Технологичен проект по нанотехнологии. Информационен проект по физика на тема: „нанотехнологии

Маркин Кирил Петрович

Областта на науката и технологиите, наречена нанотехнология, се появи сравнително наскоро. Перспективите пред тази наука са огромни. Самата частица „нано“ означава една милиардна част от количеството. Например един нанометър е една милиардна от метъра. Тези размери са подобни на размерите на молекулите и атомите. Точната дефиниция на нанотехнологията е следната: нанотехнологията е технология, която манипулира материята на ниво атоми и молекули (затова нанотехнологията се нарича още молекулярна технология). Импулсът за развитието на нанотехнологиите беше лекция на Ричард Файнман, в която той научно доказва, че от гледна точка на физиката няма пречки да се създават неща директно от атоми. За да се обозначи средство за ефективно манипулиране на атоми, беше въведена концепцията за асемблер - молекулярна наномашина, която може да изгради всяка молекулярна структура. Пример за естествен монтажник е рибозомата, която синтезира протеин в живите организми. Очевидно нанотехнологиите не са просто отделен набор от знания, те са широкомащабна, всеобхватна област на изследване, свързана с основните науки. Можем да кажем, че почти всеки предмет, изучаван в училище, по един или друг начин ще бъде свързан с технологиите на бъдещето. Най-очевидна изглежда връзката между „нано“ и физиката, химията и биологията. Очевидно именно тези науки ще получат най-голям тласък за развитие във връзка с наближаващата нанотехнологична революция.

Изтегли:

Преглед:

Общински бюджет образователна институция

„Средно училище № 2 на името на. А.А. Араканцев, Семикаракорск"

Въведение.

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

Цел на работата:

Разберете какво представляват нанотехнологиите;

Разберете приложението на тази наука в различни индустрии;

Разберете дали нанотехнологиите могат да бъдат опасни за хората.

Областта на науката и технологиите, наречена нанотехнология, се появи сравнително наскоро. Перспективите пред тази наука са огромни. Самата частица „нано“ означава една милиардна част от количеството. Например един нанометър е една милиардна от метъра. Тези размери са подобни на размерите на молекулите и атомите. Точната дефиниция на нанотехнологията е следната: нанотехнологията е технология, която манипулира материята на ниво атоми и молекули (затова нанотехнологията се нарича още молекулярна технология). Импулсът за развитието на нанотехнологиите беше лекция на Ричард Файнман, в която той научно доказва, че от гледна точка на физиката няма пречки да се създават неща директно от атоми. За да се обозначи средство за ефективно манипулиране на атоми, беше въведена концепцията за асемблер - молекулярна наномашина, която може да изгради всяка молекулярна структура. Пример за естествен монтажник е рибозомата, която синтезира протеин в живите организми. Очевидно нанотехнологиите не са просто отделен набор от знания, те са широкомащабна, всеобхватна област на изследване, свързана с основните науки. Можем да кажем, че почти всеки предмет, изучаван в училище, по един или друг начин ще бъде свързан с технологиите на бъдещето. Най-очевидна изглежда връзката между „нано“ и физиката, химията и биологията. Очевидно именно тези науки ще получат най-голям тласък за развитие във връзка с наближаващата нанотехнологична революция.

Днес можем да се възползваме от предимствата и новите възможностинано технологии в:

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

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

1. Нанотехнологиите в съвременния свят.

1.1 История на нанотехнологиите.

Наука "Нанотехнологии"аз" възникна поради революционни промени в компютърните науки!

През 1947 г. е изобретен транзисторът, след което започва разцветът на полупроводниковата технология, по време на който размерът на създадените силициеви устройства непрекъснато намалява.Терминът "нанотехнология"през 1974 г. японецът Норио Танигучи предлага да опише процеса на конструиране на нови обекти и материали, използвайки манипулации с отделни атоми. Името идва от думата "нанометър" - една милиардна част от метъра (10-9 м).

Съвременно казано, нанотехнологията е технология за производство на свръхмикроскопични структури от миниатюрни частициматерия, обединяваща всички технически процеси, свързани пряко с атомите и молекулите.

Съвременните нанотехнологии имат доста дълбок исторически отпечатък. Археологическите находки показват съществуването на колоидни формулировки още в древния свят, например „китайско мастило“ в Древен Египет. Известната дамаска стомана е направена поради наличието на нанотръби в нея.

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

Ето приблизителен път на развитие:

• 1905 г Швейцарският физик Алберт Айнщайн публикува статия, в която доказва, че размерът на една захарна молекула е приблизително 1 нанометър.
• 1931 г Германските физици Макс Нол и Ернст Руска създадоха електронен микроскоп, който за първи път направи възможно изследването на нанообекти.
• 1934 г Американският физик теоретик и лауреат на Нобелова награда Юджийн Уигнър теоретично обоснова възможността за създаване на ултрадисперсен метал с достатъчно малък брой електрони на проводимост.
• 1951 г Джон фон Нойман очерта принципите на самовъзпроизвеждащите се машини и учените като цяло потвърдиха тяхната възможност.
• През 1953 г. Уотсън и Крик описват структурата на ДНК, което показва как живите обекти предават инструкции, които ръководят тяхното изграждане.
• 1959 г Американският физик Ричард Файнман за първи път публикува статия, в която оценява перспективите за миниатюризация. Нобеловият лауреат Р. Фейнман написа фраза, която сега се възприема като пророчество: „Доколкото мога да видя, принципите на физиката не забраняват манипулирането на отделни атоми.“ Тази идея беше изразена, когато началото на постиндустриалната ера все още не беше осъзнато; в тези години нямаше интегрални схеми, микропроцесори, персонални компютри.
• 1974 г Японският физик Норио Танигучи въвежда думата „нанотехнология“ в научната циркулация, която предлага да нарича механизми с размер под един микрон. Гръцката дума "nanos" означава грубо "стар човек".
• 1981 г Gleiter беше първият, който обърна внимание на възможността за създаване на материали с уникални свойства, чиято структура е представена от кристалити в наномащабния диапазон.

• На 27 март 1981 г. CBS Radio News цитира учен, работещ за НАСА, който казва, че инженерите ще могат да изградят самовъзпроизвеждащи се роботи в рамките на двадесет години, за използване в космоса или на Земята. Тези машини ще създават копия на самите себе си и на копията може да се нареди да създават полезни продукти.
• 1982 г. G. Biening и G. Rohrer създават първия сканиращ тунелен микроскоп.
• 1985 г Американските физици Робърт Кърл, Харолд Крото и Ричард Смайли създадоха технология, която прави възможно точното измерване на обекти с диаметър един нанометър.
• 1986 г Нанотехнологиите станаха известни на широката общественост. Американският учен Ерик Дрекслер публикува книгата „Машини за създаване: идването на ерата на нанотехнологиите“, в която прогнозира, че нанотехнологиите скоро ще започнат активно да се развиват.
• 1991 г., Хюстън (САЩ), Катедра по химия, Rais University. В своята лаборатория д-р Р. Смолей (носител на Нобелова награда за 1996 г.) използва лазер за изпаряване на графит под вакуум, чиято газова фаза се състои от доста големи крекери: всеки с 60 въглеродни атома. Клъстер от 60 атома е по-стабилен, тъй като има увеличена свободна енергия. Този клъстер е структурна формация, подобна на футболна топка, и той предложи тази молекула да се нарече фулерен.
• 1991 г., Служител на лабораторията на NEC в Япония, Сумио Иджима, за първи път открива въглеродни нанотръби, които преди това бяха предсказани няколко месеца по-рано от руския физик Л. Чернозатински и американеца Дж. Минтмир.
• 1995 г В Научноизследователския институт по физика и химия на името на L.Ya. Карпов разработи сензор, базиран на филмов нанокомпозит, който открива различни вещества в атмосферата (амоняк, алкохол, водни пари).
• 1997 г Richard E. Smalley, носител на Нобелова награда за химия за 1996 г., професор по химия и физика, предсказа сглобяването на атомите до 2000 г. и по същото време предсказа появата на първите търговски нанопродукти. Тази прогноза се сбъдна в предвидения срок.
• 1998 г Експериментално е потвърдена зависимостта на електрическите свойства на нанотръбите от геометричните параметри.
• 1998 г Холандският физик Seez Dekker създаде транзистор, базиран на нанотехнологии.
• 1998 г Темпът на развитие на нанотехнологиите започна рязко да се увеличава. Япония определи нанотехнологиите като вероятна технологична категория за 21 век.
• 1999 г Американските физици Джеймс Тур и Марк Рийд установиха, че отделна молекула може да се държи по същия начин като молекулярните вериги.
• 2000 година. Изследователска група на Hewlett-Packard създаде превключваща молекула или минимикродиод, използвайки най-новите нанотехнологични методи за самосглобяване.

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

• На 7 септември 2006 г. правителството на Руската федерация одобри концепцията за федералния целева програмаразвитие на нанотехнологиите за 2007-2010г.

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

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

1.2. Нанотехнологиите в различни сфери на човешката дейност

Навлизането на нанотехнологиите в сферите на човешката дейност може да бъде представено под формата на нанотехнологично дърво. Приложенията са под формата на дърво, с клонове, представляващи основните области на приложение, и клонове от основните клонове, представляващи диференциация в рамките на основните области на приложение в даден момент.

