישום מעשי. הננוטכנולוגיה מציעה הזדמנויות חדשות למיקרו-עיבוד חומרים ויצירת על בסיס זה תהליכי ייצור חדשים ומוצרים חדשים, אשר אמורים להיות להם השפעה מהפכנית על החיים הכלכליים והחברתיים של הדורות הבאים.

1.2. ננו-טכנולוגיות בתחומים שונים של חיי האדם

ניתן לייצג את חדירת הננוטכנולוגיה לתחומי הפעילות האנושית כעץ של ננוטכנולוגיה. לבקשה יש צורה של עץ, שענפיו מייצגים את תחומי היישום העיקריים, והענפים מהענפים הגדולים מייצגים את הבידול בתוך תחומי היישום העיקריים ב- הרגע הזהזְמַן.

היום (2000 - 2010) יש את התמונה הבאה:

מדעי הביולוגיה כוללים פיתוח של טכנולוגיית תג גנים, משטחים לשתלים, משטחים אנטי-מיקרוביאליים, תרופות ממוקדות, הנדסת רקמות, טיפול אונקולוגי.
סיבים פשוטים מציעים פיתוח של טכנולוגיית נייר, חומרי בניין זולים, לוחות קלים, חלקי רכב, חומרים כבדים.
קליפסי ננו כוללים ייצור של בדים חדשים, ציפויי זכוכית, חולות "חכמים", נייר, סיבי פחמן.
הגנה מפני קורוזיה באמצעות ננו-תוספים לנחושת, אלומיניום, מגנזיום, פלדה.
לזרזים יש יישומים בחקלאות, דה-ריחות וייצור מזון.
חומרים הניתנים לניקוי בקלות משמשים בחיי היומיום, באדריכלות, בתעשיית החלב והמזון, בתעשיית התחבורה ובתברואה. מדובר בייצור משקפיים לניקוי עצמי, ציוד וכלי בית חולים, ציפוי נגד עובש, קרמיקה קלה לניקוי.
ציפוי ביולוגי משמש בציוד ספורט ובמיסבים.
אופטיקה כתחום יישום של ננוטכנולוגיה כוללת תחומים כמו אלקטרוכרומיה, ייצור עדשות אופטיות. מדובר באופטיקה פוטוכרומית חדשה, אופטיקה קלה לניקוי ואופטיקה מצופה.
קרמיקה בתחום הננוטכנולוגיה מאפשרת להשיג אלקטרו-לומיננצנטיות ופוטו-לומיננצנטיות, משחות הדפסה, פיגמנטים, ננו-אבקות, מיקרו-חלקיקים, ממברנות.
טכנולוגיית מחשב ואלקטרוניקה כתחום יישום של ננוטכנולוגיה תפתח אלקטרוניקה, ננו-חיישנים, מיקרו-מחשבים ביתיים (משובצים), כלי הדמיה וממירי אנרגיה. בנוסף, מדובר בפיתוח של רשתות גלובליות, תקשורת אלחוטית, מחשבי קוונטים ו-DNA.
ננו-רפואה, כתחום יישום של ננוטכנולוגיה, היא ננו-חומרים לתותבות, תותבות "חכמות", ננו-קפסולות, ננו-גשושיות אבחנתיות, שתלים, משחזרי DNA ומנתחים, מכשירים "חכמים" ומדויקים, תרופות כיווניות.
החלל כתחום יישום של ננוטכנולוגיה יפתח סיכויים לממירי אנרגיה סולארית מכנו-אלקטריים, ננו-חומרים ליישומי חלל.
אקולוגיה כתחום יישום של ננוטכנולוגיה היא שיקום שכבת האוזון, בקרת מזג אוויר.

1.2.1 ננוטכנולוגיה בחלל

בחלל משתוללת מהפכה. החלו ליצור לוויינים וננו-מכשירים עד 20 קילוגרם.

נוצרה מערכת של מיקרו-לוויינים, היא פחות פגיעה לניסיונות להרוס אותה. זה דבר אחד להפיל קולוסוס במסלול במשקל של כמה מאות קילוגרמים, או אפילו טונות, להוציא מיד מכלל פעולה את כל התקשורת החלל או המודיעין, ואחר כשיש נחיל שלם של מיקרו-לוויינים במסלול. כשל של אחד מהם במקרה זה לא ישבש את פעולת המערכת כולה. בהתאם, ניתן להפחית את הדרישות לאמינות הפעולה של כל לוויין.

מדענים צעירים מאמינים שבין היתר, יצירת טכנולוגיות חדשות בתחום האופטיקה, מערכות תקשורת, שיטות שידור, קבלה ועיבוד כמויות גדולות של מידע יש לייחס לבעיות המרכזיות של מיקרו-מיניאטוריזציה של לוויינים. אנחנו מדברים על ננו-טכנולוגיות וננו-חומרים, המאפשרים להפחית את המסה והממדים של מכשירים המשוגרים לחלל בשני סדרי גודל. לדוגמה, חוזק הננוניקל גבוה פי 6 מזה של ניקל רגיל, מה שמאפשר, בשימוש במנועי רקטות, להפחית את מסת הזרבובית ב-20-30%.הפחתת המסה של טכנולוגיית החלל פותרת בעיות רבות: היא מאריכה את שהותה של החללית בחלל, מאפשרת לה לטוס רחוק יותר ולשאת יותר מכל ציוד שימושי למחקר. במקביל נפתרת בעיית אספקת האנרגיה. מכשירים מיניאטוריים ישמשו בקרוב לחקר תופעות רבות, כמו ההשפעה קרני שמשעל תהליכים על פני כדור הארץ ובמרחב הקרוב לכדור הארץ.

כיום, החלל אינו אקזוטי, והחקירה בו היא לא רק עניין של יוקרה. קודם כל, זה עניין של ביטחון לאומי ותחרותיות לאומית של המדינה שלנו. זה פיתוח של מערכות ננו מורכבות שיכול להפוך ליתרון לאומי של המדינה. כמו ננוטכנולוגיה, גם ננו-חומרים יתנו לנו את ההזדמנות לדבר ברצינות על טיסות מאוישות לכוכבי לכת שונים. מערכת השמש. השימוש בננו-חומרים ובננו-מנגנונים הוא שיכול להפוך טיסות מאוישות למאדים וחקר פני הירח למציאות.כיוון פופולרי נוסף בפיתוח מיקרו-לוויינים הוא יצירת חישה מרחוק של כדור הארץ (ERS). החל להיווצר שוק לצרכני מידע ברזולוציה של תמונות לוויין של 1 מ' בטווח המכ"ם ופחות מ-1 מ' בטווח האופטי (קודם כל, נתונים כאלה משמשים בקרטוגרפיה).

1.2.2 ננוטכנולוגיה ברפואה

ההתקדמות האחרונה בננוטכנולוגיה, על פי מדענים, יכולה להיות שימושית מאוד במלחמה בסרטן. תרופה אנטי סרטנית פותחה ישירות למטרה - לתאים שנפגעו מגידול ממאיר. מערכת חדשה המבוססת על חומר המכונה ביוסיליקון. לננוסיליקון מבנה נקבובי (בקוטר של עשרה אטומים), שנוח להחדיר תרופות, חלבונים ורדיונוקלידים. לאחר שהגיע ליעד, הביוסיליקון מתחיל להתפרק, והתרופות המועברות על ידו נלקחות לעבודה. יתרה מכך, לדברי המפתחים, המערכת החדשה מאפשרת להתאים את מינון התרופה.

ל שנים האחרונותעובדי המרכז לננוטכנולוגיה ביולוגית עמלים על יצירת מיקרו-חיישנים שישמשו לאיתור תאים סרטניים בגוף ולהילחם במחלה הנוראה הזו.

טכניקה חדשה לזיהוי תאים סרטניים מבוססת על השתלת מאגרים כדוריים זעירים העשויים מפולימרים סינתטיים המכונים דנדרמרים (מהדנדרון היווני - עץ) לתוך גוף האדם. פולימרים אלו יוצרו בעשור האחרון ויש להם מבנה חדש מיסודו, לא מוצק, הדומה למבנה של אלמוגים או עץ. פולימרים כאלה נקראים hyperbranched או מדורגים. אלה שבהם הסתעפות קבועה נקראים דנדרמרים. בקוטר, כל כדור כזה, או ננו-חיישן, מגיע רק ל-5 ננומטר - 5 מיליארדיות המטר, מה שמאפשר למקם מיליארדי ננו-חיישנים כאלה באזור קטן של החלל.

ברגע שהם נכנסים לגוף, חיישנים זעירים אלו יחדרו אל הלימפוציטים, תאי הדם הלבנים המספקים את תגובת ההגנה של הגוף מפני זיהום ומחוללי מחלות אחרים. עם התגובה החיסונית של תאים לימפואידים למחלה מסוימת או לתנאים סביבתיים - הצטננות או חשיפה לקרינה, למשל - מבנה חלבוןתאים משתנים. כל ננו חיישן, מצופה בכימיקלים מיוחדים, יתחיל לזהור עם שינויים כאלה.

כדי לראות את הזוהר הזה, מדענים הולכים ליצור מכשיר מיוחד שסורק את הרשתית. הלייזר של מכשיר כזה אמור לזהות את זוהר הלימפוציטים כאשר הם עוברים בזה אחר זה דרך הנימים הצרים של קרקעית העין. אם יש מספיק חיישנים מסומנים בלימפוציטים, יהיה צורך בסריקה של 15 שניות כדי לזהות נזק לתא, אומרים המדענים.

