Нанотехнологии Нанотехнологии – это новое направление науки и технологии, активно развивающееся в последние десятилетия. Нанотехнологии включают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть ее упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров
Перспективы НАНОТЕХНОЛОГИИ МЕДИЦИНА Создание молекулярных роботов- врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения. МЕДИЦИНА Создание молекулярных роботов- врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения. ГЕРОНТОЛОГИЯ Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и «облагораживания» тканей человеческого организма. ГЕРОНТОЛОГИЯ Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и «облагораживания» тканей человеческого организма.
БИОЛОГИЯ Станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. БИОЛОГИЯ Станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. ЭКОЛОГИЯ Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. ЭКОЛОГИЯ Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.
ОСВОЕНИЕ КОСМОСА Огромная армия роботов- молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» космические станции. ОСВОЕНИЕ КОСМОСА Огромная армия роботов- молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» космические станции. КИБЕРНЕТИКА Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул КИБЕРНЕТИКА Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул РАЗУМНАЯ СРЕДА ОБИТАНИЯ За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет комфортной для человека. РАЗУМНАЯ СРЕДА ОБИТАНИЯ За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет комфортной для человека.
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО Замена «естественных машин» для производства пищи их искусственными аналогами - комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО Замена «естественных машин» для производства пищи их искусственными аналогами - комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.
Лидерами по производству и развитиям нанотехнологий в мире являются США и Япония. Лидерами по производству и развитиям нанотехнологий в мире являются США и Япония. Лидерами по объему инвестиций в нанотехнологии в период с 2006 по 2010 гг. станут Япония (6 млрд. долларов), США (5,6 млрд. долларов) и страны Евросоюза (4,6 млрд. долларов). Лидерами по объему инвестиций в нанотехнологии в период с 2006 по 2010 гг. станут Япония (6 млрд. долларов), США (5,6 млрд. долларов) и страны Евросоюза (4,6 млрд. долларов). Россия планирует инвестировать в развитие нанотехнологий около 8 млрд. долларов до 2011 года. Для этого была создана «Российская корпорация нанотехнологий» (РосНаноТех), которая планирует инвестировать в нанотехнологические проекты около 15 млрд. руб. Россия планирует инвестировать в развитие нанотехнологий около 8 млрд. долларов до 2011 года. Для этого была создана «Российская корпорация нанотехнологий» (РосНаноТех), которая планирует инвестировать в нанотехнологические проекты около 15 млрд. руб.
Первое поколение называется «пассивные наноструктуры», а попросту нанопорошки, которые можно добавлять в разные материалы: полимеры, керамику, металлы, покрытия, лекарства, косметику, пищу и прочие товары народного потребления. Второе поколение «активные наноструктуры» (2005–2010) предусматривает создание компонентов нанобиотехнологий, нейроэлектронных интерфейсов, наноэлектромеханических систем Третье поколение «системы наносистем» (2010– 2015), то есть управляемая самосборка наносистем, трехмерные сети, нанороботы Четвертое поколение «молекулярные наносистемы» (2015–2020), то есть молекулярные устройства, атомный дизайн
НИИ Японии Японские ученые создают наноматериалы на основе углерода Японские ученые создают наноматериалы на основе углерода В 1991 г. японский исследователь С. Иидзима из компании «Нихон дэнки» открыл еще одну необычную структуру – углеродные нанотрубки В 1991 г. японский исследователь С. Иидзима из компании «Нихон дэнки» открыл еще одну необычную структуру – углеродные нанотрубки могут использоваться в технике электронной микроскопии, в транзисторах и дисплеях, в качестве элементов- поглотителей водорода, при производстве композитов могут использоваться в технике электронной микроскопии, в транзисторах и дисплеях, в качестве элементов- поглотителей водорода, при производстве композитов
Китай Китай В настоящее время в Китае насчитывается около 800 компаний, занимающихся внедрением нанотехнологий, и более 100 научно- исследовательских лабораторий. Характер их работы традиционно остается закрытым. Наибольший интерес у китайских военных вызывают микрочипы, способные повышать живучесть личного состава при применении противником оружия массового поражения. В настоящее время в Китае насчитывается около 800 компаний, занимающихся внедрением нанотехнологий, и более 100 научно- исследовательских лабораторий. Характер их работы традиционно остается закрытым. Наибольший интерес у китайских военных вызывают микрочипы, способные повышать живучесть личного состава при применении противником оружия массового поражения.
