Какое значение имеют нанотехнологии в нашей жизни. Нанотехнологии и наноматериалы в нашей жизни. Наночастицы и их исследование

С каждым днем мы приближаемся к неизбежной революции, которую несут в себе нанотехнологии. Мы создаем новые приборы, получаем уникальные материалы, о которых раньше не задумывались. Применение нанотехнологий в быту позволило изменить форму привычных для нас предметов. В результате этого мы получили совсем иные, но полезные свойства вещества. Окружающая нас реальность становится менее опасной и наиболее благоприятной для комфортной жизни. Наглядный пример: уменьшение привычных габаритов используемых электрических приборов до размеров наночастиц, незаметных человеческому глазу. Компьютеры становятся меньше в размерах, но намного производительнее. Нанотехнологии в быту и в промышленности позволили значительно изменить все вокруг нас.

Возможно ли создать такую форму искусственного интеллекта, который смог бы удовлетворить любые наши потребности? Ответ кроется в рациональном применении новейших разработок. Нанотехнологии — это путь в будущее, так как они затрагивают все аспекты нашей жизни. Использование нанотехнологий дает много возможностей, но и вызывает ряд опасений.

Окно в наномир

Электронный микроскоп позволяет заглянуть в микромир. Без специальной аппаратуры нанотехнологии в быту сразу заметить очень трудно, так как они настолько малы, что неразличимы невооруженным глазом. Именно в таких масштабах вещества проявляют самые необычные и неожиданные свойства. Использование таких свойств обещает уникальную технологическую революцию. Они дают радикально новые возможности, такие как управлять телом человека и окружающей средой.

История появления нанотехнологий

Все начинается в 80-х годах XX века с изобретением инструмента под названием сканирующий (СТМ). Профессор Джеймс Джимзевский провел всю свою профессиональную жизнь в мире наноразмеров. Он является одним из первых в мире людей, получивших возможность исследовать материю на уровне невероятно малых величин, миллионных долей миллиметра. Эти микроскопы позволяют изучить поверхность подобно тому, как слепые читают Тогда никто не мог подозревать, насколько пригодятся нанотехнологии в быту и промышленности.

Принцип работы с наночастицами

Сканирующий микроскоп использует зонд, представляющий собой иглу толщиной в 1 атом. Когда она приближается всего на несколько нанометров к образцу, происходит обмен электронами с ближайшей наночастицей. Это явление называется эффектом туннеля. Система управления фиксирует изменение величины туннельного тока, и вот уже на основе этой информации идет более точное построение топографии поверхности исследуемого образца. Программное обеспечение позволяет преобразовать полученные данные в изображение, которое дает ученым ключ к новому миру, используя нанотехнологии в быту и других отраслях.

Как утверждает Джеймс Джимзевский, благодаря сканирующему электронному микроскопу ученые впервые получили изображения атомов и молекул и смогли изучить их форму. Это стало настоящей революцией в науке, ведь ученые начали смотреть на многие вещи совсем по-другому, обратив внимание на свойства отдельных атомов, а не миллионы и миллиарды частиц, как это было в прошлом.

Первые открытия

Использование новых технологий привело к поразительному открытию. Когда прибор приближался к атому на расстояние в 1 нанометр, между ним и атомом возникала связь. Эта особенность позволила найти способ перемещать отдельные микрочастицы. Благодаря такому открытию появилась возможность использовать нанотехнологии для комфортного быта.

Как пояснил Джеймс Джимзевский, профессор университета Калифорнии, туннельный сканирующий микроскоп позволил практически прикасаться к молекулам и атомам. Ученые впервые смогли манипулировать атомами на поверхности вещества и создавать структуры, которые раньше нельзя было и представить.

Это новоприобретенное открытие (способность наблюдать и манипулировать мельчайшими частицами, составляющими материю) дало возможность использовать нанотехнологии во всех отраслях без исключения.

