Нанотехнологии 10 класс

НАНОТЕХНОЛОГИИ

Разработал учитель технологии ГБОУ СОШ № 541 Санкт-Петербурга Кубрина Екатерина Леонидовна

Наука нанотехнология- это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Нанотехнологии – это технологии изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи. Название происходит от слова "нанометр" - миллионная часть метра. Нанотехнологии обеспечивают возможность создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, принципиально нового качества. Ценность таких систем состоит в том, что возможна их интеграция в полноценно функционирующие системы макромасштаба.

Краткая история развития нанотехнологии. Впервые это научное направление обозначил Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман в своей лекции с образным названием «внизу полным-полно места», прочитанной в 1969 году, в которой он обосновал практически неограниченные перспективы материалов и устройств, построенных на частицах с размерами, соизмеримыми с размерами единичных атомов или молекул, а интенсивное развитие этого направления уже в настоящее время привело к целому ряду открытий в естествознании и технологии. В 1983 году один из пионеров наноразмерных компьютеров Ф. Картер предсказал, что микроэлектронные интегральные схемы пересекут нанометровую границу около 2020 года. Однако начало практической нанотехнологии было ознаменовано изобретением в 1982 году сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Так, с помощью СТМ оказалось возможным перемещение индивидуальных атомов и молекулярных фрагментов по поверхности подложки в заранее определенные места.

ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В МЕДИЦИНЕ

• Создание молекулярных роботов врачей, которые «жили» бы внутри человека, устраняя все возникающие повреждения.
• Наночастицы будут использоваться для точной доставки лекарств и управления скоростью химических реакций.

• Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.

В ЭКОЛОГИИ

• Нанотехнологии способны стабилизировать экологическую обстановку.
• Новые виды промышленности не будут производить отходов, а нанороботы смогут уничтожить последствия старых загрязнений.

В КОСМОНАВТИКЕ

В сельСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

• Ракетные двигатели работали бы оптимально, если бы могли менять свою форму в зависимости от режима. Только с использованием нанотехнологий это станет реальностью. Конструкция более прочная, чем сталь, более легкая, чем дерево, сможет расширяться, сжиматься и изгибаться, меняя силу и направление тяги.

• Замена «естественных машин» для производства пищи их искусственными аналогами – комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.

В КИБЕРНЕТИКЕ

• Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул.

ПОКОЛЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Первое поколение

называется «пассивные наноконструкторы», а попросту – нанопорошки, которые можно добавлять в разные материалы: полимеры, керамику, металлы, покрытия, лекарства, косметику, пищу и прочие продукты народного потребления.

Второе поколение

«активные наноконструкторы» (2005 – 2010) – предусматривает создание компонентов нанобиотехнологй, нейроэлектронных интерфейсов, наноэлектромеханических систем.

Третье поколение

«системы наносистем» (2010 – 2015), то есть управляемая самосборка наносистем, трехмерные сети, нанороботы.

Четвертое поколения

«молекулярные наносистемы» (2015 – 2020), то есть молекулярные устройства, атомный дизайн.

РАЗВИТИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

• Развитие нанотехнологий «Дедушкой» нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. Он впервые использовал слово атом для описания самой малой частицы вещества. Человечество стало подходить вплотную к оперированию нанообъектами.
• Осознание стратегической важности нанотехнологий привело к тому, что в разных странах на уровне правительств и крупнейших фирм созданы и успешно выполняются программы работ по нанотехнологиям.
• В Японии и США программы работ по нанотехнологии получили высший государственный приоритет.

НАНОТЕХНОЛОГИИ В РОССИИ

• О состоянии российской наноиндустрии можно сказать следующее: достигнуты высокие результаты в области создания нанотехнологических приборов и установок. Разрабатываются новые методы получения наноматериалов;
• В настоящее время в России существует целевая государственная программа по финансированию работ в области нанотехнологий;
• Выдаются гранты на прикладные исследования в нанотехнологии ;
• Выделяются средства передовым предприятиям.

Опасности, связанные с нанотехнологиями Биологическая угроза Нанотехнологии могут представлять угрозу здоровью человека. Крошечные частички углерода могут попасть в мозг человека через дыхательные пути и оказать на организм разрушительное воздействие. Речь идёт о C60 одной из трёх основных форм чистого углерода.

Фуллерен ( С60)