Новейшие разработки Компьютеры и микроэлектроника Компьютеры и микроэлектроника Нанокомпьютер вычислительное устройство на основе электронных технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. Нанокомпьютер вычислительное устройство на основе электронных технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. ДНК компьютер вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК. При ДНК вычислениях данные представляются не в форме нулей и единиц, а в виде молекулярной структуры, построенной на основе спирали ДНК. Роль программного обеспечения для чтения, копирования и управления данными выполняют особые ферменты. ДНК компьютер вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК. При ДНК вычислениях данные представляются не в форме нулей и единиц, а в виде молекулярной структуры, построенной на основе спирали ДНК. Роль программного обеспечения для чтения, копирования и управления данными выполняют особые ферменты. Атомно силовой микроскоп сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. В отличие от сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), может исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности даже через слой жидкости, что позволяет работать с органическими молекулами (ДНК). Атомно силовой микроскоп сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. В отличие от сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), может исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности даже через слой жидкости, что позволяет работать с органическими молекулами (ДНК).
Наномедицина и фармацевтическая промышленность Наномедицина и фармацевтическая промышленность Направление в современной медицине, основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне. Направление в современной медицине, основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне. ДНК нанотехнологии используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур. ДНК нанотехнологии используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур. В начале 2000 го года, благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазмонных колебаний. В начале 2000 го года, благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазмонных колебаний.
Робототехника Робототехника Нанороботы роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, т.е. самовоспроизводству, называются репликаторами. Нанороботы роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, т.е. самовоспроизводству, называются репликаторами.
Влияние на экономику Нанотехнологии – это инструмент, средство, посредством которого страны могут влиять на повышение конкурентоспособности предприятий через развитие производства и повышение качества продукции в различных отраслях экономики. Нанотехнологии – это инструмент, средство, посредством которого страны могут влиять на повышение конкурентоспособности предприятий через развитие производства и повышение качества продукции в различных отраслях экономики.
Слайд 2
Нанотехнологии
Нанотехнология — область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка 10-9 м или 10 нм. Нанотехнологии — это технологии манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровне прис целью создания нано структур, нано устройств и материалов со специальными свойствами. Особенность нанотехнологий заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных масштабов. В этом диапазоне размеров «сырьем» являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы. 1 нанометр (нм) - это одна миллиардная доля метра, или одна миллионная доля миллиметра. Что такое «НАНО»?
Слайд 3
Ричард Фейнман стоял у истоков нанотехнологий он предлагал множество различных формулировокВпервые термин "нанотехнология" употребил НориоТанигучи в1974 г.В 1980-х годах этоттермин использовал Эрик К. Дрекслер, особенно в своей книге "Машины создания: грядёт эра нанотехнологии", которая вышла в 1986 г. Ричард Фейнман Эрик К. Дрекслер
Слайд 4
Нанотехнологиями сегодня активно занимаются примерно в 50 странах. Лидируют США, Япония, Южная Корея, ФРГ. Россия занимает место во второй десятке. Но по числу публикаций по нанотематике мы на почетном 8-м месте.
Слайд 5
Нанотехнологии в России
Изучение свойства металлов как наночастиц Создание биочипов и тончайших плёнок Создание манипуляторов мельчайших размеров
Слайд 6
Нанотехнологии, которые мы используем в жизни:
Слайд 7
Использование нанотехнологий в медицине
Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань. Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллыгидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека - таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.
Слайд 8
Нанотехнологии и мода
Впервые нанотехнологии стали применять в производстве модной одежды около года назад. С того времени некоторые из модельеров начали сотрудничество с учеными для производства моделей, так называемой, "функциональной одежды". Она будет отличаться от привычной нам не только внешним видом, но и свойствами ткани из которой она изготовлена.
