Нанотехнології Нанотехнології - це новий напрямок науки і технології, що активно розвивається в останні десятиліття. Нанотехнології включають створення та використання матеріалів, пристроїв та технічних систем, функціонування яких визначається наноструктурою, тобто її впорядкованими фрагментами розміром від 1 до 100 нанометрів.
Перспективи НАНОТЕХНОЛОГІЇ МЕДИЦИНА Створення молекулярних роботів-лікарів, які «жили» б усередині людського організму, усуваючи всі пошкодження. МЕДИЦИНА Створення молекулярних роботів-лікарів, які «жили» б усередині людського організму, усуваючи всі пошкодження. ГЕРОНТОЛОГІЯ Досягнення особистого безсмертя людей за рахунок впровадження в організм молекулярних роботів, що запобігають старінню клітин, а також перебудові та «обладнанню» тканин людського організму. ГЕРОНТОЛОГІЯ Досягнення особистого безсмертя людей за рахунок впровадження в організм молекулярних роботів, що запобігають старінню клітин, а також перебудові та «обладнанню» тканин людського організму.
Біологія Стане можливим «впровадження» в живий організм на рівні атомів. Наслідки можуть бути різними - від «відновлення» вимерлих видів до створення нових типів живих істот, біороботів. Біологія Стане можливим «впровадження» в живий організм на рівні атомів. Наслідки можуть бути різними - від «відновлення» вимерлих видів до створення нових типів живих істот, біороботів. ЕКОЛОГІЯ Повне усунення шкідливого впливу діяльності людини на довкілля. По-перше, за рахунок насичення екосфери молекулярними роботами-санітарами, що перетворюють відходи діяльності людини на вихідну сировину, а по-друге, за рахунок переведення промисловості та сільського господарства на безвідходні нанотехнологічні методи. ЕКОЛОГІЯ Повне усунення шкідливого впливу діяльності людини на довкілля. По-перше, за рахунок насичення екосфери молекулярними роботами-санітарами, що перетворюють відходи діяльності людини на вихідну сировину, а по-друге, за рахунок переведення промисловості та сільського господарства на безвідходні нанотехнологічні методи.
ОСВОЄННЯ КОСМОСУ Величезна армія роботів-молекул буде випущена в навколоземний космічний простір і підготує його для заселення людиною - зробить придатними для проживання Місяць, астероїди, найближчі планети, спорудить з «підручних матеріалів» космічні станції. ОСВОЄННЯ КОСМОСУ Величезна армія роботів-молекул буде випущена в навколоземний космічний простір і підготує його для заселення людиною - зробить придатними для проживання Місяць, астероїди, найближчі планети, спорудить з «підручних матеріалів» космічні станції. КИБЕРНЕТИКА Відбудеться перехід від нині існуючих планарних структур до об'ємних мікросхем, розміри активних елементів зменшуватимуться до розмірів молекул середовища вона стане комфортною для людини. РОЗУМНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ПРОЖИВАННЯ За рахунок впровадження логічних наноелементів у всі атрибути навколишнього середовища вона стане комфортною для людини.
ПРОМИСЛОВІСТЬ Заміна традиційних методів виробництва збиранням молекулярними роботами предметів споживання безпосередньо з атомів та молекул. ПРОМИСЛОВІСТЬ Заміна традиційних методів виробництва збиранням молекулярними роботами предметів споживання безпосередньо з атомів та молекул. СІЛЬСЬКЕ ГОСПОДАРСТВО Заміна «природних машин» для їжі їх штучними аналогами - комплексами з молекулярних роботів. Вони відтворюватимуть ті ж хімічні процеси, що відбуваються в живому організмі, проте більш коротким і ефективним шляхом. СІЛЬСЬКЕ ГОСПОДАРСТВО Заміна «природних машин» для їжі їх штучними аналогами - комплексами з молекулярних роботів. Вони відтворюватимуть ті ж хімічні процеси, що відбуваються в живому організмі, проте більш коротким і ефективним шляхом.
Лідерами з виробництва та розвитку нанотехнологій у світі є США та Японія. Лідерами з виробництва та розвитку нанотехнологій у світі є США та Японія. Лідерами за обсягом інвестицій у нанотехнології у період з 2006 по 2010 роки. стануть Японія (6 млрд. доларів), США (5,6 млрд. доларів) та країни Євросоюзу (4,6 млрд. доларів). Лідерами за обсягом інвестицій у нанотехнології у період з 2006 по 2010 роки. стануть Японія (6 млрд. доларів), США (5,6 млрд. доларів) та країни Євросоюзу (4,6 млрд. доларів). Росія планує інвестувати у розвиток нанотехнологій близько 8 млрд доларів до 2011 року. Для цього була створена "Російська корпорація нанотехнологій" (РосНаноТех), яка планує інвестувати в нанотехнологічні проекти близько 15 млрд. руб. Росія планує інвестувати у розвиток нанотехнологій близько 8 млрд доларів до 2011 року. Для цього була створена "Російська корпорація нанотехнологій" (РосНаноТех), яка планує інвестувати в нанотехнологічні проекти близько 15 млрд. руб.
