Нанотехнологиите, които използваме в живота. „Нанотехнологиите в съвременния свят

Маркин Кирил Петрович

Областта на науката и технологиите, наречена нанотехнологии, се появи сравнително наскоро. Перспективите пред тази наука са огромни. Самата частица "нано" означава една милиардна от всяка стойност. Например, нанометърът е една милиардна част от метъра. Тези размери са подобни на тези на молекулите и атомите. Точната дефиниция на нанотехнологията е следната: нанотехнологиите са технологии, които манипулират материята на ниво атоми и молекули (следователно нанотехнологията се нарича още молекулярна технология). Тласък за развитието на нанотехнологиите е една лекция на Ричард Файнман, в която той научно доказва, че от гледна точка на физиката няма пречки за създаване на неща директно от атоми. За да се обозначи средство за ефективно манипулиране на атоми, беше въведена концепцията за асемблер - молекулярна наномашина, която може да изгради всяка молекулна структура. Пример за естествен асемблер е рибозомата, която синтезира протеин в живите организми. Очевидно нанотехнологиите не са просто отделно познание; това е мащабна, всеобхватна област на изследване, свързана с фундаменталните науки. Можем да кажем, че почти всеки предмет, от тези, които се изучават в училище, по един или друг начин ще бъде свързан с технологиите на бъдещето. Най-очевидната е връзката на „нано“ с физиката, химията и биологията. Очевидно именно тези науки ще получат най-голям тласък за развитие във връзка с наближаващата нанотехническа революция.

Изтегли:

Визуализация:

Общинска бюджетна образователна институция

„Средно училище №2 на име А.А. Араканцев, Семикаракорск"

Въведение ……………………………………………………………… ..
1. Нанотехнологии в съвременен свят………………………………...
1.1 Историята на появата на нанотехнологиите ………………………… ...
1.2 Нанотехнологиите в различни сфери на човешкия живот....
1.2.1 Нанотехнологии в космоса …………………………………………
1.2.2 Нанотехнологии в медицината ……………………………………….
1.2.3 Нанотехнологии в хранително-вкусовата промишленост …………………………
1.2.4 Нанотехнологиите във военното дело …………………………………………… ..
Заключение……………………………………………………………………………………..
Библиография………………………………………………………………………………. ...

Въведение.

В момента малко хора знаят какво представляват нанотехнологиите, въпреки че бъдещето се крие зад тази наука.

Цел на работата:

Научете какво представляват нанотехнологиите;

Разберете приложението на тази наука в различни области;

Разберете дали нанотехнологиите могат да бъдат опасни за хората.

Днес можем да се възползваме от предимствата и новите възможностинано технологии в:

медицина, включително аерокосмическа;
фармакология;
гериатрия;
опазване на здравето на нацията в условията на нарастващата екологична криза и причинените от човека бедствия;
глобални компютърни мрежи и информационни комуникации, базирани на нови физически принципи;
комуникационни системи на ултра дълги разстояния;
автомобилна, тракторна и авиационна техника;
безопасност на пътя;
системи за информационна сигурност;
решаване на екологични проблеми на мегаполисите;
селско стопанство;
решаване на проблеми с питейното водоснабдяване и пречистването на отпадните води;
принципно нови навигационни системи;
обновяване на природни минерални и въглеводородни суровини.

Решихме да се фокусираме върху приложението на нанотехнологиите в медицината, хранително-вкусовата промишленост, военното дело и космоса, тъй като тези области предизвикаха интерес у нас.

1. Нанотехнологиите в съвременния свят.

1.1 Историята на появата на нанотехнологиите.

Наука „НанотехнологииАз съм" възникна поради революционни промени в компютърните науки!

През 1947 г. е изобретен транзисторът, след което започва ерата на разцвета на полупроводниковата технология, в която размерът на създадените силициеви устройства непрекъснато намалява.Терминът "нанотехнология"през 1974 г., предложен от японеца Норио Танигучи, за да опише процеса на конструиране на нови обекти и материали чрез манипулиране на отделни атоми. Името идва от думата "нанометър" - една милиардна част от метъра (10-9 м).

В съвременния смисъл нанотехнологията е технология за производство на супермикроскопични структури от най-малките частици материя, съчетаваща всички технически процеси, пряко свързани с атомите и молекулите.

