За счёт внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет “разумной” и исключительно комфортной для человека. На всё это, по разным оценкам, понадобится около 100 лет. (Приложение 10).

13. Нанотехнологии в криминалистике. (Уч. 13).

Нанотехнологии находят своё применение при исследовании отпечатков пальцев. Для контрастирования жирных следов пальцев использовали взвесь золотых наночастиц, обладающих гидрофобными свойствами, т.е. способных прилипать к поверхностям, покрытым жиром. Достижения современной нанотехнологии теперь позволят быстро и качественно получить картины отпечатков пальцев с мест преступлений. Современный способ получения криминалистических образцов с нечетких отпечатков пальцев заключается в обработке исследуемой поверхности водной суспензией золота, стабилизированной цитрат-анионами. В кислой среде частички золота прикрепляются к положительно заряженным фрагментам молекулы на месте отпечатка пальца. Полученный образ обрабатывается раствором соли серебра, в результате чего серебро восстанавливается, оставляя следы из темного металла на характеристических канавках отпечатка пальца. Однако раствор золота нестабилен, что создает трудности в воспроизводстве анализа от теста к тесту. Нанотехнология позволит быстро и качественно получить даже нечеткие отпечатки пальцев. Теперь Даниэль Мандлер и Иосиф Алмог из Университета Иерусалима предлагают новый подход. Они заменили традиционно использующийся коллоидный раствор золота на более стабильный эквивалент. Наночастицы золота, предлагаемые в качестве решения израильскими учеными, стабилизированы длинноцепочечными углеводородными радикалами и суспендированы в петролейном эфире. Эти частицы взаимодействуют с жировыми фрагментами отпечатков пальцев за счет гидрофобных взаимодействий и также могут обрабатываться серебром, давая высококачественные отпечатки всего за три минуты обработки.

14. Нанотехнологии в космосе. Информационные и военные технологии. (Уч. 14)

В космосе бушует революция. Стали создаваться спутники наноприборы до 20 килограмм. Создана система микроспутников. Она менее уязвима при попытках ее уничтожения. Одно дело сбить на орбите махину массой в несколько сот килограммов, а то и тонн, сразу выведя из строя всю космическую связь или разведку, и другое – когда на орбите находится целый рой микроспутников. Вывод из строя одного из них в этом случае не нарушит работу системы в целом. Соответственно могут быть снижены требования к надежности работы каждого спутника. Молодые ученые считают, что к ключевым проблемам микроминиатюаризации спутников среди прочного следует отнести создание новых технологий в области оптики, систем связи, способов передачи, приема и обработки больших массивов информации. Речь идет о нанотехнологиях и наноматериалах, позволяющих на два порядка снизить массу и габариты приборов, выводимых в космос. Например, прочность наноникеля в 6 раз выше, чем дает возможность при использовании его в ракетных двигателях уменьшить массу сопла на 20-30 %. Уменьшение массы космической техники решает множество задач: продлевает срок нахождения аппарата в космосе, позволяет ему улететь дальше и унести на себе больше всякой полезной аппаратуры для проведения исследований. Одновременно решается задача энергообеспечения. Миниатюрные аппараты скоро будут применяться для изучения многих явлений, например, воздействия солнечных лучей на процессы на Земле и в околоземном пространстве. (Приложение 11)

Заключение

Нанотехнологии — символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации.

Возможности использования нанотехнологий практически неисчерпаемы — начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.

Нанотехнологии на сегодняшний день находятся в младенческом возрасте, тая в себе огромный потенциал.

Большие перспективы несут в себе и большие опасности. В этом отношении человек должен с максимальной осторожностью отнестись к небывалым возможностям нанотехнологий, направляя свои иссле

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Нанотехнологии в быту и в промышленности

С каждым днем мы приближаемся к неизбежной революции, которую несут в себе нанотехнологии. Мы создаем новые приборы, получаем уникальные материалы, о которых раньше не задумывались. Применение нанотехнологий в быту позволило изменить форму привычных для нас предметов. В результате этого мы получили совсем иные, но полезные свойства вещества. Окружающая нас реальность становится менее опасной и наиболее благоприятной для комфортной жизни. Наглядный пример: уменьшение привычных габаритов используемых электрических приборов до размеров наночастиц, незаметных человеческому глазу. Компьютеры становятся меньше в размерах, но намного производительнее. Нанотехнологии в быту и в промышленности позволили значительно изменить все вокруг нас.

Возможно ли создать такую форму искусственного интеллекта, который смог бы удовлетворить любые наши потребности? Ответ кроется в рациональном применении новейших разработок. Нанотехнологии — это путь в будущее, так как они затрагивают все аспекты нашей жизни. Использование нанотехнологий дает много возможностей, но и вызывает ряд опасений.

Окно в наномир

Электронный микроскоп позволяет заглянуть в микромир. Без специальной аппаратуры нанотехнологии в быту сразу заметить очень трудно, так как они настолько малы, что неразличимы невооруженным глазом. Именно в таких масштабах вещества проявляют самые необычные и неожиданные свойства. Использование таких свойств обещает уникальную технологическую революцию. Они дают радикально новые возможности, такие как управлять телом человека и окружающей средой.

История появления нанотехнологий

Все начинается в 80-х годах XX века с изобретением инструмента под названием сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Профессор университета Калифорнии Джеймс Джимзевский провел всю свою профессиональную жизнь в мире наноразмеров. Он является одним из первых в мире людей, получивших возможность исследовать материю на уровне невероятно малых величин, миллионных долей миллиметра. Эти микроскопы позволяют изучить поверхность подобно тому, как слепые читают шрифт Брайля. Тогда никто не мог подозревать, насколько пригодятся нанотехнологии в быту и промышленности.

