Nanotehnologije. Znanstveno delo v fiziki na temo "nanotehnologija" Raziskovalno delo v fiziki nanotehnologije
Ministrstvo za šolstvo Republike Mordovije
SBEI RM SPO (SSUZ) "Saransk College of Food and Processing Industry"
INFORMACIJSKI PROJEKT
v fiziki na temo:
dijak gr. Št. 16 Romanov Aleksander
Nadzornik:
učiteljica fizike
Rjazina Svetlana Egorovna
Saransk 2012
Predmet študija:"Nanotehnologije"
Namen študije:
Razkriti glavne smeri razvoja nanotehnologij, prikazati pozitivne in negativne vidike raziskovalnega področja.
Raziskovalni cilji:
Ugotovite, katere so glavne smeri razvoja tega področja.
Razmislite o obsegu nanotehnologije.
Raziščite vpliv nanotehnologije na okolje.
5. Uporaba nanotehnologije
zdravilo
industrija
Kmetijstvo
biologija
raziskovanje vesolja
vojskovanje
prehrambena industrija
7. Varnost nanotehnologij
8. Nanotehnologije in ekologija
9. Nanotehnologija obstaja že dolgo časa
10. Zaključek
11. Ozemlje Mordovije NANO
1. Nanotehnologija: mesto med drugimi znanostmi
Ste že slišali za nanotehnologijo? Mislim, da ja, in to večkrat. Nanotehnologija je visokotehnološka industrija, ki deluje s posameznimi atomi in molekulami. Takšna super-natančnost omogoča uporabo zakonov narave v korist človeka na kvalitativno novi ravni. Razvoj na področju nanotehnologije se uporablja v skoraj vseh panogah: v medicini, strojništvu, gerontologiji, industriji, kmetijstvu, biologiji, kibernetiki, elektroniki in ekologiji. Nanotehnologije zavzemajo posebno mesto med drugimi znanostmi. S pomočjo nanotehnologije je mogoče raziskovati vesolje, čistiti nafto, premagati številne viruse, ustvarjati robote, varovati naravo, graditi ultra hitre računalnike. Lahko rečemo, da bo razvoj nanotehnologije v 21. stoletju bolj spremenil življenje človeštva kot razvoj pisave, parnega stroja ali elektrike. Nanosvet je kompleksen in še razmeroma malo raziskan, pa vendarle ne tako daleč od nas, kot se je zdelo pred nekaj leti. V svojem delu bom poskušal poljudno razložiti bistvo nanotehnologije in povedati o dosežkih v tej veji znanosti. Ker mislim, da je danes najbolj relevanten in povpraševan.
Kaj je nanotehnologija in "s čim jedo"
Predpona "nano" (grško za "škrat") pomeni "en del v milijardi". To pomeni, da je en nanometer (1 nm) milijarda metra (10–9 m). Kako si predstavljati tako kratko razdaljo? Najlažji način za to je z denarjem: nanometer in meter sta po velikosti povezana kot kovanec za peni in globus. Ali pa slona pomanjšamo na velikost mikroba (5000 nm) – takrat bo bolha na njegovem hrbtu postala velika le nanometer. In če bi človekovo višino nenadoma zmanjšali na nanometer, bi lahko igrali nogomet s posameznimi atomi! Debelina lista papirja bi se nam takrat zdela enaka 170 kilometrom. Nanometri merijo le najbolj primitivna bitja - viruse (njihova dolžina je v povprečju 100 nm). Živa narava se konča na prelomu približno 10 nm - takšne dimenzije imajo kompleksne beljakovinske molekule. Preproste molekule so desetkrat manjše. Velikost atomov je nekaj angstromov (1 angstrom = 0,1 nm). Na primer, premer atoma kisika je 0,14 nm. Tukaj je spodnja meja nanosveta, sveta nanometrov – od stotin do enot nanometrov. Prav v nanosvetu se odvijajo procesi temeljnega pomena – potekajo kemijske reakcije, gradi se stroga geometrija kristalov in beljakovinskih struktur. S temi procesi delajo nanotehnologi. Nanotehnologija na splošno ni samostojna veja znanosti. Namesto tega je natanko skupek uporabnih tehnologij, katerih osnove se preučujejo v disciplinah, kot so koloidna kemija, površinska fizika, kvantna mehanika, molekularna biologija itd. Kaj je nano? Predpona "nano" ("nanos" v grščini - pritlikavi) pomeni "en del v milijardi". En nanometer (1 nm) je milijarda metra (10Љ m). Kako si predstavljati tako kratko razdaljo? Najlažji način za to je z denarjem: nanometer in meter sta v merilu povezana kot kovanec za peni in globus (mimogrede, če vsak prebivalec Zemlje da kovanec, bo to dovolj za postavitev verige okoli ekvatorja. Tudi če so nekateri, kot ponavadi, požrešni) . Pomanjšajmo slona na velikost mikroba (5000 nm) – potem bo bolha na njegovem hrbtu postala velika le nanometer. Če bi človekovo višino nenadoma zmanjšali na nanometer, bi lahko igrali nogomet s posameznimi atomi! Debelina lista papirja bi se nam takrat zdela enaka ... 170 kilometrom. Seveda so to samo fantazije. Na svetu ne more biti tako majhnih moških in celo žuželk. Nanometri merijo le najbolj primitivna bitja - viruse (njihova dolžina je v povprečju 100 nm). Živa narava se konča na prelomu približno desetih nanometrov – takšne razsežnosti imajo kompleksne beljakovinske molekule, gradniki živih bitij. Preproste molekule so desetkrat manjše. Velikost atomov je nekaj angstromov (en angstrom je enak 0,1 nm). Na primer, premer atoma kisika je 0,14 nm. Tukaj je spodnja meja nanosveta, sveta nanometrov – od stotin do enot nanometrov. Prav v nanosvetu potekajo procesi temeljnega pomena – potekajo kemijske reakcije, gradi se stroga geometrija kristalov in beljakovinskih struktur. S temi procesi delajo nanotehnologi. Nanotehnologija je način ustvarjanja struktur nanometrskega merila, ki materialom in napravam dajejo uporabne in včasih preprosto izjemne lastnosti. Nanotehnologija vam omogoča, da delec zdravila vstavite v nanokapsulo in ga natančno usmerite na obolelo celico, ne da bi poškodovali sosednje. Filter, preboden z neštetimi nanometrskimi kanali, ki prepuščajo vodo, a so pretesni za nečistoče in mikrobe, je prav tako produkt nanotehnologije. V nanotehnoloških laboratorijih preizkušajo supermateriale - vlakna nanocevk, ki so tisočkrat močnejša od jekla, prevleke, ki naredijo predmet neviden. No, ne tako fantastične vrste nanoproizvodov že prodajajo v trgovinah. V reklamah je vse pogosteje slišati besedo »nanokozmetika«: nanodelci, ki so del kozmetičnih krem, s kože odstranijo najmanjše nečistoče. Znano je, da mikrobi ne marajo srebra, a se izkaže, da jih v obliki nanodelcev preprosto prestraši in spravi v beg. Tkanine z dodatki takšnega srebra postajajo vse bolj priljubljene med pravimi poznavalci higiene - uporabljajo se celo za izdelavo "nano-nogavic". Vendar pa je veliko že dolgo znanih stvari nemogoče brez "nano": procesor vašega računalnika vsebuje milijone tranzistorjev nano velikosti, nanotehnologi so najverjetneje delali tudi na zaslonu. "Nano" je že povsod - vojska uporablja nanotehnologijo, medicinska stroka uporablja nanotehnologijo, celo proizvajalci hrane uporabljajo nanotehnologijo.
