Газета " Нанотехнологии - наука будущего"

КОУ ВО «Вечерняя ( сменная ) общеобразовательная  школа №2» г. Устюжна

газета №2 —ноябрь 2015 год. Редколлегия кабинета информатики.

Нанотехнология -технология изучения нанометровых объектов,  и р а б о т ы с о б ъ е к т а м и п о р я д к а

нанометра (миллионная доля миллиметра) что сравнимо с  размерами отдельных молекул, и атомов. 

Нанотехнология – это технология работы с веществом на уровне отдельных атомов. Строго говоря, нанотехнологии – это способ создания материалов с заданными свойствами манипулирования отдельными атомами.  

Смысл приставки «нано»? Нанотехнология – часто используемое слово. Оно касается таких научных отраслей как химия, физика, электроника, механика, а также медицина и фармакология, космическая и военная промышленность. Данное понятие происходит от греческого слова «nanos», в переводе означающего «гном». Можно предположить, что данное быстро развивающееся направление науки занимается «маленькими объектами». Вот только выражения «малый», «мелкий» в этом случае по-прежнему являются не совсем адекватными, поскольку за наночастицы принимаются частицы размером 1/100 нанометров, что составляет 1/100 миллиардных частей метра.  (1 нанометр равен

10⁻⁹ метра)  

Нанотехнологии – это способы создания наноразмерных структур, которые придают материалам и устройствам полезные, часто непривычные для нас свойства. Нанотехнология позволяет поместить частицу лекарства в нанокапсулу и точно нацелить на пораженную болезнью клетку, не повредив соседние. Фильтр, пронизанный бесчисленными нанометровыми каналами, которые пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов, тоже продукт нанотехнологий. В лабораториях нанотехнологов уже испытывают суперматериалы – углеродные волокна, в тысячи раз прочнее стали, покрытия, делающие предмет невидимым. Создание материалов с такими замечательными свойствами стало возможно благодаря тому, что нанотехнологии работают с веществом на атомном и молекулярном уровне. 

Ричард Фейнман 

Выдающийся американский учѐный. 

Основные достижения относятся к области

теоретической физики. Один из создателей  квантовой электродинамики.  В 1943—1945 годах входил в число разра-

ботчиков атомной бомбы в Лос-Аламосе.  Лауреат 

Нобелевской премии  по физике  

Норио Танигути  японский физик,  впервые

предложивший термин

«нанотехнологии»

Этапы развития нанотехнологий. 

Первое упоминание о методах, которые впоследствии назовут нанотехнологиями, сделал один из крупнейших физиков современности Ричард Фейнман в 1959 году в своей знаменитой лекции «Там внизу много места». Он говорил о том, что скоро люди научатся манипулировать отдельными атомами, это позволит им управлять строением веществ.

 В 1981 году появился туннельный микроскоп, который позволяет не только видеть отдельные атомы, но и поднимать, перемещать их. Таким образом, доказана принципиальная возможность собрать любой предмет, вещество из отдельных атомов. 

Сам же термин «нанотехнологии» в 1974 году ввѐл японский физик Норио Танигути. 

В 1986 году вышла книга Эрика Дрекслера «Машины созидания: наступление эры нанотехнологий» и приставка «нано» стала на слуху у широкой публике. В ней автор характеризовал нанотехнологию как «путь к бессмертию и свободе», так как можно будет не только оздоравливать человеческий организм, но и улучшать его природные функции. На данный момент принято делить нанотехнологию на три н а п р а в л е н и я : и з г о т о в л е н и е электронных схем размером до нескольких атомов; сборка из отдельных атомов любых веществ и объектов; создание наномашин (механизмов размером в несколько атомов) .

 Нанобатарейка 

(3,8х62х35 мм)   Компания Toshiba разработала литиевоионную батарею на основе наноматериалов, которая заряжается примерно в 60 раз быстрее обычной.  На рынке скоростная батарейка появилась в 2006 году. 