Принцип работы с наночастицами

Сканирующий микроскоп использует зонд, представляющий собой иглу толщиной в 1 атом. Когда она приближается всего на несколько нанометров к образцу, происходит обмен электронами с ближайшей наночастицей. Это явление называется эффектом туннеля. Система управления фиксирует изменение величины туннельного тока, и вот уже на основе этой информации идет более точное построение топографии поверхности исследуемого образца. Программное обеспечение позволяет преобразовать полученные данные в изображение, которое дает ученым ключ к новому миру, используя нанотехнологии в быту и других отраслях.

Как утверждает Джеймс Джимзевский, благодаря сканирующему электронному микроскопу ученые впервые получили изображения атомов и молекул и смогли изучить их форму. Это стало настоящей революцией в науке, ведь ученые начали смотреть на многие вещи совсем по-другому, обратив внимание на свойства отдельных атомов, а не миллионы и миллиарды частиц, как это было в прошлом.

Первые открытия

Использование новых технологий привело к поразительному открытию. Когда прибор приближался к атому на расстояние в 1 нанометр, между ним и атомом возникала связь. Эта особенность позволила найти способ перемещать отдельные микрочастицы. Благодаря такому открытию появилась возможность использовать нанотехнологии для комфортного быта.

Как пояснил Джеймс Джимзевский, профессор университета Калифорнии, туннельный сканирующий микроскоп позволил практически прикасаться к молекулам и атомам. Ученые впервые смогли манипулировать атомами на поверхности вещества и создавать структуры, которые раньше нельзя было и представить.

Это новоприобретенное открытие (способность наблюдать и манипулировать мельчайшими частицами, составляющими материю) дало возможность использовать нанотехнологии во всех отраслях без исключения.

Развитие нанотехнологий

Физик и философ Этин Клин считает, что возможность технологического прорыва за счет нанотехнологий вполне реальна, но во многом это строится на энтузиазме ученого.

Это заявление стало толчком к началу многочисленных исследований, позволивших реализовать такие передовые направления науки и техники, как микроэлектроника, информатика, ядерно-энергетические исследования, микробиология, лазерная техника, медицина и многое другое.

Нанотехнологии: примеры

В быту есть столько незаметных, но очень важных веществ, о присутствии которых мы даже не подозреваем! Давайте рассмотрим самые яркие примеры:

• Современные телефоны. Благодаря использованию нанотехнологий появилась возможность оснастить смартфоны, iPhone и другие устройства специальными датчиками, которые выступают в роли защиты. Даже при разбитом стекле микрочипы не перестают работать.

• Зубная паста. Ранее никто не задумывался о том, почему очищающее средство для зубов бывает разным. Это все объясняется наличием определенных наночастиц. Например, гидроксиапатит кальция, который незаметен невооруженным глазом, помогает восстановить разрушенную эмаль и защитить зубы от кариеса.

• Лейкопластырь. Нанотехнологии в быту встречаются в самых неожиданных предметах. Например, обычный лейкопластырь. Он имеет нанослой серебра, который способствует быстрому заживлению и обладает антибактериальными свойствами.

• Краска для автомобилей. Современные автомобильные краски, благодаря наночастицам, способны перекрывать неглубокие царапины и другие полости, образовавшиеся на кузове. В их состав входят микроскопические шарики, которые и обеспечивают такой эффект.

fb.ru

лекция 6. Нанотехнологии в нашей жизни

Нанотехнологии в нашей жизни
Разработки в области нанотехнологий находят применение практически в любой отрасли: в медицине, машиностроении, геронтологии, промышленности, сельском хозяйстве, биологии, кибернетике, электронике, экологии. С помощью нанотехнологий возможно осваивать космос, очищать нефть, побеждать многие вирусы, создавать роботов, защищать природу, построить сверхбыстрые компьютеры. Развитие нанотехнологий изменит жизнь человечества больше, чем освоение письменности, паровой машины или электричества. Наномир сложен и пока еще сравнительно мало изучен, и все же не столь далек от нас, как это казалось несколько лет назад.

Нанотехнологии в медицине

От нанотехнологических разработок в медицине ждут революционных достижений в борьбе с раком, с особо опасными инфекциями, в ранней диагностике, в протезировании. По всем этим направлениям ведутся интенсивные исследования. Некоторые их результаты уже пришли в медицинскую практику. Вот лишь два ярких примера:

Убивая микробов и разрушая опухоль, лекарства обычно наносят удар и по здоровым органам и клеткам организма. Именно из-за этого некоторые тяжелейшие болезни до сих пор не удается надежно вылечить – лекарства приходится использовать в слишком малых дозах. Выход — доставлять нужное вещество прямо в пораженную клетку, не задевая остальные.

Для этого создаются нанокапуслы, чаще всего биологические частицы (например, липосомы), внутрь которых помещается нанодоза препарата. Ученые пытаются «настроить» капсулы на определенные виды клеток, которые они должны уничтожить, проникая через мембраны. Совсем недавно появились первые промышленные препараты такого типа для борьбы с некоторыми видами рака, другими заболеваниями.

Наночастицы помогают решить и другие проблемы с доставкой лекарств в организме. Так, человеческий мозг серьезно защищен природой от проникновения ненужных веществ по кровеносным сосудам. Однако эта защита неидеальна. Ее легко преодолевают молекулы алкоголя, кофеина, никотина и антидепрессантов, но она блокирует лекарства от тяжелых болезней самого мозга. Чтобы их ввести, приходится делать сложные операции. Сейчас испытывается новый способ доставки лекарств в мозг с помощью наночастиц. Белок, который свободно проходит «мозговой барьер», играет роль «троянского коня»: к молекулам этого белка «пристегивается» квантовая точка (нанокристалл полупроводника) и вместе с ним проникает к клеткам мозга. Пока квантовые точки лишь сигнализируют о преодолении барьера – в будущем планируется использовать их и другие наночастицы для диагностики и лечения.