Съвременните нанотехнологии имат доста дълбок исторически отпечатък. Археологическите находки свидетелстват за съществуването на колоидни формулировки в древния свят, например "китайско мастило" в Древен Египет. Известната дамаска стомана е направена благодарение на наличието на нанотръби в нея.

Бащата на идеята за нанотехнологиите може условно да се счита за гръцкия философ Демокрит около 400 г. пр.н.е. епоха той за първи път използва думата "атом", която в превод от гръцки означава "нечуплив", за да опише най-малката частица материя.

Ето един груб път на развитие:

1905 година. Швейцарският физик Алберт Айнщайн публикува статия, в която твърди, че размерът на захарната молекула е около 1 нанометър.
1931 година. Германските физици Макс Нол и Ернст Руска създадоха електронен микроскоп, който направи възможно изследването на нанообекти за първи път.
1934 година. Американският физик-теоретик, лауреат на Нобелова награда Юджийн Вигнер теоретично обоснова възможността за създаване на ултрадисперсен метал с достатъчно малък брой електрони на проводимост.
1951 година. Джон фон Нойман изтъкна принципите на самокопиращите се машини, учените като цяло потвърдиха тяхната възможност.
През 1953 г. Уотсън и Крик описват структурата на ДНК, която показва как живите обекти предават инструкциите, които ръководят тяхното изграждане.
1959 година. Американският физик Ричард Файнман за първи път публикува статия, която оценява перспективите за миниатюризация. Нобелов лауреатР. Файнман написа фраза, която сега се възприема като пророчество: „Доколкото виждам, принципите на физиката не забраняват манипулирането на отделни атоми“. Тази мисъл беше изразена, когато началото на постиндустриалната ера все още не беше осъзнато; в онези години нямаше интегрални схеми, микропроцесори, персонални компютри.
1974 година. Японският физик Норио Танигучи въведе в научната циркулация думата „нанотехнология“, която той предложи да назове механизми с размер под един микрон. Гръцката дума за "дрифт" означава приблизително "старец".
1981 година. Glater беше първият, който обърна внимание на възможността за създаване на материали с уникални свойства, чиято структура е представена от кристалити от наномащабния диапазон.

На 27 март 1981 г. радио новините на CBS цитират учен от НАСА, който казва, че инженерите ще могат да изградят самовъзпроизвеждащи се роботи в рамките на двадесет години, за използване в космоса или на Земята. Тези машини ще създават свои копия и копията могат да бъдат инструктирани да създават полезни продукти.
1982 г. G. Bining и G. Rohrer създават първия сканиращ тунелен микроскоп.
1985 година. Американските физици Робърт Кърл, Харолд Крото и Ричард Смейли са създали технология, която може точно да измерва обекти с диаметър от един нанометър.
1986 година. Нанотехнологиите станаха известни на широката публика. Американският учен Ерик Дрекслер публикува книгата „Машини за създаване: Настъпването на ерата на нанотехнологиите“, в която прогнозира, че нанотехнологиите скоро ще започнат да се развиват активно.
1991, Хюстън (САЩ), Катедра по химия, Rais University. В своята лаборатория д-р Р. Смоли (1996 Нобелов лауреат) с помощта на лазерно изпарен графит под вакуум, чиято газова фаза се състои от доста големи корички, всяка от които съдържа 60 въглеродни атома. Клъстер от 60 атома е по-стабилен, тъй като има увеличено количество свободна енергия. Този клъстер е структурно образувание, подобно на футболна топка и предлага да се нарича тази молекула фулерен.
1991 г., Сумио Иджима, служител на лабораторията NEC в Япония, за първи път откри въглеродни нанотръби, който преди това е бил предсказан няколко месеца по-рано от руския физик Л. Чернозатонски и американеца Дж. Минтмиър.
1995 година. В Л.Я. Карпов разработи сензор на базата на филмов нанокомпозит, който открива различни вещества в атмосферата (амоняк, алкохол, водна пара).
1997 година. Ричард Е. Смоли, носител на Нобелова награда по химия за 1996 г. и професор по химия и физика, предсказва сглобяването на атомите до 2000 г. и по същото време предсказва появата на първите търговски нанопродукти. Тази прогноза се сбъдна на предвидената дата.
1998 година. експериментално е потвърдена зависимостта на електрическите свойства на нанотръбите от геометричните параметри.
1998 година. Холандският физик Sees Dekker създаде транзистор, базиран на нанотехнология.
1998 година. Темпът на развитие на нанотехнологиите започна рязко да нараства. Япония определи нанотехнологиите като вероятна технологична категория за 21-ви век.
1999 година. Американските физици Джеймс Тур и Марк Рийд установиха, че една молекула може да се държи по същия начин като молекулярните вериги.
2000 година. Изследователската група на Hewlett-Packard създаде превключваща молекула или минимикродиод, използвайки най-новите нанотехнологични методи за самосглобяване.