כאן צפויה ההשפעה הגדולה ביותר של הננוטכנולוגיה, שכן היא משפיעה על עצם בסיס קיומה של החברה – האדם. הננוטכנולוגיה מגיעה לרמה ממדית כזו של העולם הפיזי, שבה ההבחנה בין חיים ללא-חיים הופכת לבלתי יציבה – אלו מכונות מולקולריות. אפילו וירוס יכול להיחשב בחלקו כמערכת חיה, מכיוון שהוא מכיל מידע על בנייתו. אבל הריבוזום, למרות שהוא מורכב מאותם אטומים כמו כל החומר האורגני, אינו מכיל מידע כזה ולכן הוא רק מכונה מולקולרית אורגנית. ננוטכנולוגיה בצורתה המפותחת כוללת בנייה של ננו-רובוטים, מכונות מולקולריות בהרכב אטומי אנאורגני, מכונות אלו יוכלו לבנות את העותקים שלהן, בעלות מידע על בנייה כזו. לכן, הגבול בין חיים ללא-חיים מתחיל להיטשטש. עד היום נוצר רק רובוט DNA מהלך פרימיטיבי אחד.

ננו-רפואה מיוצגת על ידי האפשרויות הבאות:

1. מעבדות על שבב, אספקת תרופות ממוקדת בגוף.

2. DNA - שבבים (יצירת תרופות בודדות).

3. אנזימים ונוגדנים מלאכותיים.

4. איברים מלאכותיים, פולימרים פונקציונליים מלאכותיים (תחליף לרקמות אורגניות). כיוון זה קשור קשר הדוק לרעיון החיים המלאכותיים ובעתיד יוביל ליצירת רובוטים בעלי תודעה מלאכותית ובעלי יכולת ריפוי עצמי ברמה המולקולרית. זה נובע מהרחבת מושג החיים מעבר לאורגני

5. ננו-רובוטים-מנתחים (ביומנגניזם המבצע שינויים ופעולות רפואיות נדרשות, זיהוי והרס של תאים סרטניים). זהו היישום הרדיקלי ביותר של ננוטכנולוגיה ברפואה יהיה יצירת ננו-רובוטים מולקולריים שיכולים להרוס זיהומים וגידולים סרטניים, לתקן DNA, רקמות ואיברים פגומים, לשכפל מערכות תומכות חיים שלמות של הגוף, לשנות את תכונות הגוף.

בהתחשב באטום בודד בתור לבנה או "פרט", ננו-טכנולוגיות מחפשות דרכים מעשיותלבנות חומרים עם מאפיינים מוגדרים מחלקים אלה. חברות רבות כבר יודעות להרכיב אטומים ומולקולות למבנים מסוימים.

בעתיד, כל מולקולה תורכב כמו מעצב ילדים. לשם כך, מתוכנן להשתמש בננו-רובוטים (ננו-בוטים). למעשה, ניתן לבנות כל מבנה יציב מבחינה כימית שניתן לתאר.. מכיוון שניתן לתכנת ננו-בוט לבנות כל מבנה, בפרט לבנות ננו-בוט נוסף, הם יהיו זולים מאוד. בעבודה בקבוצות ענק, ננו-בוטים יוכלו ליצור כל אובייקט בעלות נמוכה ובדיוק גבוה. ברפואה, הבעיה של שימוש בננוטכנולוגיות נעוצה בצורך לשנות את מבנה התא ברמה המולקולרית, כלומר. לבצע "ניתוח מולקולרי" בעזרת ננו-בוטים. צפויה יצירת רופאים רובוטיים מולקולריים שיכולים "לחיות" בתוך גוף האדם, לחסל את כל הנזקים המתרחשים, או למנוע את התרחשותם.על ידי מניפולציה של אטומים ומולקולות בודדים, ננו-בוטים יוכלו לתקן תאים. הזמן הצפוי ליצירת רופאים רובוטיים הוא המחצית הראשונה של המאה ה-21.

למרות מצב העניינים הנוכחי, ננו-טכנולוגיות, כפתרון קרדינלי לבעיית ההזדקנות, הן יותר ממבטיחות.

זאת בשל העובדה שלננוטכנולוגיות יש פוטנציאל רב ליישומים מסחריים בתעשיות רבות, ובהתאם לכך, בנוסף למימון ממשלתי רציני, מחקר בכיוון זה מתבצע על ידי תאגידים גדולים רבים.

יתכן שאחרי שיפורים להבטיח " נעורים נצחיים"לא יהיה צורך יותר בננובוטים, או שהם ייוצרו על ידי התא עצמו.

כדי להשיג מטרות אלו, האנושות צריכה לפתור שלוש שאלות עיקריות:

1. לתכנן ולבנות רובוטים מולקולריים שיכולים לתקן מולקולות.
2. תכנן וצור ננו-מחשבים שישלטו בננו-מכונות.
3. צור תיאור מלאשל כל המולקולות בגוף האדם, במילים אחרות, ליצור מפה של גוף האדם ברמה האטומית.

הקושי העיקרי בננוטכנולוגיה הוא הבעיה של יצירת הננו-בוט הראשון. יש כמה כיוונים מבטיחים.

אחד מהם הוא לשפר את מיקרוסקופ המנהור הסורק או מיקרוסקופ הכוח האטומי ולהשיג דיוק מיקום וכוח אחיזה.
דרך נוספת ליצירת הננו-בוט הראשון מובילה באמצעות סינתזה כימית. אולי תכנון וסינתזה של רכיבים כימיים גאוניים שיהיו מסוגלים להרכבה עצמית בפתרון.
ודרך נוספת מובילה דרך ביוכימיה. ריבוזומים (בתוך התא) הם ננו-בוטים מיוחדים, ואנחנו יכולים להשתמש בהם כדי ליצור רובוטים מגוונים יותר.

ננו-בוטים אלו יוכלו להאט את תהליך ההזדקנות, לטפל בתאים בודדים ולקיים אינטראקציה עם נוירונים בודדים.

עבודות מחקר החלו יחסית לאחרונה, אך קצב הגילויים בתחום זה גבוה ביותר, רבים מאמינים שזהו העתיד של הרפואה.

1.2.3 ננוטכנולוגיה בתעשיית המזון

ננו-פוד (ננו-פוד) הוא מונח חדש, לא ברור ומכוער. אוכל לננו-אנושיים? מנות קטנות מאוד? אוכל שנעשה בננו-מפעלים? ברור שלא. אבל עדיין מדובר בטרנד מוזר בתעשיית המזון. מסתבר שננו-אכילה היא אוסף שלם של רעיונות מדעיים שכבר נמצאים בדרך ליישום ויישום בתעשייה. ראשית, ננוטכנולוגיה יכולה לספק ליצרני מזון הזדמנויות ייחודיות לניטור מוחלט בזמן אמת של איכות ובטיחות המוצרים ישירות בתהליך הייצור. אנחנו מדברים על מכונות אבחון המשתמשות בחיישני ננו שונים או מה שנקרא נקודות קוונטיות שיכולות לזהות במהירות ובאמינות את המזהמים הכימיים הקטנים ביותר או סוכנים ביולוגיים מסוכנים במוצרים. וייצור מזון, שיטות ההובלה והאחסון שלו יכולים לקבל את חלקם בחידושים שימושיים מתעשיית הננוטכנולוגיה. לדברי מדענים, המכונות הראשונות בייצור המוני מסוג זה יופיעו בייצור מזון המוני בארבע השנים הקרובות. אבל גם רעיונות רדיקליים יותר עומדים על הפרק. האם אתה מוכן לבלוע חלקיקים שאתה לא יכול לראות? אבל מה אם ננו-חלקיקים משמשים בכוונה לספק חומרים ותרופות מועילים לחלקים נבחרים בדיוק של הגוף? מה אם אפשר להכניס ננוקפסולות כאלה מוצרי מזון? עד כה אף אחד לא השתמש בננו-פוד, אבל התפתחויות ראשוניות כבר בעיצומן. מומחים אומרים שניתן לייצר ננו-חלקיקים אכילים מסיליקון, קרמיקה או פולימרים. וכמובן - חומר אורגני. ואם הכל ברור בכל הנוגע לבטיחותם של החלקיקים ה"רכים" כביכול, הדומים במבנה ובהרכבם לחומרים ביולוגיים, הרי שחלקיקים "קשים" המורכבים מחומרים אנאורגניים הם כתם לבן גדול במפגש בין שתי טריטוריות - ננוטכנולוגיה וביולוגיה. מדענים עדיין לא יכולים לומר באילו מסלולים יעברו חלקיקים כאלה בגוף, והיכן הם יעצרו כתוצאה מכך. זה נשאר לראות. אבל כמה מומחים כבר מציירים תמונות עתידניות של היתרונות של אוכלי ננו. בנוסף לאספקת חומרים מזינים יקרי ערך לתאים הנכונים. הרעיון הוא כזה: כולם קונים את אותו משקה, אבל אז הצרכן יוכל לשלוט בננו-חלקיקים בצורה כזו שהטעם, הצבע, הארומה והריכוז של המשקה ישתנו לנגד עיניו.

1.2.4 ננוטכנולוגיה בצבא

השימוש הצבאי בננו-טכנולוגיות פותח רמה חדשה מבחינה איכותית של דומיננטיות צבאית-טכנית בעולם. ניתן לשקול את הכיוונים העיקריים ביצירת כלי נשק חדשים המבוססים על ננוטכנולוגיה:

1. יצירת מטעני חבלה מיניאטוריים וחזקים חדשים.