Днес (2000 - 2010) има следната картина:

• биологичните науки включват разработването на технология за генни етикети, повърхности за импланти, антимикробни повърхности, целеви лекарства, тъканно инженерство, онкологична терапия.
• простите влакна предполагат развитието на хартиената технология, евтините строителни материали, леките плоскости, автомобилните части и тежките материали.
• nanoclips предполагат производството на нови тъкани, покритие от стъкло, "умни" пясъци, хартия, въглеродни влакна.
• защита от корозия с помощта на нанодобавки за мед, алуминий, магнезий, стомана.
• Катализаторите са предназначени за използване в селското стопанство, дезодориране и производство на храни.
• Лесните за почистване материали се използват в ежедневието, архитектурата, млечната и хранително-вкусовата промишленост, транспортната индустрия и канализацията. Това е производство на самопочистващи се стъкла, болнично оборудване и инструменти, антиплесенни покрития и лесна за почистване керамика.
• Биопокритията се използват в спортно оборудване и лагери.
• Оптиката като област на приложение на нанотехнологиите включва области като електрохромия и производство на оптични лещи. Това са нова фотохромна оптика, лесна за почистване оптика и оптика с покритие.
• Керамиката в областта на нанотехнологиите дава възможност за получаване на електролуминесценция и фотолуминесценция, пасти за печат, пигменти, нанопрахове, микрочастици, мембрани.
• Компютърните технологии и електрониката като област на приложение на нанотехнологиите ще доведат до електроника, наносензори, битови (вградени) микрокомпютри, инструменти за визуализация и преобразуватели на енергия. Следва развитието на глобалните мрежи, безжичните комуникации, квантовите и ДНК компютрите.
• Наномедицината, като област на приложение на нанотехнологиите, включва наноматериали за протезиране, „умни“ протези, нанокапсули, диагностични наносонди, импланти, ДНК реконструктори и анализатори, „умни“ и прецизни инструменти, таргетни фармацевтични продукти.
• Космосът като поле на приложение на нанотехнологиите ще отвори перспективи за механоелектрически преобразуватели слънчева енергия, наноматериали за космически приложения.
• Екологията като област на приложение на нанотехнологиите е възстановяването на озоновия слой, контролът на времето.

1.2.1 Нанотехнологии в космоса

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

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

Младите учени смятат, че ключовите проблеми на сателитната микроминиатюризация включват, наред с други неща, създаването на нови технологии в областта на оптиката, комуникационните системи, методите за предаване, получаване и обработка на големи количества информация. Говорим за нанотехнологии и наноматериали, които позволяват да се намалят масата и размерите на устройствата, изстреляни в космоса, с два порядъка. Например, якостта на наноникела е 6 пъти по-висока от тази на конвенционалния никел, което прави възможно, когато се използва в ракетни двигатели, да се намали масата на дюзата с 20-30%.Намаляването на масата на космическите технологии решава много проблеми: удължава живота на устройството в космоса, позволява му да лети по-далеч и да носи повече полезно оборудване за изследвания. В същото време се решава проблемът с енергоснабдяването. Миниатюрни устройства скоро ще бъдат използвани за изследване на много явления, например въздействието на слънчевите лъчи върху процесите на Земята и в околоземното пространство.

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

1.2.2 Нанотехнологии в медицината

Последните постижения в нанотехнологиите, според учените, могат да бъдат много полезни в борбата с рака. Разработено е противораково лекарство директно към целта - в засегнатите клетки злокачествен тумор. Нова система, базирана на материал, известен като биосилиций. Наносиликонът има пореста структура (десет атома в диаметър), в която е удобно да се въвеждат лекарства, протеини и радионуклиди. Достигайки целта, биосиликонът започва да се разпада и лекарствата, които доставя, започват да действат. Освен това, според разработчиците, новата система ви позволява да регулирате дозировката на лекарството.

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

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

Веднъж попаднали в тялото, тези малки сензори ще проникнат в лимфоцитите - бели кръвни клетки, които осигуряват защитната реакция на тялото срещу инфекция и други фактори, причиняващи заболяване. По време на имунния отговор на лимфоидните клетки към определено заболяване или състояние на околната среда - настинка или излагане на радиация, например - протеиновата структура на клетката се променя. Всеки наносензор, покрит със специални химически реагенти, ще започне да свети с такива промени.

За да видят това сияние, учените ще създадат специално устройство, което сканира ретината на окото. Лазерът на такова устройство трябва да открива блясъка на лимфоцитите, когато те един след друг преминават през тесните капиляри на фундуса. Ако има достатъчно маркирани сензори в лимфоцитите, тогава е необходимо 15-секундно сканиране, за да се открие увреждане на клетките, казват учените.

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

Наномедицината е представена от следните възможности:

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

2. ДНК чипове (създаване на индивидуални лекарства).

3. Изкуствени ензими и антитела.

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

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

Разглеждайки единичен атом като градивен елемент или „част“, ​​нанотехнологиите търсят практически начини за конструиране на материали с определени характеристики от тези части. Много компании вече знаят как да сглобяват атоми и молекули в определени структури.

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

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

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

Напълно възможно е след подобрение за осигуряване на „вечна младост“ наноботите вече да не са необходими или да се произвеждат от самата клетка.

За да постигне тези цели, човечеството трябва да разреши три основни проблема:

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

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

Един от тях е да се подобри сканиращият тунелен микроскоп или микроскопът за атомна сила и да се постигне позиционна точност и сила на захващане.
Друг път към създаването на първия нанобот води през химичен синтез. Възможно е да се проектират и синтезират умни химически компоненти, които могат да се сглобяват сами в разтвор.
И друг път води през биохимията. Рибозомите (вътре в клетката) са специализирани наноботи и можем да ги използваме за създаване на по-гъвкави роботи.

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

Изследователската работа започна сравнително наскоро, но темпът на открития в тази област е изключително висок, мнозина смятат, че това е бъдещето на медицината.

1.2.3 Нанотехнологиите в хранително-вкусовата промишленост

Нанохраните са нов термин, неясен и неестетичен. Храна за нанохора? Много малки порции? Храна, произведена в нанофабрики? Разбира се, че не. Но все пак това е интересна посока в хранителната индустрия. Оказва се, че нанохраните са цял набор от научни идеи, които вече са на път да се реализират и приложат в индустрията. Първо, нанотехнологиите могат да осигурят производителите на храни уникални възможностиза пълен мониторинг в реално време на качеството и безопасността на продуктите директно по време на производствения процес. Говорим за диагностични машини, използващи различни наносензори или т. нар. квантови точки, способни бързо и надеждно да откриват най-малките химически замърсители или опасни биологични агенти в продуктите. Методите за производство, транспортиране и съхранение на храни могат да получат своя дял от полезни иновации от нанотехнологичната индустрия. Според учените първите производствени машини от този вид ще се появят на масовите пазари. хранителна продукцияпрез следващите четири години. Но на дневен ред са и по-радикалните идеи. Готови ли сте да погълнете наночастици, които не се виждат? Ами ако наночастиците се използват специално за доставяне на полезни вещества и лекарства до точно избрани части от тялото? Какво ще стане, ако такива нанокапсули могат да бъдат въведени в хранителни продукти? Все още никой не е използвал нанохраната, но предварителните разработки вече са в ход. Експерти казват, че годни за консумация наночастици могат да бъдат направени от силиций, керамика или полимери. И разбира се - органична материя. И ако всичко е ясно по отношение на безопасността на така наречените „меки“ частици, подобни по структура и състав на биологичните материали, то „твърдите“ частици, съставени от неорганични вещества, са голямо бяло петно ​​на пресечната точка на две територии – нанотехнологиите и биологията . Учените все още не могат да кажат по какви пътища ще пътуват такива частици в тялото и къде ще попаднат. Това предстои да видим. Но някои експерти вече рисуват футуристични картини на предимствата на наноядците. В допълнение към предоставянето на ценни хранителни веществакъм желаните клетки. Идеята е следната: всеки купува една и съща напитка, но тогава потребителят ще може да контролира наночастиците, така че вкусът, цветът, ароматът и концентрацията на напитката да се променят пред очите му.

1.2.4 Нанотехнологиите във военното дело

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

1. Създаване на нови мощни миниатюрни взривни устройства.

2. Унищожаване на макроустройства от нанониво.

3. Шпионаж и потискане на болката чрез невротехнологии.

4. Биологични оръжияи наноустройства за генетично насочване.

5. Нано оборудване за войници.

6. Защита от химически и биологични оръжия.

7. Наноустройства в системите за управление на военна техника.

8. Нанопокрития за военна техника.

Нанотехнологиите ще направят възможно производството на мощни експлозиви. Размерът на експлозива може да бъде намален десетки пъти. Атака с управляеми ракети с наноексплозиви срещу инсталации за регенерация на ядрено гориво може да лиши страната от физическата способност да произвежда оръжеен плутоний. Въвеждането на малки по размери роботизирани устройства в електронното оборудване може да наруши работата на електрическите вериги и използването на механика. Отказът на контролните центрове и командните пунктове не може да бъде предотвратен, освен ако наноустройствата не са изолирани. Роботите за разглобяване на материали на атомно ниво ще се превърнат в мощни оръжия, които превръщат в прах бронята на танковете, бетонните конструкции на контейнерите, корпусите на ядрените реактори и телата на войниците. Но това все още е само перспектива за развита формананотехнологии. Междувременно се провеждат изследвания в областта на невронните технологии, чието развитие ще доведе до появата на военни наноустройства, които извършват шпионаж или прихващат контрол върху функциите на човешкото тяло, използвайки връзка чрез наноустройства с нервна система. Лабораториите на НАСА вече са създали работещи образци на оборудване за прихващане на вътрешна реч. Фотонните компоненти на наноструктури, способни да приемат и обработват огромни количества информация, ще станат основата на системите за наблюдение на космоса, наземно наблюдение и шпионаж. С помощта на наноустройства, въведени в мозъка, е възможно да се получи „изкуствено“ (техническо) зрение с разширен диапазон на възприятие в сравнение с биологичното зрение. Разработват се система за потискане на болката при войници, имплантирана в тялото и мозъка и неврочипове.