Перше покоління називається «пасивні наноструктури», а нанопорошки, які можна додавати в різні матеріали: полімери, кераміку, метали, покриття, ліки, косметику, їжу та інші товари народного споживання. Друге покоління «активні наноструктури» (2005–2010) передбачає створення компонентів нанобіотехнологій, нейроелектронних інтерфейсів, наноелектромеханічних систем Третє покоління «системи наносистем» (2010– 2015) 2015–2020), тобто молекулярні пристрої, атомний дизайн
НДІ Японії Японські вчені створюють наноматеріали на основі вуглецю Японські вчені створюють наноматеріали на основі вуглецю У 1991 р. японський дослідник С. Іідзіма з компанії «Ніхон денкі» відкрив ще одну незвичайну структуру - вуглецеві нанотрубки У 1991 р. японський дослідник С. «Ніхон денкі» відкрив ще одну незвичайну структуру - вуглецеві нанотрубки можуть використовуватися в техніці електронної мікроскопії, в транзисторах і дисплеях, як елементи-поглиначі водню, при виробництві композитів можуть використовуватися в техніці електронної мікроскопії, в транзисторах і дисплеях, поглиначів водню при виробництві композитів
Китай Китай В даний час у Китаї налічується близько 800 компаній, що займаються впровадженням нанотехнологій, та понад 100 науково-дослідних лабораторій. Характер їхньої роботи зазвичай залишається закритим. Найбільший інтерес у китайських військових викликають мікрочіпи, здатні підвищувати живучість особового складу під час застосування противником зброї масового ураження. В даний час у Китаї налічується близько 800 компаній, що займаються впровадженням нанотехнологій, та понад 100 науково-дослідних лабораторій. Характер їхньої роботи зазвичай залишається закритим. Найбільший інтерес у китайських військових викликають мікрочіпи, здатні підвищувати живучість особового складу під час застосування противником зброї масового ураження.
Комп'ютери та мікроелектроніка Комп'ютери та мікроелектроніка Нанокомп'ютер обчислювальний пристрій на основі електронних технологій з розмірами логічних елементів близько кількох нанометрів. Сам комп'ютер, який розробляється на основі нанотехнологій, також має мікроскопічні розміри. Нанокомп'ютер обчислювальний пристрій з урахуванням електронних технологій з розмірами логічних елементів близько кількох нанометрів. Сам комп'ютер, який розробляється на основі нанотехнологій, також має мікроскопічні розміри. ДНК комп'ютерна обчислювальна система, що використовує обчислювальні можливості молекул ДНК. При ДНК обчислення дані подаються над формі нулів і одиниць, а вигляді молекулярної структури, побудованої з урахуванням спіралі ДНК. Роль програмного забезпечення для читання, копіювання та управління даними виконують спеціальні ферменти. ДНК комп'ютерна обчислювальна система, що використовує обчислювальні можливості молекул ДНК. При ДНК обчислення дані подаються над формі нулів і одиниць, а вигляді молекулярної структури, побудованої з урахуванням спіралі ДНК. Роль програмного забезпечення для читання, копіювання та управління даними виконують спеціальні ферменти. Атомно силовий мікроскоп скануючий зондовий мікроскоп високої роздільної здатності, заснований на взаємодії голки кантилевера (зонда) з поверхнею досліджуваного зразка. На відміну від скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) може досліджувати як провідні, так і непровідні поверхні навіть через шар рідини, що дозволяє працювати з органічними молекулами (ДНК). Атомно силовий мікроскоп скануючий зондовий мікроскоп високої роздільної здатності, заснований на взаємодії голки кантилевера (зонда) з поверхнею досліджуваного зразка. На відміну від скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) може досліджувати як провідні, так і непровідні поверхні навіть через шар рідини, що дозволяє працювати з органічними молекулами (ДНК).