Слайд 9
Не требует стирки В ней невозможно заболеть Не пропускает вредные газы и защищает от современной экологии 1 кв. метр ткани стоит примерно 10тыс. $
Слайд 10
Компьютер в чашке-термосе
Студент-дизайнер Джейсон Фарсай придумал компьютер Yuno, встроенный в кружку-термос для кофе. Программная часть этого кружки-компьютера будет состоять из виджетов, демонстрирующих погоду, дорожную обстановку, биржевые котировки, электронную почту и т.д.
Слайд 11
Компания Nokia и специалисты из Кембриджского университета недавно показали интересную новинку — растягиваемый мобильный телефон Morph, сделанный с применением нанотехнологий.
Слайд 12
Спутники тоже созданы на основе нанотехнологий
Слайд 13
Нанороботы и компьютеры
Слайд 14
Нанотехнологи шутят
Наноунитаз получил приз на 49 интернациональном конкурсе микрографии как будто самая эксцентричная занятие 2005 года. Всего в конкурсе участвовало более 40 работ, однако проект от SII NanoTechnology оказался самым необычным. Такого использования нанотехнологий жюри еще не видело!
Слайд 15
Вывод: Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, вследствие чего изменится экономика и будут затронуты все стороны быта, работы, социальных отношений. Использование инновационных материалов XXI века позволит воплощать в реальность самые немыслимые проекты. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни. Камень преткновения современной нанотехнологии - невозможность массового производства высокотехнологичных продуктов. Результаты, демонстрирующие потенциальные возможности нанотехнологии, уже достигнуты, но технологий массового производства пока не существует.
Посмотреть все слайды
Нанонаука - совокупность знаний о свойствах вещества в нанометровом* масштабе; наноматериалы материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками; нанотехнология – умение целенаправленно создавать объекты (с заранее заданными составом, размерами и структурой) в диапазоне приблизительно нм *1 нанометр(нм)=10 -9 м
"Нанотехнология совокупность методов и приёмов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов". Федеральное Агентство по науке и инновациям в "Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий до 2010 года"
1959 г.- Ричард Фейнман: «Внизу полным полно места…» - указал на фантастические перспективы, которые сулит изготовление материалов и устройств на атомном и молекулярном уровне 1974 г.- японским ученым Танигучи был впервые использован термин «нанотехнологии» 1986 г.- американец Дрекслер издает книгу «Машины созидания:пришествие эры нанотехнологии»
1985 г.- идентифицирована новая форма углерода – кластеры С60 и С70, названная фуллеренами (работы нобелевских лауреатов Н.Крото, Р.Керлу, Р.Смолли) г. – японский ученый С.Ишима обнаружил углеродные нанотрубки в продуктах электродугового испарения графита
…Если вместо того, чтобы выстраивать атомы по ранжиру, строй за строем, колонну за колонной, даже вместо того, чтобы сооружать из них замысловатые молекулы запаха фиалок, если вместо этого располагать их каждый раз по-новому, разнообразя их мозаику, не повторяя того, что уже было,- представляете,сколько необыкновенного, неожиданного может возникнуть в их поведении. Р. П. Фейнман
Когда речь идет о развитии нанотехнологий, обычно имеются в виду три направления: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов; разработка и изготовление наномашин, т.е. механизмов и роботов размером с молекулу; непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего существующего.