2000 година. Началото на ерата на хибридната наноелектроника.
2002 година. С. Декер комбинира нанотръба с ДНК, получавайки единичен наномеханизъм.
2003 година. Японски учени бяха първите в света, които създадоха твърдотелно устройство, което реализира един от двата основни елемента, необходими за създаването на квантов компютър. 2004 година. Беше представен "първият в света" квантов компютър

На 7 септември 2006 г. правителството на Руската федерация одобри концепцията на Федералната целева програма за развитие на нанотехнологиите за 2007-2010 г.

Поради това Формирайки се исторически, до настоящия момент, нанотехнологиите, завоювайки теоретичната област на общественото съзнание, продължават да проникват в ежедневния й слой.

Въпреки това, нанотехнологиите не трябва да се свеждат само до локален революционен пробив в тези области (електроника, информационни технологии). В нанотехнологиите вече са получени редица изключително важни резултати, които дават възможност да се надяваме на значителен напредък в развитието на много други области на науката и технологиите (медицина и биология, химия, екология, енергетика, механика и др.). Например, при преминаване в нанометровия диапазон (т.е. до обекти с характерни дължини от около 10 nm), много от най-важните свойства на веществата и материалите се променят значително. Говорим за такива важни характеристики като електрическа проводимост, оптичен показател на пречупване, магнитни свойства, здравина, топлоустойчивост и др. На база материалис с нови свойства вече се създават нови видове слънчеви клетки, енергийни преобразуватели, екологично чисти продукти и др.Възможно е именно производството на евтини, енергоспестяващи и екологично чисти материали да се превърне в най-важната последица от навлизането на нанотехнологиите.Вече са създадени високочувствителни биологични сензори (сензори) и други устройства, които дават възможност да се говори за появата на нова наука за нанобиотехнологиите и имат големи перспективи за практическо приложение. Нанотехнологиите предлагат нови възможности за микрообработка на материали и създаване на нови производствени процеси и нови продукти на тази основа, които трябва да имат революционно въздействие върху икономическия и социалния живот на бъдещите поколения.

1.2. Нанотехнологиите в различни сфери на човешкия живот

Проникването на нанотехнологиите в сферата на човешката дейност може да се представи като дърво на нанотехнологиите. Приложението е под формата на дърво, чиито клони представляват основните области на приложение, а клоните от големите клони представляват диференциация в рамките на основните области на приложение в даден момент от време.

Днес (2000 - 2010 г.) има следната картина:

биологичните науки включват разработването на технология за генно маркиране, повърхности за импланти, антимикробни повърхности, таргетни лекарства, тъканно инженерство и онкологична терапия.
простите влакна предполагат развитието на хартиена технология, евтини строителни материали, леки плоскости, авточасти и тежки материали.
nanoclips включват производството на нови тъкани, стъклени покрития, умни пясъци, хартия, въглеродни влакна.
защита срещу корозия посредством нанодобавки към мед, алуминий, магнезий, стомана.
катализаторите са предназначени за използване в селското стопанство, дезодорирането и производството на храни.
Лесните за почистване материали се използват в ежедневието, архитектурата, млечната и хранително-вкусовата промишленост, транспортната индустрия и канализацията. Това е производството на самопочистващи се очила, болнично оборудване и инструменти, покритие против мухъл, лесна за почистване керамика.
Биопокритията се използват в спортно оборудване и лагери.
Оптиката като област на приложение на нанотехнологиите включва области като електрохромата, производството на оптични лещи. Това са нова фотохромна оптика, лесна за почистване оптика и оптика с покритие.
Керамиката в областта на приложението на нанотехнологиите дава възможност за получаване на електролуминесценция и фотолуминесценция, печатарски пасти, пигменти, нанопрахове, микрочастици, мембрани.
Компютърните технологии и електрониката като област на приложение на нанотехнологиите ще дадат развитието на електрониката, наносензорите, битовите (вградени) микрокомпютри, визуализацията и енергийните преобразуватели. Освен това, това е развитието на глобални мрежи, безжични комуникации, квантови и ДНК компютри.
Наномедицината, като област на приложение на нанотехнологиите, е наноматериали за протезиране, „умни“ протези, нанокапсули, диагностични наносонди, импланти, ДНК реконструктори и анализатори, „умни“ и прецизни инструменти, фармацевтични продукти с насочено действие.
Космосът като област на приложение на нанотехнологиите ще отвори перспективи за механоелектрически преобразуватели на слънчева енергия, наноматериали за космически приложения.
Екологията като област на приложение на нанотехнологиите е възстановяването на озоновия слой, контрол на времето.

