Исследовательская работа физика+химия "Нанотехнологии вокруг нас"

Тема «Нанотехнологии вокруг нас»

Содержание

Введение  …………………………………………………………………………3                                                                                                                    

Глава 1.  Термин  «нанотехнологии». ………………………………………..4

1.1.   Что такое «нано»?.........................................................................................4

1.2.   История возникновения нанотехнологий………………………………...4

1.3.   Природные наноматериалы и нанотехнологии…………………………..7

Глава 2. Нанотехнологи уже работают на здоровье, мобильность, энергетику, спорт и отдых…………………………………………………….. 8

2.1. Примеры использования наноматериалов в современном доме………… 8

2.2. Использование нанотехнологий для укрепления здоровья……………….9

2.3. Испольование наноматериалов в спорте…………………………………...10

2.4. Применение нанотехнологий в пищевой промышленности……………....11

2.5. Нанотехнологии в косметологии……………………………………………11

2.6. Развитие нанотехнологий в России…………………………………………12

2.7. Олимпиады и конференции от РОСНАНО…………………………………13

Глава 3. Практическая работа………………………………………………....15

Заключение ………………………………………………………………………..20                                                                                                               

Литература…………………………………………………………………………21                                                                                                                  

Приложение

Введение

     Нанотехнология - это наука, которая зани­мается созданием устройств размером в несколько на­нометров (1 нм - миллиардная доля 1 м).

Это много­обещающая область деятельности, результаты которой должны затронуть все сферы жизни общества. По этой причине нанотехнология считается одной из ключе­вых технологий XXI в., которая призвана повлиять на развитие не только одной отдельной индустрии или отдельного рынка, - она создаст новые возможности для производства материалов, инструментов, в сфере здравоохранения, электроники, обороны, сенсорных технологий и т.д.

    Учёные и инженеры убеждены, что нанотехнологии - это будущее человечества, они способны изменить историю.

     В своей работе я постараюсь объяснить сущность нанотехнологий и рассказать о достижениях в этой отрасли науки.

    Актуальность работы: будущее за нанотехнологиями, их применение востребовано и незаменимо.

    Цель: показать неограниченные возможности современной науки и техники в развитии нанотехнологий, познакомиться с современными достижениями и пробудить интерес учащихся к изучению физики, математики и химии.

    Для решения цели нами определены задачи исследования:

- познакомится с историей развития нанотехнологий;

‐ изучить основные направления и методы исследований в области нанотехнологий и с основными направлениями ее развития;

‐ изучить практическое значение разработок нанотехнологий в области медицины, косметологии, строительства, информационных технологий, робототехники;

‐ освоить методику моделирования  и проведения экспериментов, научиться применять научные знания для объяснения физических  и химических явлений.

    Объект исследования: нанотехнологии.

    Предмет исследования: возможности и перспективы нанотехнологий.

    Методы исследования: анкетирование, проектирование и эксперимент.

    Гипотеза исследования: нанотехнологии используются во всех сферах, давая новые возможности и помогая решать самые сложные задачи.

    Практическая значимость работы заключается в том, что работающие над этой темой ученики и слушатели узнают много нового из этой сферы. Данная работа позволит расширить кругозор в данной области, познакомиться с новейшими достижениями науки и техники.

Глава 1. Термин  «нанотехнологии»

1.1.          Что такое «нано»?

Приставка нано- (греч. «нанос» - карлик) означает одна миллиардная доля. 1 нм - это одна миллиардная доля метра, 10^-9  м. Для сравнения: человеческий волос приблизительно в

60 000 раз толще одной молекулы. В латыни нано имеет значение маленький, крошечный. И действительно, 1 нм - это очень маленькая величина, увидеть невооружённым глазом объекты такого размера невозможно.

       Для сравнения заметим, что волосы человека растут со скоростью 10 нм в секунду (а мы этого не замечаем!), а толщина одного волоска составляет почти 100 000 нм, или

 100 мкм. Наноразмерный масштаб используют для характеристики самых маленьких объектов, например, атомов и молекул.  (см.приложение 1)

Нанометрами измеряются лишь самые примитивные существа, вирусы (их длина в среднем 100 нм). Живая природа заканчивается на рубеже примерно 10 нм - такие размеры имеют сложные молекулы белков, строительные блоки живого. Простые молекулы в десятки раз меньше. Величина атомов - несколько ангстрем (1 ангстрем равен 0,1 нм). Например, диаметр атома кислорода составляет 0,14 нм.