Следващото военно приложение на нанотехнологиите са наноустройствата за генетично насочване. Генетично насочено наноустройство може да бъде програмирано да извършва специфични разрушителни действия в зависимост от генетичната структура на ДНК на клетката, в която се намира. Като условие за активиране на устройството се задава уникален участък от генетичния код на конкретно лице или шаблон за действия върху група хора. Ще бъде почти невъзможно да се разграничи обикновена епидемия от етническо прочистване без инструменти за откриване на нанороботи. Наноустройствата ще работят само срещу даден тип хора и при строго определени условия. Веднъж попаднало в тялото, наноустройството няма да се прояви по никакъв начин, докато не бъде дадена команда за активиране. Следващото приложение на нанотехнологиите е в екипировката на войниците. Предлага се да се направи нещо като хибрид от човек, униформи и оръжия, чиито елементи ще бъдат толкова тясно свързани помежду си, че напълно екипиран войник на бъдещето може да се нарече отделен организъм.

Нанотехнологията осигури пробив в производството на брони и бронежилетки.

Военното оборудване трябва да бъде оборудвано със специална „електромеханична боя“, която ще ви позволи да промените цвета си и да предотвратите корозия. Nanopaint ще може да „лекува“ леки щети по тялото на автомобила и ще се състои от голям брой наномеханизми, които ще му позволят да изпълнява всички горепосочени функции. Използвайки система от оптични матрици, които ще бъдат отделни наномашини в „боята“, изследователите искат да постигнат ефекта на невидимостта на автомобил или самолет.

Нанотехнологиите ще донесат промени във военната сфера. Нова, качествено трансформирана и неконтролирана надпревара във въоръжаването. Контрол върху нанотехнологиите може да бъде реалистично упражнен само в една глобална цивилизация. Нанотехнологиите ще позволят пълна механизация на полевата война, елиминирайки присъствието на модернизирани войници.

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

Заключение

След като изяснихме концепцията за нанотехнологиите, очертахме нейните перспективи и се спряхме на възможните опасности и заплахи, бих искал да направя заключение. Вярвам, че нанотехнологиите са млада наука, резултатите от нейното развитие могат да променят света около нас до неузнаваемост. И какви ще бъдат тези промени - полезни, улесняващи несравнимо живота, или вредни, заплашващи човечеството - зависи от взаимното разбирателство и рационалността на хората. А взаимното разбирателство и рационалността пряко зависят от нивото на хуманност, което предполага отговорност на човека за действията му. Следователно най-важната необходимост през последните години преди неизбежния нанотехнологичен „бум” е култивирането на филантропия. Само интелигентни и хуманни хора могат да превърнат нанотехнологиите в стъпало към разбирането на Вселената и тяхното място в тази Вселена.

Библиография

1. Основи на обектно-ориентираното програмиране в Delphi: Учебник. ръководство / В. В. Кузнецов, И. В. Абдрашитова; Изд. Т. Б. Корнеева. – изд. 3-то, преработено и допълнителни – Томск, 2008. – 120 с.
2. Kimmel P. Създаване на приложение в Delphi./P. Kimel – M: Williams, 2003. – 114 p.
3. Кобаяши Н. Въведение в нанотехнологиите/Н. Кобаяши. – М.: Бином, 2005 – 134s
4. Chaplygin A. “нанотехнологии в електрониката” / A. Chaplygin. - 2005 М.: техносфера
5. http:// www.delphi.com

   Преглед:

   За да използвате визуализации на презентации, създайте акаунт за себе си ( сметка) Google и влезте:

Въведение
1.История на развитието на нанотехнологиите
2. Нанотехнологии в медицината
3. Воронежска област в челните редици на наноизследванията
3.1 Университети на Воронежска област и техните разработки в областта на нанотехнологиите
3.2 Нанотехнологична индустрия в района на Воронеж
3.3 Нанопродукти за масовия потребител
Заключение
Литература
„Има много място там долу“
- Ричард Файнман

Въведение
Областта на науката и технологиите, наречена нанотехнология, както и съответната терминология, се появиха сравнително наскоро. Неговите перспективи обаче са толкова грандиозни за нашата цивилизация, че е необходимо да се разпространи широко основната идея за нанотехнологиите, предимно сред младите хора.
Въпреки че думата нанотехнология е сравнително нова, устройствата и структурите с нанометрови размери не са нови. Всъщност те са съществували на Земята, откакто е съществувал самият живот. Мекотелото охлюв израства много издръжлива черупка, преливаща отвътре, чрез залепване на издръжливи тебеширени наночастици със специална смес от протеини и въглехидрати. Пукнатините, които се появяват отвън, не могат да се разпространяват в мивката поради наноструктурираните тухли. Черупките са демонстрация на природата, че структурите, образувани от наночастици, могат да бъдат много по-здрави от материала, който е еднакъв по обем.
Не е известно точно кога хората за първи път са започнали да се възползват от наномащабните материали. Има доказателства, че през четвърти век от н. е. римските стъклари са правили стъкло, съдържащо метални наночастици. Част от тази епоха, наречена чашата на Ликург, се намира в Британския музей. Купата, изобразяваща смъртта на крал Ликург, е изработена от натриево-калциево стъкло, съдържащо наночастици от сребро и злато. Цветът на купата се променя от зелен на тъмно червен, когато в нея се постави източник на светлина. Огромното разнообразие от красиви цветни витражи в средновековните църкви се дължи на наличието на метални наночастици в стъклото.
Бурното развитие на нанотехнологиите в световен мащаб показва голямото им значение в процеса на развитие на цивилизацията. Нанотехнологиите радикално ще променят всички области на човешкия живот. На тяхна основа могат да се създават стоки и продукти, чието използване ще революционизира цели сектори на икономиката.
Значението на развитието на нанотехнологиите трудно може да бъде надценено! Това означава, че е необходимо да се изучава всичко, свързано с нанотехнологиите, още в училищно ниво. И въпреки че основното ниво на изучаване на физика в гимназията предвижда само 2 часа седмично и всеки заинтересован ученик разбира, че това не е достатъчно - интересът към поставения проблем не стихва.

1. Днес концепцията за нанотехнологиите е здраво вкоренена в живота ни, а през 1959 г. известният американски теоретичен физик Ричард Файнман каза, че има „удивително сложен святмалки форми и някой ден (например през 2000 г.) хората ще бъдат изненадани, че преди 1960 г. никой не е приемал сериозно изучаването на този свят.
Дядото на нанотехнологиите може да се счита за гръцкия философ Демокрит. Преди 2400 години той за първи път използва думата „атом“, за да опише най-малката частица материя.
1905 г. - Швейцарският физик Алберт Айнщайн публикува статия, в която доказва, че размерът на една захарна молекула е приблизително 1 нанометър.
1931 г. - Германските физици Макс Кнол и Ернст Руска създават електронен микроскоп, който за първи път прави възможно изследването на нанообекти.
1959 г. - Американският физик Ричард Файнман за първи път публикува статия, оценяваща перспективите за миниатюризация. Основните принципи на нанотехнологиите бяха очертани в неговата легендарна лекция „Има много място на дъното“, изнесена от него в Калифорнийския технологичен институт. Файнман научно доказва, че от гледна точка на основните закони на физиката няма пречка да се създават неща директно от атоми. Тогава думите му изглеждаха фантастични само по една причина: все още нямаше технология, която да позволява да се работи с отделни атоми (тоест да се идентифицира атом, да се вземе и да се постави на друго място). За да стимулира интереса към тази област, Файнман предложи награда от 1000 долара на първия човек, който напише страница от книгата върху главата на карфица, което между другото беше постигнато още през 1964 г.
1968 г. - Алфред Чо и Джон Артър, служители на научния отдел американска компанияБел, разработи теоретичните основи за нанообработка на повърхности.
1974 г. - Японският физик Норио Танигучи въвежда думата "нанотехнология" в научното обращение, като предлага да се наричат ​​механизми с размер по-малък от 1 микрон.
1981 г. - Германските физици Герд Биниг и Хайнрих Рорер създават сканиращ тунелен микроскоп - устройство, което позволява да се влияе на материята на атомно ниво. Четири години по-късно те получават Нобелова награда.
1985 г. - Американските физици Робърт Кърл, Харолд Крото и Ричард Смолли създават технология, която прави възможно точното измерване на обекти с диаметър от един нанометър.
1986 г. – Създаден е атомно-силов микроскоп, който за разлика от тунелния микроскоп позволява взаимодействие с всякакви материали, не само проводими.
1986 - Нанотехнологиите стават известни на широката публика. Американският футурист Ерик Дрекслър публикува книга, в която прогнозира, че нанотехнологиите скоро ще започнат активно да се развиват.
1989 г. - Доналд Айглър, служител на IBM, базира името на своята компания на ксенонови атоми.
1998 - Холандският физик Seez Dekker създава нанотранзистор.
2000 г. – Администрацията на САЩ обявява Националната инициатива за нанотехнологии. Тогава от федералния бюджет на САЩ бяха отпуснати $500 млн. През 2002 г. сумата на отпуснатите средства беше увеличена до $604 млн. За 2003 г. Инициативата поиска $710 млн., а през 2004 г. правителството на САЩ реши да увеличи финансирането за научни изследвания в тази област до 3,7 милиарда долара за четири години. Като цяло глобалните инвестиции в нанотехнологии през 2004 г. възлизат на около 12 милиарда долара.
2004 - Администрацията на САЩ подкрепи "Националната инициатива за наномедицина" като част от Националната инициатива за нанотехнологии.
Тази хронология на събитията нямаше как да не ме заинтересува и в доклада, който предоставих, се опитах да представя фактите и събитията, които ме интересуват, от гледна точка на грижовен ученик, който разбира, че бъдещето е в новите технологии.

2. Бързото развитие на нанотехнологиите се дължи и на нуждите на обществото от бърза обработка на огромни количества информация.
Днес напредъкът в областта на нанотехнологиите се свързва с разработването на наноматериали за космическата, автомобилната и електронната промишленост.
Но постепенно медицината все повече се споменава като обещаваща област на приложение на нанотехнологиите. Това се дължи на факта, че модерна технологияви позволява да работите с материя в мащаб, който доскоро изглеждаше фантастичен - микрометър и дори нанометър. Това са размерите, които са характерни за основните биологични структури - клетки, техните компоненти (органели) и молекули.