2. הרס של מכשירי מקרו מרמת הננו.

3. ריגול ודיכוי כאב באמצעות נוירוטכנולוגיות.

4. נשק ביולוגי וננו-מכשירים של הדרכה גנטית.

5. ציוד ננו לחיילים.

6. הגנה מפני נשק כימי וביולוגי.

7. ננו-מכשירים במערכות בקרת ציוד צבאי.

8. ציפויי ננו לציוד צבאי.

ננוטכנולוגיה תאפשר ייצור של חומרי נפץ חזקים. ניתן להקטין את גודלם של חומרי הנפץ פי עשרה. מתקפה של טילים מונחים עם חומרי ננו-נפץ על מפעלים לעיבוד דלק גרעיני עלולה לשלול מהמדינה את היכולת הפיזית לייצר פלוטוניום ברמת נשק. הכנסת מכשירים רובוטיים קטנים לציוד אלקטרוני עלולה לשבש את פעולתם של מעגלים חשמליים ומכניקה בעזרת. לא ניתן למנוע את הכשל של מרכזי בקרה ועמדות פיקוד אלא אם כן הננו-מכשירים מבודדים. רובוטים לפירוק חומרים ברמה האטומית יהפכו לנשק רב עוצמה שהופך לאבק שריון של טנקים, מבני בטון של פילבוקס, קליפות כורים גרעינייםוגופות של חיילים. אבל זה עדיין רק הסיכוי לצורה מתקדמת של ננוטכנולוגיה. בינתיים, מתבצע מחקר בתחום הטכנולוגיות הנוירוניות, שפיתוחן יוביל להופעתם של ננו-מכשירים צבאיים המבצעים ריגול, או מיירטים שליטה על תפקודי גוף האדם, תוך שימוש בחיבור באמצעות ננו-מכשירים ל מערכת עצבים. מעבדות נאס"א כבר יצרו דוגמאות הפעלה של ציוד ליירוט דיבור פנימי. רכיבים פוטוניים על ננו-מבנים המסוגלים לקלוט ולעבד כמויות אדירות של מידע יהפכו לבסיס למערכות ניטור חלל, מעקב קרקעי וריגול. בעזרת ננו-מכשירים המוטמעים במוח, ניתן להשיג ראייה "מלאכותית" (טכנית) עם ספקטרום תפיסה מורחב, בהשוואה לראייה ביולוגית. מערכת דיכוי כאב לחיילים מושתלת בגוף ובמוח, נויירו-שבבים בפיתוח.

היישום הבא של ננוטכנולוגיה בתחום הצבאי הוא ננו-מכשירי הדרכה גנטית. ניתן לתכנת ננו-מכשיר מונחה גנטית לבצע פעולות הרסניות מסוימות, בהתאם למבנה הגנטי של ה-DNA של התא בו הוא נמצא. אתר ייחודי מוגדר כתנאי להפעלת המכשיר קוד גנטיאדם ספציפי או תבנית לפעולה על קבוצת אנשים. להבחין בין מגיפה רגילה לטיהור אתני יהיה כמעט בלתי אפשרי ללא כלי זיהוי ננובוטים. ננו-מכשירים יפעלו רק נגד סוג מסוים של אנשים ובתנאים מוגדרים בהחלט. ברגע שנכנס לגוף, הננו-התקן לא יבוא לידי ביטוי בשום צורה עד לפקודת ההפעלה. היישום הבא של הננוטכנולוגיה הוא הציוד והציוד של חיילים. מוצע ליצור מעין כלאיים מאדם, מדים וכלי נשק, שמרכיביו יהיו קשורים זה בזה כל כך, עד שניתן לכנות חייל עתיד מאובזר במלואו אורגניזם נפרד.

הננוטכנולוגיה נתנה פריצת דרך בייצור שריון ושריון גוף.

ציוד צבאי אמור להיות מצויד ב"צבע אלקטרומכני" מיוחד שישנה צבע וימנע קורוזיה. צבע ננו יוכל "להדק" נזקים קלים לגוף המכונה ויורכב ממספר רב של מננו-מנגנונים שיאפשרו לבצע את כל הפונקציות הנ"ל. בעזרת מערכת מטריצות אופטיות, שיהיו ננו-מכונות נפרדות ב"צבע", מבקשים החוקרים להשיג את האפקט של אי נראות של מכונית או כלי טיס.

הננוטכנולוגיה תביא לשינויים בתחום הצבאי. מרוץ חימוש חדש שעבר שינוי איכותי ובלתי מבוקר. השליטה בננוטכנולוגיה יכולה להתבצע באמת רק בציוויליזציה גלובלית. ננוטכנולוגיה תאפשר מיכון מלא של לוחמת שדה, למעט נוכחות של חיילים מודרניים.

לפיכך, המסקנה המרכזית לגבי תוצאת חדירת הננוטכנולוגיה לתחום הנשק היא הסיכוי להיווצרות חברה גלובלית המסוגלת לשלוט בננוטכנולוגיה ובמרוץ החימוש. מגמה זו של אוניברסליות נקבעת על ידי הרציונליות של הציוויליזציה הטכנוגנית ומבטאת את האינטרסים והערכים שלה.

סיכום

לאחר שהבהרתי את מושג הננוטכנולוגיה, התוות את סיכוייה והתעכבות על סכנות ואיומים אפשריים, ברצוני להסיק מסקנה. אני מאמין שננוטכנולוגיה היא מדע צעיר, שתוצאות הפיתוח שלו יכולות להשתנות ללא הכר העולם. ומה יהיו השינויים האלה - שימושיים, מקלים ללא השוואה על החיים, או מזיקים, מאיים על האנושות- תלוי בהבנה הדדית ובסבירות של אנשים. וההבנה ההדדית והסבירות תלויות ישירות ברמת האנושיות, מה שמרמז על אחריותו של אדם למעשיו. לכן, הצורך החשוב ביותר בשנים האחרונות לפני ה"בום" הננו-טכנולוגי הבלתי נמנע הוא חינוך הפילנתרופיה. רק אנשים הגיוניים ואנושיים יכולים להפוך את הננו-טכנולוגיות לאבן דרך להבנת היקום ומקומם ביקום הזה.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

היסודות של תכנות מונחה עצמים בדלפי: פרוק. קצבה / V. V. Kuznetsov, I. V. Abdrashitova; אד. ט.ב קורנייבה. - ed. שלישי, מתוקן. ועוד - טומסק, 2008. - 120 עמ'.
קימל פ. יצירת אפליקציה בדלפי./פ. Kimel - M: Williams, 2003. - 114p.
Kobayashi N. מבוא לננוטכנולוגיה / נ. קובאיאשי. - M.: Binom, 2005 - 134s
Chaplygin א. ננוטכנולוגיות באלקטרוניקה / א. צ'פליגין. - 2005 M.: technosphere
http:// www.delphi.com
תצוגה מקדימה:
כדי להשתמש בתצוגה המקדימה של מצגות, צור חשבון Google (חשבון) והיכנס:

י' סווידיננקו, מהנדס-פיזיקאי

מבנים ננו יחליפו טרנזיסטורים מסורתיים.

המערך הננו-טכנולוגי החינוכי הקומפקטי "UMKA" מאפשר מניפולציות עם קבוצות בודדות של אטומים.

בעזרת מתקן "UMKA" ניתן לבחון את פני ה-DVD.

כבר פורסם ספר לימוד עבור ננו-טכנולוגים עתידיים.

ננו-טכנולוגיות שהופיעו ברבע האחרון של המאה ה-20 מתפתחות במהירות. כמעט בכל חודש יש דיווחים על פרויקטים חדשים שנראו כמו פנטזיה מוחלטת לפני שנה או שנתיים. בהגדרה, שניתן על ידי חלוץ הכיוון הזה, אריק דרקסלר, ננוטכנולוגיה היא "טכנולוגיית ייצור צפויה המתמקדת בייצור זול של מכשירים וחומרים בעלי מבנה אטומי קבוע מראש". זה אומר שהוא פועל על אטומים בודדים על מנת להשיג מבנים בדיוק אטומי. זהו ההבדל המהותי בין ננו-טכנולוגיות לטכנולוגיות "תפזורת" מודרניות המבצעות מניפולציות על אובייקטי מאקרו.

אנו מזכירים לקורא שננו הוא קידומת המציינת 10 -9. ניתן לסדר שמונה אטומי חמצן על מקטע באורך ננומטר אחד.

לננו-אובייקטים (לדוגמה, ננו-חלקיקי מתכת), ככלל, יש פיזיים ו תכונות כימיות, השונות הן מתכונותיהם של עצמים גדולים יותר מאותו חומר והן מתכונותיהם של אטומים בודדים. נניח שנקודת ההיתוך של חלקיקי זהב בגודל 5-10 ננומטר נמוכה במאות מעלות מנקודת ההיתוך של פיסת זהב בנפח של 1 ס"מ 3 .

מחקר שנעשה בטווח הננומטרי נמצא בצומת המדעים, לעתים קרובות מחקר בתחום מדעי החומרים משפיע על תחומי הביוטכנולוגיה, פיזיקת המצב המוצק והאלקטרוניקה.