         Здесь проходит нижняя граница наномира, мира наномасштабов. Именно в наномире идут процессы фундаментальной важности - совершаются химические реакции, выстраивается строгая геометрия кристаллов, структуры белков. С этими процессами и работают нанотехнологи.

        Лучший способ познать это - сравнить... Иногда путешествие в глубь материи по шкале масштабов называют путешествием по пятому измерению в дополнение к уже существующим четырём - трём пространственным и времени. Нанометры являются привычными единицами для описания длин волн света. Например, видимый свет имеет длины волн в диапазоне от 400 до 700 нм. В нанометрах измеряют также размеры микроорганизмов, клеток и их частей, биомолекул. Вот лишь некоторые примеры. (см.приложение1)

1.2. История возникновения нанотехнологий.

      Египтяне, греки и римляне использовали наночастицы для создания красителей ещё несколько тысяч лет назад. В исследованиях проведённых в Центре исследований и реставрации французских музеев, установлено, что древние косметологи использовали соединения на основе свинца, из которых делали частички диаметром всего в 5 нанометров!

       В недавних экспериментах доктор Филипп Вальтер показал, что древний процесс окрашивания волос в чёрный цвет является замечательным примером нанотехнологий, успешно используемых до настоящего времени. (см.приложение2)

      Чарльз Пул, автор книги «Введение в Нанотехнологию», приводит ещё один показательный пример: в Британском Музее хранится, так называемый «Кубок Ликурга» (на стенах кубка изображены сцены из жизни этого великого спартанского законодателя), изготовленный древнеримскими мастерами – он содержит микроскопические частицы золота и серебра, добавленные в стекло. При различном освещении кубок меняет цвет – от темно-красного до светло-золотистого. Аналогичные технологии применялись и при создании витражей средневековых европейских соборов. (см.приложение2)

      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 «неделимый», для описания самой малой частицы вещества.

      Вероятно, впервые в современной истории нанотехнологический прорыв был достигнут американским изобретателем Джорджем Истмэном (впоследствии основал известную компанию Kodak), который изготовил фотопленку (это произошло в 1883 году).

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. (см.приложение 3)

1959 год. Ричард Фейнман выступил в Американском Физическом обществе с докладом известным под названием «Там, внизу, ещё много места», который считается стартовой точкой отсчёта в борьбе за покорение наномира.

1968 год. Альфред Чо и сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот термины «нанотехника и нанотехнология», которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона, и способы их создания.

1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы

1982 год. Разработан растровый туннельный микроскоп .(см.приложение 3)

1985 год. Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр. Они же открыли существование шарообразной углеродной молекулы – фуллерена. (см.приложение 3)

1986 год. Создан атомный силовой микроскоп, ставший инструментом по сборке нанообъектов.

1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

1991 год. Японские исследователи обнаружили углеродные нанотрубки.

1993 год. В США начали присуждать Фейнмановскую Премию, которая названа в честь физика Ричарда Фейнамана, который в 1959 году произнес пророческую речь, в которой заявил, что многие научные проблемы будут решены лишь тогда, когда ученые научатся работать на атомарном уровне. В 1965 году Фейнману была присуждена Нобелевская премия за исследования в сфере квантовой электродинамики – ныне это одна из областей нанонауки.

1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же как молекулярные цепочки.

2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование.

2001 год. Марк Ратнер, автор книги «Нанотехнологии: Введение в Новую Большую Идею», считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда и произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии – «прорывом года», а влиятельный бизнес-журнал Forbes – «новой многообещающей идеей». Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение «новая промышленная революция».

2004–2006 год. Российский исследователь и изобретатель В.И. Петрик с помощью разработанного им же газофазного метода очистки металлов и разделения изотопов получил наноструктуры ряда металлов: платины, железа, никеля и др.

1.3. Природные наноматериалы и нанотехнологии.

        В природе нанороботы и нанофабрики работают уже миллиарды лет. Никого не удивляет то, что всего из одной яйцеклетки вырастает человек. Правда, его собственные возможности в части создания миниатюрных конструкций существенно уступают технологическому потенциалу даже простейшей бактерии.