Днес можем да говорим за появата на ново направление - наномедицина. Идеята за използване на микроскопични устройства (робот манипулатори) в медицината е изразена за първи път през 1959 г. от Р. Фейнман. Манипулаторите отварят най-широки възможности за реанимация на болни клетки на тялото, включително човешки клетки, които някои далновидни учени вече разглеждат като възможност най-накрая да получат безсмъртие. Съществува обаче и много негативна възможност за по-нататъшното развитие на нанотехнологиите: по-специално, ако контролът върху манипулатора попадне в ръцете на избрани хора, властта на тези хора над всички останали ще бъде неограничена.
Днес все още сме доста далеч от описания от Файнман микроробот, способен на кръвоносна системапроникнете в сърцето и там извършете клапна операция. Но през последните няколко години неговите предложения се доближиха до реалността. Съвременните приложения на нанотехнологиите в медицината могат да бъдат разделени на няколко групи:
. Наноструктурирани материали, включително повърхности с нанорелиф, мембрани с наноотвори;
. Наночастици (включително фулерени и дендримери);
. Микро- и нанокапсули;
. Нанотехнологични сензори и анализатори;
. Медицински приложения на сканиращи сондови микроскопи;
. Наноинструменти и наноманипулатори;
. Микро- и наноустройства с различна степен на автономност.
Най-яркият и прост пример за използването на нанотехнологиите в медицината и козметиката е обикновен сапунен разтвор, който има почистващ и дезинфекциращ ефект. Той образува наночастици, мицели - частици от дисперсната фаза на Zol (колоиден разтвор), заобиколени от слой от молекули или йони на дисперсната среда. Сапунът е чудо на нанотехнологиите, което вече е такова, когато никой дори не е подозирал за съществуването на наночастици. Този наноматериал обаче не е основният за развитието на съвременните нанотехнологии в здравеопазването и козметологията.

Друго древно приложение на нанотехнологията в козметологията е фактът, че боите, използвани от австралийските аборигени за нанасяне на ярки военни бои, както и боята за коса на древногръцките красавици, също съдържат наночастици, които осигуряват много дълготраен и траен оцветяващ ефект. Сега нека поговорим за развитието на нанотехнологиите.

На първия етап от развитието на нанотехнологиите се предпочитаха сондовите микроскопични устройства. Тези устройства са като очите и ръцете на нанотехнолога. През 21 век нанотехнологиите ще навлязат във всички области на човешкия живот. Това е нова дума в науката, нови възможности, ново качество и стандарт на живот. Бурното развитие на нанотехнологиите в световен мащаб е голямото им значение в процеса на развитие на цивилизацията. Нанотехнологиите и наноинженерството днес са най-обещаващите области в развитието на руската и чуждестранната наука. Наноматериалите предизвикаха истински пробив в много индустрии и навлизат във всички сфери на живота ни.
На тяхна основа могат да се създават стоки и продукти, чието използване ще даде възможност за модернизиране на цели сектори на икономиката. Сред обектите, които ще можем да видим в близко бъдеще, са наносензори за идентифициране на токсични отпадъци от химическата и биотехнологичната промишленост, лекарства, химически бойни агенти, експлозиви, патогенни микроорганизми, както и филтри за наночастици и други пречиствателни устройства, предназначени да отстранят или ги неутрализирайте. Друг пример за обещаващи наносистеми в близко бъдеще са електрическите опорни кабели, базирани на въглеродни нанотръби, които ще провеждат ток с високо напрежение по-добре от медните проводници и в същото време ще тежат пет до шест пъти по-малко.
Наноматериалите значително ще намалят цената на автомобилните каталитични конвертори, които почистват отработените газове от вредни примеси, тъй като с тяхна помощ е възможно да се намали потреблението на платина и други ценни метали, използвани в тези устройства с 15-20 пъти. Има всички основания да се смята, че наноматериалите ще намерят широко приложениев нефтопреработвателната промишленост и др най-новите областибиоиндустрия, като геномика и протеомика.

Гледайки в далечното бъдеще, можем да предположим, че нанотехнологиите могат да осигурят на човек физическо безсмъртие поради факта, че наномедицината може безкрайно да регенерира умиращи клетки. Като стана дума за медицина...Тя ще се промени до неузнаваемост. Първо, наночастиците могат да се използват в медицината за прецизно доставяне на лекарства и контролиране на скоростта на химичните реакции. Нанокапсулите с идентификационни етикети ще могат да доставят лекарства директно до определени клетки и микроорганизми, ще могат да наблюдават и показват състоянието на пациента, да наблюдават метаболизма и много други. Това ще даде възможност за по-ефективна борба с рака, вирусни и генетични заболявания. Представете си, че се разболявате от грип (а дори още не знаете, че го имате). Изкуствено подсилената имунна система веднага ще реагира, десетки хиляди нанороботи ще започнат да разпознават (в съответствие с тяхната вътрешна база данни) вируса на грипа и след минути няма да има нито един вирус в кръвта ви! Или сте започнали ранна атеросклероза, изкуствените клетки започват да почистват вашите съдове механично и химично. Второ, възможно е да се създадат нанороботи лекари, способни да „живеят“ вътре в човешкото тяло, елиминирайки всички възникнали щети или предотвратявайки появата им. Постоянната проверка и, ако е необходимо, „коригиране“ на молекули, клетка по клетка, орган по орган, наномашините ще възстановят здравето на всеки пациент и след това просто ще предотвратят всякакви заболявания и патологии, включително генетични. Теоретично това ще позволи на човек да живее стотици, а може би и хиляди години. Трето, ще бъде възможно бързо да се анализира и модифицира генетичният код, простият дизайн на аминокиселините и протеините и създаването на нови видове лекарства, протези и импланти. В тази област редица изследователи вече тестват различни наноматериали за съвместимост с живи тъкани и клетки.

Днес можем само да си фантазираме за нанороботи, но въпреки това вече имаме значителен напредък в тази област. Така наночастиците от определени вещества могат да служат като „нанороботи“. Например среброто. Установено е, че сребърните наночастици са хиляди пъти по-ефективни в борбата с бактериите и вирусите от сребърните йони.
Както показа експериментът, незначителни концентрации на наночастици унищожиха всички известни микроорганизми (включително вируса на СПИН), без да бъдат консумирани. Освен това, за разлика от антибиотиците, които убиват не само вредните вируси, но и клетките, засегнати от тях, действието на наночастиците е много избирателно: те действат само върху вирусите, без да увреждат клетката! Факт е, че обвивката на микроорганизмите се състои от специални протеини, които, когато са повредени от наночастици, спират да доставят на бактериите кислород. Нещастният микроорганизъм вече не може да окислява своето „гориво“ - глюкоза - и умира, оставен без източник на енергия. Вирусите, които изобщо нямат обвивка, също получават своето, когато срещнат наночастица. Но човешките и животинските клетки имат по-високотехнологични стени и не се страхуват от наночастици. В момента се провеждат изследвания за възможностите за използване на сребърни наночастици във фармацевтичните продукти.

Например, компанията Хелиос произвежда паста за зъби „Захар“ със сребърни наночастици, която ефективно предпазва от различни инфекции. Също така, малки концентрации на наночастици се добавят към някои кремове от серията „елитна” козметика, за да се предотврати развалянето им по време на употреба. Добавките на базата на сребърни наночастици се използват като антиалергичен консервант в кремове, шампоани, грим продукти и др. При използване се наблюдава и противовъзпалителен и лечебен ефект.
Наночастиците са в състояние да запазят бактерицидни свойства за дълго време след нанасяне върху много твърди повърхности (стъкло, дърво, хартия, керамика, метални оксиди и др.). Това прави възможно създаването на високоефективни, дълготрайни дезинфекционни аерозоли за битова употреба. За разлика от белина и други химически дезинфектанти, аерозолите на базата на наночастици не са токсични и не вредят на здравето на хората и животните.

Scientific American прогнозира, че в близко бъдеще ще се появят медицински устройства с размер на пощенска марка. Ще бъде достатъчно да ги приложите към раната. Това устройство самостоятелно ще направи кръвен тест, ще определи какви лекарства трябва да се използват и ще ги инжектира в кръвта. Трябва да се отбележи, че появата на високите технологии, поради тяхната висока цена, въведе редица нови проблеми в здравеопазването, включително морално-етични, свързани с наличността и достъпността на медицинските услуги за населението. Въпреки това, колкото и да се развива научно-техническата основа на медицината, основните фактори за излекуване на пациента винаги са били и ще останат професионалната подготовка, етичните и човешките качества на лекаря.

3. Руските учени са дали и продължават да дават своя принос в цялостното развитие на нанотехнологиите. Един от водещите региони на Русия в наноизследванията е Воронежката област. Днес той има известен потенциал в областта на наноиндустрията - това са научните разработки на университетите във Воронежска област и редица иновативни проекти и технологични разработки на промишлени предприятия. Приоритетите на индустрията в региона са съсредоточени в енергийната и горивната промишленост, инструментостроенето и електрониката, както и в космическата индустрия.