Развитие нанотехнологий

Физик и философ Этин Клин считает, что возможность технологического прорыва за счет нанотехнологий вполне реальна, но во многом это строится на энтузиазме ученого.

Как говорит физик и философ Этин Клин, с момента экспериментального подтверждения существования атомов до момента получения возможности ими манипулировать прошло меньше 100 лет. Перед учеными открываются такие возможности, о которых раньше и подумать не могли. Только благодаря этому правительство всех развитых стран стало проявлять интерес к соответствующим наукам. Все началось с американской инициативы 2002 года, с которой выступили физики Рока и Бенбридж. Эти ученые выступили с сумасшедшей идеей о том, что благодаря нанотехнологиям человечество сможет решить все стоящие перед ним проблемы.

Это заявление стало толчком к началу многочисленных исследований, позволивших реализовать такие передовые направления науки и техники, как микроэлектроника, информатика, ядерно-энергетические исследования, микробиология, лазерная техника, медицина и многое другое.

Нанотехнологии: примеры

В быту есть столько незаметных, но очень важных веществ, о присутствии которых мы даже не подозреваем! Давайте рассмотрим самые яркие примеры:

Зубная паста. Ранее никто не задумывался о том, почему очищающее средство для зубов бывает разным. Это все объясняется наличием определенных наночастиц. Например, гидроксиапатит кальция, который незаметен невооруженным глазом, помогает восстановить разрушенную эмаль и защитить зубы от кариеса.

Краска для автомобилей. Современные автомобильные краски, благодаря наночастицам, способны перекрывать неглубокие царапины и другие полости, образовавшиеся на кузове. В их состав входят микроскопические шарики, которые и обеспечивают такой эффект.

Слайд 2

Определение Нанотехнологии– это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов. Нанотехнологии– технологии, направленные на создание и эффективное практическое использование нанообъектов и наносистем с заданными свойствами и характеристиками.

Слайд 3

Наночастица - аморфная или полукристаллическая структура, имеющая хотя бы один характерный размерв диапазоне 1-100 нм.

Согласно международной классификации (IUPAC) предельный размер наночастиц – 100 нм, хотя это формальный критерий. Понятие наночастиц связано не с их размером, а с проявлением у них в этом размерном диапазоне новых свойств, отличных от свойств объемной фазы того же материала.

Слайд 4

Наноматериалы– научно-исследовательское направление, связанное с изучением и разработкой объемных материалов пленок и волокон, макроскопические свойства которых определяются химическим составом, строением, размерами и/или взаимным расположением наноразмерных структур.

Слайд 5

Наноэлектроника – область электроники, связанная с разработкой архитектур и технологий производства функциональных устройств электроники с топологическими размерами, не превышающими 100 нм (в том числе интегральных схем), и приборов на основе таких устройств, а также с изучением физических основ функционирования указанных устройств и приборов.

Слайд 6

Нанофотоника– область фотоники, связанная с разработкой архитектур и технологий производства наноструктурированных устройств генерации, усиления, модуляции, передачи и детектирования электромагнитного излучения и приборов на основе таких устройств, а также с изучением физических явлений, определяющих функционирование наноструктурированных устройств и протекающих при взаимодействии фотонов с наноразмерными объектами.

Слайд 7

Нанобиотехнологии– целенаправленное использование биологических макромолекул и органелл для конструирования наноматериалов и наноустройств.

Слайд 8

Наномедицина – практическое применение нанотехнологий в медицинских целях, включая научные исследования и разработки в области диагностики, контроля, адресной доставки лекарств, а также действия по восстановлению и реконструкции биологических систем человеческого организма с использованием наноструктур и наноустройств

Слайд 9

Результаты анкетирования

«Половина из людей, не знают, что такое нанотехнологии, но знает, что без них жить нельзя» 1 2 6 5 4 5

Слайд 10

Слайд 11

Заключение Нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Возможности её поражают воображение, мощь – вселяет страх. С наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологии. Стремительное развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование наномашин. Таким образом, нанотехнология будет быстро развиваться в течение последующих десятилетий. Больше чем половине населения городов России знакомо понятие «нанотехнологии». При этом большинство из них относятся к нанотехнологиям позитивно, считая, что они могут изменить жизнь к лучшему. Перспективы нанотехнологической отрасли поистине грандиозны. Нанотехнологии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые отрасли экономики. Мир будет просто построен заново.