Наномедицина та фармацевтична промисловість Наномедицина та фармацевтична промисловість Напрямок у сучасній медицині, заснований на використанні унікальних властивостей наноматеріалів та нанооб'єктів для відстеження, конструювання та зміни біологічних систем людини на наномолекулярному рівні. Напрямок у сучасній медицині заснований на використанні унікальних властивостей наноматеріалів та нанооб'єктів для відстеження, конструювання та зміни біологічних систем людини на наномолекулярному рівні. ДНК нанотехнології використовують специфічні основи молекул ДНК та нуклеїнових кислот для створення на їх основі чітко заданих структур. ДНК нанотехнології використовують специфічні основи молекул ДНК та нуклеїнових кислот для створення на їх основі чітко заданих структур. На початку 2000-го року, завдяки швидкому прогресу в технології виготовлення частинок нанорозмірів, було дано поштовх до розвитку нової галузі нанотехнології наноплазмоніки. Виявилося можливим передавати електромагнітне випромінювання вздовж ланцюжка металевих наночастинок за допомогою збудження плазмових коливань. На початку 2000-го року, завдяки швидкому прогресу в технології виготовлення частинок нанорозмірів, було дано поштовх до розвитку нової галузі нанотехнології наноплазмоніки. Виявилося можливим передавати електромагнітне випромінювання вздовж ланцюжка металевих наночастинок за допомогою збудження плазмових коливань.
Робототехніка Робототехніка Нанороботи Роботи, створені з наноматеріалів і розміром, можна порівняти з молекулою, що володіють функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до створення власних копій, тобто. самовідтворення, називаються реплікаторами. Нанороботи Роботи, створені з наноматеріалів і розміром, можна порівняти з молекулою, що володіють функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до створення власних копій, тобто. самовідтворення, називаються реплікаторами.
Вплив на економіку Нанотехнології – це інструмент, засіб, з якого країни можуть проводити підвищення конкурентоспроможності підприємств через розвиток виробництва та підвищення якості продукції різних галузях економіки. Нанотехнології – це інструмент, засіб, з якого країни можуть проводити підвищення конкурентоспроможності підприємств через розвиток виробництва та підвищення якості продукції різних галузях економіки.
Слайд 2
Нанотехнології
Нанотехнологія - область прикладної науки і техніки, що займається вивченням властивостей об'єктів та розробкою пристроїв розмірів близько 10-9 м або 10 нм. Нанотехнології - це технології маніпулювання речовиною на атомному та молекулярному рівні з метою створення нано структур, нано пристроїв та матеріалів зі спеціальними властивостями. Особливість нанотехнологій полягає в тому, що аналізовані процеси і дії відбуваються в нанометровому діапазоні просторових масштабів. У цьому вся діапазоні розмірів «сировиною» є окремі атоми, молекули, молекулярні системи. 1 нанометр (нм) – це одна мільярдна частка метра, або одна мільйонна частка міліметра. Що таке НАНО?
Слайд 3
Річард Фейнман стояв біля витоків нанотехнологій він пропонував безліч різних формулювань. Вперше термін "нанотехнологія" вжив Норіо Танігучі в 1974 р. Річард Фейнман Ерік К. Дрекслер
Слайд 4
Нанотехнології сьогодні активно займаються приблизно в 50 країнах. Лідирують США, Японія, Південна Корея, ФРН. Росія посідає місце у другій десятці. Але за кількістю публікацій з нанотематики ми на почесному 8-му місці.
Слайд 5
Нанотехнології в Росії
Вивчення властивості металів як наночастинок Створення біочипів та найтонших плівок Створення маніпуляторів найдрібніших розмірів
Слайд 6
Нанотехнології, які ми використовуємо у житті:
Слайд 7
Використання нанотехнологій у медицині
Американці створили матеріал, що імітує справжню кісткову тканину. Застосувавши метод самоскладання волокон, що імітують природний колаген, вони посадили на них нанокристалигідрооксиапатиту. А вже потім на цю «шпаклівку» приклеювалися власні кісткові клітини людини – таким матеріалом можна замінювати дефекти кісток після травм чи операцій.
Слайд 8
Нанотехнології та мода
Вперше нанотехнології почали застосовувати у виробництві модного одягу близько року тому. З того часу деякі з модельєрів розпочали співпрацю з вченими для виробництва моделей, так званого, "функціонального одягу". Вона відрізнятиметься від звичної нам не лише зовнішнім виглядом, але й властивостями тканини, з якої вона виготовлена.
Слайд 9
Не вимагає прання У ньому неможливо захворіти Не пропускає шкідливі гази та захищає від сучасної екології 1 кв. метр тканини коштує приблизно 10тис. $
Слайд 10
Комп'ютер у чашці-термосі
Студент-дизайнер Джейсон Фарсай вигадав комп'ютер Yuno, вбудований у кухоль-термос для кави. Програмна частина цього гуртка-комп'ютера складатиметься з віджетів, що демонструють погоду, дорожню обстановку, біржові котирування, електронну пошту тощо.
Слайд 11
Компанія Nokia і фахівці з Кембриджського університету нещодавно показали цікаву новинку — мобільний телефон Morph, що розтягується, зроблений із застосуванням нанотехнологій.