2. Zakaj je "nanotehnologija" zanimiva?
Nanotehnologije so bistveno nove tehnologije, ki bodo v prihodnosti omogočale pridobivanje kakršnih koli makro objektov (avtomobilov, srajc, hladilnikov, hiš) s pomočjo mikroelementov: drobnih robotov ... z uporabo nanobotov). Toda načeloma je to mogoče in znanost se previdno, korak za korakom približuje uresničitvi tako neverjetnih sanj. Sestavljanje gospodinjskih predmetov s strani nanorobotov in celo v zelo omejenem času bo podobno pravljicam: "v eni noči zgraditi hišo" (ali palačo), naročiti prt, ki ga sami sestavite, da pripravite pogostitev - vse to lahko spozna znanost.
učinek lotosa. Znano je, da ima lotus res nenavadne fizikalne in kemične lastnosti. Zaradi posebne strukture in zelo visoke hidrofobnosti njegovih listov in cvetnih listov ostanejo lotosovi cvetovi izjemno čisti. Toda kako mu uspe doseči tako superhidrofobnost. Lotusov učinek so odkrili v devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Nemški botanik, profesor Wilhelm Barthlott. Pokazal je, da so cvetni listi cvetov pokriti z drobnimi gumbi ali "nanodelci". Toda poleg tega je list tako rekoč namazan z voskom. Proizvaja se v žlezah rastline, zaradi česar je popolnoma odporna na vodo. Na podlagi te lastnosti in s pomočjo sodobnih nanotehnologij so nastali tako imenovani lotosovi premazi. Ko se sestavek nanese na površino, se oblikuje polimerna plast, ki preoblikuje molekularno matriko površine in tako ustvari stabilno atomsko strukturo ter tvori hidrofobno površino z močnimi zaščitnimi lastnostmi. Ta površina je sposobna prenesti vse zunanje vplive. Prevleke Lotus so nepogrešljive na mnogih področjih človekovega življenja. Izdelava kozarcev, iz katerih tečejo najmanjše kapljice vode z raztopljenimi delci umazanije. Izdelava dežnih plaščev in drugih posebnih oblačil. Izdelava samočistilnih fasad stavb. To je le nekaj primerov uporabe edinstvene lastnosti lotosa. 
uporaben prah. Ena izmed najbolj priljubljenih vrst nanoizdelkov so ultrafini praški. Mletje snovi v nanodelce velikosti desetin ali sto nanometrov jim pogosto daje nove uporabne lastnosti. Dejstvo je, da je takšen nanodelec sestavljen le iz nekaj tisoč ali milijonov atomov, zato so vsi blizu površine, na meji z zunanjim svetom, in z njim močno interagirajo. Skupna površina delcev v takem nanoprahu postane ogromna.
3. Glavne faze razvoja nanotehnologije
Intenzivne raziskave na področju nanotehnologije, ki so se okrepile na prehodu iz 20. v 21. stoletje, so postale motor sedanjih temeljnih sprememb v industrijski proizvodnji, privedle do kvalitativnega preskoka v razvoju metod in orodij za obdelavo informacij, ustvarjanje električne energije. energijo ter sintetiziranje novih materialov na podlagi naprednih znanstvenih pristopov k poznavanju materije. Že pred začetkom "nano-ere" so se ljudje srečali z nano-velikimi predmeti in procesi, ki se odvijajo na atomsko-molekularni ravni, in jih uporabili v praksi. Na nanoravni se na primer odvijajo biokemične reakcije med makromolekulami, ki sestavljajo vsa živa bitja, kataliza v kemični proizvodnji, fermentacija pri proizvodnji vina, sira in kruha. Vendar tako imenovana »intuitivna nanotehnologija«, ki se je sprva razvila spontano, brez pravega razumevanja narave dogajanja, ni mogla biti zanesljiv temelj v prihodnosti. Zato postajajo znanstvene raziskave vse bolj pomembne, širijo obzorja nanosveta in so usmerjene v ustvarjanje bistveno novih izdelkov in znanja.
Sistematične študije objektov v nanometrskem merilu izvirajo iz 19. stoletja, ko so v letih 1856-1857. Angleški fizik Michael Faraday je prvi proučeval lastnosti koloidnih raztopin nanodispergiranega zlata in tankih filmov na njegovi osnovi. Zanimiv je primer neke vrste predvidevanja pisatelja Nikolaja Leskova leta 1881 v zgodbi o tulskem mojstru Levši, ki mu je uspelo podkovati bolho »Aglickega« z »nanožeblji«, kar je bilo mogoče videti le v »fine scope« s 5-milijonkratno povečavo, kar ustreza možnostim sodobne mikroskopije visoke ločljivosti (to je prvi opazil ruski znanstvenik, specialist na področju nanomaterialov Rostislav Andrievsky).
V prvi polovici dvajsetega stoletja. rodila in razvila se je tehnika preučevanja nanoobjektov. Leta 1928 je bil predlagan diagram optičnega mikroskopa bližnjega polja. Leta 1932 je bil prvič izdelan transmisijski elektronski mikroskop, leta 1938 pa vrstični elektronski mikroskop. V drugi polovici XX stoletja. začela se je oblikovati temeljna znanstvena in tehnološka osnova za proizvodnjo in uporabo nanostruktur in nanostrukturnih materialov.
Leta 1972 je bil ustvarjen optični mikroskop bližnjega polja. Leta 1981 sta znanstvenika Gerd Binnig in Heinrich Rohrer, ki sta takrat delala v podružnici IBM v Zürichu, predlagala zasnovo vrstičnega tunelskega mikroskopa. Kasneje, leta 1986, so prejeli Nobelovo nagrado za fiziko za svoje delo na vrstični tunelski mikroskopiji. Istega leta 1986 so razvili mikroskop na atomsko silo.
Leta 1974 je japonski znanstvenik Norio Taniguchi pri razpravi o problemih predelave snovi uvedel izraz »nanotehnologija«. Leta 1981 je ameriški znanstvenik G. Gleiter prvič uporabil definicijo "nanokristalnega". Kasneje so se za označevanje materialov začele uporabljati besede, kot so »nanostrukturiran«, »nanofaza«, »nanokompozit« itd.
Leta 1975 so bile teoretično obravnavane temeljne možnosti obstoja posebnih vrst nano velikih objektov - kvantnih pik in kvantnih žic.
Leta 1986 je ameriški fizik Eric Drexler v svoji knjigi Engines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology na podlagi bioloških modelov uvedel koncept molekularnih robotov, razvil pa je tudi Feynmanove ideje o strategiji nanotehnologije od spodaj navzgor.
Močna spodbuda za aktiviranje smeri je bilo ustvarjanje bistveno novih ogljikovih nanomaterialov. Dolgo časa je veljalo, da obstajata samo dve polimorfni modifikaciji ogljika - grafit in diamant. Vendar, kot se je izkazalo, meje polimorfnih transformacij tega elementa niso omejene na to, kar dokazujejo fulereni in ogljikove nanocevke, ki so po svoji strukturi in lastnostih zelo nenavadne.
Leta 1997 je bil iz diferencirane somatske celice prvič kloniran sesalec. Vse to je jasen primer možnosti nanotehnologij v zvezi z biološkimi objekti.
Drug primer uporabe nanotehnologij, vendar že za "nežive" predmete, je zgodovina razvoja ideje o kvantnih računalnikih. Leta 1985 je profesor David Deutsch z univerze v Oxfordu predlagal matematični model za kvantno mehansko različico Turingovega stroja. Leta 1994 je P. Shor (AT & T Bell) pokazal, da je tak stroj mogoče uporabiti v praksi.
Zlasti se je izkazalo za učinkovito pri reševanju problemov faktoriziranja velikih števil. Trenutno se algoritem, ki ga je predlagal Shor, pogosto uporablja pri ustvarjanju različnih vrst kvantnih računalnikov. Leta 1998 je M. Takeuchi (Mitsubishi Denki) izvedel temeljne eksperimente na kvantnih računalniških sistemih z uporabo fotonov. Leta 1999 je N. Nakamura (NEC) uspešno raziskal možnosti praktičnega delovanja kvantnega računalnika.
Za sedanje obdobje razvoja nanotehnologij je značilna intenziviranje raziskav in razvoja na tem področju, vlaganje vanje v znatne naložbe. Ti trendi so še posebej izraziti v vodilnih industrijskih državah sveta. Na tem področju prednjačijo ZDA.
Leta 2001 je bila odobrena Nacionalna nanotehnološka pobuda (NNI), katere glavna ideja je bila oblikovana takole: "Nacionalna nanotehnološka pobuda opredeljuje strategijo za interakcijo med različnimi zveznimi agencijami ZDA, da bi zagotovili prednostni razvoj nanotehnologije, ki naj bi postala osnova ameriškega gospodarstva in nacionalne varnosti v prvi polovici 21. stoletja.
V letih 1996-1998, pred sprejetjem NNI, je posebna komisija Ameriškega centra za ocenjevanje svetovnega stanja tehnologije spremljala in analizirala razvoj nanotehnologije v vseh državah in izdajala pregledna glasila za ameriške znanstvenike, tehnične in upravne. strokovnjaki za glavne trende in dosežke. Leta 1999 je potekalo srečanje Interdisciplinarne skupine za nanoznanost, nanotehnologijo in nanotehnologijo (IWGN), ki je rezultiralo v razvoju raziskovalne napovedi za naslednjih 10 let. Istega leta je zaključke in priporočila IWGN podprl Nacionalni svet za znanost in tehnologijo pri predsedniku ZDA, nato pa je bil leta 2000 uradno objavljen sprejem NNI.
O veliki pozornosti, ki jo svetovna znanstvena skupnost namenja razvoju nanotehnologij, dokazuje podelitev Nobelove nagrade za fiziko leta 2007 za odkritje in proučevanje enega izmed nenavadnih pojavov nanosveta - učinka velikega magnetnega upora (GMR). .