המומחה המוביל בעולם בתחום הננו-רפואה רוברט פרייטס אמר: "ננו-מכונות עתידיות צריכות להיות מורכבות ממיליארדי אטומים, ולכן התכנון והבנייה שלהן ידרשו מאמצים של צוות מומחים. כל עיצוב של ננו-רובוט ידרוש מאמצים משולבים של כמה צוותי מחקר. התכנון והבנייה של מטוס הבואינג 777 כללו צוותים רבים ברחבי העולם. הרובוט הננו-רפואי של העתיד, המורכב ממיליון (או אפילו יותר) חלקים עובדים, יהיה מורכב כמו מטוס מבחינת מורכבות התכנון. ."

ננו-מוצרים מסביב לנו

עולם הננו מורכב ועדיין נחקר מעט יחסית, ובכל זאת לא רחוק מאיתנו כפי שנראה לפני כמה שנים. רובנו משתמשים בסוג כלשהו של ננוטכנולוגיה על בסיס קבוע מבלי להבין זאת. לדוגמה, מיקרואלקטרוניקה מודרנית היא כבר לא מיקרו, אלא ננו: טרנזיסטורים המיוצרים כיום - הבסיס של כל השבבים - נמצאים בטווח של עד 90 ננומטר. ומיזעור נוסף של רכיבים אלקטרוניים ל-60, 45 ו-30 ננומטר כבר מתוכנן.

יתרה מכך, כפי שהודיעו לאחרונה נציגי חברת Hewlett-Packard, טרנזיסטורים המיוצרים בטכנולוגיה מסורתית יוחלפו בננו-מבנים. אלמנט אחד כזה הוא שלושה מוליכים ברוחב של כמה ננומטרים: שניים מהם מקבילים, והשלישי ממוקם בזוית ישרה אליהם. המוליכים אינם נוגעים, אלא עוברים כמו גשרים, אחד על השני. במקביל, שרשראות מולקולריות הנוצרות מחומר של ננו-חוטים בהשפעת המתח המופעל עליהם יורדות מהמוליכים העליונים אל התחתונים. מעגלים שנבנו באמצעות טכנולוגיה זו כבר הוכיחו את היכולת לאחסן נתונים ולבצע פעולות לוגיות, כלומר להחליף טרנזיסטורים.

עם הטכנולוגיה החדשה, גודלם של חלקי המיקרו-מעגלים יירד משמעותית מתחת לרף של 10-15 ננומטר, לקנה מידה שבו טרנזיסטורים מוליכים למחצה מסורתיים פשוט לא יכולים לעבוד פיזית. ככל הנראה, כבר במחצית הראשונה של העשור הבא יופיעו מעגלים מיקרו טוריים (עדיין מסורתיים, סיליקון), שבהם ייבנו מספר מסוים של ננו-אלמנטים שנוצרו באמצעות הטכנולוגיה החדשה.

קודאק השיקה נייר הזרקת דיו Ultima ב-2004. יש לו תשע שכבות. השכבה העליונה מורכבת מננו-חלקיקים קרמיים, שהופכים את הנייר לעבה ומבריק יותר. השכבות הפנימיות מכילות ננו-חלקיקי פיגמנט בגודל 10 ננומטר המשפרים את איכות ההדפסה. והננו-חלקיקים הפולימריים הכלולים בהרכב הציפוי תורמים לקיבוע המהיר של הצבע.

מנהל המכון האמריקאי לננוטכנולוגיה, צ'אד מירקין, מאמין כי "הננוטכנולוגיה תבנה מחדש את כל החומרים מחדש. כל החומרים שיתקבלו באמצעות ייצור מולקולרי יהיו חדשים, שכן עד כה לא הייתה לאנושות הזדמנות לפתח ולייצר ננו-מבנים. כעת אנו משתמשים בתעשייה בלבד מה שהטבע נותן לנו. אנחנו מייצרים לוחות מעץ, אנחנו מייצרים חוט ממתכת מוליכה. הגישה הננוטכנולוגית היא שנעבד כמעט כל משאבים טבעייםלתוך מה שמכונה "אבני הבניין" שיהוו את הבסיס לתעשייה העתידית".

כעת אנו כבר רואים את תחילתה של ננו-מהפכה: אלו הם שבבי מחשב חדשים, ובדים חדשים שאינם משאירים כתמים, ושימוש בננו-חלקיקים באבחון רפואי (ראה גם "מדע וחיים" מס' ,, 2005). אפילו תעשיית הקוסמטיקה מתעניינת בננו-חומרים. הם יכולים ליצור הרבה כיוונים חדשים שאינם סטנדרטיים בקוסמטיקה שלא היו קיימים קודם לכן.

בטווח הננומטרי, כמעט כל חומר מציג תכונות ייחודיות. לדוגמא, ידוע כי ליוני כסף יש פעילות חיטוי. לתמיסה של ננו-חלקיקי כסף יש פעילות גבוהה משמעותית. אם אתה מטפל בתחבושת בתמיסה זו ומחיל אותה פצע מוגז, הדלקת תעבור והפצע יחלים מהר יותר מאשר בחומרי חיטוי קונבנציונליים.

הקונצרן המקומי "Nanoindustry" פיתח טכנולוגיה לייצור ננו-חלקיקי כסף יציבים בתמיסות ובמצב ספיגה. לתרופות המתקבלות יש ספקטרום רחב של פעילות אנטי-מיקרוביאלית. כך, ניתן היה ליצור מגוון שלם של מוצרים בעלי תכונות אנטי-מיקרוביאליות עם שינוי קל בתהליך הטכנולוגי על ידי יצרני מוצרים קיימים.

ניתן להשתמש בננו-חלקיקי כסף לשינוי מסורתי וליצור חומרים חדשים, ציפויים, חומרי חיטוי וחומרי ניקוי (כולל משחות שיניים ומשחות ניקוי, אבקות כביסה, סבונים) ומוצרי קוסמטיקה. ציפויים וחומרים (קומפוזיט, טקסטיל, לכה, פחמן ואחרים) המותאמים בננו-חלקיקי כסף יכולים לשמש כציוד הגנה אנטי-מיקרוביאלי מונע במקומות בהם הסיכון להפצת זיהומים עולה: בתחבורה, במפעלי הסעדה, במבנים חקלאיים ובעלי חיים, בספורט ילדים, מוסדות רפואיים. ננו-חלקיקי כסף יכולים לשמש לטיהור מים ולהרוג פתוגנים במסנני מיזוג אוויר, בריכות שחייה, מקלחות ומקומות ציבוריים דומים אחרים.

מוצרים דומים מיוצרים גם בחו"ל. חברה אחת מייצרת ציפויים עם ננו-חלקיקי כסף לטיפול בדלקות כרוניות ופצעים פתוחים.

סוג אחר של ננו-חומרים הוא ננו-צינוריות פחמן בעלות חוזק אדיר (ראה "מדע וחיים" מס' 5, 2002; מס' 6, 2003). אלו הן מולקולות פולימר גליליות מוזרות בקוטר של כחצי ננומטר ואורך של עד כמה מיקרומטרים. הם התגלו לראשונה לפני פחות מ-10 שנים כמו תוצרי לוואיסינתזה של C 60 פולרן. עם זאת, כבר עכשיו, על בסיס ננו-צינוריות פחמן, מכשירים אלקטרונייםגדלים ננומטרים. צפוי כי בעתיד הנראה לעין הם יחליפו אלמנטים רבים במעגלים האלקטרוניים של מכשירים שונים, כולל מחשבים מודרניים.

עם זאת, ננו-צינורות משמשים לא רק באלקטרוניקה. יש כבר מחבטי טניס זמינים מסחרית מחוזקים בננו-צינורות פחמן כדי להגביל את הפיתול ולספק יותר כוח חבטות. הם משמשים גם בחלקים מסוימים של אופני ספורט.

רוסיה בשוק הננוטכנולוגיה

החברה המקומית "Nanotechnology News Network" הציגה לאחרונה חידוש נוסף ברוסיה - ננו-ציפויים לניקוי עצמי. מספיק לרסס את זכוכית המכונית בתמיסה מיוחדת עם ננו-חלקיקי סיליקון דו-חמצני, ולכלוך ומים לא יידבקו אליה במשך 50,000 ק"מ. על הזכוכית נשארת שכבה דקה במיוחד שקופה, שעליה פשוט אין למים מה לתפוס, והיא מתגלגלת יחד עם הלכלוך. קודם כל, הבעלים של גורדי שחקים התעניינו בחידוש - הרבה כסף מושקע על שטיפת חזיתות המבנים האלה. יש קומפוזיציות כאלה לציפוי קרמיקה, אבן, עץ ואפילו בגדים.

יש לומר כי כמה ארגונים רוסיים כבר פועלים בהצלחה בשוק הננוטכנולוגיה הבינלאומי.

לקונצרן "ננו-תעשייה", למשל, יש מספר מוצרים ננו-טכנולוגיים הישימים בתעשיות שונות. מדובר בהרכב המצמצם "RVS" וננו-חלקיקי כסף לביוטכנולוגיה ורפואה, המתקן הננו-טכנולוגי התעשייתי "LUCH-1,2" והמתקן הננו-טכנולוגי החינוכי "UMKA".