3.1 Област Воронеж има висок индустриален потенциал, а една трета от населението на Воронеж има висше образование. Градът с право се счита за интелектуален център на Централния Черноземен регион. Водещи университети в региона - Воронежкият държавен университет, Воронежкият държавен технически университет и редица други - успешно провеждат научни разработки в областта на наноматериалите и наноелектрониката. Предприятията на Воронеж също имат иновативни проекти и технологични разработки, където най-голямо внимание се отделя на перспективната работа в областта на термоелектричеството и създаването на елементна база върху силициеви нанокристали, подобни на мустаци, както и на други свързани теми. По този начин JSC Voronezh ITC, заедно с VSTU, успешно се занимава с научноизследователска и развойна дейност за разработване на високоефективна нанокомпозитна слънчева клетка. Технологичен парк „Съдружество“ изпълнява проект „Разработване на технологично оборудване за производство на фулерен-съдържащи смеси, нановлакна и нанотръби“. Създават се центрове за развитие на наноиндустрията с участието на високотехнологични предприятия и университети в региона. Сред такива центрове можем да подчертаем: Fonon Center на базата на OJSC NPO RIF Corporation и Industrial Nanotechnologies на базата на Cosmos-Oil-Gas LLC.

Промишлените предприятия в областта на нанотехнологиите обръщат най-голямо внимание на разработките в следните области: термоелектричество, разработване на елементна база върху мустакови силициеви нанокристали и др. Създават се малки иновативни предприятия, специализирани в развитието на нанотехнологиите.
Въз основа на разработките на VSU е създадена Corrosion Protection LLC, която се промотира на пазара нова технологияпокритие на цинкови наноструктури. АД Рикон също работи в тази посока, като създаде принципно нови кондензатори с помощта на фулерени.

JSC "Voronezh ITC" заедно с VSTU се занимава с научноизследователска и развойна дейност за разработване на високоефективна нанокомпозитна слънчева клетка. Технологичен парк „Съдружество“ изпълнява проект „Разработване на технологично оборудване за производство на фулерен-съдържащи смеси, нановлакна и нанотръби“.

Химици от Воронежския държавен аграрен университет са изобретили издръжлив битов филтър за вода, който според тях няма аналози в света. Филтърът, който е създаден от служители на VSAU и компанията Aqua, е базиран на нанотехнологии. Според ръководителя на проекта, ръководителя на лабораторията по химия на Факултета по технологии и стокознание Иван Горелов, синтезът на филтърния материал е направен от наночастици от силициев диоксид, въглерод и сребро. Първо се приготвят като суровини, след това се смесват в стриктни пропорции, сушат се, за да се получат гранули, и се изпичат при температура от 1000ºC без кислород.

Според учените уникалността на новия филтър, в допълнение към използването на наночастици, е, че премахва изкуствени примеси - предимно железни съединения, петролни продукти, както и йони на тежки метали (олово, живак, цинк, кадмий, мед). Естественият минерален състав на водата остава непроменен.
Нанокомпозитът, с който е оборудван нашият филтър, има универсални свойства. В сухо състояние той е способен да абсорбира пари от бензен, толуен, хексан, ацетон, както и дим. Поради това може да намери приложение например в защитни устройства при извънредни ситуации за защита на спасителен персонал и за защита на работници в бояджийската и лаковата промишленост.
Към филтрите вече са проявили интерес клиенти от Европа и Азия. Индустриалната линия за тяхното производство във Воронежския държавен аграрен университет ще бъде пусната в експлоатация в началото на 2013 г. Създават се центрове за развитие на наноиндустрията с участието на високотехнологични предприятия и университети в региона.

3.2 В момента в региона има 14 предприятия и организации, работещи в областта на нанотехнологичната индустрия: АО Воронежсинтезкаучук, АО НПО РИФ Корпорация, АО ВЗПП-С, АО КБХА, АО Концерн Созвездие, Воронежски държавен университет, Воронежски държавен технически университет, Комнет ООД , ОАО "Завод Водмашоборудование" и др. В региона вече се изпълняват около 20 промишлени проекта в областта на наноиндустрията. А само във Воронежския държавен университет има около 30 проекта на етап разработка.
Основните области на приложение на НИРД за наноиндустрията на Воронежска област са следните области:
. Нанотехнологиите в енергетиката и горивната индустрия. Предприятия и организации от Воронежска област изпълняват проекти, насочени към промишлено производствополисилиций за слънчеви батерии, термоелектрически материали за повишаване на енергийната ефективност на машини и механизми, наномодифициране на налични на пазара видове горива и течности.
. Нанотехнологии в уредостроенето и електрониката. Разработките в областта на наноиндустрията във Воронежска област са насочени към разработването и производството на сканиращи електронни и атомно-силови микроскопи, микросхеми, печатни платки и последователни кабели.
. Нанотехнологиите в космическата индустрия. В рамките на тази индустрия във Воронежска област предприятия и организации в областта на нанотехнологиите провеждат пилотни изпитания и подготвят производството на топлоустойчиви и други наномодифицирани композити, принципно нови материали за ракетостроенето и самолетостроенето.
. Нанотехнологии в машиностроенето. В определената индустрия предприятията и организациите на наноиндустрията на Воронежска област работят върху производството на системи за създаване на наноматериали.
. Нанотехнологии в медицината. Предприятия и организации на наноиндустрията на Воронежска област изпълняват проекти, насочени към създаване на нови методи за лечение и диагностика на пациенти. Значителен дял от обещаващите проекти е насочен към създаване на технологии за заместване на вноса на чужди лекарства.
. Нанотехнологиите в производството на строителни материали. През последните години на практика няма въвеждане на нови технологии в строителната индустрия. Междувременно предприятията и организациите на наноиндустрията на Воронежска област имат значителен потенциал за развитие, предназначен да подобри значително качеството на строителството в региона и Руската федерация.
. Нанотехнологиите в хранително-вкусовата промишленост. Текущите разработки на предприятията и организациите на наноиндустрията във Воронежска област включват технологии за пречистване на вода и модифициране на хранителни продукти за подобряване на техните хранителни свойства.

3.3 Във Воронежска област в момента активно се въвеждат нанопродукти за качествено подобряване на здравето на жителите на Воронеж. Пример за това са продуктите на компанията Nano Hightech, по-специално шестоъгълник, изработен от нанокерамика. Нанокерамиката е уникален материал, който синтезира няколко основни компонента: вулканични скали, камък Kym-Gan, естествен германий, титан, пуцолан и бародон, натрошени до единици с нано размери. Благодарение на това Nano Hitech Hanguk Nano Medical Company произведе уникален продукт - Nanoceramics (NC). Получените суровини преминават процес на пресоване, формоване и изпичане при температура 1300°C в електрическа пещ. Изпечените и полирани шестоъгълници след това се оформят ръчно в плътни мозаечни полета за използване в производството на хардуер. Този шестоъгълник е предназначен да облекчава болката, да премахва неприятните миризми и да структурира течности.

Както ни уверява производителят, той:
. активира процесите на микроциркулация,
. възстановява нарушения енергиен обмен,
. има бактерицидни свойства,
. ускорява заздравяването на рани, охлузвания, натъртвания, изгаряния,
. запазва храната свежа за дълго време, премахва неприятните миризми (при поставяне на Hexagon в хладилник, килер или обувки),
. спомага за повишаване на плодородието на почвата (при поливане със заредена вода или поставяне на Hexagon в почвата),
. засяга структурата на течностите,
. облекчава болката и възпалението.
Разбира се, все още няма много продукти, предназначени за масови потребители, но напредъкът не стои неподвижен и можем спокойно да предположим, че през следващите 5-10 години ще можем да видим нови потребителски продукти.

Заключение
Както многократно е посочвано, нанотехнологиите откриват големи перспективи за разработване на нови материали, подобряване на комуникациите, развитие на биотехнологиите, микроелектрониката, енергетиката и оръжията. Сред най-вероятните научни пробиви експертите цитират повишената компютърна производителност, възстановяването на човешки органи с помощта на новосъздадена тъкан, производството на нови материали директно от дадени атоми и молекули и появата на нови открития в химията и физиката, които биха могли да имат революционен ефект влияние върху развитието на цивилизацията.
Очаква се нанотехнологиите да решат енергийните проблеми чрез използването на по-ефективно осветление, горивни клетки, водородни батерии, слънчеви клетки, разпределение на енергийни източници, децентрализация на производството и съхранението на енергия чрез качествена актуализация на електроенергийната система.
Най-важното е понятието „нанотехнология“ да не се превърне в вратичка, зад която ще се крият нечестни учени, предприемачи, фирми и служители.
В момента на пазара има само скромен напредък в нанотехнологиите, като например самопочистващи се покрития, интелигентни дрехи и опаковки, които запазват храната свежа по-дълго. Учените обаче прогнозират триумфалното шествие на нанотехнологиите в близко бъдеще, основавайки се на факта на постепенното им навлизане във всички сектори на производството.
Както вече споменахме, възможностите за използване на нанотехнологиите са неизчерпаеми: от микроскопични компютри, които убиват раковите клетки до автомобилни двигатели, не замърсяват околната среда, но големите перспективи най-често носят със себе си големи опасности. Да вземем например постиженията в областта на атомната енергетика и тъжните последици Чернобилска аварияили трагедията на Хирошима и Нагасаки. Учените по целия свят днес трябва ясно да разберат, че подобни „неуспешни“ експерименти или небрежност в бъдеще могат да се превърнат в трагедия, която застрашава съществуването на цялото човечество и планетата като цяло.
В тази връзка става ясно защо от самото навлизане на нанотехнологиите, развитието им е възпрепятствано от страхове, някои от които явно принадлежат към категорията на научната фантастика, но някои обаче съвсем не са безпочвени.
В близко бъдеще се планира създаването на „умни“ материали с памет, самовъзстановяващи се материали, нанороботи, които съществуват в човешкото тяло и осигуряват нормалното му функциониране, изследване на отдалечени области на космоса от нанороботи и др.
Първите прогнози за развитието на нанотехнологиите, които бяха възприемани като научно-фантастичен филм, се сбъдват и то изпреварващо.
По този начин използването на нанотехнологиите в биофизиката преживява най-началния етап на своето развитие. Но въпреки това днес вече е ясно, че въвеждането на нанотехнологични и биофизични методи в „класическата“ биология ще ни позволи да постигнем най-невероятните и невероятни резултати. Много изследователи дори смятат, че биологичният вид „хомо сапиенс” ще бъде почти напълно заменен от нов биологичен вид през следващия век. Този човек ще бъде сложен синтез на генетични модификации и имплантиране на технологични системи. Електронните компоненти, поставени директно в човешкото тяло, ще осигурят непрекъсната комуникация с мрежи като Интернет. Но засега това са само предсказания за едно възможно бъдеще, може би по-далечно, отколкото ни се иска, но въпреки това очарователно с фантастичните си възможности.
Първият ми опит да се запозная с нанотехнологиите и наноидеите се случи. Тя потвърди мислите ми за по-нататъшно проучване на материала в тази област. Уверен съм, че след като станах студент, не само няма да загубя интерес към поставения проблем, но и ще положа всички усилия да анализирам проблема от нови висоти на знанието. В крайна сметка увереността, че перспективите на нанотехнологиите са страхотни за нашата цивилизация, за нашето бъдеще, не е просто увереност... Това е вяра в науката, в нейния триумф! Надпреварата на технологиите определя темпото на живота и за да бъдеш успешен съвременен човек, трябва не само да си в крак с времето, но и да го изпреварваш!

