Нанотехнологии. Научна работа по физика на тема "нанотехнологии" Изследователска работа по физика на нанотехнологиите
Министерство на образованието на Република Мордовия
SBEI RM SPO (SSUZ) "Саранск колеж по хранително-вкусова и преработвателна промишленост"
ИНФОРМАЦИОНЕН ПРОЕКТ
по физика по темата:
студент гр. № 16 Романов Александър
Ръководител:
учител по физика
Рязина Светлана Егоровна
Саранск 2012 г
Обект на изследване:"Нанотехнологии"
Цел на изследването:
Да разкрие основните насоки на развитие на нанотехнологиите, да покаже положителните и отрицателните страни на изследователската област.
Цели на изследването:
Разберете в какви основни насоки се развива тази област.
Помислете за обхвата на нанотехнологиите.
Изследвайте въздействието на нанотехнологиите върху околната среда.
5. Приложение на нанотехнологиите
лекарство
индустрия
селско стопанство
биология
изследване на космоса
война
хранително-вкусовата промишленост
7. Безопасност на нанотехнологиите
8. Нанотехнологии и екология
9. Нанотехнологиите съществуват от дълго време
10. Заключение
11. NANO на територията на Мордовия
1. Нанотехнологиите: място сред другите науки
Чували ли сте за нанотехнологии? Мисля, че да, и то повече от веднъж. Нанотехнологиите са високотехнологична индустрия, която работи с отделни атоми и молекули. Такава свръхточност дава възможност да се използват законите на природата в полза на човека на качествено ново ниво. Разработките в областта на нанотехнологиите се използват в почти всяка индустрия: в медицината, машиностроенето, геронтологията, промишлеността, селското стопанство, биологията, кибернетиката, електрониката и екологията. Нанотехнологиите заемат специално място сред другите науки. С помощта на нанотехнологиите е възможно да се изследва космоса, да се рафинира петрол, да се победят много вируси, да се създават роботи, да се защитава природата, да се изграждат свръхбързи компютри. Може да се каже, че развитието на нанотехнологиите през 21 век ще промени живота на човечеството повече от развитието на писмеността, парната машина или електричеството. Наносветът е сложен и все още сравнително малко проучен и въпреки това не толкова далеч от нас, колкото изглеждаше преди няколко години. В работата си ще се опитам да обясня популярно същността на нанотехнологиите и да разкажа за постиженията в този клон на науката. Защото смятам, че това е най-актуалното и търсено днес.
Какво е нанотехнология и "с какво ядат"
Префиксът "нано" (на гръцки за "джудже") означава "една част от един милиард". Тоест, един нанометър (1 nm) е една милиардна от метър (10–9 m). Как да си представим такова кратко разстояние? Най-лесният начин да направите това е с пари: нанометър и метър са свързани по размер като монета от пени и земното кълбо. Или намаляваме слона до размера на микроб (5000 nm) - тогава бълхата на гърба му ще стане само нанометър. И ако височината на човек внезапно се намали до нанометър, тогава бихме могли да играем футбол с отделни атоми! Дебелината на лист хартия тогава би ни изглеждала равна на 170 километра. Нанометрите измерват само най-примитивните същества - вирусите (дължината им е средно 100 nm). Живата природа завършва на завой от около 10 nm - сложните протеинови молекули имат такива размери. Простите молекули са десет пъти по-малки. Размерът на атомите е няколко ангстрьома (1 ангстрьом = 0,1 nm). Например диаметърът на кислороден атом е 0,14 nm. Тук е долната граница на наносвета, света на наномащабите – от стотици до единици нанометри. Именно в наносвета протичат процеси с фундаментално значение – протичат химични реакции, изгражда се строга геометрия на кристали и белтъчни структури. Нанотехнолозите работят с тези процеси. Най-общо казано, нанотехнологиите не са самостоятелен клон на науката. По-скоро това е точно набор от приложни технологии, чиито основи се изучават в дисциплини като колоидна химия, повърхностна физика, квантова механика, молекулярна биология и т.н. Какво е нано? Префиксът "нано" ("nanos" на гръцки - джудже) означава "една част от един милиард". Един нанометър (1 nm) е една милиардна от метър (10Љ m). Как да си представим такова кратко разстояние? Най-лесният начин да направите това е с пари: нанометър и метър са свързани по мащаб като монета от пени и глобус (между другото, ако всеки жител на Земята даде монета, това ще бъде достатъчно, за да оформите верига около екватора. Дори ако някои, както обикновено, са алчни) . Нека намалим слона до размера на микроб (5000 nm) - тогава бълхата на гърба му ще стане само нанометър. Ако ръстът на човек беше изведнъж намален до нанометър, бихме могли да играем футбол с отделни атоми! Дебелината на лист хартия тогава ще ни се стори равна на ... 170 километра. Разбира се, това са само фантазии. Не може да има толкова малки човечета и дори насекоми в света. Нанометрите измерват само най-примитивните същества - вирусите (дължината им е средно 100 nm). Живата природа свършва на границата от около десет нанометра - сложните протеинови молекули, градивните елементи на живите същества, имат такива размери. Простите молекули са десет пъти по-малки. Размерът на атомите е няколко ангстрьома (един ангстрьом е равен на 0,1 nm). Например диаметърът на кислороден атом е 0,14 nm. Тук е долната граница на наносвета, света на наномащабите – от стотици до единици нанометри. Именно в наносвета протичат процесите с фундаментално значение – протичат химични реакции, изгражда се строга геометрия на кристали и протеинови структури. Нанотехнолозите работят с тези процеси. Нанотехнологията е начин за създаване на наномащабни структури, които придават на материалите и устройствата полезни, а понякога просто необикновени свойства. Нанотехнологията ви позволява да поставите частица лекарство в нанокапсула и точно да я насочите към болна клетка, без да увреждате съседните. Филтърът, пронизан от безброй нанометрови канали, които пропускат водата, но са твърде плътни за примеси и микроби, също е продукт на нанотехнологиите. Суперматериалите се тестват в нанотехнологични лаборатории - нанотръбни влакна, които са хиляди пъти по-здрави от стоманата, покрития, които правят обекта невидим. Е, в магазините вече се продават не толкова фантастични видове нанопродукти. Думата "нанокозметика" все по-често се чува в рекламите: наночастиците, които са част от козметичните кремове, премахват и най-малките замърсявания от кожата. Известно е, че микробите не обичат среброто, но се оказва, че под формата на наночастици то просто ги ужасява и ги кара да бягат. Тъканите с добавки от такова сребро набират популярност сред истинските ценители на хигиената - дори се използват за направата на „нано-чорапи“. Въпреки това, много от отдавна познатите неща също са невъзможни без „нано“: процесорът на вашия компютър съдържа милиони транзистори с нано размери, нанотехнолозите най-вероятно също са работили върху дисплея. „Нано“ вече е навсякъде – военните използват нанотехнологии, медицинската професия използва нанотехнологии, дори производителите на храни използват нанотехнологии.
2. Защо "нанотехнологиите" са интересни?
Нанотехнологиите са фундаментално нови технологии, които в бъдеще ще направят възможно получаването на всякакви макрообекти (коли, ризи, хладилници, къщи) с помощта на микроелементи: малки роботи... с помощта на наноботи). Но по принцип това е възможно и науката внимателно, стъпка по стъпка, се приближава към реализацията на такава невероятна мечта. Сглобяването на домакински предмети от нанороботи и дори за много ограничено време ще бъде подобно на приказките: „да построиш къща за една нощ“ (или дворец), да поръчаш покривка за самостоятелно сглобяване, за да организираш празник - всичко това може да се осъзнае от науката.