Ugotovljenih je bilo sedem glavnih področij:
Nanomateriali so raziskovalna smer, povezana s proučevanjem in razvojem razsutih materialov filmov in vlaken, katerih makroskopske lastnosti določajo kemična sestava, struktura, dimenzije in medsebojna razporeditev nanostruktur. Masovne nanostrukturne materiale je mogoče naročiti znotraj smeri po vrsti (nanodelci, nanofilmi, nanoprevleke itd.) in po sestavi (kovina, organski material, polprevodnik itd.)
Nanoelektronika je področje elektronike, povezano z razvojem arhitektur in tehnologij za proizvodnjo funkcionalnih elektronskih naprav s topološkimi dimenzijami, ki ne presegajo 100 nm, in naprav na osnovi takih naprav.
Nanofotonika je področje fotonike, povezano z razvojem arhitektur in tehnologij za proizvodnjo nanostrukturnih naprav za generiranje, ojačanje, modulacijo, prenos in zaznavanje elektromagnetnega sevanja ter naprav na osnovi takih naprav.
Nanobiotehnologija je namenska uporaba bioloških makromolekul za načrtovanje nanomaterialov in nanonaprav.
Nanomedicina je praktična uporaba nanotehnologij v medicinske namene, vključno z raziskavami in razvojem na področju diagnostike, nadzora, ciljne dostave zdravil ter ukrepov za obnovo in rekonstrukcijo bioloških sistemov človeškega telesa z uporabo nanostruktur in nanonaprav.
Nanoorodja (nanodiagnostika) so naprave in naprave, namenjene manipulaciji objektov v nanometrskem merilu, merjenju, nadzoru lastnosti in standardizaciji proizvedenih in uporabljenih nanomaterialov in nanonaprav.
Tehnologije in posebne naprave za ustvarjanje in proizvodnjo nanomaterialov in nanonaprav je področje tehnologije, povezano z razvojem tehnologij in posebne opreme za proizvodnjo nanomaterialov in nanonaprav.
Zdravilo
Danes lahko govorimo o nastanku nove smeri - nanomedicine. Seveda lahko danes le predvidevamo, kako se bo razvijala znanost prihodnosti, predvsem medicina. Nekatere od teh predpostavk bodo bolj upravičene, druge manj. Tako je mogoče bolj ali manj zanesljivo pričakovati, da se bodo sodobne metode še naprej razvijale. Mikronaprave bodo na primer postajale vedno manjše in bolj izpopolnjene, njihove funkcije pa vse bogatejše. 
Medicinske diagnostične metode se s pomočjo nanotehnologije nenehno izboljšujejo. Pričakuje se nastanek molekularnih robotskih zdravnikov, ki bodo lahko "živeli" v človeškem telesu in odpravljali vse poškodbe, ki nastanejo, ali pa preprečili nastanek le-teh. Nanorobotska kapsula prosto lebdi v človeški krvi in trči z različnimi bakterijami. Kako deluje? Bakterije se oprimejo površine dela zaradi beljakovinskih markerjev. Ko nanorobot prepozna bakterijo, ustvari odzivno kodo, ki jo lahko prebere običajen laser. Te informacije klinikom pomagajo pri hitri analizi brez dolgotrajne kulture. Vsaka vrsta bakterij ima svojo kodo. Zdravnik lahko te podatke vidi tudi skozi optični mikroskop.
Glavna področja uporabe nanotehnologij v medicini so: diagnostične tehnologije, medicinski pripomočki, protetika in implantati.
Osupljiv primer je odkritje profesorja Aziza. Ljudje s Parkinsonovo boleznijo imajo elektrode, povezane s stimulatorjem, vstavljenimi v možgane skozi dve drobni luknjici v lobanji. Približno teden dni kasneje pacientu vsadijo tudi sam stimulator v trebušno votlino. Napetost si lahko pacient nastavlja sam s pomočjo stikala. Bolečino je mogoče obvladati v 80 % primerov:
Pri nekaterih bolečina popolnoma izgine, pri drugih popusti. Približno štiri desetine ljudi je šlo skozi metodo globoke možganske stimulacije.
Številni Azizovi kolegi pravijo, da ta metoda ni učinkovita in ima lahko negativne posledice. Profesor je prepričan, da je metoda učinkovita. Ne eno ne drugo doslej ni bilo dokazano. Zdi se mi, da je treba zaupati le štiridesetim bolnikom, ki so se znebili neznosnih bolečin. In želeli so znova živeti. In če se ta metoda izvaja že 8 let in ne vpliva negativno na zdravje bolnikov, zakaj ne bi razširili njene uporabe.
Drugo revolucionarno odkritje je biočip - majhna ploščica, na katero so v določenem vrstnem redu nanesene DNK ali proteinske molekule, ki se uporabljajo za biokemične analize. Princip delovanja biočipa je preprost. Določena zaporedja razcepljenih odsekov DNK se nanesejo na plastično ploščo. Med analizo se testni material namesti na čip. Če vsebuje isto genetsko informacijo, potem se prepletata. Posledično lahko opazujete Prednost biočipov je veliko število bioloških testov s pomembnimi prihranki pri testnem materialu, reagentih, stroških dela in času za analizo.
| Tema lekcije: Cilji in cilji lekcije: | Nanotehnologija v sodobnem svetu. Zaščita projekta. Vzgoja harmonično razvite osebnosti, oblikovanje pozitivne samopodobe posameznika, z razvojem zanimanja za predmet in vključevanjem vsakega učenca v izobraževalne dejavnosti. Prenesite študente iz predmeta v subjekt izobraževanja. Razvoj sposobnosti razmišljanja, vse vrste spomina, sposobnost poudarjanja glavne stvari, razvoj vizije logičnih povezav znotraj predmeta, sposobnost uporabe pridobljenega znanja v praksi. Oblikovanje enotne fizične slike sveta. Naučiti študente delati pri izdelavi projektov z uporabo IKT in z uporabo teoretičnega znanja, pridobljenega pri pouku. |
Oprema:
1. ID, kreda.
2. Predstavitve študentov
3. Povzetki in poročila študentov,
Vrsta lekcije: lekcija - konferenca
Med poukom.
1. Organizacijski trenutek:
a) okolje za učne dejavnosti
b) sedanjost.
c) refleksija
2 .Predstavitve in zagovori projektov študentov.
1. Študente seznani s pogoji predstavitve in zagovora projektov.
2. Razglasite pravila dela.
3. Povzetek lekcije-konference: "Kaj je nanotehnologija?"
Cilj:
Študente seznaniti z osnovami nanotehnologije, glavnimi dosežki in tekočim raziskovalnim delom na področju nanotehnologije v sodobnem svetu.
Naloge:
Ustvarjanje pogojev za seznanitev udeležencev konference z glavnimi odkritji na področju nanotehnologij in prepoznavanje glavnih problemov, povezanih z njihovo uporabo v vsakdanjem življenju;
Nadaljujte z razvojem sposobnosti analize, primerjave dejstev, poudarjanja glavne stvari, vzpostavljanja vzročno-posledičnih odnosov, oblikovanja sposobnosti dela z različnimi literarnimi viri;
Oblikovanje znanstvenih idej otrok o enotni, resnični sliki sveta; razumevanje pomena praktične uporabe pridobljenega znanja v vsakdanjem življenju;
Ustvarjanje pogojev za samoorganizacijo in komunikacijske sposobnosti pri delu v skupinah.
Pripravljalna dela: Dva tedna pred konferenco se razred razdeli v skupine, od katerih vsaka pripravi poročilo, projekte na izbrano temo. Učitelj pomaga pri izbiri gradiva, svetuje. Po tednu priprav so objavljene teme izbranih poročil, načrt konference in zaporedje govorov.
Med poukom
"Tam spodaj je dovolj prostora!"
R. Feynman
Uvod učitelja.
V zadnjih letih vse pogosteje slišimo besede: "nanoznanost", "nanotehnologije", "nanostrukturni materiali": slišimo jih na radiu in televiziji, opazimo v govorih ne le znanstvenikov, ampak tudi politikov. Nanotehnologije imajo visoko prednost pri financiranju znanstvenih in inovativnih programov v vseh razvitih državah sveta. Japonska je na primer vodilna v svetu pri ustvarjanju nanomaterialov, v ZDA raziskave na področju nanotehnologije prejemajo izdatna sredstva tako od države kot podjetij in celo od zasebnikov, Evropska unija je sprejela svoj okvirni program za razvoj znanosti, v katerem imajo nanotehnologije vodilno mesto. Pred kratkim je naš predsednik oznanil visoko prioriteto razvoja nanotehnologij in opozoril na posebno vlogo nanotehnologij za obrambno sposobnost naše države. Za to so namenjena precejšnja sredstva iz rezervnega sklada države.