Слайд 12

Посмотреть все слайды

Cлайд 1

НАНОТИХНОЛОГИИ В НАШЕЙ ЖИЗНИ Выполнил: Ученик 11В класса ГОУ БИЮЛИ Омаханов Мурад Наставник: к.ф.-м.н. Андреева Наталья Владимировна

Cлайд 2

Определение Нанотехнологии – это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов. Нанотехнологии – технологии, направленные на создание и эффективное практическое использование нанообъектов и наносистем с заданными свойствами и характеристиками.

Cлайд 3

Наночастица - аморфная или полукристаллическая структура, имеющая хотя бы один характерный размер в диапазоне 1-100 нм. Согласно международной классификации (IUPAC) предельный размер наночастиц – 100 нм, хотя это формальный критерий. Понятие наночастиц связано не с их размером, а с проявлением у них в этом размерном диапазоне новых свойств, отличных от свойств объемной фазы того же материала.

Cлайд 4

Наноматериалы – научно-исследовательское направление, связанное с изучением и разработкой объемных материалов пленок и волокон, макроскопические свойства которых определяются химическим составом, строением, размерами и/или взаимным расположением наноразмерных структур.

Cлайд 5

Cлайд 6

Нанофотоника – область фотоники, связанная с разработкой архитектур и технологий производства наноструктурированных устройств генерации, усиления, модуляции, передачи и детектирования электромагнитного излучения и приборов на основе таких устройств, а также с изучением физических явлений, определяющих функционирование наноструктурированных устройств и протекающих при взаимодействии фотонов с наноразмерными объектами.

Cлайд 7

Нанобиотехнологии – целенаправленное использование биологических макромолекул и органелл для конструирования наноматериалов и наноустройств.

Cлайд 8

Cлайд 9

Результаты анкетирования «Половина из людей, не знают, что такое нанотехнологии, но знает, что без них жить нельзя» 1 2 6 5 4 5

Cлайд 10

Cлайд 11

Казалось бы, наступил 2013 год, все подвели свои итоги, можно успокоиться и усердно заняться работой над новыми проектами. Но не тут то было, ученным Московского университета имени Ломоносова не сиделось на месте во время праздников и они решили выпустить удивительный буклет, в котором рассказывается о нанотехнологиях в нашей жизни.

Исходя из поданной ими информации, на сегодняшний день около 800 бытовых изделий основаны на нанотехнологиях. Самое удивительное во всем этом то, что нанотехнологии используются для производства самых пустяковых вещей.

Каждый из нас помнит, как он в детстве ранил палец или просто царапал. Самая проста помощь при таком ранении, это закрыть рану лейкопластырем, ведь данное чудо техники владеет антибактериальными свойствами. Эти свойства создает тонкий слой серебра, который наносится на поверхность лейкопластыря с помощью наночастиц.

Самая простая зубная паста – это продукт современных нанотехнологий. Кроме свежего дыхания, защиты от кариеса, нынешние зубные пасты благодаря особому составу заполняют микротрещины в зубах и помогают содержать их в хорошем состоянии.

Также, ярким примером использования нанотехнологий, является смартфон, который получил в свое распоряжение нанодатчик вибраций. Нынешние смартфоны – это настолько продвинутые, умные устройства, что они в экстремальных ситуациях самостоятельно закрывают свою систему в целях защиты. Разбитое стекло также не станет помехой для работы устройства, наночипы как работали, так и будут работать, не смотря ни на что.