Нанотрубки (НТ) имеют малые размеры (область нанометров), которые м о ж н о з а д а в а т ь в различных пределах, в зависимости от условий синтеза. Им свойственна элек тропро воднос ть, механическая прочность и химическая стабильность. Все эти свойства позволяют считать нанотрубки о с н о в о й б у д у щ и х элементов наноэлектроники

«Нано» сегодня.

Уже сегодня рынок нано продукции огромен. 147 миллиардов долларов – стоимость товаров, выпущенных во всѐм мире в 2008 году с использованием новейших, только что созданных, нанотехнологий. Энергетика, электроника, биология и медицина, сельское хозяйство и экология – вот где прогресс в этой сфере лучше всего виден уже сейчас.

В 2012 году в России было произведено продукции, связанной с нанотехнологиями, на 211 млрд рублей (около $7 млрд), из которых предприятиями, созданными при финансовом участии «Роснано» — 23,5 млрд рублей. Без производства нефтепродуктов выпуск товаров и услуг наноиндустрии составил 95,6 млрд рублей..

Выпуск нанотехнологичной продукции осуществляли предприятия и организации, расположенные в 54 регионах России. Две трети всех предприятий и организаций наноиндустрии сосредоточено в 10 субъектах федерации: в Татарстане — 68, Москве — 64, Санкт-Петербурге — 29, Новосибирской области — 20, Московской области — 16, Свердловской, Томской и Владимирской областях — по 12, Пермском крае и Калужской области — по 10 предприятий. Экспорт нанотехнологической продукции из России  свыше  66,5 млрд рублей .

По объѐму инвестиций в нанотехнологии Россия занимает второе место в мире после США .

Применение нанотехнологий в различных отраслях 

1. Наноэлектроника 

Электроника на механотранзисторах. По своим размерам современные транзисторы могут быть всего в несколько раз больше молекулы. Однако даже эти компоненты намного больше, чем новое поколение наноэлементов, в которых вместо кремния будут использоваться органические соединения и углеродные нанотрубки. Нанотехнологии позволят не только уменьшить размеры микросхем, но и увеличить количество транзисторов в них, что значительно повысит производительность.(  Нанобатарейка (3,8х62х35 мм)).  

Электроника на нанотрубках. Размеры углеродных нанотрубок сопоставимы с размерами молекул. Средний диаметр однослойной углеродной нанотрубки составляет около 1 нанометра. Если же удастся «заставить» одну нанотрубку хранить один бит информации, то память на их основе будет хранить колоссальные объемы информации, ведь современные ячейки flash-памяти, хранящие один бит информации, имеют размеры от 50 до 90 нанометров.

Сенсацией последнего времени стало создание компьютера на основе углеродных нанотрубок. Похоже, они начинают вытеснять из электроники традиционный кремний...

НАНОТЕХНОЛОГИИ ВОКРУГ НАС 

Нанокомпозиты – материалы на заказ

Нанокомпозитом является композиционный материал, в качестве одного из компонентов которого взяты нанообъекты (наночастицы, нанотрубки и т.п.).  При этом процент нанодобавок часто очень невелик (не более 5 %), т.к. их эффективность во многих случаях зависит от поверхности соприкосновения компонентов, а известно, что отношение поверхности к объѐму у нанообъектов огромно. Так при создании нанокомпозита на полимерной основе с наполнителем из наночастиц серебра их концентрация составляет всего несколько десятитысячных долей процента, и этот нанокомпозит проявляет необычайно сильное бактерицидное действие. 

Полимеры и нанопластинки из глины

Одним из перспективных нанокомпозитов могут стать нанокомпозиты  на полимерной основе с наполнителем в виде наночастиц глины – алюмосиликатов. Алюмосиликаты в определѐнных условиях соединяются друг с другом образуя плоские пластинки толщиной около 1 нм. Размеры этих глиняных пластинок могут достигать несколько микрометров, что делает их объектами с очень большим отношением поверхности к объѐму (рис.1).