ефект на лотос. Известно е, че лотосът наистина има необичайни физични и химични свойства. Благодарение на специалната структура и много високата хидрофобност на листата и венчелистчетата, цветовете на лотоса остават изключително чисти. Но как успява да постигне такава суперхидрофобност. Ефектът на лотоса е открит през 90-те години. Немски ботаник, професор Вилхелм Бартлот. Той показа, че венчелистчетата на цветето са покрити с малки копчета или "наночастици". Но освен това листът е сякаш намазан с восък. Произвежда се в жлезите на растението, което го прави напълно устойчиво на вода. На базата на това свойство и с помощта на съвременните нанотехнологии са създадени така наречените лотосови покрития. Когато съставът се нанесе върху повърхността, се образува полимерен слой, който трансформира молекулярната матрица на повърхността, като по този начин създава стабилна атомна структура и образува хидрофобна повърхност със силни защитни свойства. Тази повърхност е в състояние да издържи на всякакви външни влияния. Покритията с лотос са незаменими в много области на човешкия живот. Създаване на чаши, от които се стичат най-малките капчици вода с разтворени частици мръсотия. Изработка на дъждобрани и други специални облекла. Създаване на самопочистващи се фасади на сгради. Това са само няколко примера за използването на уникалното свойство на лотоса. 
полезен прах. Един от най-популярните видове нанопродукти са ултрафините прахове. Смилането на вещества до наночастици с размери от десетки или стотици нанометри често им придава нови полезни свойства. Факт е, че такава наночастица се състои само от няколко хиляди или милиони атоми, така че всички те са близо до повърхността, на границата с външния свят и енергично взаимодействат с него. Общата повърхност на частиците в такъв нанопрах става огромна.
3. Основни етапи в развитието на нанотехнологиите
Интензивните изследвания в областта на нанотехнологиите, които се засилиха в началото на 20-21 век, се превърнаха в двигател на настоящите фундаментални промени в промишленото производство, доведоха до качествен скок в развитието на методи и инструменти за обработка на информация, генериране на електричество енергия и синтезиране на нови материали въз основа на напреднали научни подходи към познанието за материята. Още преди настъпването на "наноерата" хората се сблъскаха с наноразмерни обекти и процеси, протичащи на атомно-молекулярно ниво, използваха ги на практика. Например на нанониво протичат биохимични реакции между макромолекулите, които изграждат всички живи същества, катализа в химическото производство, ферментация при производството на вино, сирене и хляб. Въпреки това така наречените „интуитивни нанотехнологии“, които първоначално се развиха спонтанно, без правилно разбиране на природата на случващото се, не можеха да бъдат надеждна основа в бъдеще. Следователно научните изследвания стават все по-актуални, разширявайки хоризонтите на наносвета и насочени към създаване на принципно нови продукти и ноу-хау.
Систематичните изследвания на наноразмерни обекти се зараждат през 19 век, когато през 1856-1857г. Английският физик Майкъл Фарадей за първи път изследва свойствата на колоидни разтвори на нанодисперсно злато и тънки слоеве на негова основа. Интересно е да се отбележи пример за своеобразна прозорливост, направена през 1881 г. от писателя Николай Лесков в историята на тулския майстор Левша, който успял да подкова бълхата „Аглицки“ с „нанонокти“, които можели да се видят само в „фин обхват“ с увеличение от 5 милиона пъти, което съответства на възможностите на съвременната микроскопия с висока разделителна способност (това е забелязано за първи път от руски учен, специалист в областта на наноматериалите Ростислав Андриевски).
През първата половина на ХХ век. се ражда и развива техниката за изучаване на нанообекти. През 1928 г. е предложена схема на оптичния микроскоп в близко поле. През 1932 г. за първи път е създаден трансмисионен електронен микроскоп, а през 1938 г. сканиращ електронен микроскоп. През втората половина на ХХв. започна да се оформя фундаменталната научна и технологична база за производство и приложение на наноструктури и наноструктурирани материали.
През 1972 г. е създаден оптичен микроскоп за близко поле. През 1981 г. учените Герд Биниг и Хайнрих Рорер, работещи тогава в клона на IBM в Цюрих, предлагат дизайна на сканиращ тунелен микроскоп. По-късно, през 1986 г., те получават Нобелова награда за физика за работата си по сканираща тунелна микроскопия. През същата 1986 г. те разработват атомно-силов микроскоп.
През 1974 г. японският учен Норио Танигучи въвежда термина "нанотехнология", когато обсъжда проблемите на обработката на веществата. През 1981 г. американският учен G. Gleiter за първи път използва определението "нанокристален". По-късно за характеризиране на материалите започват да се използват думи като „наноструктуриран“, „нанофазен“, „нанокомпозитен“ и др.
През 1975 г. теоретично бяха разгледани фундаменталните възможности за съществуването на специални видове наноразмерни обекти - квантови точки и квантови проводници.
През 1986 г. американският физик Ерик Дрекслър в книгата си Двигатели на сътворението: Идването на ерата на нанотехнологиите, базирана на биологични модели, въвежда концепцията за молекулярни роботи и също така развива идеите на Файнман за нанотехнологична стратегия отдолу нагоре.
Мощен стимул за активирането на посоката беше създаването на фундаментално нови въглеродни наноматериали. Дълго време се смяташе, че има само две полиморфни модификации на въглерода - графит и диамант. Въпреки това, както се оказа, границите на полиморфните трансформации на този елемент не се ограничават до това, както се вижда от фулерените и въглеродните нанотръби, които са много необичайни по своята структура и свойства.
През 1997 г. бозайник е клониран за първи път от диференцирана соматична клетка. Всичко това е ярък пример за възможностите на нанотехнологиите по отношение на биологичните обекти.
Друг пример за приложението на нанотехнологиите, но вече към "неживи" обекти, е историята на развитието на идеята за квантовите компютри. През 1985 г. професорът от Оксфордския университет Дейвид Дойч предложи математически модел за квантово-механичен вариант на машината на Тюринг. През 1994 г. P. Shor (AT & T Bell) показа, че такава машина може да бъде приложена на практика.
По-специално, той се оказа ефективен при решаването на проблеми с факторизиране на големи числа. В момента алгоритъмът, предложен от Шор, се използва широко при създаването на различни видове квантови компютри. През 1998 г. М. Такеучи (Mitsubishi Denki) провежда фундаментални експерименти върху квантови изчислителни системи, използващи фотони. През 1999 г. Н. Накамура (NEC) успешно изследва възможностите за практическа работа на квантов компютър.
Настоящият период в развитието на нанотехнологиите се характеризира с интензификация на научноизследователската и развойна дейност в тази област, влагането в тях на значителни инвестиции. Тези тенденции са особено изразени във водещите индустриални страни в света. САЩ са водещи в тази област.
През 2001 г. беше одобрена Националната инициатива за нанотехнологии (NNI), чиято основна идея беше формулирана по следния начин: „Националната инициатива за нанотехнологии определя стратегия за взаимодействие между различни федерални агенции на САЩ, за да се осигури приоритетното развитие на нанотехнологиите, които трябва да се превърнат в основата на икономиката и националната сигурност на САЩ през първата половина на 21 век.
През 1996-1998 г., преди приемането на NNI, специална комисия на Американския център за оценка на световното състояние на технологиите наблюдава и анализира развитието на нанотехнологиите във всички страни и издава бюлетини за преглед на американски учени, технически и административни специалисти по основните тенденции и постижения. През 1999 г. се проведе среща на Интердисциплинарната група по нанонауки, нанотехнологии и нанотехнологии (IWGN), която доведе до разработването на изследователска прогноза за следващите 10 години. През същата година заключенията и препоръките на IWGN бяха подкрепени от Националния съвет по наука и технологии към президента на Съединените щати, след което през 2000 г. беше официално обявено приемането на NNI.