Чтобы увидеть использование нанотехнологий в спорте нужно обратиться к теннису. Теннисные мячики имеют пористую резиновую основу, что позволяет ему сдуваться. Для того чтобы он держал форму и не сдувался, ученные нанесли нанослой глиняного композита, который герметизирует мяч.

Если присмотреться более детально, то нанотехнологии используются во всех сферах нашей жизни, нужно только внимательно посмотреть.

Владислав Кравцов

Ученика 1 1 -Б класса

ООШ /-/// ступеней №41

Колосова Никиты Руководитель: учитель физики Минаева И.А.

Нанотехнологии: место среди других наук

НАНОТЕХНОЛОГИИ

Химия, атомная и ядерная физика

Астрономия

волос

пылевой клещ

клетка

континент

планеты

Земля

атомы

человек

Социальные науки

Геология

Биология

Можно заставить наномир работать на нас !!!

Почему «нанотехнологии» - это интересно?

бактериофаг

Частица Au , окружённая более мелкими

Вирус гриппа

Наномир живёт внутри нас и работает на нас !!!

Мозаика из 1 нм С 60

Основные этапы в развитии нанотехнологии:

1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заявляет, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно. 1981 г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа - прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. 1982-85 гг. Достижение атомарного разрешения. 1986 г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими. 1990 г. Манипуляции единичными атомами. 1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности.

Медицина .

Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические. Срок реализации - первая половина XXI века.

Эритроциты и бактерии - перевозчики нанокапсул с лекарствами

Способ доставки наночастиц с лекарствами или фрагментами ДНК (генами) для лечения клеток

Эритроциты с приклеенными к ним нанокапсулами, способными прилипать только к определённым типам клеток (больным), доставят эти капсулы клеткам-адресатам.

Геронтология.

Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Срок реализации: третья - четвертая четверти XXI века.

Промышленность.

Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Срок реализации - начало XXI века

Нанотрубки делают полимерные материалы более прочными

Перспективы использования нанотехнологий в автомобилестроении на сегодняшний день не совсем четко обозначены. Однако, радует тот факт, что наноматериалы уже используются в автомобильной промышленности, хотя, большинство из них еще находится в стадии конструкторских разработок. Производителями автомобилей уже накоплен достаточно объемный опыт в данной области.

Нановолоски делают поверхность чистой.

Слева - капля не смачивает поверхность, состоящую из нановолосков, и поэтому не растекается по ней. Справа – схематическое изображение поверхности, похожей на массажную щётку; тэта - краевой угол, величина которого говорит о смачиваемости поверхности: чем больше тэта, тем меньше смачиваемость.

Сельское хозяйство.

Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.

Например, из цепочки "почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва - углекислый газ - молоко (творог, масло, мясо)". Такое "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.

Срок реализации – вторая - четвертая четверть XXI века.

Биология

Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Срок реализации: середина XXI века.

Нанотехнологии в криминалистике.

Отпечаток пальца на бумаге и тот же после контрастирования с помощью золотых наночастиц, прилипших к жирным следам бороздок, оставшимся на бумаге.

Экология

Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду.

Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье;
А во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Срок реализации: середина XXI века.

Освоение космоса

По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами.

Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции.

Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

Кибернетика

Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер. Срок реализации: первая - вторая четверть XXI века.

Гибкий дисплей из нанотрубок.

матрица гибкого дисплея на основе нанотрубок;

гибкий дисплей с изображением Леонардо де Винчи.

Безопасность нанотехнологий?

По крайней мере 300 видов потребительских товаров, включая солнцезащитные кремы, зубные пасты и шампуни, делаются с использованием нанотехнологий. FDA пока разрешает продавать их, не снабжая специальной наклейкой «Содержит наночастицы». В то же время многие исследователи утверждают, что проникая внутрь такие наночастицы могут вызывать воспалительные или иммунологические реакции. Поэтому в какой-то мере, вступая в эру нанотехнологий мы ставим себя на место подопытных морских свинок.