      Очень интересно, что дикая природа уже издревле использует то, что Человечеству открылось совсем недавно. По одной из версий жизнь на Земле возникла в первородном «бульоне» из нанообъектов липосом. Живые клетки растут и делятся благодаря непрерывным и взаимосвязанным реакциям в наномасштабах. Приведем несколько примеров использования свойств наномира в живой природе.

Эффект лотоса

       Лотос примечателен тем, что его листья всегда остаются чистыми, именно поэтому в странах Востока это растение считается символом чистоты. Во время дождя капли воды, скатываясь по лепесткам цветка, увлекают за собой и частички грязи. Такое свойство связано с уникальным строением сферы листьев. Они покрыты крошечными выпуклостями высотой 5-10 микрон, на которых растут многочисленные нановолоски. Именно такая организация листа позволяет лотосу оставаться чистым. Такое свойство самоочищения стремятся использовать при разработке стекол, красок и тканей.

Лапки геккона

       Мечтали ли вы когда-нибудь запросто поднятся по отвесной стене безо всякой экипировки? А в природе это умеют делать – например геккон, небольшая ящерица (10-20 см.) запросто преодолеет такое препятствие. А виной тому подушечки на его лапках, а точнее огромное количество нановолосков особой формы, вплотную прилегающие к поверхности за счет Ван-Дер-Ваальсовы силы, действующей между микрочастицами. Из-за большой площади соприкосновения этого достаточно, чтобы геккон прилипал к любой отвесной скале даже на одной лапке.

Рибосомы

       Человеческий организм – очень сложный механизм, части которого ни на мгновенье не прекращают своей работы. Белки участвуют в управлении всеми жизненно важными процессами. В зрительном процессе участвует родопсин, в мышечной работе – миозин и актин, необходимый для жизни озон разносит по клеткам организма гемоглобин. А появляются белки в результате синтеза рибосом, которые можно назвать нанофабриками. Данные для такого строительства берутся из ДНК, в которой закодирована вся необходимая информация, а стройматериалом служат аминокислоты. Получается, что человек содержит в себе мириады нанофабрик. (см.приложение 6)

Глава 2. Нанотехнологи уже работают на здоровье, мобильность, энергетику, спорт и отдых

    Наноматериалы – продукт нанотехнологий – это широкий класс множества разнообразных материалов, продукт высоких технологий, способный решить множество проблем.

    Наноматериалы – не только отдельные наночастицы, но и сложные микро- или макрообъекты, наноструктурированные в объеме или на поверхности.

 2.1. Примеры использования наноматериалов в современном доме.

           Наноматериалы для строительства, автономные источники энергии на мощных солнечных батареях, нанофильтры для очистки воды и воздуха - эти достижения нанотехнологий должны сделать наши дома удобнее, надежнее безопаснее.

         Добавление наночастиц различных материалов (в том числе углеродных нанотрубок) в бетон делает его в несколько раз прочнее.  Разрабатываются нанопокрытия защищающие бетонные покрытия от воды. Сталь важнейший строительный материал тоже становится гораздо прочнее при добавлении наночастиц ванадия и молибдена. Самоочищающееся стекло с наночастицамидвуокиси титана уже выпускается промышленностью. Нанопленочные покрытия для стекла будут оптимально регулировать потоки света и тепла, идущие через окна.

          Для защиты зданий от огня нанотехнологии предлагают как новые негорючие материалы (например, изоляцию кабелей, содержащую наночастицы глины) так и «умные» сети сверхчувствительных нанодатчиков возгорания. Обои с покрытием из наночастиц окиси цинка помогут очистить помещение от бактерии.

          Что же касается домашней техники - холодильников, телевизоров, сантехники, осветительных приборов кухонного оборудования - здесь поле приложений для нанотехнологий неисчерпаемо.

 «Умный дом», насыщенный наноэлектронными устройствами (от скромных датчиков температуры до дисплеев трехмерного изображения), экономичные источники приятного для глаз света на квантовых точках, холодильник из нанокомпозитных материалов, наполненный пакетами из «умных полимеров»  с продуктами питания, содержащими ценные нанодобавки - возможно, все это станет повседневной реальностью лет через

10-15.

2.2. Использование нанотехнологий для укрепления здоровья.

       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.