Kaj torej pomeni beseda "nano"? Kaj je nanotehnologija in zakaj je deležna takšne pozornosti po vsem svetu? Zakaj se imenuje "revolucionarni preboj v tehnologiji", kaj obljublja nam, navadnim ljudem, in kaj morda to ogroža svet? Poskusimo se ukvarjati s temi vprašanji. Zdaj vam bodo sošolci podrobneje predstavili nekatere pojme nanosveta.
Govor govornikov
1 študent : Nanotehnologije. Stopnje razvoja nanotehnologij.
Prevedeno iz latinske besede nanus - pomeni "škrat" in dobesedno označuje majhnost delcev. V predpono "nano" so znanstveniki vnesli bolj natančen pomen, in sicer milijardni del. En nanometer je na primer milijarda metra ali 0,000 000 001 m (10 -9).Nanodelci imajo ogromno skupno površino, kar vodi do manifestacije številnih nenavadnih lastnosti in naredi preučevane predmete popolnoma drugačne od običajne snovi. . Pri nanodelcih so kršeni številni fizikalni zakoni, ki veljajo v makroskopski fiziki. Na primer, dobro znane formule za dodajanje uporov prevodnikov, ko so povezani vzporedno in zaporedno, postanejo nepravične. Voda v nanoporah kamnin ne zmrzne do -20…-30 stopinj Celzija, tališče nanodelcev zlata pa je bistveno nižje v primerjavi z masivnim vzorcem. Zakaj je nanomezija pritegnila pozornost znanstvenikov?
Leta 1959 je Nobelov nagrajenec Richard Feynman v svojem govoru napovedal, da bo človeštvo v prihodnosti, ko se bo naučilo manipulirati s posameznimi atomi, lahko sintetiziralo karkoli. Njegove besede so leta 1959 njegovi kolegi fiziki vzeli čisto teoretično. In njegov predlog, da nagradi 1.000 dolarjev tistemu, ki lahko namesti motor v kocko z linearnimi dimenzijami 0,4 mm ali zmanjša besedilo za 25.000-krat, je bil sprejet kot "genialna šala". Leta 1981 se je pojavil prvi instrument za manipulacijo atomov - tunelski mikroskop, ki so ga izumili znanstveniki iz IBM-a. Izkazalo se je, da je s pomočjo tega mikroskopa mogoče ne samo "videti" posamezne atome, ampak jih tudi dvigovati in premikati. To je pokazalo temeljno možnost manipulacije z atomi, sestavljanja česar koli iz njih, kot iz opek, karkoli: katerega koli predmeta, katere koli snovi. Vendar Feimanov govor ni bil pozabljen in zdaj ga imenujejo "oče nanotehnologije", čeprav koncept " nanotehnologija” je leta 1974 uvedel Japonec Noryo Taniguchi, da bi opisal proces gradnje novih stvari iz posameznih atomov. V najbolj splošnem smislu nanotehnologije vključujejo ustvarjanje in uporabo materialov, naprav in tehničnih sistemov, katerih delovanje določa nanostruktura, to je njeni urejeni fragmenti velikosti od 1 do 100 nm.
Drugi Japonec, Sumio Iijima, je leta 1991 ustvaril ogljikove nanocevke iz fulerena, ultratankega ogljikovega materiala, katerega premer je nekaj tisočink premera človeškega lasu, dolžina pa okoli 100 nanometrov. Te ogljikove nanocevke so postale prvi pravi nanomateriali, na podlagi katerih se zdaj gradijo različne stvari, ki se ponujajo na trgu za nove izdelke. Tanka, komaj vidna nit, zvita iz teh ogljikovih cevi, po moči ni slabša od jeklene vrvi, debele kot roka. Trdota delov iz kompozitov, sestavljenih iz karbonskih cevi, je primerljiva le z diamantom. Odkritje Sumia Iijime je dalo močan zagon raziskavam na področju nanotehnologije po vsem svetu. In ustvarjeni sondni mikroskopi so omogočili resnično premik na praktično izvajanje teh idej, pa tudi na globlje študije popolnoma novih, nenavadnih lastnosti "nanosveta", ki je ljudem začel razkrivati svoje skrivnosti. Glede na to, da so posamezni atomi osnovni gradniki, nanotehnologi zdaj poskušajo razviti praktične načine za oblikovanje iz atomov z uporabo mehanskega nanosestavljanja novih materialov z želenimi lastnostmi. Med njimi so ultra-gosti nosilci informacij, v katere bodo informacije kodirane na molekularni ravni, kot se to dogaja na primer v DNK, in nato ustvarile ultra-majhne mehanizme - nanomašine.
2 študent: "Nano" danes.
Že danes je trg nanoizdelkov ogromen. Energija, elektronika, biologija in medicina, kmetijstvo in ekologija - tu je prav zdaj najbolj viden napredek na tem področju.
Sončni paneli pretvarjajo dnevno svetlobo v električno energijo. Prej so bile takšne naprave samo na vesoljskih postajah, najdražja od njih je dala le 34-odstotno učinkovitost. Nanotehnologija se je spopadla s sončno energijo. Nova generacija sončnih celic je poceni polimerni film, namesto dragega kristalnega silicija, ki se obdeluje na strojih za predelano folijo. V takem polimeru, ko je osvetljen, nastanejo tokovi, in da bi jih natančno zbrali in dali energijo potrošniku, se uporabljajo nanotehnologije: prevleka, ki vsebuje fulerene. Nove sončne celice bodo imele številne pomembne prednosti pred tradicionalnimi baterijami na osnovi silicija, ki se uporabljajo danes. Prvič, nova vrsta baterij ne potrebuje neposredne sončne svetlobe, tako da lahko proizvajajo elektriko tudi v oblačnem vremenu. Poleg tega bodo proizvodni stroški takšnih baterij za red velikosti nižji od proizvodnih stroškov baterij na osnovi silicija.
Vsak od nas pozna energijo predvajalnikov, diktafonov, svetilk, igrač. Njegova osnova je običajna litij-ionska baterija. Tudi tu so vidni prvi rezultati razvoja nanotehnologij. Pred kratkim se je začela industrijska proizvodnja litij-ionskih baterij, ki vsebujejo nanodelce in nanoporozne materiale - polnijo se s še včeraj nepredstavljivo hitrostjo: 80 % v samo minuti (običajno traja nekaj ur). Predstavljajte si, kakšno prednost bo ta inovacija prinesla električnim vozilom!
Razvoj nanotehnologij je najbolj opazen v elektroniki. Samo poglejte Intelov procesor iz leta 2008, izdelan na osnovi 45 nm čipov, deluje pri taktu približno 3 GHz in porabi le 35 W energije. Vendar pa uporaba nanotehnologije ni omejena na zmanjšanje velikosti tranzistorja - pojavili so se številni novi materiali, posebej zasnovani za izboljšanje energetske učinkovitosti mikrovezij. Z isto tehnologijo se je začela proizvodnja zelo majhnih procesorjev, ki vsebujejo »le« okoli 50 milijonov tranzistorjev na čipu velikosti kovanca za peni. Uporabljali se bodo v mobilnih internetnih napravah – tako nam bo nanotehnologija pomagala dostopati do poslovnih in znanstvenih informacij, izobraževalnih in zabavnih virov interneta.
Nedavno so se pojavila zdravila proti raku v obliki nanokapsul. Takšna zdravila napadajo predvsem tumorske celice, ne da bi vplivala na telo kot celoto (za razliko od tradicionalnih onkoloških zdravil), učinkovitost zdravljenja zaradi tega se večkrat poveča. Protimikrobni učinek srebra se dramatično poveča, če ga nanesemo v obliki nanodelcev. Že nekaj let obstajajo zdravilne obloge za opekline in hude rane, ki vsebujejo takšno nanosrebro. V bližnji prihodnosti se bo začela industrijska proizvodnja hitozanskih oblog, ki bodo včasih pospešile celjenje ran. Predvideva se sprostitev nanocementa za kosti - to bo polnilo, ki bo ustvarilo nekaj podobnega ogrodju, na katerem nato raste naravno kostno tkivo.
Moskovski nanotehnologi so razvili televizor, ki ga je mogoče zviti. Debela je le nekaj milimetrov in je organska LED. Danes ima resno pomanjkljivost - površinski sloj se na zraku hitro pokvari.
Inženirji na Fraunhoferjevem inštitutu za integrirana vezja (IIS) so razvili napetostni transformator, ki lahko deluje pri vhodni napetosti 20 milivoltov. Ta miniaturni električni sprejemnik poganjajo najmanjši tokovi, pridobivajo pa jih lahko iz okolja, na primer iz toplote človeškega telesa.