Голямото внимание, което световната научна общност обръща на развитието на нанотехнологиите, се доказва от присъждането на Нобеловата награда по физика през 2007 г. за откриването и изследването на едно от необичайните явления на наносвета - ефектът на гигантското магнитосъпротивление (GMR) .
Идентифицирани са седем основни области:
Наноматериалите са изследователско направление, свързано с изучаването и разработването на обемни материали от филми и влакна, чиито макроскопични свойства се определят от химичния състав, структурата, размерите и взаимното разположение на наноразмерни структури. Масовите наноструктурирани материали могат да бъдат подредени в рамките на направление по вид (наночастици, нанофилми, нанопокрития и др.) и по състав (метал, органичен материал, полупроводник и др.)
Наноелектрониката е област на електрониката, свързана с разработването на архитектури и технологии за производство на функционални електронни устройства с топологични размери, непревишаващи 100 nm, и устройства, базирани на такива устройства.
Нанофотониката е област на фотониката, свързана с разработването на архитектури и технологии за производство на наноструктурирани устройства за генериране, усилване, модулиране, предаване и откриване на електромагнитно излъчване и устройства, базирани на такива устройства.
Нанобиотехнологията е целенасочено използване на биологични макромолекули за проектиране на наноматериали и наноустройства.
Наномедицината е практическото приложение на нанотехнологиите за медицински цели, включително изследвания и разработки в областта на диагностиката, контрола, целевата доставка на лекарства, както и действия за възстановяване и реконструкция на биологичните системи на човешкото тяло с помощта на наноструктури и наноустройства.
Наноинструменти (нанодиагностика) са устройства и устройства, предназначени за манипулиране на наномащабни обекти, измерване, контрол на свойствата и стандартизация на произвежданите и използвани наноматериали и наноустройства.
Технологии и специални устройства за създаване и производство на наноматериали и наноустройства е област на технологиите, свързана с разработването на технологии и специално оборудване за производство на наноматериали и наноустройства.
Лекарство
Днес можем да говорим за появата на ново направление - наномедицина. Разбира се, днес можем само да правим предположения за начините, по които ще се развива науката на бъдещето и по-специално медицината. Някои от тези предположения ще бъдат по-оправдани, други по-малко. По този начин може да се очаква повече или по-малко уверено, че съвременните методи ще бъдат доразвити. Например, микроустройствата ще стават все по-малки и по-сложни, а техните функции ще стават все по-богати. 
Медицинските диагностични методи непрекъснато се усъвършенстват с помощта на нанотехнологиите. Очаква се да се създадат молекулярни лекари-роботи, които могат да „живеят“ вътре в човешкото тяло, като елиминират всички възникнали щети или предотвратяват появата на такива. Капсула наноробот се носи свободно в човешката кръв, сблъсквайки се с различни бактерии. Как работи? Бактериите се придържат към повърхността на произведението поради протеинови маркери. След като разпознае бактерията, нанороботът генерира отговорен код, който може да бъде прочетен от конвенционален лазер. Тази информация помага на клиницистите да извършат бърз анализ без дългосрочна култура. Всеки вид бактерии има свой собствен код. Лекарят може да види тази информация дори през оптичен микроскоп.
Основните области на приложение на нанотехнологиите в медицината са: диагностични технологии, медицински изделия, протезиране и имплантиране.
Ярък пример е откритието на професор Азис. Хората с болестта на Паркинсон имат електроди, свързани със стимулатор, вкарани в мозъка им през две малки дупки в черепа им. Около седмица по-късно на пациента се имплантира и самият стимулатор в коремната кухина. Пациентът може сам да регулира напрежението с помощта на ключ. Болката може да бъде овладяна в 80% от случаите:
При някои болката изчезва напълно, при други отшумява. Около четири дузини души са преминали през метода на дълбока мозъчна стимулация.
Много от колегите на Азис споделят, че този метод не е ефективен и може да има негативни последици. Професорът е убеден, че методът е ефективен. Нито едно от двете не е доказано досега. Струва ми се, че трябва да се вярва само на четиридесет пациенти, които са се отървали от непоносима болка. И искаха да живеят отново. И ако този метод се практикува от 8 години и не се отразява негативно на здравето на пациентите, защо да не се разшири използването му.
Друго революционно откритие е биочип - малка пластинка с нанесени върху нея в определен ред ДНК или протеинови молекули, използвани за биохимични анализи. Принципът на работа на биочипа е прост. Определени последователности от разцепени ДНК секции се нанасят върху пластмасова плоча. По време на анализа тестовият материал се поставя върху чипа. Ако съдържа същата генетична информация, те се свързват. В резултат на това можете да наблюдавате Предимството на биочиповете е голям брой биологични тестове със значителни икономии на тестов материал, реактиви, разходи за труд и време за анализ.
| Тема на урока: Цели и задачи на урока: | Нанотехнологиите в съвременния свят. Защита на проекта. Възпитание на хармонично развита личност, формиране на положителна самооценка на индивида, чрез развитие на интерес към предмета и включване на всеки ученик в образователни дейности. Прехвърляне на учениците от обекта към субекта на обучение. Развитие на способността за мислене, всички видове памет, способността да се подчертае основното, развитието на визия за логически връзки в рамките на темата, способността да се използват придобитите знания на практика. Формиране на единна физическа картина на света. Да научи учениците да работят по създаване на проекти с помощта на ИКТ и използване на теоретичните знания, получени в уроците. |
Оборудване:
1. ID, тебешир.
2. Студентски презентации
3. Реферати и доклади на студенти,
Тип урок:урок – конференция
По време на часовете.
1. Организационен момент:
а) настройка за учебни дейности
б) настояще.
в) отражение
2 .Представяне и защита на проекти от студенти.
1. Запознаване на студентите с условията за представяне и защита на проекти.
2. Обявете правилата за работа.
3. Обобщение на урока-конференция: "Какво е нанотехнология?"
Мишена:
Да запознае студентите с основите на нанотехнологиите, основните постижения и текущата изследователска работа в областта на нанотехнологиите в съвременния свят.
Задачи:
Създаване на условия за запознаване на участниците в конференцията с основните открития в областта на нанотехнологиите и идентифициране на основните проблеми, свързани с използването им в ежедневието;
Продължете да развивате способността за анализ, сравняване на факти, подчертаване на основното, установяване на причинно-следствени връзки, формиране на способността за работа с различни литературни източници;
Формиране на научни представи на децата за единна, реална картина на света; разбиране на уместността на практическото приложение на придобитите знания в ежедневието;
Създаване на условия за самоорганизация и комуникативни умения при работа в групи.
Предварителна работа:Две седмици преди конференцията класът се разделя на групи, всяка от които подготвя доклад, проекти по избрана тема. Учителят помага при избора на материал, дава съвети. След едноседмична подготовка се обявяват темите на избраните доклади, планът на конференцията и последователността на изказванията.
По време на часовете
— Долу има достатъчно място!
Р. Файнман
Въведение от учителя.
През последните години все по-често чуваме думите: „нанонаука“, „нанотехнологии“, „наноструктурирани материали“: чуваме ги по радиото и телевизията, забелязваме в речите не само учени, но и политици. Във всички развити страни по света на нанотехнологиите се дава висок приоритет при финансирането на научни и иновационни програми. Например Япония е световен лидер в създаването на наноматериали, в САЩ изследванията в областта на нанотехнологиите получават щедро финансиране както от държавата, така и от бизнеса и дори от частни лица, Европейският съюз прие своята рамкова програма за развитие на науката, в която нанотехнологиите заемат доминираща позиция. Наскоро нашият президент обяви висок приоритет за развитието на нанотехнологиите, като обърна внимание на специалната роля на нанотехнологиите за отбранителната способност на страната ни. За целта се отделят значителни средства от Резервния фонд на страната.