הרכב RVS, שיכול להגן מפני בלאי ולשקם כמעט כל משטחי מתכת משפשפים, מוכן על בסיס ננו-חלקיקים אדפטיביים. כלי זה מאפשר ליצור שכבת הגנה שונה של סיליקט ברזל עתיר פחמן בעובי של 0.1-1.5 מ"מ באזורי חיכוך אינטנסיבי של משטחי מתכת (לדוגמה, בזוגות חיכוך במנועי בעירה פנימית). על ידי יציקת הרכב כזה לתוך ארכובה עבור שמן, אתה יכול לשכוח את הבעיה של בלאי מנוע במשך זמן רב. במהלך הפעולה, חלקים מכניים מחוממים על ידי חיכוך, חימום זה גורם לננו-חלקיקי מתכת להיצמד לאזורים פגומים. צמיחה מוגזמת גורמת לחימום אינטנסיבי יותר, והננו-חלקיקים מאבדים את יכולת ההיצמדות שלהם. לפיכך, שיווי המשקל נשמר כל הזמן ביחידת החיכוך, והחלקים כמעט אינם נשחקים.

מעניין במיוחד מתחם הציוד הננו-טכנולוגי "UMKA", המיועד להדגמה, מחקר ו עבודת מעבדהברמה האטומית-מולקולרית בתחום הפיזיקה, הכימיה, הביולוגיה, הרפואה, הגנטיקה ושאר מדעים יסודיים ויישומיים. לדוגמה, לאחרונה התקבלה עליו תמונת משטח DVD ברזולוציה של 0.3 מיקרון, וזה לא הגבול. טכנולוגיית הזרם הייחודית של פיקואמפר מאפשרת סריקה אפילו של דגימות ביולוגיות מוליכות חלשות ללא שקיעת מתכת מקדימה (בדרך כלל יש צורך שהשכבה העליונה של הדגימה תהיה מוליכה). ל"UMKA" יציבות טמפרטורה גבוהה, המאפשרת לבצע מניפולציות ארוכות טווח עם קבוצות בודדות של אטומים, ומהירות סריקה גבוהה, המאפשרת לצפות בתהליכים מהירים.

היקפו העיקרי של מתחם "UMKA" הוא הכשרה במודרנה שיטות מעשיותעבודה עם מבנים ננומטריים. מתחם UMKA כולל: מיקרוסקופ מנהרה, מערכת הגנה מפני רעידות, סט דגימות בדיקה, סטים של חומרים מתכלים וכלים. מכשירים מתאימים למארז קטן, עובדים בתנאי חדר ועולים פחות מ-8 אלף דולר. ניתן לשלוט בניסויים ממחשב אישי רגיל.

בינואר 2005 נפתחה החנות המקוונת הרוסית הראשונה לממכר מוצרי ננוטכנולוגיה. הכתובת הקבועה של החנות באינטרנט היא www.nanobot.ru

סוגיות אבטחה

לאחרונה נמצא כי מולקולות כדוריות C 60 הנקראות פולרנים עלולות לגרום למחלות קשות ולפגוע בסביבה. הרעילות של פולרנים מסיסים במים בעת חשיפה לתאים אנושיים משני סוגים שונים נקבעה על ידי חוקרים מאוניברסיטאות רייס וג'ורג'יה (ארה"ב).

פרופסור לכימיה ויקי קולווין מאוניברסיטת רייס ועמיתיו גילו שכאשר פולרנים מומסים במים, נוצרים קולואידים C 60, שכאשר הם נחשפים לתאי עור אנושיים ולתאי קרצינומה בכבד, גורמים למותם. במקרה זה, ריכוז הפולרנים במים היה נמוך מאוד: ~20 C 60 מולקולות למיליארד מולקולות מים. במקביל, החוקרים הראו שהרעילות של מולקולות תלויה בשינוי פני השטח שלהן.

החוקרים מציעים שהרעילות של פולרנים פשוטים מסוג C 60 נובעת מהעובדה שפני השטח שלהם מסוגלים לייצר אניוני סופראוקסיד. רדיקלים אלו פוגעים בממברנות התא ומובילים למוות של תאים.

קולווין ועמיתיו אמרו שניתן להשתמש בתכונה שלילית כזו של פולרנים לתמיד - לטיפול בגידולים סרטניים. יש צורך רק להבהיר בפירוט את מנגנון היווצרות רדיקלי חמצן. ברור שעל בסיס פולרנים ניתן יהיה ליצור תרופות אנטיבקטריאליות סופר יעילות.

יחד עם זאת, הסכנה בשימוש בפולרנים במוצרי צריכה נראית ממשית למדי למדענים.

ככל הנראה, זו הסיבה שהוועדה האמריקאית לבטיחות מזון ותרופות (FDA) הכריזה לאחרונה על הצורך במתן רישיון והסדרה של מגוון רחב של מוצרים (מזון, קוסמטיקה, תרופות, מכשור ורפואה וטרינרית) המיוצרים באמצעות ננוטכנולוגיה ושימוש בננו-חומרים וננו-מבנים.

ננו-טכנולוגיות זקוקות לתמיכה ממלכתית

למרבה הצער, ברוסיה עדיין אין תוכנית מדינה לפיתוח ננוטכנולוגיות. (בשנת 2005, אגב, מלאו לתוכנית הננוטכנולוגיה האמריקאית חמש שנים.) ללא ספק, קיומה של תוכנית ממלכתית ריכוזית לפיתוח ננוטכנולוגיה תסייע רבות ביישום מעשי של תוצאות המחקר. לצערנו, אנו למדים שיש פיתוחים מוצלחים בתחום הננו-טכנולוגיות בארץ ממקורות זרים. לדוגמה, בקיץ הכריז מכון התקנים האמריקאי על יצירת השעון האטומי הקטן בעולם. כפי שהתברר, הצוות הרוסי עבד גם על יצירתם.

אין תכנית ממלכתית ברוסיה, אבל יש חוקרים וחובבים: בשנה האחרונה איגדה האגודה המדעית לנוער (YNS) יותר מ-500 מדענים צעירים, סטודנטים לתארים מתקדמים וסטודנטים שחושבים על עתיד ארצם. לצורך מחקר מפורט של בעיות הננוטכנולוגיה, בפברואר 2004, על בסיס ה-INR, הוקמה חברת אנליטית "Nanotechnology News Network (NNN)", המנטרת מאות מקורות עולם פתוח בתחום זה ועבדה למעלה מ-4,500 הודעות מידע מתקשורת זרה ורוסית, מאמרים, הודעות לעיתונות והערות מומחים. נוצרו אתרי האינטרנט www.mno.ru ו-www.nanonewsnet.ru, אליהם הכירו יותר מ-170,000 אזרחי רוסיה וחבר העמים.

תחרות פרויקטים לנוער

באפריל 2004, יחד עם הקונצרן "ננו-תעשיה" בתמיכת "בנק יוניאסטרום", התקיימה בהצלחה התחרות הכל-רוסית הראשונה של פרויקטי נוער על יצירת ננוטכנולוגיה מולקולרית ביתית, שעוררה עניין רב של מדענים רוסים.

הזוכים בתחרות הציגו פיתוחים יוצאי דופן: המקום הראשון הוענק לצוות של מדענים צעירים מהאוניברסיטה הרוסית הכימית הטכנית על שמו. D.I. Mendeleev בהדרכת המועמדת למדעי הכימיה גלינה פופובה, שיצרה חומרים ביו-מימטיים (ביומימטיים - חיקוי מבנים הקיימים בטבע) לננו-חיישנים אופטיים, אלקטרוניקה מולקולרית וביו-רפואה. את המקום השני תפס סטודנט לתואר שני באוניברסיטה הפדגוגית הממלכתית בטשקנט. Nizami Marina Fomina, שפיתחה מערכת לאספקה ממוקדת של תרופות לרקמות חולות, והשלישית - אלכסיי Khasanov, תלמיד בית ספר מטומסק, מחבר הטכנולוגיה ליצירת חומרים ננו-קרמיים בעלי תכונות ייחודיות. הזוכים קיבלו פרסים יקרי ערך.

בתמיכת הבנק פותח ספר לימוד מדעי פופולרי "ננו-טכנולוגיות לכולם", שהוכן לקראת פרסום, זכה להערכה גבוהה של מדענים מובילים.

בדצמבר 2004, הודיעה NNN, שהפכה לסוכנות האנליטית המובילה בתחום הננוטכנולוגיה, על תחילתה של התחרות הכל-רוסית השנייה לפרויקטי נוער בדצמבר 2004, שהספונסר הכללי שלה שוב היה בנק יוניאסטרום, מרוצה מתוצאותיו של התחרות הראשונה. בנוסף, Powercom, יצרנית בינלאומית של אל-פסק, הפכה הפעם לנותנת חסות. כתב העת "מדע וחיים" לוקח חלק פעיל בהכנה ובסיקור התחרות.

מטרת התחרות היא למשוך צעירים מוכשרים לפיתוח ננו-טכנולוגיות בארץ שלהם, ולא בחו"ל.

הזוכה בתחרות יקבל את המעבדה הננו-טכנולוגית UMKA. לזוכים במקומות השני והשלישי יזכו מחשבים ניידים מודרניים; המשתתפים הטובים ביותר יקבלו מנוי חינם למגזין Science and Life. כפרס, ערכות תיקון ושיקום לכלי רכב על בסיס ננו-חלקיקים מסופקים מנוי למגזין "Universum" ודיסקים חודשיים "עולם הננו-טכנולוגיות".

מיקוד הפרויקטים מגוון ביותר: מננו-חומרים מבטיחים לתעשיית הרכב והתעופה ועד שתלים וממשקים נוירוטכנולוגיים. חומרים מפורטים של התחרות זמינים באתר www.nanonewsnet.ru.