S temperaturno razliko le 2°C (npr. med človeško kožo in okolico) generator toplote 2 x 2 cm z novim napetostnim transformatorjem IC ustvari do 4 mV. Ti miniaturni in zato stroškovno učinkoviti napetostni transformatorji imajo veliko prednost na številnih področjih uporabe: v medicinski tehnologiji, v inženirskih sistemih zgradb in struktur, v avtomobilih, v sistemih avtomatizacije in logistiki.
4 študent : Zatrjevane možnosti za uporabo nanotehnologije:
V MEDICINI
V zadnjem času se nanotehnologije vse bolj uvajajo v medicino, ekologijo in zdravstvo. Danes se makromolekule in umetno pridobljeni nanomateriali ter biokonjugati na njihovi osnovi uporabljajo za diagnostiko (biosenzorji, kontrastna in vizualizacijska orodja), zdravljenje (tarčna dostava, nova učinkovita terapevtska sredstva, edinstvene fizikalne in fizikalno-kemijske metode vplivanja na žarišče bolezni). ) različnih bolezni in okrevanje poškodovanih tkiv (kostni vsadki, celične matrice, umetna koža itd.). Pričakovati je, da bo v bližnji prihodnosti pri proučevanju znotrajceličnih procesov prišlo do tesnega zlitja kvantne mehanike, molekularne biologije, genskega inženiringa, biokemije, biofizike, medicine, anorganske in fizikalne kemije. Posledično lahko pride do kvalitativnega preskoka v razumevanju, kaj je življenje, medicina pa bo obogatena z novimi metodami diagnosticiranja in zdravljenja človeka.
DOMA
Poleg že ponujenih izdelkov, ustvarjenih z uporabo nanoproizvodov, kot so na primer folije za avtomobilska stekla, na katerih se ne nabira prah in umazanija, medicinska oblačila in celo kozmetika, ustvarjena z uporabo nanotehnologije, lahko domnevamo še marsikaj drugega, kar bo imelo nekatere ali dragocene lastnosti. Uporaba nanotehnologij v vsakdanjem življenju se je že začela in z gotovostjo lahko rečemo, da se bo vztrajno razvijala, saj, kot veste, je množična potrošnja tista, ki določa ekonomičnost katere koli tehnologije.
V INDUSTRIJI
Tudi tukaj imajo nanotehnologije posebne industrijske aplikacije. Danes trg ponuja široko paleto komercialno proizvedenih nanomaterialov: kovinskih, hidroksidnih, oksidnih in kompozitnih praškov, ki se že pogosto uporabljajo v številnih sektorjih industrije in gradbeništva. Nanopraški imajo lastnosti, ki se razlikujejo od lastnosti kovin, oksidov itd., iz katerih atomov in molekul so sestavljeni. Poleg tega precejšnje število takšnih lastnosti še ni v celoti raziskanih. In v prihodnosti obstaja možnost zamenjave proizvodnih metod, sprejetih danes, s sestavljanjem kakršnih koli mehanskih predmetov neposredno iz atomov in molekul z uporabo nanorobotov. Predviden datum za pojav prvih nanorobotov je sredina 21. stoletja.
V VOJAŠKI TEHNOLOGIJI
Ni skrivnost, da vojaška industrija uporablja dosežke znanstvenega napredka za
razvoj vedno naprednejših vrst oborožitve, vojaške opreme, uniform in zaščitne opreme. Ni presenetljivo, da je bila prav vojska tista, ki se je med prvimi začela zanimati za nanotehnologijo, saj je uporaba visokih tehnologij v sodobni vojaški industriji ključ do uspešnega bojnega delovanja, pri čemer se ukvarjajo ljudje in ne roboti. vojaških operacij je problem ustvarjanja uniform za vojake pomemben. "Visokotehnološko" obliko bo mogoče preizkusiti šele bližje letu 2020, zdaj pa se veliko dela na razvoju, na primer, "dinamičnega oklepa". Šlo bo za le nekaj milimetrov debel neprebojni jopič, ki se bo telesu vojaka prilegal kot potapljaška obleka. Teža tovrstnih uniform se bo v primerjavi s tistimi, ki so trenutno v uporabi, zmanjšala za več kot polovico. Nova uniforma ne bo služila le kot neprebojni jopič, ampak tudi kot univerzalno medicinsko diagnostično orodje, ki bo s pomočjo senzorjev, vgrajenih v obleko, lahko merilo vitalne parametre vojaka (pulz, krvni tlak, telesna temperatura itd.). Predvideva se, da bo stanje vojaka prikazano tako na projektorju na čeladi kot na medicinskem računalniku, prozorna stekla za vojakove čelade pa bodo neprebojna za naboje.
V KMETIJSTVU
Menijo, da je lahko nanotehnologija ključ do rešitve problema revščine po svetu. Med glavnimi nalogami so bili čiščenje vode, proizvodnja okolju prijaznega goriva in povečanje rodovitnosti tal. Po mnenju strokovnjakov raziskave na teh področjih, ki trenutno potekajo, nam omogočajo, da resno vzamemo poziv ZN - "premagajmo revščino do leta 2015". Dolgoročno je pričakovati, da se bodo v domovih namesto hladilnikov pojavile mini tovarne prehrambenih izdelkov, ki bodo izdelovale vse izdelke po naročilu, tudi dobrote. Tako takšno "kmetijstvo" ne bo odvisno od vremena in ne bo zahtevalo težkega fizičnega dela ter visokih stroškov za shranjevanje in dostavo hrane. Po različnih ocenah bodo prvi tovrstni kompleksi nastali v drugi polovici 21. stoletja.
VARSTVO OKOLJA
Načeloma lahko uporaba nanotehnologij v industriji in vsakdanjem življenju povzroči popolno odpravo škodljivih vplivov človekove dejavnosti na okolje. Prvič, zaradi množične proizvodnje in uvajanja urejenih robotov v ekosfero, ki človeške odpadke pretvarjajo v surovine, in drugič, zaradi prehoda industrije in kmetijstva na brezodpadne nanotehnološke metode. Predvideno obdobje izvedbe: sredina 21. stoletja.
AT PODROČJA VISOKE TEHNOLOGIJE
Že danes so velika podjetja, ki tekmujejo na področju ustvarjanja ultra-gostih in ultra-hitrih pomnilniških matric za računalnike, odprla raziskovalne projekte o uporabi nanotehnologij, ki obljubljajo velike možnosti v tej smeri, vse do izdelave pomnilniške celice. na enem samem atomu. Z uporabo nanomaterialov bo mogoče ustvariti nove vrste zaslonov in televizijskih zaslonov s tridimenzionalno sliko. Univerzitetni laboratoriji delajo na ustvarjanju "večne" baterije, ki je ne bo treba ponovno polniti. V daljni prihodnosti je načrtovana izdelava računalnika s človeško inteligenco. Predvideno obdobje za implementacijo supergostega pomnilnika in "enoatomske" računalniške celice je druga četrtina 21. stoletja.
Posploševanje in ponavljanje.
Torej, fantje! Seznanili smo se z nanosvetom, mnogi vaši sošolci so pripravili zanimiva poročila. Tisti, ki jih ta tematika zanima, jo lahko še naprej preučujejo sami. Konec koncev nam nanotehnologije le odpirajo pot v popolnoma drugačen, boljši svet, ki ga lahko približamo le s skupnimi, usklajenimi močmi. Nanotehnologija in nanoznanost sta prihodnost, pri nas in v svetu. ... To je šele začetek!
In zdaj, fantje, vas vabim, da odgovorite na vprašanja kviza. Preizkusite svoje znanje.
(Priloga k lekciji)
Nanotehnologija je naša sedanjost in prihodnost. Verjetno ni niti enega področja človeškega življenja, na katerega ne bi vplivali. Svet nanotehnologije ni zanimiv in dostopen le znanstvenikom. Išči, beri, analiziraj informacije. Zavesa v čudoviti svet nanotehnologij je priprta!
IV Domača naloga.
Analizirajte obravnavano snov.
Poiščite in predstavite primere uporabe nanotehnologij v gerontologiji, kibernetiki, gradbeništvu in arhitekturi.
Uporabljena gradiva in internetni viri
http://www.nanonewsnet.ru/
http://www.nanometer.ru/- stran nanotehnološkega društva "Nanometer"
http://nauka.name/category/nano/- poljudnoznanstveni portal o nanotehnologijah, biogenetiki in polprevodnikih
http://www.nanojournal.ru/
http://kbogdanov1.narod.ru/- Kaj zmorejo nanotehnologije?, poljudnoznanstvena stran o nanotehnologijah.