И така, какво означава думата "нано"? Какво представляват нанотехнологиите и защо им се обръща такова внимание по целия свят? Защо се нарича "революционен пробив в технологиите", какво ни обещава, обикновените хора, и какво може би заплашва света? Нека се опитаме да се справим с тези въпроси. Сега вашите съученици ще ви запознаят по-подробно с някои концепции за наносвета.
Реч на ораторите
1 ученик : Нанотехнологии. Етапи на развитие на нанотехнологиите.
В превод от латинската дума nanus - означава "джудже" и буквално показва малкия размер на частиците. В префикса "нано" учените влагат по-точно значение, а именно една милиардна част. Например, един нанометър е една милиардна от метъра или 0,000 000 001 m (10 -9) Наночастиците имат огромна обща повърхност, което води до проявата на много необичайни свойства и прави изследваните обекти напълно различни от обикновената материя . Много физически закони, валидни в макроскопичната физика, са нарушени за наночастиците. Например, добре познатите формули за събиране на съпротивленията на проводниците, когато са свързани паралелно и последователно, стават несправедливи. Водата в нанопорите на скалите не замръзва до -20…-30 градуса по Целзий, а точката на топене на златните наночастици е значително по-ниска в сравнение с масивна проба. Защо наномащабът привлече вниманието на учените?
През 1959 г. Нобеловият лауреат Ричард Файнман предрича в речта си, че в бъдеще, след като се научи да манипулира отделни атоми, човечеството ще може да синтезира всичко. Думите му са възприети през 1959 г. от негови колеги физици чисто теоретично. А предложението му да награди с 1000 долара някой, който може да постави мотор в куб с линейни размери 0,4 мм или да намали текста 25 000 пъти, се възприе като „гениална шега“. През 1981 г. се появява първият инструмент за манипулиране на атоми - тунелен микроскоп, изобретен от учени от IBM. Оказа се, че с помощта на този микроскоп е възможно не само да се „виждат“ отделни атоми, но и да се повдигат и движат. Това демонстрира фундаменталната възможност за манипулиране на атоми, сглобяване на нещо от тях, сякаш от тухли, всичко: всеки предмет, всяка субстанция. Речта на Фейман обаче не беше забравена и сега той се нарича "бащата на нанотехнологиите", въпреки че концепцията " нанотехнологии” е въведен през 1974 г. от японеца Норио Танигучи, за да опише процеса на изграждане на нови неща от отделни атоми. В най-общ смисъл нанотехнологиите включват създаването и използването на материали, устройства и технически системи, чието функциониране се определя от наноструктурата, тоест нейните подредени фрагменти с размери от 1 до 100 nm.
Друг японец, Sumio Iijima, създаде въглеродни нанотръби от фулерен, ултратънък въглероден материал, през 1991 г., чийто диаметър е няколко хилядни от диаметъра на човешки косъм, а дължината е около 100 нанометра. Тези въглеродни нанотръби се превърнаха в първия истински наноматериал, на базата на който сега се изграждат различни неща, предлагани на пазара за нови продукти. Тънка, едва видима нишка, усукана от тези въглеродни тръби, не отстъпва по здравина на стоманено въже, дебело колкото ръка. Твърдостта на частите, направени от композити, сглобени от въглеродни тръби, е сравнима само с диаманта. Откритието на Сумио Ииджима дава мощен тласък на изследванията в областта на нанотехнологиите в целия свят. И създадените сондови микроскопи позволиха наистина да се премине към практическото прилагане на тези идеи, както и към по-задълбочено изследване на напълно нови, необичайни свойства на "наносвета", който започна да разкрива своите тайни на хората. Разглеждайки отделните атоми като основни градивни елементи, нанотехнолозите сега се опитват да разработят практически начини за проектиране от атоми, използвайки механично наносглобяване на нови материали с желани характеристики. Сред тях са свръхплътни носители на информация, в които информацията ще бъде кодирана на молекулярно ниво, както се случва например в ДНК, и след това ще създават свръхмалки механизми - наномашини.
2 ученик: "Нано" днес.
Още днес пазарът на нанопродукти е огромен. Енергетика, електроника, биология и медицина, селско стопанство и екология – тук напредъкът в тази област се вижда най-добре в момента.
Слънчевите панели преобразуват енергията на дневната светлина в електрическа. Преди това такива устройства бяха само на космически станции, най-скъпите от тях дадоха само 34% ефективност. Нанотехнологиите се справиха със слънчевата енергия. Новото поколение слънчеви клетки е евтин полимерен филм, вместо скъп кристален силиций, който се обработва на преобразувани машини за филми. В такъв полимер, когато се осветява, възникват токове и за точното им събиране и даване на енергия на потребителя се използват нанотехнологии: покритие, съдържащо фулерени. Новите соларни клетки ще имат редица значителни предимства пред традиционните силициеви батерии, които се използват днес. На първо място, новият тип батерии не изискват пряка слънчева светлина, така че могат да генерират електричество дори при облачно време. В допълнение, производствените разходи за такива батерии ще бъдат с порядък по-ниски от производствените разходи за батерии, базирани на силиций.
Всеки от нас е запознат с енергията на плейъри, диктофони, фенерчета, играчки. Основата му е конвенционална литиево-йонна батерия. Тук също се виждат първите резултати от развитието на нанотехнологиите. Наскоро започна промишленото производство на литиево-йонни батерии, съдържащи наночастици и нанопорести материали - те се зареждат с немислима до вчера скорост: 80% само за минута (обикновено отнема няколко часа). Представете си какво предимство ще донесе тази иновация на електрическите превозни средства!
Развитието на нанотехнологиите е най-забележимо в електрониката. Просто погледнете процесора на Intel от 2008 г., произведен на 45nm базови чипове, той работи с тактова честота от около 3GHz и консумира само 35W енергия. Приложението на нанотехнологиите обаче не се ограничава до намаляване на размера на транзистора - появиха се редица нови материали, специално предназначени за подобряване на енергийната ефективност на микросхемите. Производството на много малки процесори, съдържащи „само“ около 50 милиона транзистора върху чип с размер на монета от стотинка, започна с помощта на същата технология. Те ще се използват в мобилни интернет устройства – така че нанотехнологиите ще ни помогнат да имаме достъп до бизнес и научна информация, образователни и развлекателни ресурси на Интернет.
Съвсем наскоро се появиха противоракови лекарства под формата на нанокапсули. Такива лекарства атакуват предимно туморни клетки, без да засягат тялото като цяло (за разлика от традиционните онкологични лекарства), поради което ефективността на лечението се увеличава многократно. Антимикробният ефект на среброто се увеличава драстично, ако се прилага под формата на наночастици. От няколко години има лечебни превръзки за изгаряния и сериозни рани, съдържащи такова наносребро. В близко бъдеще ще започне промишленото производство на превръзки от хитозан, което ще ускори зарастването на рани в пъти. Предвижда се пускането на наноцимент за кости - той ще бъде пълнител, създаващ нещо като рамка, върху която след това расте естествена костна тъкан.
Московски нанотехнологи разработиха телевизор, който може да се навива. Той е с дебелина само няколко милиметра и е органичен светодиод. Днес той има сериозен недостатък - повърхностният слой бързо се разваля във въздуха.
Инженери от Института за интегрални схеми Fraunhofer (IIS) са разработили трансформатор на напрежение, който може да работи при входно напрежение от 20 миливолта. Този миниатюрен електрически приемник се задвижва от най-малките токове и те могат да бъдат получени от околната среда, например от топлината на човешкото тяло.