Современные приложения нанотехнологий в медицине можно разделить на несколько групп:

•  Наноструктурированные материалы, в т. ч., поверхности с нанорельефом, мембраны с наноотверстиями;

•  Наночастицы (в т. ч., фуллерены и дендримеры);

•  Микро- и нанокапсулы;

•  Нанотехнологические сенсоры и анализаторы;

•  Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов;

•  Наноинструменты и наноманипуляторы;

•  Микро- и наноустройства различной степени автономности.

      Некоторые их результаты уже пришли в медицинскую практику. Вот лишь два ярких примера.

   1. Адресная доставка лекарственных соединений

Убивая микробов и разрушая опухоль, лекарства обычно наносят удар и по здоровым органам и клеткам организма. 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.

   2.  Системы диагностики

    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.

·        биочипы, распознающие у пациента за один анализ более двухсот «генетических синдромов», отвечающих за различные болезни.

·        зонды, состоящие из оптоволокна толщиной в десятки нанометров, к которому присоединен химически чувствительный наноэлемент. Зонд вводится в клетку, и по оптоволокну передает информацию о реакции чувствительного элемента. (см.приложение 7)

2.3.Испольование наноматериалов в спорте.

        Достижение новых спортивных высот, помимо усилий спортсмена, очень часто требует отличного спортивного инвентаря. Сегодня нанотехнологии применяются в изготовлении мячей для тенниса, велосипедных рам, ракеток, спортивной одежды, лыж и лыжных палок, и многого другого.

 В 2004 были созданы мячи для гольфа с применением нанотехнологий. При ударе по мячу клюшкой лишь часть ее энергии обеспечивает разгон, остальное уходит на деформацию. Разработчики придумали мячи, внешняя поверхность которых изготовлена из материала, содержащего наночастицы. Такие мячи, как утверждают их создатели, деформируются гораздо меньше и поэтому могут быть точнее направлены в лунку.

         Материалы, содержащие углеродные нанотрубки или другие наночастицы, уже используются в деталях спортивных велосипедов, лыжах и лыжных палках – для повышения прочности и снижения веса.

Спортивная одежда, изготовленная при помощи нанотехнологий, поддерживает ощущение прохлады в течение дня. Хлопковые ткани с специально организованными нановолокнами выводят пот спортсмена на наружную поверхность майки или футболки, где он быстро высыхает – а внутренняя поверхность остается почти сухой

2.4. Применение нанотехнологий в пищевой промышленности.

     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. (см.приложение 10)

        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.

2.5. Нанотехнологии в косметологии.

      Индустрия красоты – одна из областей, в которой новейшие технологии находят применение быстрее всего.

       Установлено, что 80 % всех косметических веществ, нанесенных на кожу, так на ней и остаются, вне зависимости от стоимости. Это означает, что эффект от их применения сказывается, в основном, лишь на состоянии самой верхней части кожи. Поэтому успех косметической отрасли все больше зависит от развития систем доставки активных ингредиентов в глубокие слои кожи. На помощь в решении этой проблемы, давно стоящей перед косметологами, пришли нанотехнологии. (см.приложение 10)

       Одним из решений проблемы доставки биологически активных веществ, стало создание искусственных «контейнеров», липосом, которые, во-первых, обладают малыми размерами, проникая в межклеточные промежутки, а, во-вторых, распознаются липидами как «дружественные». Косметика на основе липосом борется с первыми признаками старения кожи – повышенной сухостью, морщинами. Питательные вещества благодаря системе липосомальных комплексов способны проникать достаточно глубоко.

     Следующим этапом развития антивозрастной косметики стало создание наносом. Эти транспортные комплексы отличаются еще меньшими размерами по сравнению с липосомами и представляют собой шарообразные структуры с «начинкой» из витаминов, микроэлементов или других полезных веществ. Благодаря малым размерам, наносомы способны проникать в глубокие слои кожи. Но при всех своих достоинствах, наносомы не способны транспортировать биоактивные комплексы, необходимые для полноценного питания клеток.

      Косметика прицельного действия на основе нанокомплексов не только переносит питательные вещества в глубокие слои кожи – в ее арсенале, в зависимости от поставленной задачи, имеются увлажнение, очищение, удаление токсинов, разглаживание рубцов, шрамов и многое другое. (см.приложение 8)

       В косметологии фуллерен является мощным антиоксидантом. Применение косметики с фуллеренами способствует эффективной борьбе со всеми признаками старения кожи, длительному глубокому увлажнению кожи и сохранению ее молодости.