בדצמבר 2004 אירחה העיר פריאזינו (אזור מוסקבה) את הכנס הראשון שהוקדש לשימוש תעשייתי בננו-טכנולוגיות, שבו הציגו מדענים עשרות פיתוחים מוכנים ליישום בייצור. ביניהם חומרים חדשים המבוססים על ננו-צינורות, ציפויים חזקים במיוחד, תרכובות נגד חיכוך, פולימרים מוליכים לאלקטרוניקה גמישה, קבלים סופר-קיבוליים וכו'.

הננוטכנולוגיה ברוסיה צוברת תאוצה. עם זאת, אלא אם כן המחקר מתואם על ידי המדינה או תוכנית פדרלית מקיפה, צד טוב יותרסביר להניח ששום דבר לא ישתנה. כבר פורסם ספר לימוד עבור ננו-טכנולוגים עתידיים.

תארו לעצמכם: אתם שותים כוס מים מלאה ברובוטים מיקרוסקופיים. הגודל שלהם כל כך קטן שאי אפשר לראות אותם. עם זאת, לאחר שתשתו אותם, הם יתחילו לעבוד על הגוף שלכם, ירפאו פצעים וינחת מעין "טלאים" במידת הצורך. ננומטר הוא מיליונית המטר. זהו קנה המידה שבו פועלת הננוטכנולוגיה. פעילותם אינה מוגבלת ספציפית לתחום הרפואי, אלא להיפך, היא נכנסת לתחום הטכנולוגיות הגבוהות, אולם פיתוח הננו-טכנולוגיות יקר מאוד, הן מבחינה כלכלית והן מבחינה אינטלקטואלית.

כנראה, כל אחד מאיתנו חלם בילדות על. ובכן, ככל הנראה כשהם זוכרים את חלומות הילדות שלהם, החוקרים מפיתחו עור מלאכותי אמיתי שיכול לשנות את צבעו כמו זיקית. לדברי מדענים, המצאה כזו יכולה לשמש בהסוואה ובפיתוח תצוגות דינמיות בקנה מידה גדול. ידיעות כאלה מופיעות מעת לעת בעיתונות. האם הפעם זה באמת שונה?

למרות כל ההייפ סביבו, כל תכונותיו והבטחותיהם של מדענים, אתה עשוי להיות מופתע מהעובדה שהחומר הזה עדיין לא נמצא בשימוש נרחב. כפי שמתברר, זה לא מפתיע. צוות מדענים בינלאומי ניתח דגימות של גרפן המיוצרות על ידי 60 חברות ברחבי העולם והגיע למסקנה שכולן עוסקות למעשה בייצור ובמכירה לא של חומר על בסיס פחמן דק במיוחד, שהמצאתו יוצריו. קיבלו את פרס נובל, אבל של זבל רגיל, שגם אותו הם מוכרים במחירים מופקעים.

משרד החינוך והמדע של הפדרציה הרוסית

מוסד חינוך עירוני

בית ספר תיכון - פנימייה מס' 1 של תיכון (שלם)

השכלה כללית בטומסק

מַסָה

בנושא זה: ננוטכנולוגיה בעולם המודרני

מְבוּצָע:תלמיד כיתה 8א

סכננקו מריה

מְפַקֵחַ:פאחורוקובה ד.פ.

מורה לפיזיקה

טומסק 2010

מבוא

נכון לעכשיו, מעט אנשים יודעים מהי ננוטכנולוגיה, למרות שהעתיד טמון מאחורי המדע הזה. המטרה העיקרית של עבודתי היא היכרות עם ננוטכנולוגיה. אני גם רוצה לברר את היישום של המדע הזה בתעשיות שונות ולגלות אם ננוטכנולוגיה יכולה להיות מסוכנת לבני אדם.

1. ננוטכנולוגיה בעולם המודרני

1.1.היסטוריה של הופעת הננוטכנולוגיה

הסבא של הננוטכנולוגיה יכול להיחשב לפילוסוף היווני דמוקריטוס. הוא השתמש לראשונה במילה "אטום" כדי לתאר את החלקיק הקטן ביותר של החומר. במשך יותר מעשרים מאות שנה, אנשים ניסו לחדור אל סוד המבנה של החלקיק הזה. הפתרון של משימה בלתי נסבלת זו עבור דורות רבים של פיזיקאים התאפשר במחצית הראשונה של המאה ה-20 לאחר יצירת מיקרוסקופ אלקטרונים על ידי הפיזיקאים הגרמנים מקס קנול וארנסקה רוסקה, אשר איפשר לראשונה לחקור ננו-אובייקטים.

מקורות רבים, בעיקר באנגלית, מקשרים את האזכור הראשון של שיטות שיקראו מאוחר יותר ננוטכנולוגיה לנאומו המפורסם של ריצ'רד פיינמן "There's Plenty of Roo at the Bottom", שנערך על ידו ב-1959 במכון הטכנולוגי של קליפורניה במפגש השנתי של החברה הפיזית האמריקאית. ריצ'רד פיינמן הציע שניתן יהיה להזיז אטומים בודדים באופן מכני, באמצעות מניפולטור בגודל המתאים, לפחות תהליך כזה לא יסתור את החוקים הפיזיקליים המוכרים כיום.

הוא הציע לעשות את המניפולטור הזה בדרך הבאה. יש צורך לבנות מנגנון שייצור עותק משלו, רק בסדר גודל קטן יותר. המנגנון הקטן יותר שנוצר חייב ליצור שוב את העותק שלו, שוב בסדר גודל קטן יותר, וכך הלאה עד שמידות המנגנון תואמות את ממדי הסדר של אטום אחד. יחד עם זאת, יהיה צורך לבצע שינויים במבנה של מנגנון זה, שכן לכוחות הכבידה הפועלים במקרוקוסמוס תהיה פחות ופחות השפעה, וכוחות האינטראקציות הבין-מולקולריות ישפיעו יותר ויותר על פעולת המנגנון. השלב האחרון - המנגנון שנוצר מרכיב את העותק שלו מאטומים בודדים. באופן עקרוני, מספר עותקים כאלה הוא בלתי מוגבל, ניתן יהיה ליצור מספר שרירותי של מכונות כאלה תוך זמן קצר. מכונות אלו יוכלו להרכיב מקרו-דברים באותו אופן, על ידי הרכבה של אטום-אטום. זה יהפוך את הדברים לזולים יותר בסדר גודל - לרובוטים כאלה (ננו-רובוטים) יהיה צורך לתת רק את המספר הנדרש של מולקולות ואנרגיה, ולכתוב תוכנית להרכבת הפריטים הדרושים. עד כה איש לא הצליח להפריך את האפשרות הזו, אך איש טרם הצליח ליצור מנגנונים כאלה. החיסרון הבסיסי של רובוט כזה הוא חוסר האפשרות ליצור מנגנון מאטום בודד.

כך תיאר ר' פיינמן את המניפולטור שהציע:

אני חושב על יצירת מערכת מבוקרת חשמלית , העושה שימוש ב"רובוטי שירות" העשויים בדרך הרגילה בצורה של עותקים של "ידיים" של המפעיל מופחתים פי ארבעה. מיקרו מנגנונים כאלה יוכלו לבצע בקלות פעולות בקנה מידה מופחת. אני מדבר על רובוטים זעירים המצוידים במנועי סרוו ו"זרועות" קטנות שיכולות לסובב ברגים ואומים קטנים באותה מידה, לקדוח חורים קטנים מאוד וכו'. בקיצור, הם יוכלו לעשות את כל העבודה בקנה מידה 1:4. לשם כך, כמובן, תחילה עליך ליצור את המנגנונים, הכלים וזרועות המניפולטור הדרושים ברבע מהגודל הרגיל (למעשה, ברור שמשמעות הדבר היא צמצום כל משטחי המגע פי 16). בשלב האחרון, מכשירים אלו יצוידו במנועי סרוו (בהפחתת הספק של פי 16) ויחוברו למערכת בקרה חשמלית קונבנציונלית. לאחר מכן, ניתן יהיה להשתמש בזרועות מניפולטור מופחתות פי 16! ההיקף של מיקרורובוטים כאלה, כמו גם מיקרו-מכונות, יכול להיות רחב למדי - מפעולות כירורגיות ועד להובלה ועיבוד של חומרים רדיואקטיביים. אני מקווה שהעיקרון של התוכנית המוצעת, כמו גם הבעיות הבלתי צפויות וההזדמנויות המבריקות הקשורות בה, ברורים. יתרה מכך, אפשר לחשוב על אפשרות של הפחתה משמעותית נוספת בהיקף, מה שכמובן ידרוש שינויים ושינויים מבניים נוספים (אגב, בשלב מסוים, ייתכן שיהיה צורך לנטוש את "ידיהם" של צורה רגילה), אך יאפשר ייצור של מכשירים חדשים ומתקדמים הרבה יותר. שום דבר לא מונע ממך להמשיך בתהליך זה וליצור מכונות זעירות רבות ככל שתרצה, שכן אין הגבלות הקשורות למיקום המכונות או לצריכת החומר שלהן. הנפח שלהם תמיד יהיה הרבה פחות מנפח האב-טיפוס. קל לחשב שהנפח הכולל של מיליון כלי מכונות מופחתים בפקטור של 4000 (וכתוצאה מכך, מסת החומרים המשמשים לייצור) יהיה פחות מ-2% מהנפח והמסה של כלי מכונה רגילים. בגודל רגיל. ברור שזה מסיר מיד את בעיית עלות החומרים. באופן עקרוני, ניתן היה לארגן מיליוני מפעלים מיניאטוריים זהים, בהם מכונות זעירות היו קודחות ברציפות חורים, חלקי חותמת וכו'. ככל שאנו מצטמצמים, ניתקל כל הזמן בתופעות פיזיקליות מאוד חריגות. כל מה שאתה פוגש בחיים תלוי בגורמים בקנה מידה גדול. בנוסף, ישנה גם בעיה של "הדבקה" של חומרים בפעולת כוחות אינטראקציה בין-מולקולריים (מה שנקרא כוחות ואן דר ואלס), מה שעלול להוביל להשפעות חריגות בקנה מידה מקרוסקופי. למשל, אום לא ייפרד מבורג לאחר שחרורו, ובמקרים מסוימים "יידבק" בחוזקה למשטח וכו'. ישנן מספר בעיות פיזיקליות מסוג זה שכדאי לזכור בעת תכנון ובניית מנגנונים מיקרוסקופיים.