С температурна разлика от само 2°C (напр. между човешката кожа и околната среда), топлинен генератор 2x2 cm с новия трансформатор на напрежение IC генерира до 4 mV. Тези миниатюрни и следователно рентабилни трансформатори на напрежение са от голямо предимство в много области на приложение: в медицинските технологии, в инженерните системи на сгради и съоръжения, в автомобилите, в системите за автоматизация и логистиката.
4 ученик : Претендирани перспективи за използване на нанотехнологиите:
В МЕДИЦИНАТА
Напоследък нанотехнологиите все повече се въвеждат в медицината, екологията и здравеопазването. Днес макромолекулите и изкуствено получените наноматериали и биоконюгатите на тяхна основа се използват за диагностика (биосензори, средства за контраст и визуализация), лечение (инструменти за целенасочена доставка, нови ефективни терапевтични средства, уникални физични и физико-химични методи за въздействие върху огнището на заболяването). ) на различни заболявания и възстановяване на увредени тъкани (костни импланти, клетъчни матрици, изкуствена кожа и др.). Може да се очаква, че в близко бъдеще в изучаването на вътреклетъчните процеси ще има тясно сливане на квантовата механика, молекулярната биология, генното инженерство, биохимията, биофизиката, медицината, неорганичната и физическата химия. В резултат на това може да има качествен скок в разбирането какво е животът и медицината ще се обогати с нови методи за диагностициране и лечение на човек.
ВКЪЩИ
В допълнение към вече предлаганите продукти, създадени с помощта на нанопродукти, като например фолиа за автомобилни стъкла, върху които не се отлага прах и мръсотия, медицинско облекло и дори козметика, създадена с помощта на нанотехнологии, можем да предположим много други неща, които ще имат някои или ценни имоти. Използването на нанотехнологиите в ежедневието вече е започнало и можем уверено да кажем, че ще се развива стабилно, тъй като, както знаете, масовото потребление определя икономичността на всяка технология.
В ИНДУСТРИЯТА
И тук нанотехнологиите имат специфични индустриални приложения. Днес пазарът предлага широка гама от комерсиално произведени наноматериали: метални, хидроксидни, оксидни и композитни прахове, които вече се използват широко в много сектори на промишлеността и строителството. Нанопраховете имат свойства, различни от тези на металите, оксидите и др., от чиито атоми и молекули са изградени. Освен това значителен брой такива имоти все още не са напълно проучени. И в бъдеще съществува възможност за замяна на възприетите днес производствени методи чрез сглобяване на всякакви механични обекти директно от атоми и молекули с помощта на нанороботи. Прогнозираната дата за появата на първите нанороботи е средата на 21 век.
ВЪВ ВОЕННАТА ТЕХНОЛОГИЯ
Не е тайна, че военната индустрия използва постиженията на научния прогрес, за да
разработване на все по-модерни видове въоръжение, военна техника, униформи и защитна екипировка. Не е изненадващо, че именно военните са сред първите, които се интересуват от нанотехнологиите, тъй като използването на високи технологии в съвременната военна индустрия е ключът към успешните бойни действия.И докато хората, а не роботите, участват в военни операции, проблемът за създаване на униформи за войниците е актуален. Ще бъде възможно да се изпробва „високотехнологична“ форма едва по-близо до 2020 г., а сега се работи много по разработването, например, на „динамична броня“. Това ще бъде бронежилетка с дебелина само няколко милиметра и ще пасва на тялото на войник като водолазен костюм. Теглото на такива униформи ще бъде намалено повече от половината в сравнение с използваните в момента. Новата униформа ще служи не само като бронежилетка, но и като универсален медицински диагностичен инструмент, способен да измерва жизнените параметри на войник (пулс, кръвно налягане, телесна температура и др.) с помощта на сензори, вградени в костюма. Предполага се, че състоянието на войника ще се показва както на проектора на шлема, така и на медицинския компютър, а прозрачните стъкла на шлемовете на войника ще бъдат непробиваеми за куршуми.
В СЕЛСКОТО СТОПАНСТВО
Смята се, че нанотехнологиите могат да бъдат ключът към решаването на проблема с бедността по света. Сред основните задачи бяха пречистването на водата, производството на екологично чисто гориво и повишаване на плодородието на почвата. Според експерти изследванията в тези области, които се провеждат в момента, ни позволяват да приемем сериозно призива на ООН - "преодоляване на бедността до 2015 г.". В дългосрочен план се очаква в домовете вместо хладилници да се появят минифабрики за хранителни продукти, които ще произвеждат всякакви продукти по поръчка, включително деликатеси. По този начин такова "земеделие" няма да зависи от времето и няма да изисква тежък физически труд и високи разходи за съхранение и доставка на храна. Според различни оценки първите подобни комплекси ще бъдат създадени през втората половина на 21 век.
ЗАЩИТА НА ОКОЛНАТА СРЕДА
По принцип използването на нанотехнологиите в промишлеността и ежедневието може да доведе до пълно премахване на вредното въздействие на човешката дейност върху околната среда. Първо, поради масовото производство и внедряване на подредени роботи в екосферата, които превръщат човешките отпадъци в суровини, и второ, поради прехвърлянето на индустрията и селското стопанство към безотпадни нанотехнологични методи. Очакван период на изпълнение: средата на 21 век.
IN ВИСОКОТЕХНОЛОГИЧНИ СФЕРИ
Вече днес големи компании, конкуриращи се в областта на създаването на ултра-плътни и ултра-високоскоростни матрици на паметта за компютри, са отворили изследователски проекти за използването на нанотехнологии, които обещават големи перспективи в тази посока, до създаването на клетка с памет на един атом. Използването на наноматериали ще може да създаде нови видове дисплеи и телевизионни екрани с триизмерно изображение. Университетски лаборатории работят върху създаването на "вечна" батерия, която няма да има нужда от презареждане. В далечното бъдеще се планира създаването на компютър с човешки интелект. Прогнозираният период за внедряване на свръхплътна памет и "едноатомна" компютърна клетка е втората четвърт на 21 век.
Обобщение и повторение.
И така, момчета! Запознахме се с наносвета, много от вашите съученици подготвиха интересни доклади. Тези, които се интересуват от тази тема, могат да продължат да я изучават сами. В крайна сметка нанотехнологиите ни отварят само пътя към един напълно различен, по-добър свят, който можем да доближим само с общи, координирани усилия. Нанотехнологиите и нанонауките са бъдещето, у нас и по света. ... Това е само началото!
А сега, момчета, ви каня да отговорите на въпросите от теста. Тествайте знанията си.
(Приложение към урока)
Нанотехнологиите са нашето настояще и бъдеще. Вероятно няма нито една сфера от човешкия живот, която те не биха засегнали. Светът на нанотехнологиите е интересен и достъпен не само за учените. Търсете, четете, анализирайте информация. Завесата към прекрасния свят на нанотехнологиите е открехната!
IV.Домашна работа.
Анализирайте обхванатия материал.
Намерете и представете примери за приложение на нанотехнологиите в геронтологията, кибернетиката, строителството и архитектурата.
Използвани материали и интернет ресурси
http://www.nanonewsnet.ru/
http://www.nanometer.ru/- сайт на нанотехнологично дружество "Нанометър"
http://nauka.name/category/nano/- научно-популярен портал за нанотехнологии, биогенетика и полупроводници
http://www.nanojournal.ru/
http://kbogdanov1.narod.ru/- “Какво могат нанотехнологиите?”, научно-популярен сайт за нанотехнологиите.
4. Фиксиране.