Слайд 12
Супутники також створені на основі нанотехнологій
Слайд 13
Нанороботи та комп'ютери
Слайд 14
Нанотехнологи жартують
Наноунітаз отримав приз на 49 міжнародному конкурсі мікрографії як найбільш ексцентрична робота 2005 року. Загалом у конкурсі брало участь понад 40 робіт, проте проект від SII NanoTechnology виявився незвичайним. Такого використання нанотехнологій журі ще не бачило!
Слайд 15
Висновок: Вплив нанотехнологій на життя обіцяє мати загальний характер, внаслідок чого зміниться економіка і торкнуться всіх сторін побуту, роботи, соціальних відносин. Використання інноваційних матеріалів XXI століття дозволить втілювати в реальність неймовірні проекти. За допомогою нанотехнологій ми зможемо заощаджувати час, отримувати більше благ за меншу ціну, постійно підвищувати рівень та якість життя. Камінь спотикання сучасної нанотехнології – неможливість масового виробництва високотехнологічних продуктів. Результатів, які демонструють потенційні можливості нанотехнології, вже досягнуто, але технологій масового виробництва поки що не існує.
Переглянути всі слайди
Нанонаука - сукупність знань про властивості речовини в нанометровому масштабі; наноматеріали матеріали, що містять структурні елементи, геометричні розміри яких хоча б в одному вимірі не перевищують 100 нм, і мають якісно нові властивості, функціональні та експлуатаційні характеристики; нанотехнологія - вміння цілеспрямовано створювати об'єкти (з заздалегідь заданими складом, розмірами та структурою) в діапазоні приблизно нм * 1 нанометр (нм) = 10 -9 м
"Нанотехнологія сукупність методів і прийомів, що забезпечують можливість контрольованим чином створювати та модифікувати об'єкти, що включають компоненти з розмірами менше 100нм, хоча б в одному вимірі, і в результаті цього отримали принципово нові якості, що дозволяють здійснити їх інтеграцію в повноцінно функціонуючі системи великого масштабу; В більш широкому значенні цей термін охоплює також методи діагностики, характерології та досліджень таких об'єктів. Федеральне Агентство з науки та інновацій у "Концепції розвитку в РФ робіт у галузі нанотехнологій до 2010 року"
1959 р.- Річард Фейнман: «Внизу повним повно місця…» - вказав на фантастичні перспективи, які обіцяє виготовлення матеріалів та пристроїв на атомному та молекулярному рівні 1974 р.- японським ученим Танігучі був уперше використаний термін «нанотехнології» 1986 р.- американець Дрекслер видає книгу «Машини творення: настання ери нанотехнології»
1985 р. - ідентифіковано нову форму вуглецю – кластери С60 і С70, названу фулеренами (роботи нобелівських лауреатів Н.Крото, Р.Керлу, Р.Смоллі) р. – японський вчений С.Ішима виявив вуглецеві нанотрубки в продуктах електроду
…Якщо замість того, щоб вибудовувати атоми по ранжиру, стрій за строєм, колону за колоною, навіть замість того, щоб споруджувати з них хитромудрі молекули запаху фіалок, якщо замість цього розташовувати їх щоразу по-новому, урізноманітнюючи їх мозаїку, не повторюючи того , Що вже було, - уявляєте, скільки незвичайного, несподіваного може виникнути в їх поведінці. Р. П. Фейнман
Коли йдеться про розвиток нанотехнологій, зазвичай маються на увазі три напрями: виготовлення електронних схем (у тому числі й об'ємних) з активними елементами, порівнянними розмірами з розмірами молекул і атомів; розробка та виготовлення наномашин, тобто. механізмів та роботів розміром з молекулу; безпосередня маніпуляція атомами і молекулами і збирання їх всього існуючого.