Давно завершился всемирный проект расшифровки генома человека – полное определение структуры молекул ДНК, которые находятся во всех клетках нашего организма и непрерывно управляют их развитием, делением, обновлением. Однако для индивидуального назначения лекарств, для диагностики и прогноза наследственных болезней нужно расшифровать не геном вообще, а геном данного пациента. Но процесс расшифровки пока очень длителен и дорог.

Нанотехнологии предлагают интересные пути к решению этой задачи. Например, использование нанопор – когда молекула проходит через такую пору, помещенную в раствор, датчик регистрирует ее по изменению электрического сопротивления. Впрочем, очень многое можно сделать и не дожидаясь полного решения такой сложной проблемы. Уже существуют биочипы, распознающие у пациента за один анализ более двухсот «генетических синдромов», отвечающих за различные болезни.

Диагностика состояния индивидуальных живых клеток прямо в организме – еще одно поле приложения нанотехнологий. Сейчас испытываются зонды, состоящие из оптоволкна толщиной в десятки нанометров, к которому присоединен химически чувствительный наноэлемент. Зонд вводится в клетку, и по оптоволкну передает информацию о реакции чувствительного элемента. Таким путем можно исследовать в реальном времени состояние различных зон внутри клетки, получать очень важную информацию о нарушениях ее тонкой биохимии. А это – ключ к диагностике серьезных болезней на этапе, когда внешних проявлений еще нет – и когда вылечить болезнь гораздо проще.

Интересным примером является создание новых технологий секвенирования (определения нуклеотидной последовательности) молекул ДНК. Из числа таких методик следует назвать, в первую очередь, секвенирование при помощи нанопор – технологию, использующую поры для подсчета частиц от субмикронного до миллиметрового размера, суспендированных в растворе электролита. При проходе молекулы через пору изменяется электрическое сопротивление в контуре датчика. И по изменению тока регистрируется каждая новая молекула. Основная цель, которую пытаются достигнуть ученые, разрабатывающие этот метод – научиться распознавать отдельные нуклеотиды в составе РНК и ДНК.

Информационные технологии

На наших глазах стремительно развиваются информационные технологии. Нанотехнологии революционным образом их преобразуют в связи с возможностью сделать аппаратуру более миниатюрной и более приспособленной для индивидуальных потребностей человека. Известен целый ряд органических молекулярных групп, которые могут функционировать как выпрямитель, проводящая шина или запоминающее устройство. Для хранения одного бита информации теоретически нужна всего одна молекула. Изготовленный таким образом накопитель на жестком диске мог бы во много раз превзойти по емкости сегодняшние аналоги.

Одним из самых перспективных направлений в наноэлектронике сегодня считается применение нанопроводов (nanowires) – нитей из различных материалов, чья толщина достигает единиц нанометров. Вдоль нанопровода можно «растянуть» транзистор – предполагается, что такие транзисторы станут основой для гибких электронных схем, находящихся в «умной ткани». Потребуется, конечно, надежная технология создания огромных массивов транзисторов на нанопроводах, и поразительно, что один из самых реалистичных путей к этому – сборка нанопроводов при помощи природных наномашин, молекул ДНК. На этом пути уже достигнуты обнадеживающие результаты.

Нанопровода могут оказаться очень полезными и для создания энергонезависимой (не стирающейся при выключении питания) магнитной памяти следующего поколения. Такое устройство, не имеющее движущихся частей, будет сочетать ёмкость жесткого диска с размерами и скоростью считывания лучших кремниевых чипов.

Впрочем, сегодня никто не может утверждать, что именно нанопровода станут основой компьютерной техники недалекого будущего. Многие исследовательские группы работают над другими базовыми элементами – в частности, графеновыми пленками. Однако все перспективные направления относятся к нанотехнологиям, то есть используют необычные свойства искусственно созданных нанометровых структур тех или иных материалов. В дальнейшем такие материалы должны обеспечить создание еще более мощных и компактных процессоров, где информация будет представлена уже не с помощью электрического заряда, как сейчас. На смену электронике готовится прийти спинтроника, оперирующая состояниями отдельных атомов или молекул.

Ну, а в более отдаленной перспективе компьютерную технику ожидает, вероятно, еще более фундаментальная революция — уже не только в элементной базе, а в самих принципах вычислений. Речь идет о создании квантовых процессоров – устройств, работающих с «квантовыми битами», или «кубитами». Квантовый процессор не обязательно будет очень маленьким – современные прототипы занимают целую комнату. Скорее всего, он не станет и заменой классическому компьютеру. Ценность этой машины в другом — используя законы квантовой механики, она способна (пока – лишь в теории!) решать некоторые задачи, практически недоступные обычным компьютерам: взламывать сложнейшие шифры, с огромной скоростью анализировать гигантские базы данных, а главное – с высокой точностью рассчитывать структуру и свойства веществ на молекулярном уровне.

На ближайшие годы ученые планируют лишь разработку надежных технологий создания единичных кубитов. Однако потенциальные возможности квантовых компьютеров столь заманчивы, что в эти исследования вовлекаются все новые исследовательские коллективы, и прежде всего – нанотехнологи.

Энергия

Существует и потенциальная нанотехнологическая альтернатива энергоресурсам. Это особенно актуально в эпоху экстремально высоких мировых цен на нефть. Нефть вполне может заменить солнечная энергия. Ученые убеждены, что при определенном использовании нанотехнологий, эффективность сбора солнечной энергии вырастет настолько, что про нефть и уголь все просто забудут. Энергия Солнца в равной степени доступна всем государствам на планете, и трудно придумать, как одна страна перекроет другой доступ к этому источнику. Следовательно, одной причиной для войн и конфликтов благодаря нанотехнологиям может стать меньше.