O фотонные кристаллы, поведение света в которых сравнимо с поведением электронов в полупроводниках. На их основе возможно создание приборов с быстродействием более высоким, чем у полупроводниковых аналогов; o разупорядоченные нанокристаллические среды для лазерной генерации и получения лазерных дисплеев с более высокой яркостью (на 2-3 порядка выше, чем на обычных светодиодах) и большим углом обзора; o функциональную керамику на основе литиевых соединений для твердотельных топливных элементов, перезаряжаемых твердотельных источников тока, сенсоров газовых и жидких сред для работы в жестких технологических условиях; o квазикристаллические наноматериалы, обладающие уникальным сочетанием повышенной прочности, низкого коэффициента трения и термостабильности, что делает их перспективными для использования в машиностроении, альтернативной и водородной энергетике; o Основные классы наноматериалов и наноструктур
К конструкционные наноструктурные твердые и прочные сплавы для режущих инструментов с повышенной износостойкостью и ударной вязкостью, а также наноструктурные защитные термо- и коррозионностойкие покрытия; o полимерные композиты с наполнителями из наночастиц и нанотрубок, обладающих повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью; o биосовместимые наноматериалы для создания искусственной кожи, принципиально новых типов перевязочных материалов с антимикробной, противовирусной и противовоспалительной активностью; o наноразмерные порошки с повышенной поверхностной энергией, в том числе магнитные, для дисперсионного упрочнения сплавов, создания элементов памяти аудио- и видеосистем, добавок к удобрениям, кормам, магнитным жидкостям и краскам;
O органические наноматериалы, обладающие многими свойствами, недоступными неорганическим веществам. Органическая нанотехнология на базе самоорганизации позволяет создавать слоистые органические наноструктуры, являющиеся основой органической наноэлектроники и конструировать модели биомембран клеток живых организмов для фундаментальных исследований процессов их функционирования (молекулярная архитектура); o полимерные нанокомпозитные и пленочные материалы для нелинейных оптических и магнитных систем, газовых сенсоров, биосенсоров, мультислойных композитных мембран; o покровные полимеры для защитных пассивирующих, антифрикционных, селективных, просветляющих покрытий; o полимерные наноструктуры для гибких экранов; o двумерные сегнетоэлектрические пленки для энергонезависимых запоминающих устройств; o жидкокристаллические наноматериалы для высокоинформативных и эргономичных типов дисплеев, новых типов жидкокристаллических дисплеев (электронная бумага).
Многие свойства веществ (температура плавления, ширина ЗЗ в полупроводниках, остаточный магнетизм) в основном определяются размерами кристаллов в нанометровом интервале. Это открывает возможность перехода к новому поколению материалов, свойства которых изменяются не путем изменения химического состава компонентов, а путем регулирования их размеров и формы
МИОО МПГУ Учебно-научный центр функциональных и наноматериалов Методика формирования представлений учащихся о нанотехнологиях в общеобразовательной школе
Названия веков… Используемые материалы являются одним из основных показателей технической культуры общества. Это было отражено в названии веков «каменный век» , «бронзовый век» , «железный век» . ХХ 1 век, вероятно, назовут веком многофункциональных нано- и биоматериалов.
а – трековая мембрана (АСМ); б – микронные проволочки (вторичные структуры) в электронном микроскопе.
C лева – схема структуры нанокристаллического материала; справа – комплекс домов архитектора Франка Овена Герри (Дюссельдорф)
Металлические стекла Первый сплав в аморфном состоянии был получен П. Давеза в 1960 г. (сплав золото-кремний в эвтектическом состоянии Au 75 Si 25) в Калифорнийском Технологическом Институте
Объемные аморфные металлические сплавы Сплавы на основе Zr , Ti , а также Al и Mg с добавкой La и переходных металлов. Низкое значение скорости охлаждения (1 – 500 К/с) позволяет получать сравнительно толстые (до 40 мм) изделия
Использование нанокристаллических материалов Нанокристаллические жаропрочные сплавы перспективны для изготовления лопаток нового поколения газовых турбин реактивных двигателей. Керамические наноматериалы используются как в аэрокосмической технике, так и для изготовления протезов в ортопедии и стоматологии.
Использование нанокристаллических материалов Добавление в ракетное топливо нанокристаллического алюминия может ускорить процесс горения в 15 раз.