O фотонні кристали, поведінка світла яких порівняно з поведінкою електронів у напівпровідниках. На їх основі можливе створення приладів із швидкодією вищою, ніж у напівпровідникових аналогів; o розпоряджені нанокристалічні середовища для лазерної генерації та отримання лазерних дисплеїв з більш високою яскравістю (на 2-3 порядки вище, ніж на звичайних світлодіодах) і більшим кутом огляду; o функціональну кераміку на основі літієвих сполук для твердотільних паливних елементів, твердотільних джерел струму, що перезаряджаються, сенсорів газових і рідких середовищ для роботи в жорстких технологічних умовах; o квазікристалічні наноматеріали, що мають унікальне поєднання підвищеної міцності, низького коефіцієнта тертя та термостабільності, що робить їх перспективними для використання в машинобудуванні, альтернативній та водневій енергетиці; o Основні класи наноматеріалів та наноструктур
До конструкційні наноструктурні тверді та міцні сплави для ріжучих інструментів з підвищеною зносостійкістю та ударною в'язкістю, а також наноструктурні захисні термо- та корозійностійкі покриття; o полімерні композити з наповнювачами з наночастинок і нанотрубок, що мають підвищену міцність і низьку займистість; o біосумісні наноматеріали для створення штучної шкіри, принципово нових типів перев'язувальних матеріалів з антимікробною, противірусною та протизапальною активністю; o нанорозмірні порошки з підвищеною поверхневою енергією, у тому числі магнітні, для дисперсійного зміцнення сплавів, створення елементів пам'яті аудіо- та відеосистем, добавок до добрив, кормів, магнітних рідин та фарб;
O органічні наноматеріали, що мають багато властивостей, недоступних неорганічних речовин. Органічна нанотехнологія на базі самоорганізації дозволяє створювати шаруваті органічні наноструктури, що є основою органічної наноелектроніки та конструювати моделі біомембран клітин живих організмів для фундаментальних досліджень процесів їхнього функціонування (молекулярна архітектура); o полімерні нанокомпозитні та плівкові матеріали для нелінійних оптичних та магнітних систем, газових сенсорів, біосенсорів, мультишарових композитних мембран; o покривні полімери для захисних пасивуючих, антифрикційних, селективних покриттів, що просвітлюють; o полімерні наноструктури для гнучких екранів; o двовимірні сегнетоелектричні плівки для енергонезалежних пристроїв; o рідкокристалічні наноматеріали для високоінформативних та ергономічних типів дисплеїв, нових типів рідкокристалічних дисплеїв (електронний папір).
Багато властивостей речовин (температура плавлення, ширина ЗЗ напівпровідниках, залишковий магнетизм) переважно визначаються розмірами кристалів в нанометровому інтервалі. Це відкриває можливість переходу до нового покоління матеріалів, властивості яких змінюються не шляхом зміни хімічного складу компонентів, а шляхом регулювання їх розмірів та форми
МІОО МПГУ Навчально-науковий центр функціональних та наноматеріалів Методика формування уявлень учнів про нанотехнології у загальноосвітній школі
Назви століть… Матеріали, що використовуються, є одним з основних показників технічної культури суспільства. Це було відображено в назві століть «кам'яний вік», «бронзовий вік», «залізний вік». ХХ 1 століття, ймовірно, назвуть століттям багатофункціональних нано- та біоматеріалів.
а – трекова мембрана (АСМ); б - мікронні дротики (вторинні структури) в електронному мікроскопі.
C ліва – схема структури нанокристалічного матеріалу; справа – комплекс будинків архітектора Франка Овена Геррі (Дюссельдорф)
Металеве скло Перший сплав в аморфному стані був отриманий П. Давеза в 1960 р. (сплав золото-кремній в евтектичному стані Au 75 Si 25) у Каліфорнійському Технологічному Інституті
Об'ємні аморфні металеві сплави Сплави на основі Zr, Ti, а також Al та Mg з добавкою La та перехідних металів. Низьке значення швидкості охолодження (1 – 500 К/с) дозволяє отримувати порівняно товсті (до 40 мм) вироби
Використання нанокристалічних матеріалів Нанокристалічні жароміцні сплави є перспективними для виготовлення лопаток нового покоління газових турбін реактивних двигунів. Керамічні наноматеріали використовуються як в аерокосмічній техніці, так і для виготовлення протезів в ортопедії та стоматології.
Використання нанокристалічних матеріалів Додавання до ракетного палива нанокристалічного алюмінію може прискорити процес горіння в 15 разів.
Нанофазні (нанокристалічні) сплави вперше були виявлені у зразках місячного ґрунту. До цих пір вони виробляються в малих кількостях
Композити Композиційний матеріал, композит - неоднорідний матеріал із двох і більше компонентів (складових), причому між компонентами існує практично чітка межа розділу. Характеризується властивостями, якими не має жоден із компонентів, взятий окремо
НАНОКОМПОЗИТИ У нанокомпозитах принаймні одна компонента має нанорозміри Класичний сенс межі розділу матриця-наповнювач
Функціональні матеріали (на фото японське сонячне вітрило) Функціональні матеріали можуть бути визначені як матеріали, властивості яких організують або конструюють таким чином, щоб вони могли задовольнити конкретного призначення (виконавчої функції) контрольованим способом. На цьому та наступному фото – японські сонячні вітрила
Металізовані полімерні покриття Металізовані тонкоплівкові вироби покликані замінити великовагові дзеркальні конструкції. Такі матеріали широко застосовуються на космічних апаратах як термо-окислювально-стабілізаційних покриттів, рефлекторів або колекторів світлової енергії, для передачі оптичної інформації. Як плівка-матриця ряд переваг мають матеріали на основі полііміду.