Нанотехнологии и еда

Если такое понятие как нанотехнологии и завоевывает сейчас все большую известность в силу своего применения во многих важных сферах человеческой деятельности, то такой термин как наноеда еще практически никому не известен. Однако, и в этой сфере нанотехнологии являются очень востребованными. Особенно учитывая то, что непрекращающийся рост населения Земли наряду с ростом потребления в последние годы становится одной из наиболее острых глобальных проблем. Знаете ли вы, что значительная часть биологически активных добавок, применяемых в животноводстве, попросту не усваивается животными? И здесь, как и в случае с косметикой, на помощь приходят нанотехнологии – биологически активные добавки и витамины, заключенные в мицеллы диаметром в несколько десятков нанометров, усваиваются организмом гораздо лучше, чем растворенные в воде или жидкой пище. А раз витамины и биологически активные добавки усваиваются лучше, рост мышечной массы происходит быстрее, и на прилавки магазинов мясо поступает гораздо раньше, чем обычно.

Кстати, и сам процесс доставки продуктов питания к потребителям претерпевает существенные изменения с широким внедрением нанотехнологий. Наибольший интерес у крупных пищевых компаний вызывают технологии упаковки, в частности, массовое применение находят наночастицы серебра, используемые в качестве антибактериального покрытия. Также нанотехнологии предоставляют пищевикам уникальные возможности для всестороннего наблюдения за качеством и безопасностью продуктов непосредственно в процессе производства, т.е. в реальном времени. Речь идет о диагностических машинах с применением наносенсоров различного типа, способных быстро и надежно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты. Впрочем, замыслы ученых относительно применения этих технологий в производстве пищи носят куда более масштабный и амбициозный характер. Они надеются, что их применение в фермерских хозяйствах (при выращивании зерна, овощей, растений и животных), и на пищевых производствах (при переработке и упаковке) приведет к рождению совершенно нового класса продуктов, которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированную еду. Произойдет это или нет – вопрос весьма скорого будущего.

Красота и нанотехнологии

Автомобили

Автомобильная отрасль — одна из тех, что первыми воспринимают инновации, в том числе нанотехнологические. Уже сегодня в этой отрасли мировой оборот продукции с применением нанотехнологий оценивают более чем в 8 миллиардов долларов, а прогноз на 2015 год — 54 миллиарда. Вот лишь несколько примеров того, как наноинновации преобразуют привычные элементы автомобиля.

Композитные материалы позволяют делать кузовные детали прочными и легкими. Корпуса болидов «Формулы-1» выполняют из композита на основе углеродного волокна — потому что такой корпус выдерживает даже столкновения на скоростях около 300 км/ч. Из углерод-металлических композитов делают и тормозные диски, — они не перегреваются при длительном интенсивном торможении.

Добавление наночастиц в топливо увеличивает эффективность его сгорания, одновременно снижается количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. Находящиеся в масле наночастицы способствуют увеличению ресурса двигателя: по некоторым данным, применение таких добавок снижает износ деталей в 1,5-2 раза.

Исцарапанная поверхность автомобиля не только плохо выглядит, но и ухудшает аэродинамические свойства машины, сводя на нет обеспеченные аэродинамикой проценты экономии топлива. Поэтому нанотехнологии применяются и в производстве краски, чтобы сделать её более стойкой к внешним воздействиям. Daimler Chrysler уже несколько лет несколько использует для автомобилей марки Mercedes-Benz лак с наноразмерными керамическими частицами. Его намного труднее поцарапать, чем обычный, к тому же он особым образом сияет в солнечном свете. А промышленность вовсю осваивает покрытия на основе наночастиц диоксида титана для самоочистки стекол машины. В будущем рынок ожидает появления нанокрасок, способных в широком диапазоне менять свой цвет. Уже существуют антикоррозионные нанопокрытия для корпуса автомобиля, а в ближайшие годы должны появиться новые поколения таких покрытий — самовосстанавливающиеся «умные материалы», насыщенные нанокапсулами. При повреждениях или появлении ржавчины капсулы высвобождают «залечивающие» наночастицы.

Фары тоже должны резко измениться в ближайшие годы. Модные сегодня ксеноновые лампы могут быть вытеснены лампами на светодиодах, производимых с применением нанотехнологий. В чуть более отдаленной перспективе — источники света на квантовых точках, нанокристаллах полупроводника. Наночастицы углерода (так называемый черный углерод) добавляют в шинную резину, и ее прочность заметно повышается. Жидкости, насыщенные магнитными наночастицами, испытываются для использования в амортизаторах с регулируемой жесткостью.

Нанотехнологии послезавтрашнего дня могут сделать автомобиль совсем иным даже внешне. Созданы полимерные композиты на нанотрубках, изделия из которых меняют форму под действием электрического тока. Их хотят использовать в авиастроении — самолет сможет изменять форму крыла, приспосабливаясь к условиям полета. Но почти одновременно фирма BMW показала свой новый концепт — автомобиль с изменяемой формой, тоже насыщенный наноматериалами. Стало быть, идея авто с нежесткой геометрией носится в воздухе. Можно не сомневаться, что нанотехнологи постараются довести ее до ума — точнее, до умного наноматериала.

Автомобиль на водородных элементах — одна из генеральных линий развития автотранспорта. Американцы планируют довести эту технологию до готовности к 2015 году. Нанотехнологии призваны сыграть решающую роль на трех главных этапах работы с водородом. Во-первых, мощные солнечные установки на наноматериалах очень пригодились бы для получения водорода из воды. Во-вторых, хранить водород было бы гораздо безопаснее не в баллонах под огромным давлением, а в нанопористых материалах — сейчас они конструируются. Наконец, сами энергетические элементы тоже, скорее всего, не обойдутся без наноструктур.