1. Обобщение и систематизиране на ЗУН на учениците.
2. Обобщаване на урока.
5. Резултатът от урока:
а) оценки за урока,
б) повторение на §8-11
Министерство на общото и професионалното образование на Ростовска област
държавна бюджетна професионална образователна институция на Ростовска област
"Тарасовско многопрофилно техническо училище"
Образователен проект
на тема: „Влиянието на нанотехнологиите върху развитието на бъдещето“
Работен ръководител:
Барсова Т.Н.
Учител по технологии
стр. Тарасовски
2017 г
Съдържание
Въведение……………………………………………………………………………3
Появата на нанотехнологиите………………………………………………….4
Нанотехнологиите в Русия…………………………………………………………5
Обхват на нанотехнологиите………………………………………….7
Бъдещето на нанотехнологиите, проблеми и перспективи…………………………9
Анализ…………………...12
Заключение……………………………………………………………………...13
Списък на използваната литература…………………………………………….14
Въведение
Нашият век на съвременни нанотехнологии не стои неподвижен, така че всеки ден се правят нови открития.
Уместността на тази тема се дължи на значението на нанотехнологиите в нашия живот и световното общество и влиянието на нанотехнологиите върху развитието на бъдещето.
Нанотехнологиите са ключовото понятие в началото на 21 век, символ на нова, научно-техническа революция. Това са "най-високите" технологии, за развитието на които днес водещите икономически сили харчат милиарди долари.
Според прогнозите на учените нанотехнологиите през 21 век ще направят същата революция в манипулирането на материята, която компютрите направиха през 20 век в манипулирането на информацията.
Сред най-вероятните научни пробиви експертите цитират значително повишаване на производителността на компютъра, възстановяване на човешки органи с помощта на новосъздадена тъкан, получаване на нови материали, създадени директно от дадени атоми и молекули, както и нови открития в химията и физиката.
Цели и задачи на работата:
Да разкрие концепцията за нанотехнологиите, да проучи направленията на науката.
Разгледайте историята на нанотехнологиите
Анализирайте използването на свойства на предмети и материали
Изучаване на основните задачи на нанотехнологиите
Да изучава приложението на нанотехнологиите в човешкия живот
Извършете анализ на положителните и отрицателните въздействия на тази технология, когато се използва в строителството, инженерството, енергетиката, ядрената и електрическата промишленост.
Появата на нанотехнологиите
Първото споменаване на методи, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, е свързано с речта на Ричард Файнман„Има много място долу“, направен от него през 1959 г., в който той предполага, че е възможно механично да се движат единични атоми, като се използва манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на известните днес физични закони.
Нанотехнологията е технологията на обекти, чиито размери са около 10 -9 m (атоми, молекули). Нанотехнологичните процеси се подчиняват на законите на квантовата механика.
Задачи на нанотехнологиите
Най-важната задача на нанотехнологиите е проектирането, създаването, синтезирането на материали и обекти с предварително зададени свойства. Установяването на зависимостта на физичните и химичните свойства от размера на наночастицата или броя на атомите в нея е една от основните задачи на нанотехнологиите.
Следващият етап на нанотехнологиите е целенасоченото създаване не на материали, а на готови продукти с принципно нови качествени характеристики и предназначение.
Нанотехнологиите в Русия
Днес Русия не е безспорен лидер в областта на нанотехнологиите. Делът на руския "нано" на световния пазар все още е много малък и възлиза на едва 0,07 процента. Това се дължи на много причини. На първо място, недостатъчното финансиране на тази област, липсата на квалифицирани специалисти.
Дланта принадлежи на две държави: САЩ и Япония. Това не е изненадващо, тъй като Япония първа активно инвестира в развитието на тази област на науката, след това САЩ се присъединиха към надпреварата за световно лидерство в областта на нанотехнологиите, следвани от европейските страни. Китай, който напоследък удря света в различни области, също набира скорост. В тази "надпревара" наскоро се включи и Русия. Следващата стъпка беше подписването на 24 април 2007 г. от президента на Руската федерация на президентската инициатива „Стратегия за развитие на наноиндустрията“.
Модернизацията на руската икономика е невъзможна без възхода на местната наука. Днес за повечето хора "нанотехнологиите" са същата абстракция като ядрените технологии през 30-те години на миналия век. Нанотехнологиите обаче вече се превръщат в ключово направление в развитието на съвременната индустрия и наука.
На 19 юли 2007 г. е създадена държавната корпорация "Роснано", за да "изпълни държавната политика в областта на нанотехнологиите, да развие иновативна инфраструктура в областта на нанотехнологиите и да реализира проекти за създаване на перспективни нанотехнологии и наноиндустрия".
През ноември 2007 г. правителството на Руската федерация отпусна 130 милиарда рубли за дейността на корпорацията, които бяха внесени в уставния капитал на Роснано.
Днес в корпорацията работят едни от най-добрите специалисти в страната, които трябва да изградят взаимноизгодно сътрудничество между науката, бизнеса и държавата.
На 8 октомври 2008 г. е създадено „Нанотехнологично общество на Русия“, чиито задачи включват „просветяване на руското общество в областта на нанотехнологиите и формиране на благоприятно обществено мнение в полза на нанотехнологичното развитие на страната“.
За реализиране на приоритетните области на науката на 18 март 2010 г. руският президент Дмитрий Медведев обяви изграждането на руската „Силиконова долина“ в Сколково. Държавният глава отбеляза, че този комплекс ще бъде създаден, за да работи в областта на пет приоритетни области на модернизация - енергетика, информационни технологии, телекомуникации, биомедицински технологии, ядрени технологии.
Обхват на нанотехнологиите
Наноматериали в строителството
Наноматериали за строителството, автономни енергийни източници на базата на мощни слънчеви батерии, нанофилтри за пречистване на вода и въздух.
Добавянето на наночастици (включително въглеродни нанотръби) към бетона го прави няколко пъти по-здрав.
За защита на сградите от пожар нанотехнологиите предлагат както нови незапалими материали (например кабелна изолация, съдържаща глинени наночастици), така и „интелигентни“ мрежи от свръхчувствителни противопожарни наносензори.
Що се отнася до битовата техника – хладилници, телевизори, водопроводни инсталации, осветителни тела, кухненско оборудване – тук полето за приложение на нанотехнологиите е неизчерпаемо.
Наноматериали в индустрията
В момента наноматериалите са най-малко токсични и най-биосъвместими с жива клетка (човешка, растителна, животинска). Произведените наноматериали се използват във всяка индустрия:
гориво (горивни катализатори, повишаване на октана);
козметика (обогатяване с микроелементи, бактерицидни свойства);
текстил, обувки (бактерицидни и лечебни свойства на дрехи и обувки);
бои и лакове (бактерицидни лакове и бои, специални покрития);
кожа (противогъбична обработка на кожата);
медицински (лечебни препарати от ново поколение, нановитаминови комплекси от микроелементи);
в агропромишления комплекс (наноторове, фуражни добавки, съхранение на продукти) и др.
Наномедицина и химическа индустрия
Направление в съвременната медицина, основано на използването на уникалните свойства на наноматериалите и нанообектите за проследяване, проектиране и промяна на човешките биологични системи на наномолекулно ниво.
ДНК нанотехнологии – използват специфичните бази на ДНК молекулите и нуклеиновите киселини, за да създадат добре дефинирани структури на тяхна основа.
Промишлен синтез на молекули на лекарства и фармакологични препарати с точно определена форма (бис-пептиди).
Военни нанотехнологии.
Може би първият факт за използването на нанотехнологиите за военни цели трябва да се счита за изследване на проба от дамаска стомана (известна с най-високата си якост). След ецване на повърхността на метална проба в солна киселина, изследователите откриха нишковидни обекти с нанометрови напречни размери.