Литература:
1. Алфьоров Ж.И., Асеев А.Л., Гапонов С.В., Коптев П.С. и др., “Наноматериали и нанотехнологии” // Микросистемна технология. 2003 г.
2. Балабанов В., “Нанотехнологии. Науката на бъдещето." 2009 г.
3. Карасев В.А., “ Генетичен код: нови хоризонти". 2003 г.
4. Пул Ч., Оуенс Ф., „Нанотехнологии” // М. Техносфера. 2004 г.
5. Рибалкина М., “Нанотехнологии за всеки”. 2005 г.
6. Светухин В.В., Разумовская И.В., и др., "Въведение в нанотехнологиите. Физика." 2008 г.
7. Третяков Ю.Д., „Нанотехнологии. ABC за всички." 2008 г.
8. Feynman R.P., “There’s Plenty of Room at the Bottom,” Engineering and Science (California Institute of Technology), февруари 1960 г., стр. 22-36.Руски превод, публикуван в списание “Chemistry and Life”, No.12. 2002 г.
9. Списание "Руски нанотехнологии", том 5, № 1-2. 2010 г.
10. Вестник „Индустриални новини”, бр. 2010 г.

Министерство на общото и професионалното образование Ростовска област

държавна бюджетна професионална образователна институция на Ростовска област

"Мултидисциплинарен колеж Тарасовски"

Образователен проект

на тема: “Влиянието на нанотехнологиите върху развитието на бъдещето”

Ръководител на работата:

Барсова Т.Н.

Учител по технологии

стр. Тарасовски

2017 г

Съдържание

Въведение…………………………………………………………………………………3

Появата на нанотехнологиите……………………………………………….4

Нанотехнологиите в Русия………………………………………………………5

Обхват на нанотехнологиите……………………………………….7

Бъдещето на нанотехнологиите, проблеми и перспективи…………………………9

Анализ…………………...12

Заключение………………………………………………………………...13

Списък с литература………………………………………………………….14

Въведение

Нашият век на съвременните нанотехнологии не стои неподвижен, така че всеки ден се случват нови открития.

Уместността на тази тема се дължи на значението на нанотехнологиите в нашия живот и световното общество и влиянието на нанотехнологиите върху развитието на бъдещето.

Нанотехнологиите са ключова концепция в началото на 21 век, символ на нова научно-техническа революция. Това са „най-високите“ технологии, за развитието на които днес водещите икономически сили харчат милиарди долари.

Според прогнозите на учените нанотехнологиите през 21-ви век ще произведат същата революция в манипулирането на материята, която компютрите произведоха в манипулирането на информацията през 20-ти век.

Сред най-вероятните научни пробиви експертите посочват значително повишаване на производителността на компютрите, възстановяване на човешки органи с помощта на новосъздадена тъкан, производство на нови материали, създадени директно от дадени атоми и молекули, както и нови открития в химията и физиката.

Цели и задачи на работата:

Разширете концепцията за нанотехнологиите, изучавайте посоките на науката.

Проучете историята на нанотехнологиите

Анализирайте използването на свойствата на предмети и материали

Изучаване на основните задачи на нанотехнологиите

Разгледайте приложението на нанотехнологиите в човешкия живот

Извършете анализ на положителните и отрицателните въздействия на тази технология, когато се използва в строителството, машиностроенето, енергетиката, ядрената и електрическата промишленост.

Появата на нанотехнологиите

Първото споменаване на методи, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, е свързано с речта на Ричард Файнман„Има много място там долу.“, направен от него през 1959 г., в който той предполага, че е възможно механично да се движат единични атоми с помощта на манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на известните в момента физични закони.

Нанотехнологията е технологията на обекти, чиито размери са около 10 -9 m (атоми, молекули). Нанотехнологичните процеси се подчиняват на законите на квантовата механика.

Предизвикателства на нанотехнологиите

Най-важната задача на нанотехнологиите е проектирането, създаването, синтезирането на материали и обекти с предварително зададени свойства. Установяването на зависимостта на физикохимичните свойства от размера на наночастицата или броя на атомите в нея е една от основните задачи на нанотехнологиите.

Следващият етап на нанотехнологиите е целенасоченото създаване не на материали, а на готови продукти с принципно нови качествени характеристики и предназначение.

Нанотехнологиите в Русия

В момента Русия не е безспорен лидер в областта на нанотехнологиите. Делът на руските "нано" на световния пазар все още е много малък и възлиза на едва 0,07 процента. Има много причини за това. На първо място, недостатъчното финансиране на тази област и липсата на квалифицирани специалисти.

Дланта принадлежи на две държави: САЩ и Япония. Това не е изненадващо, тъй като Япония беше първата, която активно инвестира в развитието на тази област на науката, след това САЩ, последвани от европейските страни, се присъединиха към надпреварата за световно лидерство в областта на нанотехнологиите. Китай, който напоследък впечатлява света в различни области, също набира скорост. Русия съвсем наскоро се присъедини към тази „надпревара“. Следващата стъпка беше подписването на президентската инициатива „Стратегия за развитие на наноиндустрията“ от президента на Руската федерация на 24 април 2007 г.

Модернизацията на руската икономика е невъзможна без възхода на местната наука. Днес за повечето хора „нанотехнологията“ е същата абстракция, каквато беше ядрената технология през 30-те години на миналия век. Нанотехнологиите обаче вече стават ключова посокаразвитие на съвременната индустрия и наука.

19 юли 2007 г. за "внедряване" публична политикав областта на нанотехнологиите, развитието на иновативната инфраструктура в областта на нанотехнологиите, изпълнението на проекти за създаване на перспективни нанотехнологии и наноиндустрия“, е създадена държавната корпорация „Роснано“.

През ноември 2007 г. правителството на Руската федерация отпусна 130 милиарда рубли за дейността на корпорацията, които бяха внесени в уставния капитал на Руснано.

Днес корпорацията включва едни от най-добрите специалисти в страната, които трябва да изградят взаимноизгодно сътрудничество между науката, бизнеса и държавата.

На 8 октомври 2008 г. е създадено „Нанотехнологично общество на Русия“, чиито задачи включват „образование руското обществов областта на нанотехнологиите и формирането на благоприятно обществено мнение в полза на нанотехнологичното развитие на страната.”

За да реализира приоритетни области на науката, на 18 март 2010 г. руският президент Дмитрий Медведев обяви изграждането на руска „силиконова долина“ в Сколково. Държавният глава отбеляза, че този комплекс ще бъде създаден, за да работи в областта на пет приоритетни области на модернизация - енергетика, информационни технологии, телекомуникации, биомедицински технологии, ядрени технологии.

Обхват на нанотехнологиите

Наноматериали в строителството

Наноматериали за строителството, автономни енергийни източници на базата на мощни слънчеви панели, нанофилтри за пречистване на вода и въздух.

Добавянето на наночастици (включително въглеродни нанотръби) към бетона го прави няколко пъти по-здрав.

За защита на сградите от пожар нанотехнологиите предлагат както нови незапалими материали (например кабелна изолация, съдържаща глинени наночастици), така и „умни“ мрежи от ултрачувствителни нанопожарни сензори.

Що се отнася до битовата техника – хладилници, телевизори, водопроводни инсталации, осветителни тела, кухненско оборудване – полето за приложение на нанотехнологиите е неизчерпаемо.

Наноматериали в индустрията

В момента наноматериалите са най-малко токсични и най-биосъвместими с жива клетка (човешка, растителна, животинска). Произведените наноматериали се използват във всяка индустрия:

гориво (катализатори на гориво, повишаващо октаново число);

козметика (обогатяване с микроелементи, бактерицидни свойства);

текстил, обувки (бактерицидни и лечебни свойства на облекло и обувки);

бои и лакове (бактерицидни лакове и бои, специални покрития);

кожа (противогъбична обработка на кожата);

медицински (лекарства от ново поколение, нановитаминови комплекси от микроелементи);

в агропромишления комплекс (наноторове, фуражни добавки, съхранение на продукти) и др.

Наномедицина и химическа индустрия

Направление в съвременната медицина, основано на използването на уникалните свойства на наноматериалите и нанообектите за проследяване, проектиране и модифициране на човешки биологични системи на наномолекулно ниво.

ДНК нанотехнология – използва специфичните бази на ДНК молекулите и нуклеиновите киселини, за да създаде ясно дефинирани структури на тяхна основа.

Индустриален синтез на лекарствени молекули и фармакологични препарати ясно определена форма(бис-пептиди).

Военни нанотехнологии.