Нанофазные (нанокристаллические) сплавы впервые были обнаружены в образцах лунного грунта. До сих пор они производятся в малых количествах
Композиты Композиционный материал, композит — неоднородный материал из двух и более компонент (составляющих), причем между компонентами существует практически четкая граница раздела. Характеризуется свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности
НАНОКОМПОЗИТЫ В нанокомпозитах по крайней мере одна компонента имеет наноразмеры Классический смысл границы раздела матрица-наполнитель теряется
Функциональные материалы (на фото японский солнечный парус) Функциональные материалы могут быть определены как материалы, свойства которых организуют или конструируют таким образом, чтобы они могли удовлетворить конкретному назначению (исполнительной функции) контролируемым способом. На этом и следующем фото – японские солнечные паруса
Металлизированные полимерные покрытия Металлизированные тонкопленочные изделия призваны заменить тяжеловесные зеркальные конструкции. Такие материалы широко применяются на космических аппаратах в качестве термо-окислительно-стабили зационных покрытий, рефлекторов или коллекторов световой энергии, для передачи оптической информации. В качестве пленки-матрицы рядом преимуществ обладают материалы на основе полиимида
Химически металлизированные ПИ пленки Химически металлизированные пленки можно отнести к новым функциональным материалам, учитывая их повышенную отражательную способность и хорошую поверхностную проводимость. Свойства таких пленок были исследованы в рамках международного научного гранта NATO Sf. P (Science for Peace) № 978013 При химической металлизации образуется градиентный по содержанию наночастиц металла поверхностный слой. Фактически это нанокомпозит полимер/металл
«Умные» материалы Из класса функциональных материалов можно выделить активные или «умные» материалы. «Умные» или «интеллектуальные» материалы (smart materials) должны эффективно и самостоятельно менять свои свойства в непредвиденных обстоятельствах или при смене режима работы устройства.
Функциональные материалы будущего Применительно к «умным» материалам, разрабатываемым человеком, ставится футурологическая задача создания гиперфункциональных материалов, превосходящих в некоторых аспектах возможности отдельных биологических органов
Причины появления «умных» материалов и устройств Потребность в умных материалах вызвана тем, что современные механизмы и устройства становятся уязвимыми, с одной стороны, из-за своей сложности, с другой – из-за все более жестких условий эксплуатации: разные среды, радиация, большие скорости движения и пр. Специалисты в военной технике сухо характеризуют оператора-человека как «объект с малым быстродействием и существенным ограничением психофизиологических возможностей» .
Метаматериалы Особое место среди функциональных материалов занимают метаматериалы, свойства которых определяются в основном особенностями конструкции, а не химическим составом. Справа стержень в пустом стакане, с водой и с материалом с отрицательным коэффициентом преломления.
Первый метаматериал с отрицательным КП В 2000 г. Дэвид Смит из Калифорнийского университета в Сан-Диего создал первый материал с отрицательным коэффициентом преломления для электромагнитных волн с частотой 10 гигагерц из листов медной сетки, расположенной слоями
Проблема невидимости В 2006 году британский ученый Джон Пендри теоретически показал, что если объект поместить внутрь специально сконструированной суперлинзы из материала с отрицательным коэффициентом преломления, то для стороннего наблюдателя этот объект станет невидимым.
В августе 2008 г. две группы ученых создали два новых метаматериала с отрицательныи коэффициентом преломления Первый материал представляет собой несколько чередующихся слоев серебра и фторида магния, в которых проделаны отверстия нанометрового размера. Во втором использован пористый оксид алюминия, внутри его полостей при помощи специального процесса выращены серебряные наноштыри, расположенные на расстоянии, меньшем длины световой волны.
Теплоизолирующий материал Aspens Pyrogel AR 5401 [ N ]. Температура факела газовой горелки внизу 1000 0 С
Беспилотный летательный аппарат Polecat, летающее крыло с размахом 28 метров, фирма Lockheed Martin, распечатан на трехмерном принтере
Нанофильтр из молекул антрахинона на поверхности меди. В каждую ячейку входит около 200 молекул
ГИБРИДНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ Весьма перспективными являются гибридные наноматериалы, композиты на молекулярном уровне, состоящие из неорганических, органических и биологических компонентов. Среди последних выделяется ДНК
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ Особенностью биологических наноструктур является комплементарность, способность к распознаванию на молекулярном уровне (ДНК, антитела и др.). Эта способность является основой работы биодатчиков, но она же может быть использована для самосборки наноструктур, что является ключевым моментом в процессах «снизу-вверх» .
Белковые «пружины» А нкириновые повторы состоят из тандемных модулей приблизительно 33-х аминокислот. Их атомная структура очень необычна и представляет собой короткие антипараллельные альфа-витки, которые сами собираются в спирали. Б лагодаря такой структуре анкириновые повторы могут быстро восстанавливаться после растяжения. О бнаружены более чем в 400 протеинах человеческого организма. Они содержатся в клетках волос внутреннего уха, где играют важную роль в преобразовании акустических сигналов в электрические. Анкириновые белки также регулируют ионный обмен в мембране сердечной мышцы.