4. Pritrjevanje.
1. Posplošitev in sistematizacija ZUN študentov.
2. Povzetek lekcije.
5. Rezultat lekcije:
a) ocene za lekcijo,
b) ponovitev §8-11
Ministrstvo za splošno in poklicno izobraževanje Rostovske regije
državna proračunska strokovna izobraževalna ustanova Rostovske regije
"Večdisciplinarna tehnična šola Tarasov"
Izobraževalni projekt
na temo: "Vpliv nanotehnologije na razvoj prihodnosti"
Vodja dela:
Barsova T.N.
Učitelj tehnologije
str Tarasovski
2017
Vsebina
Uvod……………………………………………………………………………3
Pojav nanotehnologije………………………………………………….4
Nanotehnologije v Rusiji…………………………………………………………5
Obseg nanotehnologije………………………………………….7
Prihodnost nanotehnologije, problemi in obeti………………………9
Analiza…………………...12
Zaključek……………………………………………………………………...13
Seznam uporabljene literature…………………………………………….14
Uvod
Naša doba sodobne nanotehnologije ne miruje, zato vsak dan prihaja do novih odkritij.
Aktualnost te teme je posledica pomena nanotehnologije v naših življenjih in svetovni družbi ter vpliva nanotehnologije na razvoj prihodnosti.
Nanotehnologije so ključni pojem začetka 21. stoletja, simbol nove, znanstveno-tehnološke revolucije. Gre za »najvišje« tehnologije, za razvoj katerih vodilne gospodarske sile danes namenjajo milijarde dolarjev.
Po napovedih znanstvenikov bodo nanotehnologije v 21. stoletju naredile enako revolucijo pri manipulaciji s snovjo, kot so jo računalniki naredili v 20. stoletju pri manipulaciji z informacijami.
Med najverjetnejšimi znanstvenimi preboji strokovnjaki navajajo znatno povečanje zmogljivosti računalnikov, obnovo človeških organov z uporabo na novo ustvarjenega tkiva, pridobivanje novih materialov, ustvarjenih neposredno iz danih atomov in molekul, pa tudi nova odkritja v kemiji in fiziki.
Cilji in naloge dela:
Razkriti koncept nanotehnologije, preučiti smeri znanosti.
Raziščite zgodovino nanotehnologije
Analizirajte uporabo lastnosti predmetov in materialov
Preučiti glavne naloge nanotehnologije
Preučiti uporabo nanotehnologije v človeškem življenju
Izvedite analizo pozitivnih in negativnih vplivov te tehnologije pri uporabi v gradbeništvu, strojništvu, energetiki, jedrski in električni industriji.
Pojav nanotehnologije
Prva omemba metod, ki se bodo kasneje imenovale nanotehnologija, je povezana z govorom Richarda Feynmana"Tam spodaj je veliko prostora", ki ga je izdelal leta 1959, v katerem je predlagal, da je možno mehansko premikati posamezne atome z uporabo manipulatorja ustrezne velikosti, vsaj tak proces ne bi bil v nasprotju z danes poznanimi fizikalnimi zakoni.
Nanotehnologija je tehnologija predmetov, katerih dimenzije so približno 10 -9 m (atomi, molekule). Nanotehnološki procesi se podrejajo zakonom kvantne mehanike.
Naloge nanotehnologije
Najpomembnejša naloga nanotehnologije je načrtovanje, ustvarjanje, sinteza materialov in predmetov z vnaprej določenimi lastnostmi. Ugotavljanje odvisnosti fizikalnih in kemijskih lastnosti od velikosti nanodelca oziroma števila atomov v njem je ena glavnih nalog nanotehnologije.
Naslednja stopnja nanotehnologije je namensko ustvarjanje ne materialov, temveč končnih izdelkov s popolnoma novimi kakovostnimi lastnostmi in namenom.
Nanotehnologija v Rusiji
Danes Rusija ni nesporna vodilna na področju nanotehnologije. Delež ruskega "nana" na svetovnem trgu je še vedno zelo majhen in znaša le 0,07 odstotka. To je posledica številnih razlogov. Prvič, nezadostno financiranje tega področja, pomanjkanje usposobljenih strokovnjakov.
Dlan pripada dvema državama: ZDA in Japonski. To ni presenetljivo, saj je Japonska prva aktivno vlagala v razvoj tega področja znanosti, nato pa so se v tekmo za svetovno vodstvo na področju nanotehnologije pridružile ZDA, sledile pa so jim evropske države. Zagon dobiva tudi Kitajska, ki zadnje čase udarja po svetu na različnih področjih. Pred kratkim se je tej "tekmi" pridružila tudi Rusija. Naslednji korak je bil 24. aprila 2007, ko je predsednik Ruske federacije podpisal predsedniško pobudo "Strategija razvoja nanoindustrije".
Modernizacija ruskega gospodarstva je nemogoča brez vzpona domače znanosti. Danes je za večino ljudi »nanotehnologija« enaka abstrakcija kot jedrska tehnologija v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Vendar pa nanotehnologije že postajajo ključna usmeritev v razvoju sodobne industrije in znanosti.
19. julija 2007 je bila ustanovljena državna korporacija Rosnano za "izvajanje državne politike na področju nanotehnologij, razvoj inovativne infrastrukture na področju nanotehnologij in izvajanje projektov za ustvarjanje obetavnih nanotehnologij in nanoindustrije".
Novembra 2007 je vlada Ruske federacije za dejavnosti korporacije namenila 130 milijard rubljev, ki so bili vloženi v odobreni kapital Rusnano.
Danes je v korporaciji zaposlenih nekaj najboljših strokovnjakov v državi, ki naj bi vzpostavili vzajemno koristno sodelovanje med znanostjo, gospodarstvom in državo.
8. oktobra 2008 je bilo ustanovljeno "Nanotehnološko društvo Rusije", katerega naloge vključujejo "razsvetljevanje ruske družbe na področju nanotehnologij in oblikovanje naklonjenega javnega mnenja v korist nanotehnološkega razvoja države."
Za izvajanje prednostnih področij znanosti je 18. marca 2010 ruski predsednik Dmitrij Medvedjev napovedal gradnjo ruske "silicijeve doline" v Skolkovu. Vodja države je opozoril, da bo ta kompleks ustvarjen za delo na področju petih prednostnih področij modernizacije - energetike, informacijske tehnologije, telekomunikacij, biomedicinske tehnologije, jedrske tehnologije.
Obseg nanotehnologije
Nanomateriali v gradbeništvu
Nanomateriali za gradbeništvo, avtonomni viri energije na osnovi močnih sončnih baterij, nanofiltri za čiščenje vode in zraka.
Dodajanje nanodelcev (vključno z ogljikovimi nanocevkami) v beton naredi ta nekajkrat močnejši.
Za zaščito stavb pred požarom nanotehnologije ponujajo tako nove negorljive materiale (na primer kabelsko izolacijo, ki vsebuje glinene nanodelce) kot »pametna« omrežja ultra občutljivih požarnih nanosenzorjev.
Kar se tiče gospodinjskih aparatov - hladilnikov, televizorjev, vodovodnih napeljav, svetil, kuhinjske opreme - je tukaj področje uporabe nanotehnologije neizčrpno.
Nanomateriali v industriji
Trenutno so nanomateriali najmanj strupeni in najbolj biokompatibilni z živo celico (človeško, rastlinsko, živalsko). Proizvedeni nanomateriali se uporabljajo v kateri koli industriji:
gorivo (katalizatorji goriva, zvišanje oktana);
kozmetična (obogatitev z mikroelementi, baktericidne lastnosti);
tekstil, čevlji (baktericidne in zdravilne lastnosti oblačil in obutve);
barve in laki (baktericidni laki in barve, posebni premazi);
usnje (protiglivično zdravljenje kože);
medicinski (medicinski pripravki nove generacije, nanovitaminski kompleksi mikroelementov);
v kmetijsko-industrijskem kompleksu (nanognojila, krmni dodatki, skladiščenje proizvodov) itd.
Nanomedicina in kemična industrija
Smer v sodobni medicini, ki temelji na uporabi edinstvenih lastnosti nanomaterialov in nanoobjektov za sledenje, načrtovanje in spreminjanje človeških bioloških sistemov na nanomolekularni ravni.
Nanotehnologije DNK - uporabljajo specifične baze molekul DNK in nukleinskih kislin za ustvarjanje natančno definiranih struktur na njihovi osnovi.
Industrijska sinteza molekul zdravil in farmakoloških pripravkov točno določene oblike (bis-peptidi).
Vojaška nanotehnologija.
Morda je prvo dejstvo o uporabi nanotehnologije v vojaške namene treba šteti za študijo vzorca jekla iz Damaska (znanega po svoji najvišji trdnosti). Po jedkanju površine kovinskega vzorca v klorovodikovi kislini so raziskovalci našli nitaste predmete nanometrskih prečnih dimenzij.
Ob podrobnem preučevanju površine se je izkazalo, da gre za večplastne ogljikove nanocevke, poleg tega so znotraj napolnjene s cementitom - železovim karbidom Fe 3 C, ki ima zelo visoko trdoto.