Може би първият факт за използването на нанотехнологиите за военни цели трябва да се счита за изследване на проба от дамаска стомана (известна с най-високата си якост). След ецване на повърхността на метална проба в солна киселина, изследователите откриха нишковидни обекти с нанометрови напречни размери

Подробно изследване на повърхността се оказа многостенни въглеродни нанотръби, също запълнени отвътре с цементит - железен карбид Fe 3 C, който има много висока твърдост.

Създаването на различни видове защитно оборудване е една от областите на военните изследвания в областта на нанотехнологиите.

Бъдещето на нанотехнологиите: проблеми и перспективи

Нанотехнологиите и наноустройствата са естествена стъпка към подобрение технически системи. В момента на пазара има само скромен напредък в нанотехнологиите, като например самопочистващи се покрития и опаковки, които позволяват на храните да издържат по-дълго. свежи продуктихранене. Учените обаче прогнозират триумфалното шествие на нанотехнологиите в близко бъдеще.

Според прогнозите на американската асоциация National Science Foundation обемът на световния пазар на стоки и услуги, използващи нанотехнологии, през следващите 10-15 години може да нарасне до 1 трилион. долара:

В областта на здравеопазването нанотехнологиите могат да удължат продължителността на живота и да разширят човешките физически възможности;

Във фармацевтичната индустрия около половината от всички продукти ще зависят от нанотехнологиите;

IN химическа индустриянаноструктурираните катализатори вече се използват в производството на бензин и в други химически процеси;

В транспортната индустрия нанотехнологиите и наноматериалите ще направят възможно създаването на по-леки, по-надеждни и по-безопасни автомобили;

В селското стопанство и опазването на околната среда използването на нанотехнологии може да увеличи добивите на културите, да осигури по-рентабилни начини за филтриране на вода, да намали замърсяването на околната среда и да спести значителни ресурси.

Очаква се нанотехнологията да реши енергийните проблеми чрез по-ефективно осветление, горивни клетки, водородни батерии, слънчеви клетки, разпределение на енергийни източници и децентрализация на производството.

Учените казват, че изследванията в нанотехнологиите и други области трябва да бъдат спрени, преди да навредят на човечеството.

Страховете относно нанотехнологиите започнаха да се появяват през 1986 г. след публикуването на Двигателите на сътворението на Дрекслер, където той не само рисува утопична картина на нанотехнологичното бъдеще, но също така докосна „другата страна“ на тази монета.

Един от проблемите, които му се струваха най-сериозни, беше това, което той нарече „проблемът със сивата слуз“. Опасността му е, че нанороботите, които излизат извън контрол в резултат на случайна или умишлена повреда на системите за управление, могат да започнат да се копират ad infinitum, консумирайки като строителен материалвсичко по пътя си, включително гори, фабрики, домашни любимци и хора. Изчислението показва, че теоретично такъв наноробот с неговото потомство ще може да преработи цялата биомаса на Земята за броени часове.

Днес възникват и следните въпроси:

Способна ли е образователна системада подготви достатъчно квалифицирани специалисти в областта на нанотехнологиите?

Възможно ли е намаляването на цената на продуктите благодарение на нанотехнологиите да ги направи лесно достъпни за терористите?

Какъв би бил ефектът от вдишването на определени вещества, които в момента се образуват в молекулен мащаб?

Какво ще стане, ако се изпусне в околната среда? големи количествананоматериали, вариращи от компютърни чипове до боя за самолети? Ще причинят ли наноматериалите алергии?

Ще доведе ли нахлуването на наночастици в телата ни до непредвидими последствия?

Тези и други въпроси, пред които са изправени изследователите днес, наистина са много актуални и важни. В надпреварата в нанотехнологиите учените трябва да поемат пълната отговорност за живота и здравето на другите хора, за да не се окажат безгрижни фанатици, без да се замислят за възможните трагични последици и бедствия.

Анализ положителни и отрицателни въздействия

Полза:

Нанотехнологиите ще помогнат за създаването на ново поколение лекарства. много нелечими болестище бъде победен.

На базата на нанотехнологиите ще бъдат създадени нови видове оръжия и нови отбранителни системи, които ще подобрят отбранителната способност на страната.

Благодарение на развитието на нанотехнологиите ще настъпи революция в компютърните технологии.

Нанотехнологиите ще решат енергийните проблеми, внедряването им ще даде възможност за по-ефективно използване на традиционните и ще отвори пътя към нови източници на енергия.

вреда:

Нанотехнологиите ще причинят нови болести, от които дори новите „нанолекарства“ няма да спасят.

Нови оръжия, базирани на нанотехнологии, могат да попаднат в ръцете на терористи, което да доведе до хаос и война.

Разработването на наносензори, наносензори и други системи за показване и предаване на информация в крайна сметка ще сложи край на неприкосновеността на личния живот.

Развитието на производството на наноматериали ще доведе до още по-сериозно замърсяване на околната среда.

Заключение

1. Нанотехнологиите са символ на бъдещето, най-важната индустрия, без която е немислима по-нататъчно развитиецивилизация.

2. Възможностите за използване на нанотехнологиите са практически неизчерпаеми - от микроскопични компютри, които убиват ракови клетки до автомобилни двигатели, които не замърсяват околната среда.

3. В момента нанотехнологиите са много обширна област на изследване, включваща редица области на физиката, химията, биологията, електрониката, медицината и други науки.

4. Нанотехнологиите днес са в начален стадий, изпълнени с огромен потенциал. В бъдеще учените ще трябва да разрешат много въпроси, свързани с нанонауката и да разберат нейните най-дълбоки тайни. Но въпреки това нанотехнологиите вече оказват много сериозно влияние върху живота на съвременния човек.

5. Големите перспективи крият и големи опасности. В тази връзка хората трябва да бъдат изключително внимателни към безпрецедентните възможности на нанотехнологиите, насочвайки своите изследвания за мирни цели. В противен случай той може да застраши собственото си съществуване.

Библиография

Алтман Ю.Р. Военни нанотехнологии.//-М .: Техносфера 2012-416 стр.

Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Науката на бъдещето. /В И. Балабанов. - М.: Ексмо, 2008. - 256 с.

Balluzek F.V., Sente L. “Нанотехнологии” - М.: 2011 -132 с.

Разумовская И.В. “Нанотехнологии” // - М.: 2010-154 с.

Рибалкина, М. Нанотехнологии за всеки. /М. Рибалкина. - M .: Nanotechnology News Network, 2010. - 444 с.

Третяков Ю.Д. (Ред.). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. „Нанотехнологии. АБВ за всеки"

Poole, Ch. Нанотехнологии. / К. Пул, Ф. Оуен. - М.: Техносфера, 2006. - 260 с.

Отличителна черта на нанотехнологиите Исторически контекст Нанороботи Обхват на приложение на нанороботи (понастоящем) Основни положения Микроскопия с атомна сила Наночастици Самоорганизация на наночастици Напреднали науки Нанотехнологична индустрия Нанотехнологии в медицината Патенти в областта на нанотехнологиите и обеми на инвестиции Научна фондация на САЩ и нейните инвестиции в нанотехнологии

Каква е разликата между нанотехнологиите и останалите? Нанотехнологията е интердисциплинарна област на фундаменталната и приложна наука и технология, занимаваща се с комбинация от теоретична обосновка, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и методи за производство и използване на продукти с дадена атомна структура чрез контролирана манипулация на отделни атоми и молекули. Често използваната дефиниция на нанотехнологиите като набор от методи за работа с обекти с размер под 100 нанометра не описва точно както обекта, така и разликата между нанотехнологиите и традиционните технологии и научни дисциплини.Нанотехнологиите са качествено различни от традиционните дисциплини, тъй като при такива мащаби конвенционални, макроскопични, технологии за работа с материя често не са приложими и микроскопичните явления, пренебрежимо слаби в конвенционалните мащаби, стават много по-значими: свойствата и взаимодействията на отделни атоми и молекули или агрегати от молекули, квантови ефекти.

Исторически контекст Много източници, предимно на английски език, свързват първото споменаване на методи, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, с известната реч на Ричард Фейнман, направена през 1959 г. в Калифорнийския технологичен институт на годишната среща на Американското физическо дружество. Ричард Фейнман предположи, че е възможно механично да се движат единични атоми с помощта на манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на законите на физиката, известни днес. Той предложи този манипулатор да се направи по следния начин. Необходимо е да се изгради механизъм, който да създаде копие на себе си, само с порядък по-малко. Създаденият по-малък механизъм трябва отново да създаде копие на себе си, отново с порядък по-малък, и така нататък, докато размерите на механизма станат съизмерими с размерите от порядъка на един атом. В този случай ще е необходимо да се направят промени в структурата на този механизъм, тъй като гравитационните сили, действащи в макрокосмоса, ще имат все по-малко влияние, а силите на междумолекулните взаимодействия и силите на Ван дер Ваалс ще влияят все повече върху работата на механизмът. Последният етап от получения механизъм ще сглоби своето копие от отделни атоми. По принцип броят на такива копия е неограничен, ще бъде възможно да се създадат произволен брой такива машини за кратко време. Тези машини ще могат да сглобяват макро-неща по същия начин, чрез атомно сглобяване. Това ще направи нещата много по-евтини; на такива роботи (нанороботи) ще трябва да се даде само необходимия брой молекули и енергия и да се напише програма за сглобяване на необходимите елементи. Досега никой не е успял да опровергае тази възможност, но все още никой не е успял да създаде подобни механизми. Основният недостатък на такъв робот е невъзможността да се създаде механизъм от един атом. Терминът „нанотехнология“ е използван за първи път от Норио Танигучи през 1974 г. Той използва този термин, за да опише производството на продукти с размери няколко нанометра. Централно местоположениеИзследванията му включват математически изчисления, с помощта на които е възможно да се анализира работата на устройство с размери няколко нанометра.