2.6. Развитие нанотехнологий в России.

       В нашей стране нанотехнологии впервые были упомянуты в официальных документах в марте 2002 года. 18 ноября 2004 года Правительство РФ одобрило первую «Концепцию развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года».

      Сегодня в России строится 12 нанотехологических центров, и восемь из них уже сейчас фактически занимаются инвестированием.

       За научно-технические разработки было учреждено несколько премий. Так, например, в 2013 году премию получил российский доктор физико-математических наук, теоретической физики Университета Радбоуда Михаил Кацнельсон. Он стал лауреатом высшей награды Нидерландов - премии Спинозы, которая ежегодно присуждается самым выдающимся научным сотрудникам. Михаил является одним из отцов-основателей графена, и его теоретическая база лежит практически во всех открытиях и свойствах данного материала.

        В 2010 году Нобелевская премия в области физики была присуждена Андрею Геймену и Константину Новоселову из Манчестерского университета за их беспрецедентные эксперименты все с тем же графеном, являющимся не чем иным, как двумерной формулой углерода.

Сейчас РОСНАНО охватывает все крупные российские регионы и 7 федеральных округов: Северо-Западный, Центральный, Южный, Дальневосточный, Уральский, Сибирский, Приволжский.

      Дальнейшее развитие нанотехнологий весьма перспективно, и при достаточном финансировании результаты не заставят себя долго ждать.

          Достижения в области нанотехнологий Оренбуржцев.

Заведующий лабораторией клеточных технологий Оренбургского государственного университета, разработчик биокожи «G-DERM» Рамиль Рахматуллин разработал стоматологическую пленку, которая способна помочь в лечении пародонтоза.

2.7.  Олимпиады и конференции от РОСНАНО

     Целью олимпиад и конференций  является развитие междисциплинарных естественно-научных подходов в образовании, науке и технике.

Председателем Оргкомитета олимпиады является ректор Московского Университета академик В.А. Садовничий, заместители Председателя — проректор МГУ, академик А.Р. Хохлов, декан ФНМ МГУ, академик К.А. Солнцев.

·        XII Всероссийская Интернет-олимпиада по нанотехнологиям

      «Нанотехнологии – прорыв в будущее!» продолжает традиции олимпиады, проводимой с 2007 года. Ежегодно в олимпиаде принимают участие около 10 000 школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей. На протяжении нескольких лет Олимпиада по нанотехнологиям является олимпиадой 1 (высшего) уровня из списка Российского совета олимпиад школьников, что предоставляет абитуриентам из Российской Федерации и ряда стран СНГ возможность поступления в университеты Российской Федерации на льготных условиях.

·        Отдельно проводится конкурс проектных работ школьников – «Гениальные мысли».

   Участникам конкурса необходимо по предложенному шаблону кратко изложить работу или идею возможного школьного проекта, имеющую отношение к наноматериалам и нанотехнологиям.

    Лучшие работы или идеи будут доложены на очном туре Олимпиады. При подготовке работы необходимо обратить особое внимание на изложение теоретических основ идеи и полученных результатов в рамках естественно-научных или гуманитарных школьных предметов (химии, физики, математики, биологии, информатики и других).

·        Для самых маленьких школьников предусмотрен конкурс «Юный эрудит».

    Конкурс «Юный эрудит» организуется для учащихся 1-7 классов и направлен на выявление школьников, имеющих высокий уровень эрудиции, обладающих сформированной системой знаний, как по дисциплинам школьного цикла, так и систематизированных знаний и представлений о мире и о человеке в целом.

Глава 3. Практическая работа

        Познание начинается с удивления” – эта древняя мудрость говорит о главном и непременном условии познания. Способность удивляться – великий дар природы, который помогает и учиться, и жить.

    Цель: освоить методику моделирования и проведения экспериментов. Овладеть навыками правильного наблюдения, соблюдая правила техники безопасности. Научиться применять научные знания для объяснения физических  и химических явлений.

Исследование №1. Изготовление моделей молекул фуллерена и нанотрубок.