1.2.1 Нанотехнологии в космоса

В космоса бушува революция. Те започнаха да създават спътници и наноустройства до 20 килограма.

Създадена е система от микросателити, която е по-малко уязвима за опити за нейното унищожаване. Едно е да свалите колос, тежащ няколкостотин килограма или дори тонове, в орбита, незабавно да прекъснете всички космически комуникации или разузнаване, и друго нещо, когато рояк от микросателити е в орбита. Деактивирането на един от тях в този случай няма да наруши работата на системата като цяло. Съответно могат да бъдат намалени изискванията за оперативна надеждност на всеки спътник.

Младите учени смятат, че наред с други неща, създаването на нови технологии в областта на оптиката, комуникационните системи, методите за предаване, приемане и обработка на големи количества информация трябва да се припише на ключовите проблеми на микроминиатюризацията на спътниците. Говорим за нанотехнологии и наноматериали, които могат да намалят с два порядъка теглото и размерите на устройствата, изстреляни в космоса. Например, силата на наноникела е 6 пъти по-висока от тази на обикновения никел, което прави възможно, когато се използва в ракетни двигатели, да се намали масата на дюзата с 20-30%.Намаляването на масата на космическите технологии решава много проблеми: удължава периода на присъствие на космическия кораб в космоса, позволява му да лети по-далеч и да отнася по-полезно оборудване за провеждане на изследвания. В същото време се решава проблемът с енергоснабдяването. Скоро ще се използват миниатюрни устройства за изследване на много явления, например влиянието на слънчевата светлина върху процесите на Земята и в околоземното пространство.

Днес космосът не е екзотика и неговото изследване не е само въпрос на престиж. Преди всичко това е въпросът национална сигурности националната конкурентоспособност на нашата държава. Именно развитието на супер сложни наносистеми може да се превърне в национално предимство на страната. Подобно на нанотехнологиите, наноматериалите ще ни дадат възможност да говорим сериозно за пилотирани полети до различни планети в Слънчевата система. Именно използването на наноматериали и наномеханизми може да превърне пилотираните полети до Марс и изследването на лунната повърхност в реалност.Друго силно търсено направление в развитието на микросателитите е създаването на дистанционно наблюдение на Земята (ERS). Започва да се формира пазар за потребители на информация с разделителна способност на космически изображения от 1 m в обхвата на радара и по-малко от 1 m в оптичния обхват (такива данни се използват предимно в картографията).

1.2.2 Нанотехнологии в медицината

Според учените последните постижения в нанотехнологиите могат да бъдат много полезни в борбата срещу рака. Разработено е противораково лекарство директно към целта – към клетките, засегнати от злокачествен тумор. Нова система, базирана на материал, известен като биосиликон. Насиликонът има пореста структура (десет атома в диаметър), в която е удобно да се включат лекарства, протеини и радионуклиди. Постигайки целта, биосиликонът започва да се разпада и лекарствата, доставени до него, се задействат. Освен това, според разработчиците, новата система ви позволява да регулирате дозировката на лекарството.

През цялото време последните годинислужители на Центъра за биологични нанотехнологии работят върху създаването на микросензори, които ще се използват за откриване на ракови клетки в тялото и борба с това ужасно заболяване.

Нова техника за разпознаване на ракови клетки се основава на имплантиране в човешкото тяло на малки сферични резервоари, направени от синтетични полимери, наречени дендримери (от гръцки дендрон – дърво). Тези полимери са синтезирани през последното десетилетие и имат принципно нова, неинтегрална структура, която наподобява структурата на корал или дърво. Такива полимери се наричат хиперразклонени или каскадни. Тези от тях, при които разклоняването е редовно, се наричат дендримери. В диаметър всяка такава сфера или наносензор достига само 5 нанометра - 5 милиардни от метъра, което прави възможно поставянето на милиарди такива наносензори в малка площ от пространството.