Поэтому добавление таких глиняных пластинок даже в небольших количествах приводит к заметному изменению физических свойств материала. Так, нанокомпозит, показанный на рис.1, обладает гораздо большей прочностью и термостойкостью, чем нейлон, на основе которого он сделан. Полагают, что нанокомпозиты из глиняных пластинок, изготовленные на основе известных термопластиков (полиамида и полипропилена), будут обладать такой прочностью и термостойкостью, что вполне смогут заменить металлы при производстве, например, самолѐтов.

Другое полезное свойство, которым обладают полимерные нанокомпозиты из глиняных пластинок  -  уменьшение диффузии газов через плѐнки, изготовленные из этих нанокомпозитов. Поэтому еда, завѐрнутая в такие полимерные плѐнки, будет меньше портиться при хранении.

Нанотехнологии в военном деле

Как показывает история, новые технологии в первую очередь привлекают специалистовоборонщиков, которые стремятся найти им применение в военном деле. Не стали исключением и нанотехнологии. Военные рассчитывают, что созданные на основе нанотехнологий боевая техника и вооружения коренным образом изменят характер ведения боевых действий. В военных кругах прочно укоренилась точка зрения, что широкое внедрение нанотехнологий в строительство и развитие вооруженных сил позволит одержать победу в нечеловечески быстрой и разрушительной войне. Поэтому в мире уже усиленно работают над созданием новых вооружений и защиты от них, используя нанотехнологии. Одним из направлений применения нанотехнологий в военном деле является разработка так называемой «мягкой брони», которая может быть применена для изготовления экипировки солдата будущего . Такая броня сможет принять неограниченное количество пуль, в то время как современные бронежилеты после попадания определенного количества пуль приходят в негодность.

Костюм солдата будущего

Для того чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров достаточно прочным, в нем предполагается использовать решение, подсмотренное в живой природе, а именно структуру паутины. В настоящее время созданы нановолокна из полиуретана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей. Жесткость костюму будут обеспечивать наночастицы, присоединяющиеся к определенным участкам волокон, соединяя их между собой.

Одним из наиболее сложных элементов системы станет шлем со встроенными миниатюрными камерами, позволяющими следить за противником в темноте. Каждый солдат сможет получать изображение с помощью неохлаждаемых инфракрасных камер, которые даже в сегодняшней американской армии нашли пока только лишь ограниченное применение. Также шлем солдата оснащен сенсорами, детектирующими вибрации костей черепа и челюстей. Эта система успешно заменяет обычный микрофон, использовавшийся ранее .

 

Нанотехнологии все больше используются в современных технологиях. На Уральском заводе гражданской авиации лопасти вертолетов покрываются нанометаллом. Это в пять раз увеличивает срок их службы. 

НАНОТЕХНОЛОГИИ В БЫТУ

«УМНЫЕ» НАНОМАТЕРИАЛЫ

Американские ученые уже сумели пропустить мощные электрические заряды по молекулярным полимерным цепочкам, что является одним из ключевых моментов в создании так называемых ―солнечных пластмасс‖, которые могут сделать солнечные батареи настолько эффективным источником электричества, что они составят серьезную конкуренцию сегодняшним тепловым электростанциям. Тончайшие пленки, вырабатывающие электроэнергию, можно будет просто наклеить на крышу дома - и полностью обеспечить его электричеством . 

«УМНАЯ» ОДЕЖДА 

Нанотехнологии приходят в офис и повседневный быт. Скоро никого не будут удивлять непромокаемые рубашки и брюки, созданные из наноматериалов. Например, кока-колу можно смело наливать прямо в нагрудный карман, и в течение дня пить ее из трубочки. Рубашки, созданные из ткани Nano-Tex, выглядит и ощущаются на теле как обычные хлопковые или шелковые (в зависимости от материала), но при этом они абсолютно непромокаемые, то есть вода стекает по ним, как по зонтику . В отличие от обычных материалов, она не намагничивается и не притягивает к себе мелкие соринки, так что всегда остается совершенно чистой .