      В настоящее время на основе углеродных наноструктур создается элементная база наноэлектроники и наносистемной техники.

    Цель: научиться изготавливать шаростержневые и обьемные модели молекул фуллерена и нанотрубки на их основе.

   Материалы: пластилин, зубочистки, гуашь любого цвета, клей ПВА.

   Ход работы:

1.  Для начала с помощью пластилина и шести зубочисток необходимо сделать шестиугольник .

2.  Затем продолжать лепить шестиугольники и соединить их между собой до нужного размера.

3.  Когда необходимый размер достигнут, надо соединить получившееся полотно шестиугольников в цилиндр .

4.  Далее смешать гуашь с клеем ПВА в пропорции ½

 В завершении покрасить получившуюся конструкцию смесью из гуаши и клея.    Оставить до полного высыхания в темном прохладном месте.

      Вывод:

 1.Атомы углерода создают конструкцию, по форме больше всего напоминающую футбольный мяч.

2. В молекуле С60, которая является наиболее известным, а также наиболее симметричным представителем семейства фуллеренов, число шести-ов равно 20.

3. Структура молекулы фуллерена интересна тем, что внутри такого углеродного “мячика” образуется полость, в которую благодаря капиллярным свойствам можно ввести атомы и молекулы других веществ, что дает, например, возможность их безопасной транспортировки.

4. Нанотрубка – это молекула из более миллиона атомов углерода, представляющая собой трубку с диаметром около нанометра и длиной несколько десятков микрон. В стенках трубки атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников.

Исследование №2. Несмачиваемость.

   Цель: доказать, что парафин и современные спреи для обуви делают поверхность несмачиваемой.

   Материалы: 3 стеклянные пластинки, парафиновая свеча, пипетка, спрей для обуви «WATER PROOF»

   Ход работы:

1.Положите рядом стеариновую и стеклянную пластинку, обработанную спреем. Капните из пипетки на каждую из них по маленькой капле воды.

2.На стеариновой пластинке получится полушарие диаметром примерно 3 миллиметра, на пластинке обработанной спреем 2 мм.

3.Теперь возьмите стеклянную пластинку и наклоните ее. Капля уже и так растеклась, а теперь она потечет дальше.

      Вывод: Молекулы воды охотнее притягиваются к стеклу, чем друг к другу. Другая же капля будет кататься по стеарину и обработанной спреем при наклонах пластинки в разные стороны.

Исследование №3. Распространение молекул.

   Цель: При помощи этого эксперимента мы наглядно будем наблюдать тот факт, что молекулы горячей воды действительно двигаются быстрее, чем холодной.

   Материалы: Стакан с горячей водой, стакан с холодной водой, любой краситель (например, марганцовка), пипетка.

   Ход работы:

1. Стаканы заполняем водой одинаково. Капаем краситель с помощью пипетки одновременно в стакан с горячей и холодной водой.

2. Наблюдаем, что происходит.

Горячая вода окрашивается быстрее холодной.

   Вывод: Пищевой краситель распространяется в горячей воде быстрее, чем в холодной. Это называется диффузией. Этот опыт также подтверждает существование так называемого броуновского движения. 

Исследование №4. Возгорание свечи на расстоянии.

   Цель: подтвердить присутствие в дыму  паров парафина.

   Материалы: Обычная свеча, спички.

   Ход работы:

1. Зажгите свечу.

2. Через несколько секунд потушите ее.

3. Теперь поднесите горящее пламя к дыму, исходящему от свечи. Свеча снова начнет гореть.

    Вывод: Дым, поднимающийся вверх от погасшей свечи, содержит парафин, который быстро загорается. Горящие пары парафина доходят до фитиля, и свеча снова начинает гореть.

Исследование №5 Плавающее яйцо.

   Цель: наглядно показать интересные факты о плотности.

   Материалы: Яйцо, вода, поваренная соль, высокий стакан.

   Ход работы:

1. Половину стакана наполняем водой.

2. Добавляем в стакан много соли (около 6 столовых ложек).

3. Мешаем.

4. Осторожно опускаем яйцо в воду и наблюдаем за происходящим.

   Вывод: Соленая вода имеет большую плотность, чем обычная водопроводная. Именно соль поднимает яйцо на поверхность. А если добавлять в уже имеющуюся соленую воду пресную, то яйцо будет постепенно опускаться на дно.