Ну, а умные дороги, насыщенные наноэлектронными датчиками, сообщающими умному автомобилю все, что нужно для безопасной езды, читатель легко вообразит и сам.

Одним словом, нанотехнологии — это «волшебный ключ» ко всем отраслям науки и производства.

Общемировые затраты на нанотехнологические проекты сейчас превышают 9 миллиардов долларов в год. На долю США приходится примерно треть всех мировых инвестиций в нанотехнологии. Другие главные инвесторы на рынке нанотехнологий — Европейский Союз и Япония. Прогнозы показывают, что к 2015 году общая численность персонала различных отраслей нанотехнологической промышленности может дойти до 2 миллионов человек, а суммарная стоимость товаров, производимых с использованием наноматериалов может приблизится к 1 триллиону долларов.

Нанотехнологии в искусстве

Ряд произведений американской художницы Наташи Вита-Мор касается нанотехнологической тематики.

В современном искусстве возникло новое направление «наноарт» (наноискусство) (англ. nanoart) — это вид искусства, связанный с созданием художником скульптур (композиций) микро- и нано-размеров (10-6 и 10-9 м, соответственно) под действием химических или физических процессов обработки материалов, фотографированием полученных нано образов с помощью электронного микроскопа и обработкой черно-белых фотографий в графическом редакторе (например, Adobe Photoshop).

Нанороботам и их роли в социальном прогрессе посвящена композиция «Nanobots» российской группы Re-Zone.

Нанотехнологии в фантастике

В широко известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» (1881 год) есть любопытный фрагмент:

Увеличение в 5 000 000 раз обеспечивают современные электронные и атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами нанотехнологий. Таким образом, литературного героя Левшу можно считать первым в истории «нанотехнологом».

Изложенные Фейнманом в лекции 1959 г. «Там внизу много места» идеи о способах создания и применения наноманипуляторов совпадают практически текстуально с фантастическим рассказом известного советского писателя Бориса Житкова «Микроруки», опубликованным в 1931.

Некоторые отрицательные последствия неконтролируемого развития нанотехнологий описаны в произведениях М. Крайтона («Рой»), С. Лема («Осмотр на месте» и «Мир на Земле»), С. Лукьяненко («Нечего делить»).

Главный герой романа «Трансчеловек» Ю. Никитина — руководитель нанотехнологической корпорации и первый человек, испытавший на себе действие медицинских нанороботов.

В научно-фантастическом сериале «Звёздные врата: ЗВ-1» одной из самых технически и социально развитых рас является раса «репликаторов», возникшая в результате неудавшегося опыта Древних с использованием и описанием различных вариантов применения нанотехнологий. В фильме «День, когда Земля остановилась» с Киану Ривзом в главной роли, инопланетная цивилизация выносит человечеству смертный приговор и чуть было не уничтожает все на планете при помощи самовоспроизводящихся нанорепликантов-жуков, пожирающих все на своем пути.

В фильмах «Терминатор 2» и «Терминатор 3» нанотехнологии представлены в виде роботов «Т-1000» и «Тэ-Икс»

Форумы и выставки

Роснано 2010

Первый в России Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech прошел в 2008 году, впоследствии ставший ежегодным. Работа по организации Международного форума по нанотехнологиям проводилась в соответствии с Концепцией, одобренной наблюдательным советом ГК «Роснанотех» 31 января 2008 г. и распоряжением Правительства Российской Федерации № 1169-р от 12.08.2008 г. Форум прошел с 3 по 5 декабря 2008 г. в г. Москве в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр». Программа Форума состояла из деловой части, научно-технологических секций, стендовых докладов, докладов участников Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий и выставки.

Всего в мероприятиях Форума приняло участие 9024 участника и посетителя из России и 32-х зарубежных стран, в том числе:

1. 4048 участника конгрессной части Форума
2. 4212 посетителя выставки
3. 559 стендист
4. 205 представителей СМИ освещали работу Форума

В 2009 году в мероприятиях Форума принял участие 10 191 человек из 75 регионов Российской Федерации и 38 зарубежных стран, в том числе:

1. 4 022 участника конгрессной части Форума
2. 9 240 посетителя выставки
3. 951 стендист
4. 409 представителей СМИ освещали работу Форума

В 2010 году в работе форума приняли участие почти 7200 человек. Среди посетителей экскурсий, специально организованных Фондом «Форум Роснанотех» для школьников, собрались участники Всероссийской интернет-олимпиады по нанотехнологиям, и ученики школ, оказавшиеся впервые в центре крупного нанотехнологического события. Специально для посещения Форума приехали школьники из г. Чебоксары, г. Тула, Г.Ростова-на-Дону. Экскурсоводами стали аспиранты МГУ им. Ломоносова, включенные в процесс подготовки нанотехнологической олимпиады.

nsportal.ru

Что могут принести нанотехнологии человечеству? | Мир вокруг нас

Многие прочат нанотехнологиям великое будущее. Многие всерьез опасаются их, предполагая, что нанотехнологии могут оказаться джинном, выпущенным из бутылки. Итак, что же это такое — нанотехнологии, и чем они могут помочь человечеству? Что они нам несут — светлое будущее или глобальную угрозу?

Что такое нанотехнологии?

Нанотехнологии смело можно назвать фантастикой, которая стала реальностью. Человечество научилось уже управлять атомами. Современные технологии позволяют складывать из атомов различные устройства и механизмы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

Наука, вобравшая в себя самые последние достижения в области изучения наномира, включающая в себя самые различные дисциплины, такие как биология, физика, химия и называется нанотехнологией.

Всем известно, что нанос в переводе с греческого означает слово «карлик». Нанометр (нм) — это ничтожно малая величина, составляющая одну миллиардную часть метра. Нанотехнологи работают с объектами, размеры которых находятся в диапазоне от 0,1 до 100 нм.