Супрамолекулярные структуры, супрамолекулярная химия Термин введен в 1978 г. выдающимся французским химиком, лауреатом Нобелевской премии 1987 г. Ж. -М. Леном и определен им как “ химия за пределами молекулы, описывающая сложные образования, которые являются результатом ассоциации двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами”. Развитие супрамолекулярной химии в значительной степени обусловлено ее междисциплинарным характером (органическая и координационная химия, физическая химия, биология, физика конденсированного состояния, микроэлектроники и др.)
Супрамолекулярные системы Иерархия выстраивается так: атомы — молекулы — супрамолекулярные системы — биологические системы. Супрамолекулярные системы — это мост между неживой и живой материей.
Вверху — типы супрамолекулярных структур; внизу — схема самосборки решетки из шести линейных молекул и девяти ионов серебра
БИОМИМЕТИЧЕСКИЕ ГИБРИДНЫЕ ПОЛИМЕРЫ, «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ХИМЕРЫ» Полимеры, в макромолекулах которых присутствуют как природные, так и синтетические блоки. Такие полимеры способны формировать сложные супрамолекулярные ансамбли с рядом специфических функциональных свойств. Их создание рассматривается как стратегический путь конструирования «умных» наноматериалов
Новая роль компьютерного моделирования «…осознается потенциал моделей прогнозировать свойства, которые лежат за пределами современного эксперимента» Академик М. В. Алфимов
Компьютерное моделирование Основной проблемой всех этих расчетов является квантовомеханический характер свойств наночастиц. Применительно к отдельным атомам и молекулам соответствующий теоретический аппарат и численные методы развивались. Для макроскопических систем применялся статистический метод. Но число атомов в наночастицах обычно слишком мало для статистического метода и в то же время слишком велико для простых квантовых моделей.
Производство новых материалов По прогнозу из общего объема ежегодного рынка нанотехнологической продукции в 20015-2020 году (2 триллиона долларов США) 340 млрд долларов придется на новые материалы, которые не могут быть получены традиционными методами.
Из анализа экспертных оценок специалистов следует, что в ближайшие 20 лет 90 % современных материалов, применяемых в промышленности, будут заменены новыми, в частности «интеллектуальными», что позволит создать элементы конструкций, которые будут определять технический прогресс XXIв.
Литература М. В. Алфимов, Нанотехнологии. Роль компьютерного моделирования, редакционная статья, журнал Российские Нанотехнологии, т. 2, № 7-8, 2007 г. Д. Диксон, П. Каммингс, К. Хесс, Теория и моделирование наноструктур, в кн. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований, ред. М. К. Роко, Р. С. Уильямса, П. Аливасатоса, М. , МИР, 2002 г. , стр. 48-
Литература (продолжение) А. И. Гусев, Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии, М. , Физматлит, 2005 г. , 416 стр. 2. Н. П. Лякишев, Нанокристаллические структуры – новое направление развития конструкционных материалов, Вестник РАН, т. 73, № 5, 2003, с. 422 Д. И. Рыжонков, В. В. Левина, Э. Л. Дзидзигури, Наноматериалы, М. , БИНОМ. Лаборатория знаний, 365 стр.
Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Презентацию на тему "Нанотехнологии и Наноматериалы" можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет проекта: Химия. Красочные слайды и иллюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать доклад - нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 11 слайд(ов).
Слайды презентации
Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Что такое Нанотехнологии?
Это несколько конкурирующих технологий производства изделий радиоэлектроники с размерами функциональных элементов порядка нанометров (10 в минус девятой степени, т.е. в доли миллиметра). Внедрение этих технологий в военную радиоэлектронику позволит получить супермалые образцы оружия (например, самонаводящиеся пули), либо резко повысить "интеллектуальные" возможности управляемого оружия благодаря придания ему автономных функций обнаружения, распознавания и, как следствие, гарантированного попадания в любые цели. Внедрение нанотехнологий в другие виды военной техники позволит существенно повысить их эффективность и расширить диапазон применения.