Исследование №6. Яйцо в бутылке.

   Цель: показать условия изменение давление.

   Материалы: Бутылка с диаметром горлышка меньшим диаметра яйца, вареное яйцо вкрутую, спички, немного бумаги, растительное масло.

   Ход работы:

1. Смажьте горлышко бутылки растительным маслом.

2. Теперь поджигайте бумагу (можно просто несколько спичек) и сразу кидайте в бутылку.

3. Положите на горлышко яйцо. Когда огонь погаснет, яйцо окажется внутри бутылки.

Вывод: Огонь провоцирует нагревание воздуха в бутылке, который выходит наружу. После того, как погаснет огонь, воздух в бутылке начнет охлаждаться и сжиматься. Поэтому в бутылке образуется низкое давление, а наружное давление заталкивает яйцо в бутылку.

Исследование №7. Парящие вилки

   Цель: показать значение центра тяжести для поддержания равновесия.

   Материалы: две вилки, спичка, пустой стакан

   Ход работы:

1.Соединяем две вилки вместе.

2.Вставляем кончик спички в место соединения вилок, а другой конец ставим на край деревянной палочки.

3.Поджигаем кончик спички, который свисает с края палочки.

   Вывод: Две вилки и зубочистка образуют твердое тело. У него есть где-то центр масс, и есть точка опоры. Силы тяжести будут стремиться привести тело в такое положение, чтобы центр масс был как можно ниже, этого можно добиться, если он будет располагаться точно под точкой опоры. В нашем случае так получилось, что центр масс геометрически не принадлежит телу, такое бывает, если тело имеет причудливую форму, и поэтому его положение равновесия кажется немного странным.

Исследование №8 Неньютоновская жидкость.

   Цель: изучение свойств неньютоновских жидкостей.

   Материалы: крахмал, вода, ёмкость для жидкости, миксер, перчатки.

   Ход работы:

1.  Насыпать в ёмкость крахмал.

2.  Добавить воду

3.  Тщательно перемешать с помощью миксера.

   Вывод:  Частицы крахмала при взаимодействии с водой набухают и между ними формируются фазконтакты в виде хаотически сплетённых групп молекул. При резком воздействии прочные связи не дают сдвинуться молекулам с места, и система реагирует как упругая пружина. При медленном воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться, сетка рвётся, и молекулы равномерно расходятся.

Неньютоновская жидкость может вести себя как твёрдое и как жидкое тело в зависимости от скорости воздействия на неё.

Заключение 

     Нанотехнологии – это наше настоящее и будущее!

  Изучив материал по теме исследования, мы выделили перспективы применения нанотехнологий.

Нанотехнологии позволят:

•   заменить традиционные методы производства изделий их наносборкой непосредственно из атомов и молекул;

•   создать молекулярных роботов-врачей, которые будут «жить» внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения;

•   изготовлять продукты питания при помощи ассемблеров, которые будут воспроизводить те же химические процессы, что и в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.

•   осуществить фантастическую идею «космического лифта» из нано- трубок

•   устранить вредное влияние человека на окружающую среду за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологии полного разложения существующих отходов.

    Нанотехнологии – это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы.

    Нанотехнологии впитали в себя самые последние достижения физики, химии и биологии.

    Ещё в средней школе нужно давать учащимся соответствующие знания в области математики, биологии, физики, химии и т.п. для участия в олимпиадах и конференциях от РОСНАНО.

    В различных источниках информации можно найти и самим придумать много занимательных опытов, которые увеличивают спектр демонстраций физических и химических явлений.

Изучение нанотехнологий принесет нам еще много научных побед в будущем!!!

   Только в весьма юном возрасте человек может «загореться» чем-то по-настоящему серьёзно, и у него должно хватить времени, чтобы успеть ещё что-то и сделать. С другой стороны, если «их» как можно ранее не «зацепить» чем-то стОящим, то и вся последующая их жизнь может уйти в в компьютерные игры.