Хімічно металізовані ПІ плівки Хімічно металізовані плівки можна віднести до нових функціональних матеріалів, враховуючи їх підвищену відбивну здатність та хорошу поверхневу провідність. Властивості таких плівок було досліджено у рамках міжнародного наукового гранту NATO Sf. P (Science for Peace) № 978013 При хімічній металізації утворюється градієнтний вміст наночастинок металу поверхневий шар. Фактично це нанокомпозит полімер/метал
"Розумні" матеріали З класу функціональних матеріалів можна виділити активні або "розумні" матеріали. "Розумні" або "інтелектуальні" матеріали (smart materials) повинні ефективно та самостійно змінювати свої властивості у непередбачених обставинах або при зміні режиму роботи пристрою.
Функціональні матеріали майбутнього Стосовно «розумних» матеріалів, які розробляє людина, ставиться футурологічне завдання створення гіперфункціональних матеріалів, що перевершують у деяких аспектах можливості окремих біологічних органів.
Причини появи «розумних» матеріалів та пристроїв Потреба в розумних матеріалах викликана тим, що сучасні механізми та пристрої стають вразливими, з одного боку, через свою складність, з іншого – через все більш жорсткі умови експлуатації: різні середовища, радіація, великі швидкості руху та ін. Фахівці у військовій техніці сухо характеризують оператора-людини як «об'єкт з малою швидкодією та суттєвим обмеженням психофізіологічних можливостей».
Метаматеріали Особливе місце серед функціональних матеріалів займають метаматеріали, властивості яких визначаються переважно особливостями конструкції, а чи не хімічним складом. Праворуч стрижень у порожній склянці, з водою та з матеріалом з негативним коефіцієнтом заломлення.
Перший метаматеріал з негативним КП У 2000 р. Девід Сміт з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго створив перший матеріал з негативним коефіцієнтом заломлення для електромагнітних хвиль із частотою 10 гігагерц із листів мідної сітки, розташованої шарами
Проблема невидимості У 2006 році британський вчений Джон Пендрі теоретично показав, що якщо об'єкт помістити всередину спеціально сконструйованої суперлінзи з матеріалу з негативним коефіцієнтом заломлення, то для стороннього спостерігача цей об'єкт стане невидимим.
У серпні 2008 р. дві групи вчених створили два нових метаматеріали з негативним коефіцієнтом заломлення Перший матеріал являє собою кілька шарів срібла і фториду магнію, що чергуються, в яких виконані отвори нанометрового розміру. У другому використаний пористий оксид алюмінію, всередині його порожнин за допомогою спеціального процесу вирощені срібні наноштирі, розташовані на відстані меншій за довжину світлової хвилі.
Теплоізолюючий матеріал Aspens Pyrogel AR 5401 [N]. Температура факела газового пальника внизу 1000 0 С
Безпілотний літальний апарат Polecat, що літає крило з розмахом 28 метрів, фірма Lockheed Martin, роздрукована на тривимірному принтері.
Нанофільтр із молекул антрахінону на поверхні міді. У кожен осередок входить близько 200 молекул
ГІБРИДНІ НАНОМАТЕРІАЛИ Дуже перспективними є гібридні наноматеріали, композити на молекулярному рівні, що складаються з неорганічних, органічних та біологічних компонентів. Серед останніх виділяється ДНК
КОМПЛЕМЕНТАРНІСТЬ Особливістю біологічних наноструктур є комплементарність, здатність до розпізнавання на молекулярному рівні (ДНК, антитіла та ін.). Ця здатність є основою роботи біодатчиків, але вона може бути використана для самоскладання наноструктур, що є ключовим моментом в процесах «знизу-вгору».
Білкові «пружини» Анкіринові повтори складаються з тандемних модулів приблизно 33-х амінокислот. Їхня атомна структура дуже незвичайна і є короткими антипаралельними альфа-витками, які самі збираються в спіралі. Завдяки такій структурі анкіринові повтори можуть швидко відновлюватися після розтягування. Про виявлено більш ніж у 400 протеїнах людського організму. Вони містяться в клітинах волосся внутрішнього вуха, де відіграють важливу роль у перетворенні акустичних сигналів на електричні. Анкіринові білки також регулюють іонний обмін у мембрані серцевого м'яза.