Нанотехнологии — первые шаги

Впервые, еще в 400 г. д.н.э., задумался о самых малых частицах, из которых состоит вещество, греческий философ Демокрит. Именно он ввел понятие атом, что означает нераскалываемый.

В 1905 году великий Эйнштейн высказал предположение, что размер молекулы сахара составляет 1 нанометр. В 1931 году немецкие физики создали электронный микроскоп, который, наконец-то, позволил увидеть человеку нано-объекты.

В 1974 году японский физик Норио Танигучи предлагает назвать механизмы размером менее одного микрона словом нанотехнологии. В 1981 году германские физики создали микроскоп, с помощью которого удалось рассмотреть отдельные атомы. В 1986 году футуролог Эрк Дрекслер публикует книгу, в которой предсказывает огромное будущее нанотехнологиям. С тех пор нанотехногии получили широкую общественную огласку.

В 1998 году голландский физик Сеез Деккер находит уже практическое применение нано-объектам. Он создает транзистор на основе нанотехнологий.

Как видим, как наука нанотехнологии развиваются очень стремительно. Трудно даже предположить, какие перспективы открываются перед человечеством благодаря нанотехнологиям.

Практическое применение

Нанотехнология в настоящее время еще не нашла широкого практического применения. Но смею вас уверить, это дело времени. В самом ближайшем будущем мы будем пользоваться вещами, изготовленными с помощью нанотехнологий. Уже сейчас можно говорить об изделиях, прошедших путь от лаборатории до завода.

Современные изделия, изготовленные с помощью нанотехнологий, имеют в своем составе углеродные нанотрубки, которые, в свою очередь, являются основой для других нанопродуктов, выпускаемых в настоящее время.

Что представляют собой углеродные нанотрубки? Они были открыты в 1991 году и представляют собой протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной несколько сантиметров. Оказалось, что они обладают удивительными свойствами. Благодаря этим свойствам им было найдено множество применений. К примеру, их можно использовать в электронике, компьютерной индустрии, медицине и даже в промышленности.

Как можно применить нанотехнологии в медицине? Благодаря своим свойствам наноматериалы могут использоваться для замены тканей человека. Оказывается, клетки организма распознают такие материалы как свои. Даже сейчас достигнуты успехи в изготовлении наноматериала, который может имитировать костную ткань.

Микроскопические размеры наноматериалов позволяют использовать их в качестве капсул, с помощью которых осуществляется доставка лекарственных средств в нужные места организма. Их можно использовать в качестве фильтра жидкостей организма от вредных веществ и вирусов. Сейчас большое распространение получают миниатюрные устройства, помещаемые внутрь организма для диагностики и лечебных целей.

Перспективы нанотехнологий

Немного из области фантастики.

В медицине планируется создание молекулярных роботов, которые могли бы лечить организм, находясь внутри него. А что? Очень удобно.

В промышленности: предметы потребления могут создаваться непосредственно из атомов и молекул. Посредством перемены мест атомов и молекул можно будет изготовить любой предмет!

В биологии возможно «внедрение» в различные организмы на уровне атомов. Что это нам даст? Восстановление вымерших видов животных и даже создание новых существ, «биороботов».

И, наконец, в геронтологии. Бессмертие станет возможным за счет внедрения в организм молекулярных роботов, которые будут очищать организм и устранять болезни еще в самом начале их зарождения.

Прогнозы на будущее

Как видим, в недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы — самые радужные. Некоторые рассматривают ее как панацею от всех бед, другие грозят бедами при неосторожном ее использовании.

Тем не менее нанотехнология — это уже настоящее. Остается только надеяться, что люди разумно распорядятся ее потенциалом и направят ее энергию во благо человечества.

shkolazhizni.ru

Нанотехнологии в повседневной жизни

Человек всю жизнь пытается понять различные природные явления, чтобы использовать их во благо в своей повседневной жизни. Если обратить внимание на историю, то можно найти немало предметов — от кинжала, доспехов римских воинов, машины Леонардо Да Винчи до таких, как противоскользящий коврик. Либо, если привести более популярный пример — застежек липучек, благодаря которым застегивается обувь или одежда. Все эти предметы были созданы на основе некоторых наблюдений за животной и растительной природой.

Исследованием в отрасли создания необычных вещей занимается такая наука, как биомиметика. За счет развития микроскопии и огромному развитию наноматериалов, ученые получили возможность творить с созданием предметов, которые имеют схожее природное строение, а также свойства. Очень часто эти свойства становятся буквально феноменальными, так как искусственным образом создать их просто нет возможности, используя лишь промышленные технологии. Яркий пример такого творчества — противоскользящий коврик для мобильных телефонов, очков или иных других предметов. За счет этого предметы можно располагать практически на любой плоскости, под различными углами.

Коврик-держатель — это лишь один из видов творчества инженерной мысли и использования того, что природа предоставила в первозданном виде. Занимательна история появления этого коврика. Произошло событие около четырех лет назад, ученые исследовали ящериц гекконов. Они узнали, что возможность животных ходить по совершенно ровным и гладким ровным поверхностям и ничуть не сбиваться с курса, связана с необычным строением лап. Их основа покрыта микроскопическими ворсинками, размер которых не превышает 1/10 волоса человека. Сила сцепления с поверхностью, за счет эффекта вандерваальского взаимодействия, равна 10- 7Н. За счет того, что каждый миллиметр лапок — это более 5000 щетинок, сумма всей адгезии составляет 10 Н/см2. Если сказать простым языком, то это около одного килограмма нагрузки. Согласно теории, общее количество таких ворсинок на лапах маленького геккона дает возможность удержать двух взрослых людей.