Ustvarjanje različnih vrst zaščitne opreme je eno od področij vojaških raziskav na področju nanotehnologije.
Prihodnost nanotehnologije: problemi in obeti
Nanotehnologije in nano naprave so naraven korak k izboljšanju tehničnih sistemov. Trenutno se na trgu prodajajo le skromni napredki nanotehnologije, kot so samočistilni premazi in embalaže, ki dlje časa ohranjajo svežino hrane. Vendar pa znanstveniki napovedujejo zmagoslavni pohod nanotehnologije v bližnji prihodnosti.
Po napovedih ameriškega združenja National Science Foundation se lahko obseg svetovnega trga blaga in storitev z uporabo nanotehnologije v naslednjih 10-15 letih poveča na 1 bilijon. dolarjev:
Na področju zdravstva - nanotehnologija lahko podaljša pričakovano življenjsko dobo, razširi fizične zmožnosti osebe;
V farmacevtski industriji bo približno polovica vseh izdelkov odvisna od nanotehnologije;
V kemični industriji se nanostrukturni katalizatorji že uporabljajo pri proizvodnji bencina in drugih kemičnih procesih;
V prometni industriji bodo nanotehnologije in nanomateriali omogočili ustvarjanje lažjih, zanesljivejših in varnejših avtomobilov;
V kmetijstvu in varstvu okolja lahko uporaba nanotehnologije poveča pridelek, zagotovi bolj ekonomične načine filtriranja vode, kar bo zmanjšalo onesnaževanje okolja in prihranilo znatne vire.
Predvideva se, da bo nanotehnologija reševala energetske probleme z uporabo učinkovitejše razsvetljave, gorivnih celic, vodikovih baterij, sončnih celic, distribucijo virov energije in decentralizacijo proizvodnje.
Znanstveniki trdijo, da je treba raziskave nanotehnologije in drugih področij ustaviti, preden škodujejo človeštvu.
Strahovi pred nanotehnologijami so se začeli pojavljati leta 1986 po objavi Drexlerjevih »Machines of Creation«, kjer ni le narisal utopične slike nanotehnološke prihodnosti, temveč se je dotaknil tudi »hrbtne strani« te medalje.
Eden od problemov, ki se mu je zdel najresnejši, je imenoval "problem sive goo". Njegova nevarnost je v tem, da lahko nanoroboti, ki so ušli izpod nadzora zaradi naključne ali namerne poškodbe nadzornih sistemov, začnejo v nedogled kopirati sami sebe in kot gradbeni material zaužijejo vse na svoji poti, vključno z gozdovi, tovarnami, hišnimi ljubljenčki in ljudmi. Izračun kaže, da bo teoretično takšen nanorobot s svojim potomcem v nekaj urah lahko predelal celotno biomaso Zemlje.
Danes so pereča tudi naslednja vprašanja:
Je izobraževalni sistem sposoben usposobiti dovolj usposobljenih strokovnjakov na področju nanotehnologije?
Ali lahko zaradi znižanja stroškov izdelkov zaradi nanotehnologije postanejo zlahka dostopni teroristom?
Kakšen bo učinek vdihavanja nekaterih snovi, ki trenutno nastajajo na molekularni ravni?
Kaj se zgodi, če se v okolje sprosti velika količina nanomaterialov, od računalniških čipov do barv za letala? Bodo nanomateriali povzročali alergije?
Ali bo vdor nanodelcev v naše telo povzročil nepredvidljive posledice?
Ta in druga vprašanja, s katerimi se soočajo raziskovalci danes, so res zelo pomembna in pomembna. V nanotehnološki tekmi morajo znanstveniki prevzeti polno odgovornost za življenja in zdravje drugih ljudi, da ne bi izpadli brezskrbni fanatiki, ki ne razmišljajo o morebitnih tragičnih posledicah in katastrofah.
Analiza pozitivne in negativne vplive
Prednost:
Nanotehnologija bo pomagala ustvariti novo generacijo zdravil. Številne neozdravljive bolezni bodo premagane.
Na osnovi nanotehnologij bodo nastajali novi modeli orožja in novi obrambni sistemi, ki bodo izboljšali obrambno sposobnost države.
Zahvaljujoč razvoju nanotehnologije bo prišlo do revolucije v računalniški tehnologiji.
Nanotehnologije bodo rešile energetske probleme, njihova implementacija bo omogočila učinkovitejšo rabo tradicionalnih in odprla pot do novih virov energije.
Škodljivost:
Nanotehnologije bodo povzročile nove bolezni, pred katerimi ne bodo rešila niti nova "nanozdravila".
Nova orožja, ki temeljijo na nanotehnologiji, lahko padejo v roke teroristov, kar povzroči kaos in vojno.
Razvoj nanosenzorjev, nanosenzorjev in drugih sistemov za prikaz in prenos informacij bo dokončno naredil konec zasebnosti.
Razvoj industrije proizvodnje nanomaterialov bo povzročil še hujše onesnaževanje okolja.
Zaključek
1. Nanotehnologija je simbol prihodnosti, najpomembnejša panoga, brez katere si nadaljnji razvoj civilizacije ni mogoč.
2. Možnosti uporabe nanotehnologije so tako rekoč neizčrpne – od mikroskopskih računalnikov, ki ubijajo rakave celice, do avtomobilskih motorjev, ki ne onesnažujejo okolja.
3. Trenutno je nanotehnologija zelo široko področje raziskav, ki vključuje številna področja fizike, kemije, biologije, elektronike, medicine in drugih ved.
4. Nanotehnologije so trenutno v povojih in imajo velik potencial. Znanstveniki bodo morali v prihodnosti rešiti številna vprašanja, povezana z nanoznanostjo, in doumeti njene najgloblje skrivnosti. A kljub temu nanotehnologija že močno vpliva na življenje sodobnega človeka.
5. Veliki obeti nosijo velike nevarnosti. V zvezi s tem bi moral človek z izjemno previdnostjo obravnavati neverjetne možnosti nanotehnologij in svoje raziskave usmeriti v miroljubne namene. V nasprotnem primeru lahko ogrozi svoj obstoj.
Bibliografija
Altman Yu.R. Vojaške nanotehnologije.//-M .: Technosphere 2012-416 str.
Balabanov, V.I. Nanotehnologije. Znanost prihodnosti. /V IN. Balabanov. - M.: Eksmo, 2008. - 256 str.
Balluzek F.V., Sente L. "Nanotehnologije" - M.: 2011 -132 str.
Razumovskaya I.V. "Nanotehnologija" // - M .: 2010-154 str.
Rybalkina, M. Nanotehnologije za vsakogar. /M. Ribalkin. - M .: Nanotechnology News Network, 2010. - 444 str.
Tretyakov Yu.D. (ur.). Moskva: FIZMATLIT, 2008. »Nanotehnologije. ABC za vsakogar"
Poole, C. Nanotehnologija. / Ch. Pool, F. Owen. - M.: Technosfera, 2006. - 260 str.
Namen študija je praktična uporaba nanotehnologije.
Naloge:
Zbirajte in preučujte informacije o nanotehnologiji.
Pripravite anketni vprašalnik.
Izvedite anketo med učenci razredov 5,7,10 MKOU "Teguldetska srednja šola"
Analizirajte dobljene rezultate, oblikujte zaključke.
Cilj dela je prikazati praktično uporabo nanotehnologije.
Cilji:
Zbiranje in preučevanje informacij o nanotehnologiji.
Izdelati vprašalnik.
Izvedba anketiranja učencev naše šole.
Analizirati rezultate, narediti sklep.
Kaj je nanotehnologija?
V zadnjih nekaj desetletjih so bile na področju znanosti in tehnike odkrite nove in naprednejše energetske tehnologije, katerih namen je izboljšati življenje po vsem svetu. Da bi naslednje tehnologije prehitele tehnologije sedanjega časa, so znanstveniki in inženirji razvili novo področje znanosti, imenovano nanotehnologija.
Nanotehnologija je opredeljena kot znanost in tehnologija razvoja elektronskih vezij in naprav iz posameznih atomov in molekul; ali inženirska industrija, ki se ukvarja s stvarmi, manjšimi od 100 nanometrov. Nanometer (nm) je milijarda metra, širok približno tri ali štiri atome. Za primerjavo, povprečna širina človeškega lasu je približno 80.000 nanometrov, velikost posameznega delca pa približno 100 nanometrov. Konzolanano- izhaja iz grške besedenanos- kar pomeni "škrat". Sprva so znanstveniki predpono uporabljali za označevanje nečesa zelo majhnega, kot je "nanoplankton". Izraz "nanotehnologija" se pogosto uporablja tudi za opis interdisciplinarnih področij znanosti, ki se posvečajo preučevanju in uporabi pojava nanometra.
