Компьютерная технология

нанотехнологии

ГКОУ РД «ГГИМХО»

[Введите адрес организации]

[Введите номер телефона]

[Введите номер факса]

Валиев В.О.

Нанотехнологии – это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность создавать и модифицировать объекты с размерами менее 100нм.

Конспект урока в 11 классе.

Тема: Нанотехнологии

Тип и форма уроков: урок обобщения и систематизации знаний.

Цель уроков: Обобщить и систематизировать знания о новых технологиях, развивающихся в современном мире.

Задачи уроков:

Образовательная: ознакомиться с основными видами современных перспективных технологий; сформировать понятия «универсальные технологии», «нанотехнологии»: сформировать представления об основных сферах применения современных перспективных технологий.

Развивающая: развивать внимание, память, образное мышление; развивать умения анализировать, систематизировать и обобщать материал;

Воспитательная: воспитывать положительное отношение к природе; уважение к обществу; воспитывать дисциплинированность, инициативность, самостоятельность и ответственность, чувство собственного достоинства и самокритичность.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Актуализация. (сообщение темы и цели урока)

3. Мотивация.

Много тысяч лет назад наши предки владели примитивными технологиями обработки материалов. Доступные им материалы не имели требуемой прочности при малом весе (древесина) или достаточной твердости – без хрупкости (камень), не обладали достаточной обрабатываемостью при минимальных трудозатратах. Однако потребности людей в выживании или в улучшении условий жизни заставляли искать новые и новые материалы и технологии их обработки. Бесчисленное множество преобразований позволило человеку создать свой особый, не свойственный природе искусственный мир – техносферу.

Примерно за последние полвека роль науки в материальном производстве существенно изменилась. Термин - научно-техническая революция (НТР) – применимые с 18 до середины 20 века сменился понятие технологическая революция. Наука все больше стала обслуживать технологическое совершенствование практики. Допустимо считать последними крупными научными открытиями создание лазера и атомной энергетики.

1. Изучение нового материала.

Слово "нанотехнологии" сейчас неизвестно, пожалуй, только младенцам – так часто упоминается оно во всех современных средствах массовой информации.

Нанотехнологии – это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность создавать и модифицировать объекты с размерами менее 100нм. При помощи нанотехнологий изготавливают наноматериалы, а в будущем, возможно, будут производить и нанотехнику.

Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана «Там внизу много места» (англ. «There’s Plenty of Room at the Bottom»), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих. (наноматериал)

Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и обычно заканчивающиеся полусферической головкой.

Углеродные нанотрубки обладают очень высокой прочностью – в 50-10 раз прочнее стали. Нити нанотрубок не боятся высоких температур, могут выдерживать воздействие вакуума и химических реагентов. Нить диаметром 1 мм может выдерживать груз в 20 т.

Графен — монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.

Широкое применение в нанотехнологиях нашли специальные сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ), позволяющие «увидеть» нанообъект. Работы этих микроскопов основана на измерении магнитных, электрических и других сил, возникающих между атомами. Микроскопы СЗМ производят измерения при помощи иглы (острием в один атом), которой «ощупывают» поверхность материала. Компьютер анализирует перемещения иглы и строит на экране картинку, изображающую рельеф поверхности. Таким образом можно увидеть атомы и молекулы.

Предполагается, что наиболее полно нанотехнологии будут реализованы при использовании специальных наномашин – ассемблеров.

Применение нанотехнологий: (дополнительный материал)

• На основе системы «нанокомпьютер – наноманипулятор» можно будет организовать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной трехмерной сетке расположения атомов. Компания Xerox в настоящее время ведет интенсивные исследования в области нанотехнологий, что наводит на мысль о ее стремлении создать в будущем дубликаторы материи. Комплекс роботов (дизассемблеров) будет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс (ассемблеры) будет создавать копию, идентичную, вплоть до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 2020–2030 гг). Это позволит упразднить имеющийся в настоящее время комплекс фабрик, производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он будет собран и размножен сборочным комплексом. Благодаря репликации можно будет наделять отдельные продукты этим свойством, например, нанороботов.

• Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, их освоение многозвенными роботами-амебами, производство подводных строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это в 2050 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии.

• С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и глобальный контроль за системами типа «recycling» позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Станут возможными глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно.

• Биотехнологии и компьютерная техника, вероятно, получат большее развитие благодаря нанотехнологиям. С развитием наномедицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный срок. Также не будет проблем с перестройкой человеческого тела для качественного увеличения естественных способностей. Возможно также обеспечение организма энергией, независимо от того, употреблялось что-либо в пищу или нет.

• Различные нейроинтерфейсы и импланты, разработанные на сегодняшнее время будут значительно улучшены и их биологическая совместимость с нервными тканями человека станет еще более полной. Тогда настанет время «настоящей» виртуальной реальности и полноценного взаимодействия с компьютерами через нервную систему человека. Благодаря этому компьютерная техника трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной производительности, причем каждый человек будет иметь возможность быть терминалом – через непосредственный доступ к головному мозгу и органам чувств.

• Область материаловедения существенно изменится – появятся т.н. «умные» материалы, способные к мультимедиа-общению с пользователем. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе алмазоида).

Что касается сырьевой проблемы, то для постройки большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот, кислород, сера, и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.

Таким образом, на основании прогнозов, нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. Как сказал Ralph Merkle, (Xerox, Palo Alto) «Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией».

1. Закрепление.

1. Попробуйте объяснить своими словами, что такое нанотехнологии.

2. Что представляет собой наноматериал?

1. Подведение итогов.

Что нового узнали? Что показалось интересным?

1. Домашнее задание

Подготовить сообщение о возможном применении нанотехнологий:

- в медицине,

- в промышленном производстве,

- в текстильном производстве,

- в пищевой промышленности.