Литература:

1.  «Нанотехнологии. Азбука для всех» – Сборник статей под редакцией Ю. Третьякова. – М., Физматлит, 2007.- С.14

2.  «Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника». – Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева. – М., Техносфера, 2006.- С.22

3.  Андриевский Р.А., Рагуля А.В. «Наноструктурные материалы». – М., Академия, 2005.- С.21

4.  Андрюшин Е.А. «Сила нанотехнологий: наука & бизнес». – М., Фонд «Успехи физики», 2007.-С.54

5.  Кобаяси Н. Введение в Нанотехнологию, М., Изд-во Бином, 2005.-С.63

6.  Пул Ч., Оуэнс Ф. «Нанотехнологии» – М., Техносфера, 2006.- С.28

7.  Ратнер М., Ратнер Д. «Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи» – М., Изд-во «Вильямс», 2005.- С.32

8.  Харрис П. «Углеродные нанотрубы и родственные структуры» – М., Техносфера, 2003.- С.12

9.  Богданов К.Ю. «Что могут нанотехнологии?» – Газета «Физика» (М., Изд. дом «Первое сентября»), №22 (2007), №2 (2008).-С.11

Интернет-сайты:

·        http://www.nanometer.ru/ – Сайт нанотехнологического сообщества «Нанометр»

·        http://www.nanonewsnet.ru/ – Сайт о нанотехнологиях №1 в России

·        http://www.nanorf.ru/ – Журнал «Российские нанотехнологии»

·        http://www.nanojournal.ru/ – Российский электронный наножурнал

·        http://www.nanoware.ru/ – Официальный сайт потребителей нанотоваров

·        http://nauka.name/category/nano/ – Научно-популярный портал о нанотехнологиях, биогенетике и полупроводниках

·        http://kbogdanov1.narod.ru/ – «Что могут нанотехнологии?», научно- популярный сайт о нанотехнологиях.

Приложение 1

Объекты наномира.

Приложение 2

Первые упоминания об использовании наноматериалов

  

                   

                       

Приложение 3

Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп,                          

              

Ричард Фейнман

Растровый туннельный микроскоп

                                                                  Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли               

Приложение 4

 Американский футуролог Эрик Дрекслер.

                                         

1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM

                                                                

углеродные нанотрубки.

               

Приложение 5

                           

        Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий

                 

                            

Российский исследователь и изобретатель В.И. Петрик

Приложение 6

Бактерии             

Эффект Лотоса

 

    Рибосомы

 Приложение 7

               

                                                                  "аэрогель" помагает утеплить стены дома

Нанотехнологии обогревают дом

Нанотехнологии в медицине

Приложение 8

Наноматериалы в спорте

Нанотехнологии в косметологии

 Приложение 9

Металлургия. 
   Введение фуллеренов в алюминий, дюраль, и т.д., позволяет кардинально изменить свойства материалов, повысить прочность более чем в 2 раза, повысить текучесть, тем самым открывая новые области применения, такие как авиастроение, автомобилестроение,  облегченные конструкции для космических кораблей.

Полимеры. 
   Модификаторы созданные на основе фуллеренов, изменяют структуру полимеров и их характеристики, увеличивая антистатику, антифрикционное воздействие и снижают горючесть материала. Такие материалы предназначены для тяжелых условий эксплуатации, таких как горно-шахтная промышленность, машиностроение и т.д.

Косметика. 
   Применение косметики с фуллереном способствует эффективной борьбе со всеми признаками старения кожи, длительному глубокому увлажнению кожи и сохранению ее молодости.

Лекарственные препараты. 
   Фуллерены могут быть также использованы в фармакологии для создания новых лекарств. Препараты для лечения вируса иммунодефицита человека ВИЧ, аллергических воспалений.

Приложение 10

Фото элементы. 
   Также фуллерены и их различные химические производные используются в сочетании с полисопряжёнными полупроводящими полимерами для изготовления солнечных панелей.

Аккумуляторы и электрические батареи. 
   Введение фуллеренов в литьевой состав батареи увеличивает срок службы и повышает заряд до 30%.

Масла и смазочные материалы. 
   Следует отметить, что присутствие фуллерена С60 в минеральных смазках инициирует на поверхностях контртел образование защитной фуллерено-полимерной пленки толщиной — 100 нм. Образованная пленка защищает от термической и окислительной деструкции, увеличивает время жизни узлов трения в аварийных ситуациях в 3-8 раз, термостабильность смазок до 400—500 °C и несущую способность узлов трения в 2-3 раза, расширяет рабочий интервал давлений узлов трения в 1,5-2 раза.