Супрамолекулярні структури, супрамолекулярна хімія Термін запроваджено у 1978 р. видатним французьким хіміком, лауреатом Нобелівської премії 1987 р. Ж.-М. Лєном і визначений ним як "хімія за межами молекули, що описує складні утворення, що є результатом асоціації двох (або більше) хімічних частинок, пов'язаних разом міжмолекулярними силами". Розвиток супрамолекулярної хімії значною мірою зумовлений її міждисциплінарним характером (органічна та координаційна хімія, фізична хімія, біологія, фізика конденсованого стану, мікроелектроніки та ін.)
Супрамолекулярні системи Ієрархія вибудовується так: атоми – молекули – супрамолекулярні системи – біологічні системи. Супрамолекулярні системи - це міст між неживою та живою матерією.
Вгорі - типи супрамолекулярних структур; внизу - схема самоскладання решітки з шести лінійних молекул і дев'яти іонів срібла
БІОМІМЕТИЧНІ ГІБРИДНІ ПОЛІМЕРИ, «МОЛЕКУЛЯРНІ ХІМЕРИ» Полімери, в макромолекулах яких є як природні, так і синтетичні блоки. Такі полімери здатні формувати складні супрамолекулярні ансамблі із низкою специфічних функціональних властивостей. Їх створення сприймається як стратегічний шлях конструювання «розумних» наноматеріалів.
Нова роль комп'ютерного моделювання «… усвідомлюється потенціал моделей прогнозувати властивості, що лежать поза сучасного експерименту» Академік М. У. Алфимов
Комп'ютерне моделювання Основною проблемою всіх цих розрахунків є квантово-механічний характер властивостей наночастинок. Стосовно окремих атомів і молекул відповідний теоретичний апарат та чисельні методи розвивалися. Для макроскопічних систем застосовувався статистичний метод. Але число атомів у наночастинках зазвичай занадто мало статистичного методу й те водночас занадто велике для простих квантових моделей.
Виробництво нових матеріалів За прогнозом із загального обсягу щорічного ринку нанотехнологічної продукції в 20015-2020 роках (2 трильйони доларів США) 340 млрд доларів припаде на нові матеріали, які не можуть бути отримані традиційними методами.
З аналізу експертних оцінок фахівців випливає, що в найближчі 20 років 90 % сучасних матеріалів, що застосовуються в промисловості, будуть замінені на нові, зокрема «інтелектуальні», що дозволить створити елементи конструкцій, які визначатимуть технічний прогрес XXI ст.
Література М. В. Алфімов, Нанотехнології. Роль комп'ютерного моделювання, редакційна стаття, журнал Російські Нанотехнології, т. 2, № 7-8, 2007 Д. Діксон, П. Каммінгс, К. Хесс, Теорія і моделювання наноструктур, в кн. Нанотехнологія у найближчому десятилітті. Прогноз напряму досліджень, ред. М. К. Роко, Р. С. Вільямса, П. Алівасатоса, М. , СВІТ, 2002, стор 48-
Література (продовження) А. І. Гусєв, Наноматеріали, наноструктури, нанотехнології, М., Фізматліт, 2005 р., 416 стор. 2. Н. П. Лякішев, Нанокристалічні структури - новий напрямок розвитку конструкційних матеріалів, Вісник РАН, т.д. 73 № 5, 2003, с. 422 Д. І. Рижонков, В. В. Левіна, Е. Л. Дзідзігурі, Наноматеріали, М., БІНОМ. Лабораторія знань, 365 стор.
Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Презентацію на тему "Нанотехнології та наноматеріали" можна скачати абсолютно безкоштовно на нашому сайті. Предмет проекту: Хімія. Барвисті слайди та ілюстрації допоможуть вам зацікавити своїх однокласників чи аудиторію. Для перегляду вмісту скористайтеся плеєром, або якщо ви хочете завантажити доповідь, натисніть на відповідний текст під плеєром. Презентація містить 11 слайдів.
Слайди презентації
Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Що таке нанотехнології?
Це кілька конкуруючих технологій виробництва виробів радіоелектроніки з розмірами функціональних елементів порядку нанометрів (10 мінус дев'ятого ступеня, тобто в частині міліметра). Впровадження цих технологій у військову радіоелектроніку дозволить отримати супермалі зразки зброї (наприклад, кулі, що самонаводяться), або різко підвищити "інтелектуальні" можливості керованої зброї завдяки наданню їй автономних функцій виявлення, розпізнавання і, як наслідок, гарантованого попадання в будь-які цілі. Впровадження нанотехнологій в інші види військової техніки дозволить суттєво підвищити їхню ефективність та розширити діапазон застосування.
Слайд 4
Існує й інша версія
Нанотехнології - це технології роботи з речовиною лише на рівні окремих атомів. Традиційні методи виробництва працюють із порціями речовини, що складаються з мільярдів і більше атомів. Це означає, що навіть найточніші прилади, вироблені людиною досі, на атомарному рівні виглядають як безладна мішанина. Перехід від маніпуляції з речовиною до маніпуляції окремими атомами – це якісний стрибок, що забезпечує безпрецедентну точність та ефективність.