Нанороботи Нанороботите или нанороботите са роботи, сравними по размер с молекула (по-малко от 10 nm), с функции за движение, обработка и предаване на информация и изпълнение на програми. В момента (2009 г.) не е било възможно да се създадат истински нанороботи. Някои учени твърдят, че някои компоненти на нанороботи вече са създадени. Нанороботите, способни да създават свои копия, тоест да се самовъзпроизвеждат, се наричат ​​репликатори. Възможността за създаване на нанороботи е обсъдена в книгата му „Машини за създаване“ от американския учен Ерик Дрекслър. Идеята за нанороботи се използва широко в съвременната научна фантастика. Други дефиниции описват наноробот като машина, способна да взаимодейства точно с наномащабни обекти или способна да манипулира обекти в наномащаб. В резултат на това дори големи устройства като микроскоп с атомна сила могат да се считат за нанороботи, тъй като те манипулират обекти в наномащаб. Освен това дори обикновените роботи, които могат да се движат с наномащабна прецизност, могат да се считат за нанороботи. Нанороботите са предимно в изследователски етап на създаване, но някои примитивни прототипи на молекулярни машини вече са създадени. Например сензор с превключвател от около 1,5 nm, способен да брои отделни молекули в химически проби. Първо полезно приложениеНаномашините, ако се появят, са планирани за медицинска технология, където биха могли да се използват за идентифициране и унищожаване на ракови клетки. Те също могат да открият токсични химически вещества V заобикаляща средаи измерване на техните нива на концентрация. Университетът Райс наскоро демонстрира наноустройства за използване при регулиране на химическите процеси в съвременните автомобили.

Обхват на приложение Ранна диагностика на рак и целенасочена доставка на лекарства до раковите клетки Биомедицински инструменти Хирургия Фармакокинетика Мониторинг на пациенти с диабет Производство на устройства от отделни молекули според техните чертежи чрез молекулярно сглобяване от нанороботи Военна употреба като инструменти за наблюдение и шпионаж, както и оръжия Космически изследвания и разработки (например сонди фон Нойман, способни да носят пистолет Гаус в ниска околоземна орбита)

Атомно-силова микроскопия Един от методите, използвани за изследване на нанообекти, е атомно-силовата микроскопия. С помощта на атомно-силов микроскоп (AFM) можете не само да видите отделни атоми, но и да им влияете избирателно, по-специално да премествате атоми по повърхността. Учените вече са успели да създадат двуизмерни наноструктури на повърхността с помощта на този метод. Например, в изследователския център на IBM, чрез последователно преместване на ксенонови атоми върху повърхността на монокристал на никел, служителите успяха да разположат три букви от логото на компанията, използвайки 35 ксенонови атома. При извършване на подобни манипулации възникват редица технически трудности. По-специално, необходимо е да се създадат условия на свръхвисок вакуум, необходимо е субстратът и микроскопът да се охладят до ултра-ниски температури (4-10 K), повърхността на субстрата трябва да бъде атомно чиста и атомно гладка, за което използват се специални методи за приготвянето му. Субстратът се охлажда, за да се намали повърхностната дифузия на отложените атоми.

Наночастици Тенденцияминиатюризацията показа, че едно вещество може да има напълно нови свойства, ако вземете много малка частица от това вещество. Частици с размери от 1 до 1000 нанометра (над 100 нанометра могат да бъдат наречени наночастици) нанометрите обикновено се наричат ​​„наночастици“. Например, оказа се, че наночастиците на някои материали имат много добри каталитични и адсорбционни свойства. Други материали показват невероятни оптични свойства, например ултратънки филми от органични материали се използват за направата на слънчеви клетки. Такива батерии, въпреки че имат относително ниска квантова ефективност, са по-евтини и могат да бъдат механично гъвкави. Възможно е да се постигне взаимодействие на изкуствени наночастици с естествени наноразмерни обекти, протеини, нуклеинова киселинаи т.н. Напълно пречистени, наночастиците могат да се самосглобяват в определени структури. Тази структура съдържа строго подредени наночастици и често проявява необичайни свойства. Нанообектите се разделят на 3 основни класа: триизмерни частици, получени чрез експлозия на проводници, плазмен синтез, редукция на тънки филми и др., двумерни филмови обекти, получени чрез методи на молекулярно отлагане, CVD, ALD, метод на йонно отлагане и др. , едномерни мустакови обекти, тези обекти се получават чрез метода на молекулярно наслояване, въвеждане на вещества в цилиндрични микропори и др. Има и нанокомпозити, материали, получени чрез въвеждане на наночастици във всякакви матрици. В момента широко се използва само методът на микролитографията, който позволява получаването на плоски островни обекти с размер 50 nm върху повърхността на матриците, използва се в електрониката.

Самоорганизация на наночастиците Един от най-важните въпроси пред нанотехнологиите е как да се принудят молекулите да се групират по определен начин, да се самоорганизират, за да се получат в крайна сметка нови материали или устройства. Този проблем се разглежда от клона на химията супрамолекулна химия. Той изучава не отделни молекули, а взаимодействия между молекулите, които, организирани по определен начин, могат да породят нови вещества. Обнадеждаващо е, че подобни системи и подобни процеси действително съществуват в природата. Така са известни биополимери, които могат да се организират в специални структури. Един пример са протеини, които не само могат да се сгънат в глобуларна форма, но също така образуват сложни структури, които включват няколко протеинови молекули (протеини). Вече има метод за синтез, който използва специфичните свойства на ДНК молекулата. Взема се комплементарна ДНК, към един от краищата се свързва молекула А или В. Имаме 2 субстанции: -- --А и ----В, където ---- конвенционален образ на единична ДНК молекула. Сега, ако смесите тези 2 вещества, се образуват водородни връзки между двете единични вериги на ДНК, които ще привлекат молекулите А и В една към друга. Нека грубо изобразим получената връзка: ====AB. ДНК молекулата може лесно да бъде отстранена след приключване на процеса.

Науки, възникнали благодарение на нанотехнологиите Наномедицина (мониторинг, корекция, проектиране и контрол на човешки биологични системи на молекулярно ниво с помощта на наноустройства и наноструктури) Наноелектроника (област на електрониката, която развива физическите и технологични основи за създаване на интегрирани електронни схеми с характерна топологична размери на елементите по-малки от 100 nm .) Наноинженерство ( научна и практическа дейностчовешки дизайн, производство и приложение на обекти или структури с нано размери, както и обекти или структури, създадени чрез нанотехнологични методи.) Наноеника (свойства, явления, ефекти, механизми на процеси и приложения, свързани с бърз транспорт на йони в наносистеми в твърдо състояние.) Нанороботика (приложна наука, занимаваща се с разработването на автоматизирани технически системи (роботи) в областта на нанотехнологиите.) Нанохимия (наука, която изучава свойствата на различни наноструктури, както и разработването на нови методи за тяхното производство, изследване и модифициране )

Нанотехнологиите в Русия Държавната корпорация „Руска корпорация за нанотехнологии“ (RUSNANO) е създадена с Федерален закон 139-FZ от 19 юли 2007 г. за „прилагане на държавна политика в областта на нанотехнологиите, развитие на иновативна инфраструктура в областта на нанотехнологиите, изпълнение на проекти за създаването на обещаващи нанотехнологии и наноиндустрия.” Корпорацията решава този проблем, като действа като съинвеститор в нанотехнологични проекти със значителен икономически или социален потенциал. Финансовото участие на корпорацията в ранните етапи на проектите намалява рисковете на нейните партньори - частни инвеститори. Корпорацията участва в създаването на съоръжения за нанотехнологична инфраструктура, например центрове за колективно ползване, бизнес инкубатори и фондове за ранни инвестиции. RUSNANO избира приоритетни областиинвестиции, базирани на дългосрочни прогнози за развитие, в разработването на които участват водещи руски и световни експерти. Правителството на Руската федерация отпусна 130 милиарда рубли за дейността на корпорацията, които бяха внесени в уставния капитал на RUSNANO през ноември 2007 г. През юни 2008 г. временно свободните средства бяха прехвърлени по сметки в 8 търговски банки в съответствие с препоръките на Министерството на финансите на Руската федерация. Органи на управление са надзорен съвет, управителен съвет и генерален директор. През септември 2008г Генералният директорАнатолий Борисович Чубайс е назначен в Руската нанотехнологична корпорация.

Слайд 2

Нанотехнологии

Нанотехнологиите са област на приложната наука и технология, която се занимава с изучаването на свойствата на обектите и разработването на устройства с размери от порядъка на 10-9 m или 10 nm. Нанотехнологията е технология за манипулиране на материята на атомно и молекулярно ниво с цел създаване на наноструктури, наноустройства и материали със специални свойства. Особеността на нанотехнологиите е, че разглежданите процеси и извършваните действия се извършват в нанометровия диапазон на пространствените мащаби. В този размерен диапазон „суровините“ са отделни атоми, молекули и молекулни системи. 1 нанометър (nm) е една милиардна от метъра или една милионна от милиметъра. Какво е "NANO"?

Слайд 3

Ричард Файнман стои в началото на нанотехнологиите, той предлага много различни формулировки.Терминът „нанотехнология" е използван за първи път от Норио Танигучи през 1974 г. През 80-те години терминът е използван от Ерик К. Дрекслър, особено в книгата му „Машини на Creation: The Coming Era of Nanotechnology”, който е публикуван през 1986 г. Ричард Файнман Ерик К. Дрекслър

Слайд 4

В момента нанотехнологиите се развиват активно в около 50 страни. Лидерите са САЩ, Япония, Южна Корея и Германия. Русия се нарежда във втората десетка. Но по отношение на броя на публикациите на нанотеми сме на почетното 8-мо място.

Слайд 5

Нанотехнологиите в Русия

Изучаване на свойствата на металите като наночастици Създаване на биочипове и тънки филми Създаване на манипулатори с най-малки размери

Слайд 6

Нанотехнологиите, които използваме в живота: