Поделиться
НАНОТЕХНОЛОГИИ.ppt
Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь чему учиться. Леонардо да Винчи НАНОТЕХНОЛОГИИ
Невидимая революция?!
Автор: Подшивалова И.А., учитель химии и физики
МОУ ТСОШ № 14, пос. Томилино, Люберецкий район
Московской области
Что же такое нанотехнология?
«Я рад тому, что для химии люди нашли новое название. Теперь у них появился стимул изучать то, что они не желали изучать в школе.»
Нобелевский лауреат ,
физик Р.Хоффман.
Предистория нанотехнолгий
В этом смысле химики
занимаются нанотехно-
логиями уже на протя-
жении двух с половиной
столетий. Это и полу-
чение стекла «золотой
рубин», и звонкие клин-
ки и сабли из дамасской
стали, содержащие
углеродные нанотрубки.
Предистория нанотехнолгий
Среди первых исследо-
вателей наноструктур
можно назвать извест-
ного врача Парацельса
физика Майкла Фарадея
и даже нашего Левшу,
который видел без «ме-
лкоскопа» объекты в 5
раз меньше нанометра!
Попробуем представить всю
ничтожность нанометровых
масштабов. Волос человека
толщиной примерно 0,1 мм.
Что же означает слово «нано»?
Нанотехнологии можно определить как набор технологий или методик, основанных на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами.
Отцом нанотехнологии считают одного из самых знаменитых физиков нашего времени, лауреата Нобелевской премии Р. Фейнмана
29 декабря 1959г. он выступил в Калифорнийском
Технологическом институте на Рождественском
обеде Американского физического общества с
лекцией «Внизу полным-полно места», в которой
предложил идею управления отдельными атомами и
создания на их основе новых веществ на чрезвычайно
малом уровне.
Идея конструирования
любых объектов,собирая
атомы в определенном
порядке подсказана
самой природой.
Рога животных, например
значительно крепче
самых лучших образцов
керамического композита
разработанного людьми.
Механизм синтеза белка, определяющий
разнообразие и богатство жизни на Земле,
удивителен и экономичен.
Технология «снизу вверх»
В новой технологии
«снизу вверх» любой
материал или устройство
уже существующее в
природе или создаваемое
впервые, собирают,
начиная с отдельных
атомов, по безотходной
технологии.
Способы получения наночастиц
1-нисходящий
2-восходящий
Методы исследования нанообъектов
Обычный оптический микроскоп может дать
увеличение в 2000 раз, что недостаточно для работы
с атомами. Для этого был создан туннельный
микроскоп.
Принцип действия туннельного микроскопа
Сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп
В 1986 году за
разработку сканиру-
ющего туннельного
микроскопа
швейцарский ученый
Г.Рорер и немецкий
ученый Г.Биннинг
были удостоены
Нобелевской премии
по физике.
Современный просвечивающий электронный микроскоп
Атомно-силовая микроскопия является разновидностью
сканирующей зондовой микроскопии. С помощью этой
методики можно исследовать магнитную и электронную структуру поверхности
Молекулярные наномашины
Машины создания Эрика
Дрекслера – ассемблеры
Это наномасштабные
роботы, которые запрог-
рамированы на сборку
атомов в наноразмерные
компоненты и механизмы
Но как создать самих
создателей?
Углеродные нанотрубки
В 1993 году Сумио Ииджима открыл однослойные
углеродные нанотрубки в саже. Благодаря своей
структуре из нанотрубок можно создать самые
прочные волокна, проводники и полупроводники,
использовать в биологических системах и
композитах.
В 1985 году была открыта новая разновидность углерода-60, которая получила название фуллерен в честь архитектора и изобретателя Ричарада Бакминстера Фуллера, спроектировавшего первый геодезический купол.
С появлением нанотрубок
NASA был разработан
проект по созданию кос-
мического лифта, который
планируют построить к
2031 году.
Уже сегодня Вы можете
приобрести первый билет
на лифт, поднимающий
Вас к самой высокой точке
Земли.
Влияние наноразмеров на свойства вещества
В наноразмерном состоянии любые вещества
приобретают уникальные свойства. Алюминий в
обычном состоянии не реагирует с водой, а
переведенный в наноразмерное состояние при
контакте с водой выделяет водород и оксид металла.
Это практически акамулятор водорода для экологически
безопасных автомобилей на водородном топливе.
Влияние наноразмеров на свойства вещества
Яркая окраска коллоидных растворов золота
обусловлена мелкими частицами золота во взвешенном
состоянии.
Военные нанотехнологии
«Нанотехнология, безусловно,
будет ключевой отраслью для
создания сверхсовременного и
сверхэффективного, как нас-
тупательного, так и обороните-
льного вооружения, а также
средств связи.
Это направление деятельности
на которое государство не
будет жалеть средств.»
В.В.Путин
1.Взрывчатые вещества, с высоким поражающим эффектом. 2.Машины-хамелеоны, покрытые электромеханической краской, состоящей из наномеханизмов. 3.Жидкая броня для нанобронежилетов. 4.Наноматериалы для экипировки солдат.
Наноэлектроника позволяет улучшить точность наведения на цель, встроенные нанокомпьютеры стали ничтожно малы. Нанопокрытия снижают заметность боевой техники, внешне напоминающие еловые веточки легки и прочны. Длина иголочек равна длине волны радара, поэтому на радаре противника виден только окружающий ландшафт.
Беспилотный самолеты-разведчики. Робототехника. Самовостанавливающиеся материалы.
К 2015 году экипировка солдат будет полностью основана на нанотехнологиях
Нанотехнологии в медицине
Биодатчики
Имплантаты
Доставка лекарств «по адресу»
Диагностика
Дистанционная хирургия
Наноматериалы и лекарства
Модернизация диагностических приборов и методов
1.Раствор наночастиц серебра, обладающий антисептической активностью 2.Быстродействующие экспресс-анализаторы. 3.Клетка-наноробот охотится за патогенами в крови человека.
1.Наноскальпель на основе одностенной углеродной нанотрубки. 2.Введение наношприца в клетку ( в качестве иглы – углеродная нанотрубка). 3.Нанолекарь будущего.
Перевязочные наноматериалы
Создание имплантатов
Нанотехнология в стоматологии
*метод наноимпрег
нации
*противомикробные
нанорастворы
*сахарозаменители с
наноструктурами,
предупреждающими
кариес
1.Неинвазивный измеритель концентрации глюкозы НИКС 2.Аппарат «Гемофеникс» для проведения процедуры лечебного и донорского плазмофореза и гемосорбции с кровопроводящими магистралями и мембранными плазмофильтрами «РОСА», изготовленными с помощью нанотехнологий в ЗАО «Трекпор технолоджи»
1.Многофункциональный датчик жизненных показателей человека, вызывающий по мобильной телефонии скорую помощь. 2.Медицинский наноробот.
Футуристический образ нанобиотехнологий
Нанотехнологии в нашей жизни
Производство DVD дисков невозможно без контроля
поверхности матрицы будущего диска с
нанометровым разрешением.
Современная электроника уже давно не «микро», а
«нано».
НАНОЭЛЕКТРОНИКА 1.Наночипы 2.Электрод и батарейка «в одном флаконе» 4.Одноэлектронный транзистор
Наноэлектромеханические системы 1.Рука наноробота 2.Молекулярный редуктор 3.Соединение наношестеренок на основе углеродных нанотрубок
Шаговый пьезодвигатель Кенджо Учино
Пьезоэлектрический
моторчик длиной 4 мм и
шириной 1,8 мм должен
найти применение в
медицине, например,
управлять зеркальцем
эндоскопа.
Функциональные наноматериалы в инструментарии для энергетики
НАНОТРИБОЛОГИЯ
Известно, что трение и
износ движущихся частей
приводит к энергетическим
потерям , снижению
Общего КПД и уменьше-
нию срока их службы.
Создание порошков РВС
повышает срок службы
ДВС на 70%.
НАНОЭНЕРГЕТИКА
1.Наноаккумулятор водорода на основе титан - уг-
леродного ансамбля.
2. «Многоцветный» лазер, состоящий из ансамбля
нанонитей различного состава.
УМНЫЙ ТЕКСТИЛЬ
В основе этих материалов- фото-, термо- или гидрохромные красители,
которые позволяют ткани изменять цвет под воздействием световых
лучей, температуры, влажности, настроения, от окраски помещения или
местности.
В 2005 году профессор Токийского университета Сусуми Тачи продемонстрировал плащ-невидимку
Одежда для туров в космос
Ткани, способные защищать от электромагнитного излучения и радиации
«Живая вода» ХХ1 века
В ЗАО НИЦ «Икар» разработаны методы
получения наноактивированной воды, которая по
своим параметрам приближена к горной талой
воде и внутренней среде организма.
Киберцветок содержит сенсорные датчики, которые бурно реагируют на присутствие людей – наклоняют стебли и раскрывают лепестки в их сторону, переливаясь при этом всеми цветами радуги.
Самосборка фотонных кристаллов
Световоды для оптической связи
Лампы накаливания с 3D-фотонными кристаллами из губки вольфрама
Нелинейные оптические материалы
Покрытие из многослойных углеродных нанотрубок на полимерных нановолокнах позволяет получить электропроводную ткань или прозрачную проводящую пленку практически на любой поверхности.
Экологические нанотехнологии
Наночастицы металлического железа
перспективный материал для создания
проницаемых реакционных барьеров в процессе
очистки подземных вод от радиоактивных отходов.
При добавлении в асфальт наноструктур, созданных учеными Саратова, то дорожное покрытие станет более эластичным и износостойким
При вводе наночастиц серебра в резину или нанеся их на поверхность резиновых изделий можно придать этим изделиям бактерицидные свойства. Это поручень эскалатора метрополитена.
Немецкие ученые разработали покрытия, отталкивающие грязь и влагу, что приводит к уменьшению использования моющих и чистящих средств в наших домах и положительно скажется на экологии
Самым важным достижением нанотехнологии в содружестве с биотехнолгией станет возможность поддерживать и усовершенствовать все функции организма человека, включая функции мозга. «Путь к бессмертию и свободе» (Э.Дрекслер)
Нанонаука и нанотехнология являются интегрированным направлением современных наук и технологий: физики, химии, биологии и их специализаций: биофизики, биохимии, атомной микроскопии, а также информационных технологий, биотехнологии, материаловедения. Нанонаука носит междисциплинарный характер, поэтому представление о ней потребуется в любой сфере вашей будущей профессиональной деятельности.
Наноструктуры- блестящий пример быстрых приложений фундаментальных научных исследований. Только вместе с вами мы сможем развить и воплотить в реальность нанотехнологические идеи и сохранить лучшие традиции нашего образования, вернуть нашей стране передовые позиции в мире.
Лауреат Нобелевской премии,
Вице-президент РАН,
Ж.И. Алферов
Используемые материалы
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