При подробно изследване на повърхността се оказа, че това са многослойни въглеродни нанотръби, освен това те са запълнени отвътре с цементит - железен карбид Fe 3 C, който има много висока твърдост.
Създаването на различни видове защитно оборудване е една от областите на военните изследвания в областта на нанотехнологиите.
Бъдещето на нанотехнологиите: проблеми и перспективи
Нанотехнологиите и наноустройствата са естествена стъпка към усъвършенстване на техническите системи. Понастоящем на пазара се продават само скромни постижения в нанотехнологиите, като например самопочистващи се покрития и опаковки, които запазват храната свежа по-дълго. Учените обаче прогнозират триумфалното шествие на нанотехнологиите в близко бъдеще.
Според прогнозите на американската асоциация National Science Foundation, обемът на световния пазар на стоки и услуги с използване на нанотехнологии през следващите 10-15 години може да нарасне до 1 трилион. долара:
В областта на здравеопазването – нанотехнологиите могат да увеличат продължителността на живота, да разширят физическите възможности на човека;
Във фармацевтичната индустрия около половината от всички продукти ще зависят от нанотехнологиите;
В химическата промишленост наноструктурираните катализатори вече се използват в производството на бензин и други химически процеси;
В транспортната индустрия нанотехнологиите и наноматериалите ще направят възможно създаването на по-леки, по-надеждни и по-безопасни автомобили;
В селското стопанство и опазването на околната среда прилагането на нанотехнологиите може да повиши добивите, да осигури по-икономични начини за филтриране на водата.Това ще намали замърсяването на околната среда и ще спести значителни ресурси.
Предполага се, че нанотехнологиите ще решат енергийните проблеми чрез използването на по-ефективно осветление, горивни клетки, водородни батерии, слънчеви клетки, разпределение на енергийни източници и децентрализация на производството.
Учените твърдят, че изследванията в нанотехнологиите и други области трябва да бъдат спрени, преди да навредят на човечеството.
Страховете от нанотехнологиите започват да се появяват през 1986 г. след публикуването на „Машините на сътворението“ на Дрекслер, където той не само рисува утопична картина на нанотехнологичното бъдеще, но и засяга „обратната страна“ на тази монета.
Един от проблемите, които му се струваха най-сериозни, той нарече „проблемът със сивата слуз“. Опасността му е, че нанороботи, които са излезли извън контрол в резултат на случайна или умишлена повреда на системите за управление, могат да започнат да се копират за неопределено време, поглъщайки всичко по пътя си като строителен материал, включително гори, фабрики, домашни любимци и хора. Изчислението показва, че теоретично такъв наноробот с неговото потомство ще може да преработи цялата биомаса на Земята за броени часове.
Днес остро стоят и следните въпроси:
Способна ли е образователната система да подготви достатъчно квалифицирани специалисти в областта на нанотехнологиите?
Може ли намаляването на цената на продуктите благодарение на нанотехнологиите да ги направи лесно достъпни за терористите?
Какъв ще бъде ефектът от вдишването на някои от веществата, които в момента се образуват в молекулярен мащаб?
Какво се случва, ако голямо количество наноматериали бъдат изпуснати в околната среда, вариращи от компютърни чипове до боя за самолети? Ще причинят ли наноматериалите алергии?
Ще доведе ли нахлуването на наночастици в телата ни до непредвидими последствия?
Тези и други въпроси, пред които са изправени изследователите днес, наистина са много актуални и важни. В надпреварата на нанотехнологиите учените трябва да поемат пълната отговорност за живота и здравето на другите хора, за да не се окажат безгрижни фанатици, без да си правят труда да мислят за възможните трагични последици и катастрофи.
Анализ положителни и отрицателни въздействия
Полза:
Нанотехнологиите ще помогнат за създаването на ново поколение лекарства. Много нелечими болести ще бъдат преодолени.
На базата на нанотехнологиите ще бъдат създадени нови образци оръжия и нови отбранителни системи, които ще подобрят отбранителната способност на страната.
Благодарение на развитието на нанотехнологиите ще има революция в компютърните технологии.
Нанотехнологиите ще решат енергийните проблеми, внедряването им ще позволи по-ефективно използване на традиционните и ще отвори пътя към нови източници на енергия.
вреда:
Нанотехнологиите ще предизвикат нови болести, от които дори новите "нанолекарства" няма да спасят.
Нови оръжия, базирани на нанотехнологии, могат да попаднат в ръцете на терористи, което да доведе до хаос и война.
Разработването на наносензори, наносензори и други системи за показване и предаване на информация в крайна сметка ще сложи край на неприкосновеността на личния живот.
Развитието на производството на наноматериали ще доведе до още по-сериозно замърсяване на околната среда.
Заключение
1. Нанотехнологиите са символ на бъдещето, най-важната индустрия, без която по-нататъшното развитие на цивилизацията е немислимо.
2. Възможностите за използване на нанотехнологиите са практически неизчерпаеми – от микроскопични компютри, които убиват раковите клетки до автомобилни двигатели, които не замърсяват околната среда.
3. В момента нанотехнологиите са много широка област на изследване, която включва редица области на физиката, химията, биологията, електрониката, медицината и други науки.
4. Нанотехнологиите в момента са в начален стадий, изпълнени с голям потенциал. В бъдеще учените ще трябва да решат много въпроси, свързани с нанонауката и да разберат нейните най-дълбоки тайни. Но въпреки това нанотехнологиите вече оказват много сериозно влияние върху живота на съвременния човек.
5. Големите перспективи крият големи опасности. В тази връзка човек трябва да се отнася с най-голяма предпазливост към безпрецедентните възможности на нанотехнологиите, като насочва изследванията си към мирни цели. В противен случай той може да застраши собственото си съществуване.
Библиография
Алтман Ю.Р. Военни нанотехнологии.//-М .: Техносфера 2012-416 стр.
Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Науката на бъдещето. /В И. Балабанов. - М.: Ексмо, 2008. - 256 с.
Balluzek F.V., Sente L. "Нанотехнологии" - М.: 2011 -132 с.
Разумовская И.В. "Нанотехнологии" // - М.: 2010-154 с.
Рибалкина, М. Нанотехнологии за всеки. /М. Рибалкин. - M .: Nanotechnology News Network, 2010. - 444 с.
Третяков Ю.Д. (Ред.). Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2008. „Нанотехнологии. АБВ за всеки"
Poole, C. Нанотехнологии. / Ч. Пул, Ф. Оуен. - М.: Техносфера, 2006. - 260 с.
Целта на изследването е практическото приложение на нанотехнологиите.
Задачи:
Събирайте и изучавайте информация за нанотехнологиите.
Разработете анкетен въпросник.
Провеждане на анкета сред ученици от 5,7,10 клас MKOU "Teguldetskaya средно училище"
Анализирайте получените резултати, формулирайте заключения.
Целта на работата е да покаже практическото използване на нанотехнологиите.
Цели:
Да събира и изучава информация за нанотехнологиите.
Да изработи въпросник.
Да извърши разпит на ученици от нашето училище.
Да се анализират резултатите, да се направи заключението.
Какво е нанотехнология?
През последните няколко десетилетия бяха открити нови и по-напреднали енергийни технологии в областта на науката и инженерството с цел подобряване на живота по света. За да направят следващите технологии пред технологиите на сегашното време, учени и инженери разработиха нова област на науката, наречена нанотехнология.