Слайд 4
Существует и другая версия
Нанотехнологии - это технологии работы с веществом на уровне отдельных атомов. Традиционные методы производства работают с порциями вещества, состоящими из миллиардов и более атомов. Это значит, что даже самые точные приборы, произведённые человеком до сих пор, на атомарном уровне выглядят как беспорядочная мешанина. Переход от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами - это качественный скачок, обеспечивающий беспрецедентную точность и эффективность.
Слайд 5
Медицина и Нанотехнологии
В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т.е. осуществлять "молекулярную хирургию" с помощью наноботов. Ожидается создание молекулярных роботов-врачей, которые могут "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая возникновение таковых. В действительности наномедицины пока еще не существует, существуют лишь нанопроекты, воплощение которых в медицину, в конечном итоге, и позволит отменить старение. Несмотря на существующее положение вещей, нанотехнологии - как кардинальное решение проблемы старения, являются более чем перспективными
Слайд 6
Для достижения этих целей человечеству необходимо решить три основных вопроса: 1. Разработать и создать молекулярных роботов, которые смогут ремонтировать молекулы. 2. Разработать и создать нанокомпьютеры, которые будут управлять наномашинами. 3. Создать полное описание всех молекул в теле человека, иначе говоря, создать карту человеческого организма на атомном уровне. Основная сложность с нанотехнологией - это проблема создания первого нанобота. Существует несколько многообещающих направлений
Слайд 7
Государство и Нанотехнологии
ГОСУДАРСТВО выделило на «поддержку нанотехнологий» 180 млрд. рублей. Этими средствами управляет госкорпорация «Роснанотех». Контроль над ней осуществляется правительством. При этом прибыль от деятельности ГК «Роснанотех» не подлежит изъятию и распределению правительством. Кроме того, «Роснанотех» выведен из-под действия закона о банкротстве. В сообщении президента РФ в момент начала экономического кризиса, было сказано, что гос-во не будет жалеть средств на развитие нанотехнологий, что показывает важность этой отрасли для гос-ва.
Слайд 8
Корпорации разрешено расходовать любые средства на покупку ценных бумаг (в рамках поддержки нанотехнологических проектов). Также она имеет право инвестировать свободные средства в любые финансовые инструменты. Размер таких инвестиций утверждается наблюдательным советом «Роснанотеха» раз в год. Наблюдательный совет корпорации (15 человек: 5 депутатов или сенаторов, 5 членов правительства или администрации президента, 5 представителей науки, бизнеса или Общественной палаты) назначается правительством и, в свою очередь, назначает на пятилетний срок гендиректора ГК «Роснанотех». Он же по представлению гендиректора утверждает правление корпорации.
Слайд 9
Фантастические Перспективы
Перспективы развития нанотехнологий в различных отраслях. По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation объем рынка товаров и услуг, с использованием нанотехнологий может вырасти до $1 трлн. в ближайшие 10-15 лет: в промышленности материалы с высокими заданными характеристиками, которые не могут быть созданы традиционным способом, могут занять рынок объемом $340 млрд. в ближайшие 10 лет. в полупроводниковой промышленности объем рынка нанотехнологичной продукции может достигнуть $300 млрд. в ближайшие 10-15 лет. в сфере здравоохранения использование нанотехнологий может позволить помочь увеличить продолжительность жизни, улучшить ее качество и расширить физические возможности человека. в фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий. Объем продукции с использованием нанотехнологий составит более $180 млрд. в ближайшие 10-15 лет.
Слайд 10
А так же… в химической промышленности наноструктурные катализаторы имеют применение при производстве бензина и в других химических процессах, с приблизительным ростом рынка до $100 млрд. По прогнозам экспертов рынок таких товаров растет на 10% в год. в транспорте применение нанотехнологий и наноматериалов позволит создавать более легкие, быстрые, надежные и безопасные автомобили. Рынок только авиакосмических продуктов может достичь $70 млрд. к 2010 году. в сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономические пути фильтрации воды и позволит ускорить развитие возобновимых источников энергии, таких как высокоэффективная конверсия солнечной энергии. Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и экономить значительные средства. Так по прогнозам ученых применение нанотехнологий в сфере использования энергии света через 10-15 лет может снизить потребление энергии в мире на 10%, предоставить общую экономию $100 млрд. и соответственно сократить вредные выбросы углекислого газа в размере 200 млн. тонн.