1.2. מהי ננוטכנולוגיה

לאחר שהופיעו לאחרונה, ננו-טכנולוגיות נכנסות יותר ויותר לתחום מחקר מדעיומשם אל חיי היומיום שלנו. ההתפתחויות של מדענים עוסקות יותר ויותר באובייקטים של המיקרוקוסמוס, אטומים, מולקולות, שרשראות מולקולריות. ננו-אובייקטים שנוצרו באופן מלאכותי מפתיעים כל הזמן את החוקרים בתכונותיהם ומבטיחים את הסיכויים הבלתי צפויים ביותר ליישום שלהם.

יחידת המדידה הבסיסית במחקר ננוטכנולוגי היא הננומטר - מיליארדית המטר. מולקולות ווירוסים נמדדים ביחידות כאלה, וכעת אלמנטים של שבבי מחשב מהדור החדש. בקנה מידה ננו מתרחשים כל התהליכים הפיזיקליים הבסיסיים הקובעים אינטראקציות מאקרו.

הטבע עצמו מניע אדם לרעיון של יצירת ננו-אובייקטים. כל חיידק, למעשה, הוא אורגניזם המורכב מננו-מכונות: DNA ו-RNA מעתיקים ומעבירים מידע, ריבוזומים יוצרים חלבונים מחומצות אמינו, מיטוכונדריה מייצרות אנרגיה. ברור שבשלב זה בהתפתחות המדע, עולה בדעתם של המדענים להעתיק ולשפר את התופעות הללו.

MKU "מחלקת החינוך של המינהל של המחוז העירוני מיאקינסקי ברפובליקה של בשקורטוסטן"

תחרות של עבודות מחקר במסגרת האקדמיה המינורית למדעים של תלמידי בתי ספר של הרפובליקה של בשקורטוסטאן»

נושא: "ננוטכנולוגיה - סמל לעתיד"

מועמדות: "פיזיקה, מדע וטכנולוגיה»

מילא :

לטיפוב אלמז זבירוביץ'

תלמיד כיתה ח'

מְפַקֵחַ :

מירגלייבה עלייה אולגובנה

מורה למתמטיקה ופיזיקה

בית ספר תיכון MOBU עם. Anyasevo

מבוא…………………………………………………………………..
1. מהי ננוטכנולוגיה…………………………………………………………
2. ננוטכנולוגיות בחיי היומיום………………………………………………………….
3. נוזל לא ניוטוני …………………………………………………………
סיכום………………………………………………………………..
ביבליוגרפיה………………………………………………………………… . ...

מבוא

לאחרונה, אתה יכול לשמוע לעתים קרובות את המילה "ננוטכנולוגיה". אם תשאלו מדען כלשהו מה זה ולמה יש צורך בננו-טכנולוגיות, התשובה תהיה קצרה: "ננו-טכנולוגיות משנות את התכונות הרגילות של החומר. הם משנים את העולם והופכים אותו למקום טוב יותר".

מדענים טוענים שננו-טכנולוגיות ימצאו יישום בתחומי פעילות רבים: בתעשייה, באנרגיה, בחקר החלל, ברפואה ובהרבה דברים אחרים. לדוגמה, ננו-רובוטים זעירים המסוגלים לחדור לכל תא בגוף האדם יוכלו לטפל במהירות במחלות מסוימות ולבצע פעולות שאפילו המנתח המנוסה ביותר אינו יכול לעשות.

הודות לננוטכנולוגיה יופיעו "בתים חכמים". בהם, אדם כמעט לא יצטרך להתמודד עם מטלות בית משעממות. על האחריות הללו ישתלטו "דברים חכמים" ו"אבק חכם". לודה תלבש בגדים שלא מתלכלכים, יתר על כן, הם מודיעים לבעלים כי, למשל, הגיע הזמן לאכול ארוחת ערב או להתקלח.

ננוטכנולוגיה תאפשר המצאת מחשבים ו טלפון נייד, שניתן לקפל כמו מטפחת ולשאת בכיס.

במילה אחת, ננו-טכנולוגים באמת מתכוונים לשנות באופן משמעותי את חיי האדם.

כך גיבשתי את נושא המחקר

"ננוטכנולוגיה היא סמל לעתיד". התעניינתי בנושא הזה, כי בעתיד נחיה ונעבוד עם ננוטכנולוגיות, והיום אנחנו יודעים מעט מאוד על זה. אני מאמין שהיום זו הבעיה הכי דחופה, כי היא מכוונת לעתיד שלנו. והחלטתי להתחיל ללמוד ולחקור את טכנולוגיות העתיד היום.

הרלוונטיות של העבודה: לימודי הפיזיקה החלו בכיתה ז'. הנושא הזה הפך לי כל כך מעניין שהחלטתי ללמוד אותו יותר לעומק. אם, לאחר שלמדתי את תכונותיו של נוזל שאינו ניוטוני, אוכל לספר עליהם לחבריי לכיתה, אז זה לא רק יגביר את העניין שלהם בנושא, אלא אולי גם יוביל לרצון ללמוד באופן עצמאי נושאים אחרים, כמו גם להתנהלות ניסויים אפשריים.

יַעַד:

1. להבין את מהות המושג "ננוטכנולוגיה", לחשוף את מהות הננו-מדע.

2. להבין כיצד אדם מממש את הפוטנציאל העצום של מדע הננו חיי היום - יום, הסיכויים והעתיד שלה.

3. ללמוד מהו נוזל לא ניוטוני ואיזה תכונות יוצאות דופן יש לו.

נושאי מחקר:

גלה את משמעות המונח "ננוטכנולוגיה".
מצא דוגמאות לשימוש בננוטכנולוגיה בחיי היומיום.
למד על התכונות החריגות של נוזלים.
הוכיחו שאפשר להכין נוזל לא ניוטוני בבית.
ערכו ניסויים המדגימים את התכונות החריגות של נוזל שאינו ניוטוני.
הצע היכן אתה יכול להשתמש בתכונות של נוזלים כאלה.
ספר לעמיתים על נוזל לא ניוטוני ותכונותיו.

השערה: על ידי לימוד ננוטכנולוגיות, אנו מרחיבים יותר ויותר את היקף היישומים שלהן - מרפואה לחקר החלל.

מושא לימוד:נוזל לא ניוטוני

נושא לימוד:תכונות של נוזל שאינו ניוטוני.

שיטות מחקר:איסוף חומר בנושא, ניתוחו ועיבודו, עיצוב עבודה, יצירת מצגת.

תפוקת מוצר הפרויקט:הַצָגָה

מהי ננוטכנולוגיה

מהי ננוטכנולוגיה? ואיך בדיוק הם מאפשרים לשנות את המאפיינים של דברים?

המילה "ננוטכנולוגיה" מורכבת משתי מילים - "ננו" ו"טכנולוגיה".

"ננו" היא מילה יוונית שמשמעותה מיליארדית ממשהו, כמו מטר. גודלו של אטום אחד קטן מעט מננומטר. וננומטר קטן בהרבה ממטר כמו שאפון רגיל קטן מהכדור. אם גובהו של אדם היה ננומטר אחד, אז עובי דף נייר היה נראה לאדם שווה למרחק ממוסקבה לעיר טולה, שהוא עד 170 קילומטרים!

המילה "טכנולוגיה" פירושה יצירת מה שנחוץ לאדם מחומרים זמינים.

וננוטכנולוגיה היא היצירה של מה שאדם צריך מאטומים וקבוצות של אטומים (הם נקראים ננו-חלקיקים) באמצעות מכשירים מיוחדים.

ישנן שתי דרכים להשיג ננו-חלקיקים.

השיטה הראשונה, הפשוטה יותר, היא מלמעלה למטה. חומר המוצא נטחן במגוון דרכים עד שהחלקיק הופך לגודל ננו.

השני הוא השגת ננו-חלקיקים על ידי שילוב של אטומים בודדים, "מלמטה למעלה". זו דרך מסובכת יותר, אבל מאחוריה רואים מדענים את עתיד הננו-טכנולוגיות. השגת ננו-חלקיקים בדרך זו מזכירה עבודה עם בנאי. רק אטומים ומולקולות משמשים כחלקים, שמהם יוצרים מדענים ננו-חומרים וננו-מכשירים חדשים.

דוגמה לשימוש הראשון בננוטכנולוגיה יכולה להיקרא המצאת סרט צילום ב-1883 על ידי ג'ורג' איסטמן, שלימים הקים את חברת קודאק המפורסמת.