Нанотехнологията се определя като наука и технология за разработване на електронни вериги и устройства от отделни атоми и молекули; или инженерната индустрия, която се занимава с неща, по-малки от 100 нанометра. Нанометърът (nm) е една милиардна от метъра, широк около три или четири атома. За сравнение, средната ширина на човешки косъм е приблизително 80 000 нанометра, а размерът на една частица е приблизително 100 нанометра. Конзоланано- произлиза от гръцката думанано- означава "джудже". Първоначално учените са използвали префикса за означаване на нещо много малко, като "нанопланктон". Терминът "нанотехнология" също често се използва за описание на интердисциплинарни области на науката, посветени на изучаването и използването на феномена на наномащаба.
История.
Историята на нанотехнологиите започва през 50-те и 60-те години на миналия век, когато повечето инженери са мислили мащабно. Беше време на големи коли, големи самолети, големи световни петролни танкери, големи небостъргачи и големи планове за изпращане на хора в космоса. Огромни небостъргачи като Световния търговски център са построени в големите градове по света. Докато други изследователи са се фокусирали върху създаването на малки предмети. Изобретяването на транзистора през 1947 г. и първата интегрална схема през 1959 г. поставиха началото на ерата на електрониката в миниатюра. Именно тези малки устройства създават основата за появата на големи устройства като космически кораби. След успешното разделяне на атома преди Втората световна война, физиците се опитват да намерят частиците, които правят атомите, и силите, които ги държат заедно. В същото време химиците работеха за комбинирането на атоми в нови видове молекули и имаха голям успех в превръщането на сложни маслени молекули във всякакви използваеми пластмаси.
Наноматериали.
Наноматериалите са материали, които имат уникални способности.Те могат да предават електричество и топлина по много начини, да променят цвета си (златните частици могат да бъдат червени, сини, златни в зависимост от размера им). Тези специални свойства вече се използват за създаване на мобилни телефони, компютърни чипове.
Целта на учените е да използват нанотехнологиите за създаване на нови устройства, които са по-здрави, по-леки, по-бързи и по-ефективни.
Наномедицина.
Наномедицината е област на медицински изследвания, която се стреми да използва инструменти от областта на нанотехнологиите за здравето. Учените казват, че физичните, химичните и биологичните свойства на материалите в наномащаба са глобално различни от свойствата на същите материали в голям размер (в обичайния размер). Например, нанотехнологиите биха могли да осигурят нови технологии за производство на лекарства и нови начини за доставяне на лекарства до досега недостъпни места в човешкото тяло, като по този начин разширят техния потенциал. Малки сензори, които диагностицират заболяванията в тялото много по-бързо от съществуващите инструменти за диагностика; това са някои от обещаващите области на изследване.
Добра или лоша е нанотехнологията?
Нанотехнологията носи потенциални ползи за човечеството, но носи и сериозни опасности. Някои наноматериали са токсични за човешките мускули и клетки.
За разлика от най-големите частици, наноматериалите могат да се абсорбират от митохондриите на клетките и клетъчното ядро. Изследванията показват, че наноматериалите могат потенциално да мутират и да причинят сериозно структурно увреждане на митохондриите, което води дори до клетъчна смърт. Уместно е внимателно да се проучат рисковете от възможна токсичност на наночастиците и други продукти на технологията, като най-голямата опасност идва от вредното или неразумно използване на молекулярно производство.
Какво е нанотехнология?
През последните няколко десетилетия разработването на нови и по-напреднали енергийни технологии с възможност за подобряване на живота по целия свят се търси в областта на науката и инженерството. За да направят следващия скок напред от сегашното поколение технологии, учените и инженерите разработват нова научна област, наречена Нанотехнологии.
Нанотехнологията се дефинира като наука и технология за изграждане на електронни вериги и устройства от единични атоми и молекули или клон на инженерството, който се занимава с неща, по-малки от 100 нанометра. Нанометър (nm) е една милиардна от метъра, приблизително ширината на три или четири атома. За сравнение средната човешка коса е около 80 000 нанометра широка, а една вирусна частица е около 100 нанометра широка. Префиксът нано идва от гръцката дума нанос, което означава „джудже“. Първоначално учените са използвали префикса само за да обозначат „много малък“, както в „нанопланктон“, но сега той означава една милиардна, точно както мили-означава една хилядна, а микро-означава един милион.
Терминът нанотехнология също често се използва за описание на интердисциплинарни области на науката, посветени на изучаването и използването на наномащабни явления.
история.
Историята на нанотехнологиите започва през 50-те и 60-те години на миналия век, когато повечето инженери са мислили за голямо, а не за малко. Това беше ерата на големите коли, големите атомни бомби, големите реактивни самолети и големите планове за изпращане на хора в открития космос. Огромни небостъргачи като Световния търговски център са построени в големите градове по света. Най-големите петролни танкери в света, круизни кораби, мостове, междущатски магистрали и електроцентрали са продукти на тази епоха.
Други изследвания обаче се фокусираха върху намаляването на нещата. Изобретяването на транзистора през 1947 г. и първата интегрална схема (IC) през 1959 г. постави началото на ера на миниатюризация на електрониката. Именно тези малки устройства направиха възможни големи устройства, като космически кораби.
Тъй като инженерите по електроника се фокусираха върху това да правят нещата по-малки, инженери и учени от други области също насочиха фокуса си към малките неща - атоми и молекули. След успешното разделяне на атома в годините преди Втората световна война, физиците се борят да разберат повече за частиците, от които са направени атомите, и за силите, които ги свързват. В същото време химиците работят за комбинирането на атоми в нови видове молекули и постигат голям успех в превръщането на сложните молекули на петрола във всякакви полезни пластмаси.
наноматериали.
Наноматериалите – материалите с уникални свойства, произтичащи от техните наномащабни размери – могат да бъдат по-здрави или по-леки или да провеждат топлина или електричество по различен начин. Те дори могат да променят цвета си; златните частици могат да изглеждат червени, сини или златни в зависимост от техния размер. Тези специални атрибути вече се използват по редица начини, като например в производството на компютърни чипове, компактдискове и мобилни телефони. Изследванията постепенно откриват повече за немащабния свят на целта да използват нанотехнологиите за създаване на нови устройства, които са по-бързи, по-леки, по-силни или по-ефективни.
Наномедицина.
Наномедицината е област на биомедицинските изследвания, която се стреми да използва инструменти от областта на нанотехнологиите за подобряване на здравето. Учените казват, че физичните, химичните и биологичните свойства на материалите в наномащаба се различават по фундаментални и ценни начини от свойствата на материята с по-големи размери. Например, нанотехнологията може да осигури нови формулировки и нови пътища за доставяне на лекарства до недостъпни преди това места в тялото, като по този начин разшири потенциала на лекарството. Малки сензори, които откриват болести в тялото много по-рано от съществуващите инструменти за диагностика, и помпи с размера на молекули, имплантирани за доставяне на животоспасяващи лекарства точно там, където са необходими, са сред обещаващите области на изследване.
Добра или лоша е нанотехнологията?
Нанотехнологиите предлагат потенциални ползи за човечеството, но носят и сериозни опасности. Някои наноматериали са се оказали токсични за човешки тъкани и клетъчни култури. За разлика от големите частици, наноматериалите могат да бъдат абсорбирани от клетъчните митохондрии и клетъчното ядро. Проучванията показват, че наноматериалите могат да причинят потенциална мутация на ДНК и да предизвикат големи структурни увреждания на митохондриите, дори водещи до клетъчна смърт.
Въпреки че нанотехнологиите датират от 50-те години на миналия век, най-големите промени са настъпили само през последните няколко години. Само за няколко години правителствата по света стартираха нови изследователски програми.
По-напредналите нанотехнологични разработки, които се очакват през следващите 10 години, най-вероятно ще включват решения за възстановяване и пренареждане на живи клетки.