Zgodba.
Zgodovina nanotehnologije se je začela v petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je večina inženirjev razmišljala na veliko. To je bil čas velikih avtomobilov, velikih letal, velikih svetovnih naftnih tankerjev, velikih nebotičnikov in velikih načrtov za pošiljanje ljudi v vesolje. V večjih svetovnih mestih so zgradili ogromne nebotičnike, kot je Svetovni trgovinski center. Medtem ko so se drugi raziskovalci osredotočili na ustvarjanje majhnih predmetov. Izum tranzistorja leta 1947 in prvega integriranega vezja leta 1959 sta začela dobo elektronike v malem. Prav te majhne naprave so ustvarile osnovo za nastanek velikih naprav, kot so vesoljske ladje. Od uspešne cepitve atoma pred drugo svetovno vojno so fiziki poskušali najti delce, ki tvorijo atome, in sile, ki jih držijo skupaj. Istočasno so si kemiki prizadevali združiti atome v nove vrste molekul in dosegli velik uspeh pri pretvorbi zapletenih molekul nafte v vse vrste uporabne plastike.
Nanomateriali.
Nanomateriali so materiali, ki imajo edinstvene sposobnosti, lahko na različne načine prevajajo elektriko in toploto, spreminjajo barvo (zlati delci so lahko rdeči, modri, zlati glede na velikost). Te posebne lastnosti se že uporabljajo za izdelavo mobilnih telefonov, računalniških čipov.
Cilj znanstvenikov je z nanotehnologijo ustvariti nove naprave, ki so močnejše, lažje, hitrejše in učinkovitejše.
Nanomedicina.
Nanomedicina je področje medicinskih raziskav, ki si prizadeva uporabiti orodja s področja nanotehnologije za zdravje. Znanstveniki pravijo, da se fizikalne, kemijske in biološke lastnosti materialov v nanometru globalno razlikujejo od lastnosti istih materialov v veliki velikosti (v običajni velikosti). Nanotehnologija bi lahko na primer zagotovila nove tehnologije za proizvodnjo zdravil in nove načine za dostavo zdravil na prej nedostopna mesta v človeškem telesu ter tako razširila njihov potencial. Majhni senzorji, ki diagnosticirajo bolezni v telesu veliko hitreje kot obstoječa diagnostična orodja; to so nekatera obetavna področja raziskav.
Je nanotehnologija dobra ali slaba?
Nanotehnologija predstavlja možne koristi za človeštvo, vendar prinaša tudi resne nevarnosti. Nekateri nanomateriali so strupeni za človeške mišice in celice.
Za razliko od največjih delcev lahko nanomateriale absorbirajo mitohondriji celic in celično jedro. Raziskave so pokazale, da lahko nanomateriali potencialno mutirajo in povzročijo resne strukturne poškodbe mitohondrijev, kar povzroči celo celično smrt. Primerno je skrbno preučiti tveganja morebitne toksičnosti nanodelcev in drugih proizvodov tehnologije, največjo nevarnost predstavlja škodljiva ali nespametna uporaba molekularne proizvodnje.
Kaj je nanotehnologija?
V zadnjih nekaj desetletjih so si na področju znanosti in tehnike prizadevali za razvoj novih in naprednejših energetskih tehnologij, ki bi lahko izboljšale življenje po vsem svetu. Da bi naredili naslednji korak naprej od sedanje generacije tehnologije, znanstveniki in inženirji razvijajo novo področje znanosti, imenovano nanotehnologija.
Nanotehnologija je opredeljena kot znanost in tehnologija gradnje elektronskih vezij in naprav iz posameznih atomov in molekul ali veja inženiringa, ki se ukvarja s stvarmi, manjšimi od 100 nanometrov. Nanometer (nm) je milijarda metra, kar je približno širina treh ali štirih atomov. Za primerjavo, povprečen človeški las je širok približno 80.000 nanometrov, en delec virusa pa je širok približno 100 nanometrov. Predpona nano-izhaja iz grške besede nanos, kar pomeni "škrat". Znanstveniki so prvotno uporabljali predpono samo za označevanje "zelo majhen", kot v "nanoplanktonu", zdaj pa pomeni milijardo, tako kot milli pomeni eno tisočinko, mikro pa pomeni milijoninko.
Izraz nanotehnologija se pogosto uporablja tudi za opis interdisciplinarnih področij znanosti, namenjenih preučevanju in uporabi fenomenov nanometrskega merila.
zgodovina.
Zgodba o nanotehnologiji se začne v 50. in 60. letih prejšnjega stoletja, ko je večina inženirjev razmišljala na veliko, ne na majhno. To je bilo obdobje velikih avtomobilov, velikih atomskih bomb, velikih letal in velikih načrtov za pošiljanje ljudi v vesolje. Ogromni nebotičniki, kot je Svetovni trgovinski center, so bili zgrajeni v večjih mestih po svetu. Največji svetovni naftni tankerji, ladje za križarjenje, mostovi, meddržavne avtoceste in električne elektrarne so izdelki te dobe.
Druge raziskave pa so se osredotočale na pomanjševanje stvari. Izum tranzistorja leta 1947 in prvega integriranega vezja (IC) leta 1959 sta začela dobo miniaturizacije elektronike. Prav te majhne naprave so omogočile velike naprave, kot so vesoljske ladje.
Ko so se inženirji elektronike osredotočali na pomanjševanje stvari, so se inženirji in znanstveniki z drugih področij prav tako osredotočili na majhne stvari - atome in molekule. Po uspešni razdelitvi atoma v letih pred drugo svetovno vojno so se fiziki trudili razumeti več o delcih, iz katerih so sestavljeni atomi, in o silah, ki jih povezujejo. Istočasno so kemiki združevali atome v nove vrste molekul in dosegli velik uspeh pri pretvorbi zapletenih molekul nafte v vse vrste uporabne plastike.
nanomateriali.
Nanomateriali – materiali z edinstvenimi lastnostmi, ki izhajajo iz njihovih dimenzij v nanometru – so lahko močnejši ali lažji ali prevajajo toploto ali elektriko na drugačen način. Lahko celo spremenijo barvo; delci zlata so lahko rdeči, modri ali zlati, odvisno od njihove velikosti. Te posebne lastnosti se že uporabljajo na številne načine, na primer pri izdelavi računalniških čipov, CD-jev in mobilnih telefonov. Raziskovalci postopoma odkrivajo več o nenavadnem svetu in si prizadevajo uporabiti nanotehnologije za ustvarjanje novih naprav, ki so hitrejše, lažje, močnejše ali učinkovitejše.
Nanomedicina.
Nanomedcina je področje biomedicinskih raziskav, ki si prizadeva uporabiti orodja s področja nanotehnologije za izboljšanje zdravja. Znanstveniki pravijo, da se fizikalne, kemijske in biološke lastnosti materialov na nanometrskem nivoju bistveno in dragoceno razlikujejo od lastnosti večjih snovi. Nanotehnologija bi lahko na primer zagotovila nove formulacije in nove poti za dostavo zdravil na prej nedostopna mesta v telesu, s čimer bi razširila potencial zdravila. Drobni senzorji, ki zaznavajo bolezni v telesu veliko prej kot obstoječa diagnostična orodja, in črpajo velikost molekul, vsajenih za dostavo zdravil, ki rešujejo življenja, točno tam, kjer so potrebna, so med obetajočimi področji raziskav.
Je nanotehnologija dobra ali slaba?
Nanotehnologija ponuja možne koristi človeštvu, a prinaša tudi resne nevarnosti. Nekateri nanomateriali so se izkazali za strupene za človeška tkiva in celične kulture. Za razliko od velikih delcev lahko nanomateriale absorbirajo celični mitohondriji in celično jedro. Študije so pokazale, da lahko nanomateriali povzročijo potencialno mutacijo DNK in povzročijo večje strukturne poškodbe mitohondrijev, kar povzroči celo celično smrt.
Čeprav nanotehnologija izvira iz petdesetih let prejšnjega stoletja, so se največje spremembe zgodile v zadnjih nekaj letih. V samo nekaj letih so vlade po vsem svetu uvedle nove raziskovalne programe.
Naprednejši razvoj nanotehnologije, ki se pričakuje v naslednjih 10 letih, bo najverjetneje vključeval rešitve za popravilo in preureditev živih celic.
Sorodne objave:
Palice niso ptice ali žuželke
Človek ubija planet: zaskrbljujoča dejstva ZN (13 fotografij)
Proksima Kentavra b - Zemlji podoben eksoplanet blizu Zemlje najbližje zvezde Proksima Kentavra Proksima Kentavra planeta
Najbolj skrivnostni primeri izginotja ljudi
Gardijske enote v zgodovini oboroženih sil