Испытания испытаниями, но чтобы они действительно имели эффект требовалось произвести копирование основы. С этой ученый А. Гейм и другие исследователи использовали метод электронной литографии. Таким образом, появилась антискользящая полимерная пленка, которая имеет очень похожую микроструктуру. Это и стоит считать датой появления такого изделия, как коврик-липучка. Прикрепив такой коврик к стеклянной поверхности потребуется применить силу в объеме 3-х Ньютонов чтобы отлепить его. Конечно, этот показатель намного выше, чем показатели геккона. Также наноковрик такого типа дает возможность выдержать вес телефона, ноутбука и даже человека.

На этом все исследования были окончены и далее следовало лишь найти области, где бы такие противоскользящие свойства смогли пригодиться. За несколько лет появилось около десятка различных образцов, но пожалуй, самым популярным стал коврик Marvelmat. Это изделие отлично прилипает к различным поверхностям, в том числе и сухим. Количество чешуек на один квадратный сантиметр представлено количеством в 29 тысяч штук. Он также может быть нанесен на шершавые и ровные поверхности. Адгезионные свойства, представленные у него, даже в сравнение нельзя ставить с поверхностью лап геккона. Конечно, размещать на нем двух людей никто не собирается, однако о его необходимости и удобстве в быту сложно не сказать. Ведь на нем можно расположить телефон в машине, навигатор, книгу и многое другое. Кроме автомобиля, изделие можно использовать в быту и в офисе. Коврик не требовал особого ухода. Достаточно было лишь протереть поверхность от пыли или грязи. Входящие в состав компоненты, невосприимчивы к температурным изменениям. Также стоит отметить, что наноковрик был награжден на международном конкурсе дизайна и получил золотую медаль.

ribalych.ru

НАНОТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

НАНОТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

1МОБУ СОШ с.Анясево

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

В последнее время можно часто слышать слово «нанотехнологии». Если спросить любого учёного, что это такое, и для чего нужны нанотехнологии, ответ будет краток: «Нанотехнологии изменяют привычные свойства вещества. Они преображают мир и делают его лучше».

Учёные утверждают, что нанотехнологии найдут применение в очень многих областях деятельности: в промышленности, в энергетике, в исследованиях космоса, в медицине и во многом другом. Например, крохотные нанороботы, способные проникнуть в любую клетку человеческого организма, смогут быстро лечить те или иные болезни и производить такие операции, которые не под силу даже самому опытному хирургу.

Благодаря нанотехнологиям появятся «умные дома». В них человеку практически не надо будет заниматься скучными бытовыми хлопотами. На себя эти обязанности возьмут «умные вещи» и «умная пыль». Люда станут носить одежду, которая не пачкается, более того, сообщает хозяину, что, например, пора обедать или принять душ.

Нанотехнологии позволят изобрести компьютерную технику и мобильные телефоны, которые можно будет складывать, как носовой платок, и носить в кармане.

Словом, учёные-нанотехнологи действительно намерены существенно преобразить жизнь человека.

Таким образом я сформулировал исследовательскую тему

« Нанотехнологии в современном мире». Меня заинтересовала эта тема, потому что в будущем нам жить и работать с нанотехнологиями, а на сегодняшний день нам очень мало, что известно об этом. Я считаю, что сегодня – это самая актуальная проблема, потому что она направлена на наше с вами будущее. И я решил начать изучать и исследовать технологии будущего уже сегодня.

Актуальность работы: изучение физики начинается с 7 класса и если я, изучив свойства неньютоновской жидкости, смогу рассказать о них своим одноклассникам, то это не только повысит интерес к новому предмету, но и возможно, приведёт к желанию самостоятельно изучать другие темы, а так же проводить посильные эксперименты.

Цель: 1. Разобраться в сущности понятия «нанотехнология», раскрыть суть нанонауки.

2. Понять, как человек реализует огромный потенциал нанонауки в повседневной жизни, её перспективы и будущее.

3.Изучить, что представляет неньютоновская жидкость и какими необычными свойствами обладает.

Задачи исследования:

• Выяснить значение термина «нанотехнология».
• Найти примеры применения нанотехнологий в быту.
• Узнать о необычных свойствах жидкостей.
• Доказать, что в домашних условиях можно сделать неньютоновскую жидкость.
• Провести эксперименты, демонстрирующие необычные свойства неньютоновской жидкости.
• Предположить, где можно использовать свойства таких жидкостей.
• Рассказать сверстникам о неньютоновской жидкости и её свойствах.

Объект исследования: неньютоновская жидкость

Предмет исследования: свойства неньютоновской жидкости.

Методы исследования: сбор материала по теме, его анализ и обработка, оформление работы, создание презентации.

Выход проектного продукта: презентация

Что такое нанотехнологии

Что же такое нанотехнологии? И как именно они позволяют менять свойства вещей?

Слово «нанотехнологии» состоит из двух слов — «нано» и «технологии».

«Нано» — греческое слово, означающее одну миллиардную часть чего-нибудь, например, метра. Размер одного атома немного меньше нанометра. А нанометр настолько меньше метра, насколько обыкновенная горошина меньше земного шара. Если бы рост человека был один нанометр, то толщина листа бумаги показалась бы человеку равной расстоянию от Москвы до города Тулы, а это целых 170 километров!

Слово «технологии» означает создание из доступных материалов того, что необходимо человеку.

А нанотехнологии — это создание того, что нужно человеку, из атомов и групп атомов (они называются наночастицами) при помощи специальных приборов.

Учёные договорились считать наночастицами все, что имеет размер от одного до ста нанометров.

Существует два способа получения наночастиц.

Первый, более простой, метод — «сверху вниз». Исходный материал измельчают разнообразными способами до тех пор, пока частица не станет наноразмерной.