Слайд 5
Медицина та Нанотехнології
У медицині проблема застосування нанотехнологій у необхідності змінювати структуру клітини на молекулярному рівні, тобто. здійснювати "молекулярну хірургію" за допомогою наноботів. Очікується створення молекулярних роботів-лікарів, які можуть "жити" всередині людського організму, усуваючи всі пошкодження, або запобігаючи виникненню таких. Насправді наномедицини поки що не існує, існують лише нанопроекти, втілення яких у медицину, зрештою, і дозволить скасувати старіння. Незважаючи на існуючий стан речей, нанотехнології - як кардинальне вирішення проблеми старіння, є більш ніж перспективними.
Слайд 6
Для досягнення цих цілей людству необхідно вирішити три основні питання: 1. Розробити та створити молекулярні роботи, які зможуть ремонтувати молекули. 2. Розробити та створити нанокомп'ютери, які керуватимуть наномашинами. 3. Створити повний опис всіх молекул у тілі людини, інакше кажучи, створити мапу людського організму на атомному рівні. Основна складність із нанотехнологією - це проблема створення першого нанобота. Існує кілька перспективних напрямків
Слайд 7
Держава та Нанотехнології
ДЕРЖАВА виділила на підтримку нанотехнологій 180 млрд. рублів. Цими засобами керує держкорпорація "Роснанотех". Контроль з неї здійснюється урядом. При цьому прибуток від діяльності ДК «Роснанотех» не підлягає вилученню та розподілу урядом. Крім того, "Роснанотех" виведено з-під дії закону про банкрутство. У повідомленні президента РФ у момент початку економічної кризи, було сказано, що д-во не шкодуватиме коштів на розвиток нанотехнологій, що показує важливість цієї галузі для д-ви.
Слайд 8
Корпорації дозволено витрачати будь-які кошти для придбання цінних паперів (у рамках підтримки нанотехнологічних проектів). Також вона має право інвестувати вільні кошти у будь-які фінансові інструменти. Обсяг таких інвестицій затверджується наглядовою радою «Роснанотеху» щорічно. Наглядова рада корпорації (15 осіб: 5 депутатів чи сенаторів, 5 членів уряду чи адміністрації президента, 5 представників науки, бізнесу чи Громадської палати) призначається урядом та, у свою чергу, призначає на п'ятирічний термін гендиректора ДК «Роснанотех». Він же за поданням гендиректора затверджує правління корпорації.
Слайд 9
Фантастичні перспективи
Перспективи розвитку нанотехнологій у різних галузях. За прогнозами американської асоціації National Science Foundation обсяг ринку товарів та послуг з використанням нанотехнологій може зрости до $1 трлн. у найближчі 10-15 років: у промисловості матеріали з високими заданими характеристиками, які не можуть бути створені традиційним способом, можуть зайняти ринок обсягом $340 млрд. у найближчі 10 років. у напівпровідникової промисловості обсяг ринку нанотехнологічної продукції може сягнути $300 млрд. у найближчі 10-15 років. у сфері охорони здоров'я використання нанотехнологій може дозволити допомогти збільшити тривалість життя, покращити його якість та розширити фізичні можливості людини. у фармацевтичній галузі близько половини всієї продукції залежатиме від нанотехнологій. Обсяг продукції з використанням нанотехнологій становитиме понад $180 млрд. у найближчі 10-15 років.
Слайд 10
А також… у хімічній промисловості наноструктурні каталізатори мають застосування при виробництві бензину та інших хімічних процесах, з приблизним зростанням ринку до $100 млрд. За прогнозами експертів ринок таких товарів зростає на 10% на рік. у транспорті застосування нанотехнологій та наноматеріалів дозволить створювати більш легкі, швидкі, надійні та безпечні автомобілі. Ринок лише авіакосмічних продуктів може досягти $70 млрд. до 2010 року. у сільському господарстві та у сфері захисту довкілля застосування нанотехнологій може збільшити врожайність сільськогосподарських культур, забезпечити більш економічні шляхи фільтрації води та дозволить прискорити розвиток відновних джерел енергії, таких як високоефективна конверсія сонячної енергії. Це дозволить знизити забруднення довкілля та економити значні кошти. Так, за прогнозами вчених, застосування нанотехнологій у сфері використання енергії світла через 10-15 років може знизити споживання енергії у світі на 10%, надати загальну економію $100 млрд. і відповідно скоротити шкідливі викиди вуглекислого газу в розмірі 200 млн. тонн.