נכון לעכשיו, ננוטכנולוגיה היא אחד מתחומי העדיפות לפיתוח המדע הרוסי.

ננוטכנולוגיה בחיי היומיום

ננו-טכנולוגיות נמצאות כיום בשימוש בתחומים שונים של חיי האדם. כמעט בלתי אפשרי לפרט את כל התחומים שבהם מיושמת הטכנולוגיה הגלובלית הזו. אנחנו יכולים למנות רק כמה מהם.

כפי שהתברר, ננוטכנולוגיות נמצאות לעתים קרובות בחיי היומיום, הן נמצאות בכל מקום, אנחנו פשוט לא יודעים על זה.

כולנו משתמשים בסבון, שבלעדיו אנחנו כבר לא יכולים לדמיין היגיינה אישית. אף אחד אפילו לא מנחש שסבון הוא תוצר של ננוטכנולוגיה, אלא אחד הפשוטים ביותר. סבון מכיל מיצלות, ננו-חלקיקים קטנים המשמשים גם לייצור מוצרי קוסמטיקה פופולריים אחרים. ננוטכנולוגיה עוזרת גם לאוהבי השמש ושיזוף השוקולד. מסנני קרינה וקרמים מנוסחים עם חלקיקים שמשווים את העור בויטמינים ומגנים עליו מפני השפעות מזיקות.

לננוטכנולוגיה יש תפקיד חשוב בפיתוח האופנה. מעילי סקי מיוצרים בטכנולוגיה העדכנית ביותר. הם שומרים על חום טוב מאוד, לא נותנים לרוח לעבור ולא נרטבים. ננו-חלקיקים משמשים גם ליצירת בגדי ספורט אחרים שאינם מתקמטים, עמידים בפני זיהום ומזג אוויר גרוע.

בטניס, הננוטכנולוגיה מילאה תפקיד חשוב ואחד התפקידים המרכזיים. ננו-חלקיקים נמצאים במחבטי טניס ובכדורים. בזכותם הם הפכו להרבה יותר קלים, הכדורים קופצניים ומהירים יותר. ננוטכנולוגיה הפכה פופולרית בפיתוח וייצור של כלים סניטריים. ננו-חלקיקים מאפשרים ליצור ציפוי מיוחד השומר על מראהו הברק הסחיר לאורך זמן וקל מאוד לניקוי.

אנחנו אפילו לא חושדים שננוטכנולוגיה עוזרת לנו בחיי היומיום בעבודה עם מחשבים ואינטרנט. ננו-חלקיקים משמשים להגדלת פרמטרי הזיכרון של כוננים קשיחים. הודות להתפתחויות, הופיעו מחשבים ניידים, נטבוקים, אייפונים, סמארטפונים וגאדג'טים מודרניים רבים אחרים. המכוניות שלנו גם הרוויחו מאוד מפיתוח ננו-חלקיקים. היצרנים מכסים איתם את פני החלק והם מחזיקים מעמד הרבה יותר זמן. כמו כן, יש רכבים מסוימים

לפיסת הפלסטר שבה אנו משתמשים כדי לאטום את החתך על הידית יש שכבת ננו של כסף שעוזרת לרפא את הפצע מהר יותר. הסיבה לכך היא שלכסף תכונות אנטיבקטריאליות שעובדות טוב יותר עם שטח הפנים המוגדל שמספק הננו-חלקיקים.

חשיבותה של הננוטכנולוגיה בחייו של כל אדם היא עצומה. ככל שהחיים נעשים נוחים יותר, כך מדענים הצליחו ללמוד על החלקיקים הקטנים מאוד הללו.

נוזל לא ניוטוני

נוזל ניוטוני הוא מים, שמן ו רובחומרים נוזליים המוכרים לנו בשימוש יומיומי, כלומר כאלה ששומרים על מצב הצבירה שלהם, לא משנה מה עושים איתם.

נוזלים שאינם ניוטון נקראים נוזלים, שזרימתם אינה מצייתת לחוק ניוטון.

כבר בסוף המאה ה-17 הבחין הפיזיקאי הדגול ניוטון שחתירה במשוטים במהירות היא הרבה יותר קשה מחתירה איטית. ואז הוא ניסח את החוק לפיו צמיגות הנוזל עולה ביחס לכוח הפגיעה בו.

הדוגמה הפשוטה ביותר למשק הבית היא תערובת של עמילן עם כמות קטנה של מים. ככל שההשפעה החיצונית על מקרומולקולות המקשר התלויות בנוזל מהר יותר, כך צמיגותו גבוהה יותר.

ישנם נוזלים רבים כאלה, שהם חריגים מנקודת המבט של הידראוליקה. הם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות הנפט, הכימיות, העיבוד, הצבאיות ואחרות. נוזלים שאינם ניוטונים כוללים נוזלי קידוח, בוץ ביוב, צבעי שמן, משחת שיניים, דם, סבון נוזלי וכו'.

המאפיינים של נוזל לא ניוטוני נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה הצבאית בייצור שריון גוף מולקולרי, פלסטלינה חכמה "handgam", כמו גם ציוד לספורט חורף, כיסויים לאייפון.

הכנת פתרון.

לבישול, אנחנו צריכים עמילן (תפוח אדמה, תירס - כל) ומים. הפרופורציה תלויה באיכות העמילן ובדרך כלל היא בין 1:1 ל-1:3 לטובת המים. כתוצאה מהערבוב, אנו מקבלים משהו כמו ג'לי, שיש לו תכונות מעניינות. (תקשורת 1)

מחקר של נוזל לא ניוטוני.

שינוי בקצב זרימת הנוזל.

ניסיון מספר 1.לכן, אם יד מוכנסת לאט לתוך מיכל עם תערובת, אז התוצאה היא בדיוק זהה כאילו נכניס את היד שלנו למים. אבל אם תניף היטב ותפגע בתערובת הזו, היד תקפוץ, כאילו היא חומר מוצק.

ניסיון מספר 2.אם יוצקים תערובת כזו מגובה מספיק, אז בחלק העליון של הסילון הוא יזרום כמו נוזל. ובתחתית - להצטבר בגושים, כמו מוצק.

ניסיון מספר 3.בנוסף, אפשר להכניס את היד לתוך הנוזל ולסחוט את האצבעות בחדות. אפשר להרגיש איך נוצרה שכבה קשה בין האצבעות.

ניסיון מספר 4.או ניסוי אחר - הכניסו את היד ל"ג'לי" הזה ונסו בחדות לשלוף אותו החוצה. סביר מאוד שהמיכל יעלה אחרי היד.

ניסיון מספר 5.כשפועלים במהירות על נוזל, מגלגלים אותו כמו כדור מתוך מים, אז זה בעצם ייצא בזכות נוזל לא ניוטוני. (ראה נספח 1)

על סמך תוצאות הניסויים הללו, ניתן להסיק את המסקנה הבאה, אם פועלים עליהם בצורה חדה, חזקה, מהירה - הם מפגינים תכונות קרובות לאלו של מוצקים, ובחשיפה איטית הוא הופך לנוזל.

בהתבסס על התכונות של נוזל שאינו ניוטוני, אני רוצה להציע מספר דרכים להשתמש בו.

1. ייצור מכולות להובלה ואחסון של חפצי זכוכית שבירים (זכוכית, כלים, קישוטי חג המולד וכו')

2. שימוש בנוזל לא ניוטוני בייצור ציוד מגן (מגני ברכיים, מגני מרפקים, קסדות ועוד) לספורטאים וכן השימוש בהם בלימוד ילדים צעירים ללכת.

לנוזל שאינו ניוטוני יש חיסרון משמעותי: הנוזל מאבד את תכונותיו כאשר מים מתאדים ממנו. ערכתי מחקר שבעקבותיו גיליתי שהמאפיינים נשמרים 2-5 ימים, תלוי בטמפרטורת הסביבה.

טמפרטורת הסביבה	מספר הימים שבהם הנכסים נשמרים

מסקנה: ככל שטמפרטורת הסביבה נמוכה יותר, המים מתאדים לאט יותר ונותרות תכונותיו של נוזל שאינו ניוטוני ארוכות יותר.

מסקנה 1. ננוטכנולוגיה היא סמל לעתיד, התעשייה החשובה ביותר, שבלעדיה התפתחות נוספת של הציוויליזציה אינה מתקבלת על הדעת. 2. השימוש במוצרי ננוטכנולוגיה בחיי היומיום משפר את איכות חיי האדם. 3. ננוטכנולוגיה היא העתיד שלנו. כל המדינות צריכות לפתח את ענף המדע הזה. 4. חקר הננוטכנולוגיה יביא לנו עוד הרבה ניצחונות מדעיים בעתיד.

5. על סמך תוצאות הניסויים ניתן להסיק את המסקנות הבאות:

אם אנחנו מפריעים במהירות לנוזל לא ניוטוני, מורגשת התנגדות, ואם אנחנו מאטים אותה אז לא. כאשר נעים במהירות, נוזל כזה מתנהג כמו מוצק;

ככל שטמפרטורת הסביבה נמוכה יותר, המים מתאדים לאט יותר ותכונותיו של נוזל שאינו ניוטוני נשארות ארוכות יותר.

רשימת ספרות משומשת

http:// פופולרי. רוסנו. com

http:// www. רוסנו. com

http:// www. he. ויקיפדיה. org

http:// nanoru. he

http:// www. ננומטר. he

http:// www. ננו-טק. he

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

http://izvmor.ru/