Второй — получение наночастиц путём объединения отдельных атомов, «снизу вверх». Это более сложный способ, но именно за ним учёные видят будущее нанотехнодогий. Получение наночастиц этим способом напоминает работу с конструктором. Только в качестве деталей используются атомы и молекулы, из которых учёные создают новые наноматериалы и наноустройства.

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом», что в переводе с греческого означает «нераскалываемый», для описания самой малой частицы вещества.

Примером первого использования нанотехнологий можно назвать – изобретение в 1883 году фотопленки Джорджем Истмэном, который впоследствии основал известную компанию Kodak.

В настоящее время нанотехнология является одним из приоритетных направлений развития Российской науки.

В настоящее время нанотехнологии находят применение в разных сферах жизнедеятельности человека. Перечислить все области, в которых эта глобальная технология применяется, практически невозможно. Можно назвать только некоторые из них.

Как оказалось, нанотехнологии часто встречаются в быту, они повсюду, просто мы об этом не знаем.

Все мы используем мыло, без которого уже не представляем личную гигиену. Никто даже не догадывается, что мыло – продукт нанотехнологии, но один из самых простых. Мыло содержит мицеллы, небольшие наночастицы, которые используются и для производства других популярных косметологических средств. Любителям солнца и шоколадного загара также помогают нанотехнологии. Солнцезащитные крема и лосьоны создаются с добавлением частиц, которые насыщают кожу витаминами и защищают ее от вредного воздействия.

Нанотехнологии немаловажную роль сыграли и в развитии моды. С применением новейших технологий производятся лыжные куртки. Они очень хорошо сохраняют тепло, не пропускают ветра и не мокнут. Также наночастицы используют при создании иной спортивной одежды, которая не мнется, устойчива к загрязнениям и ненастьям.

Мы даже не подозреваем, что нанотехнологии помогают нам в повседневной жизни при работе с компьютерами и интернетом. Наночастицы используются для увеличения параметров памяти жестких дисков. Благодаря разработкам, появились ноутбуки, нетбуки, айфоны, смартфоны и многие другие современные гаджеты. Нашим автомобилям также значительно помогло развитие наночастиц. Ими производители покрывают поверхности детали и они служат гораздо дольше. Также в некоторых автомобилях устанавливаются

Кусочек лейкопластыря, которым мы заклеиваем порез на ручке , имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства, которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что обеспечивается наночастицами.

Значение нанотехнологий в жизни каждого человека огромно. Чем комфортнее становится жизнь, тем больше ученые смогли узнать об этих очень малых частицах.

Неньютоновская жидкость

Ньютоновская жидкость – это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали.

Неньютоновскими называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона.

Еще в конце XVII века великий физик Ньютон обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее нежели, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее.

Простейшим наглядным бытовым примером может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше её вязкость.

Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей, военной и других отраслях промышленности. К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др.

Свойства неньютоновской жидкости широко применяются в военной промышленности при изготовлении молекулярных бронежилетов, умного пластилина «хандгам», а также снаряжение для зимних видов спорта, чехлы для iPhone.

Приготовление раствора.

Для приготовления нам нужны крахмал (картофельный, кукурузный — любой) и вода. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В результате смешивания мы получаем нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами . ( Приложение 1)

Исследование неньютоновской жидкости.

Опыт №1. Так, если в ёмкость со смесью медленно ввести руку, то результат точно такой же, как если бы мы ввели руку в воду. Но если размахнуться как следует и стукнуть по этой смеси, то рука отскочит, как если бы это было твёрдое вещество.

Опыт №2. Если лить такую смесь с достаточной высоты, то в верхней части струи она будет течь, как жидкость. А в нижней — скапливаться комками, как твёрдое вещество.

Опыт №3. Кроме того, можно засунуть руку в жидкость и резко сжать пальцы. Можно почувствовать, как между пальцами образовалась твёрдая прослойка.

Опыт №4. Или ещё один эксперимент — сунуть руку в этот «кисель» и резко попытаться её вытянуть. Большая вероятность, что ёмкость поднимется вслед за рукой.

Опыт №5. Когда быстро воздействовать на жидкость, катать как бы шарик из воды, то он получится на самом деле, благодаря неньютоновской жидкости. (см. приложение 1)

По результатам этих опытов можно сделать следующий вывод, если на них воздействовать резко, сильно, быстро — они проявляют свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью.

Основываясь на свойствах неньютоновской жидкости, я хочу предложить несколько способов ее использования.

1. Изготовление контейнеров для транспортировки и хранения легко бьющихся стеклянных предметов (стекло, посуда, елочные игрушки и др.)

2. Использование неньютоновской жидкости при изготовлении защитных средств (наколенники, налокотники, шлемы и др.) для спортсменов, а так же их применении при обучении маленьких детей ходьбе.

У неньютоновской жидкости есть существенный недостаток: жидкость утрачивает свои свойства, когда из нее испаряется вода. Мною было проведено исследование, в результате которого я выяснил, что свойства сохраняются 2-5 дней в зависимости от температуры окружающей среды.

Вывод: чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее испаряется вода и тем дольше сохраняются свойства неньютоновской жидкости.

5. По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:

— если мешаем быстро неньютоновскую жидкость, чувствуется сопротивление, а если медленнее то нет. При быстром движении такая жидкость ведёт себя как твердое тело;

— чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее испаряется вода и тем дольше сохраняются свойства неньютоновской жидкости.

Список использованной литературы

1. http://popular.rusnano.com

2. http://www.rusnano.com

3. http://www.en.wikipedia.org

4. http://nanoru.ru

5. http://www.nanometer.ru

6. http://www.nanotech.ru

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

8. http://izvmor.ru/

9. http://cnnrm.ru/

Приложение 1

Приготовление раствора.

Приложение 2

Опыт №5

0

Просмотров работы: 2303

school-science.ru