Веднъж попаднали в тялото, тези малки сензори проникват в лимфоцитите - белите кръвни клетки, които осигуряват защитата на организма срещу инфекции и други болестотворни фактори. С имунен отговор на лимфоидни клетки към определено заболяване или условия на околната среда - настинка или излагане на радиация, например, - протеинова структураклетките се променят. Всеки наносензор, покрит със специални химически реагенти, ще започне да свети с такива промени.

За да видят това сияние, учените ще създадат специално устройство, което сканира ретината на окото. Лазерът на такова устройство трябва да открива блясъка на лимфоцитите, когато те преминават един по един през тесните капиляри на очното дъно. Ако има достатъчно маркирани сензори в лимфоцитите, ще са необходими 15-секундно сканиране, за да се открие увреждане на клетките, казват учените.

Тук се очаква най-голямото въздействие на нанотехнологиите, тъй като те засягат самата основа на съществуването на обществото – човека. Нанотехнологиите достигат такова размерно ниво на физическия свят, при което разликата между живо и неживо става нестабилна – това са молекулярни машини. Дори вирусът може частично да се счита за жива система, тъй като съдържа информация за нейната конструкция. Но рибозомата, въпреки че се състои от същите атоми като всички органични вещества, не съдържа такава информация и следователно е само органична молекулярна машина. Нанотехнологията в нейната усъвършенствана форма включва изграждането на нанороботи, молекулярни машини с неорганичен атомен състав, тези машини ще могат да изграждат свои копия, като имат информация за такава структура. Следователно границата между живо и неживо започва да се размива. Към днешна дата е създаден само един примитивен ходещ ДНК робот.

Наномедицината е представена от следните възможности:

1. Лаборатории на чип, насочена доставка на лекарства в организма.

2. ДНК - чипове (създаване на отделни лекарства).

3. Изкуствени ензими и антитела.

4. Изкуствени органи, изкуствени функционални полимери (заместители на органичните тъкани). Това направление е тясно свързано с идеята за изкуствен живот и в бъдеще води до създаването на роботи с изкуствено съзнание и способни да се самолекуват върху молекулярно ниво... Това се дължи на разширяването на концепцията за живот отвъд органичното

5. Нанороботи-хирурзи (биомеханизми, извършващи промени и необходими медицински действия, разпознаване и унищожаване на ракови клетки). Това е най-радикалното приложение на нанотехнологиите в медицината ще бъде създаването на молекулярни нанороботи, които могат да унищожават инфекции и ракови тумори, да поправят увредена ДНК, тъкани и органи, да дублират цели системи за поддържане на живота на тялото и да променят свойствата на тялото.

Разглеждайки отделния атом като тухла или „детайл“, нанотехнологиите търсят практически начини за проектиране на материали с определени характеристики от тези части. Много компании вече знаят как да сглобяват атоми и молекули в някаква структура.

В бъдеще всякакви молекули ще бъдат сглобени като детски конструктор. За целта се планира използването на нанороботи (наноботи). Всяка химически стабилна структура, която може да бъде описана, всъщност може да бъде построена. Тъй като един нанобот може да бъде програмиран за изграждане на всякаква структура, по-специално за изграждане на друг нанобот, те ще бъдат много евтини. Работейки в огромни екипи, наноботите ще могат да създават всеки обект с ниска цена и висока точност. В медицината проблемът с използването на нанотехнологиите е необходимостта от промяна на структурата на клетката на молекулярно ниво, т.е. извършват "молекулярна хирургия" с помощта на наноботи. Очаква се да се създадат молекулярни роботизирани лекари, които могат да "живеят" вътре в човешкото тяло, елиминирайки всички възникнали щети или предотвратявайки появата на такива.Чрез манипулиране на отделни атоми и молекули, наноботите могат да възстановяват клетките. Прогнозната дата за създаване на роботизирани лекари, първата половина на XXI век.

Въпреки сегашното състояние на нещата, нанотехнологиите като кардинално решение на проблема със стареенето са повече от обещаващи.

Това се дължи на факта, че нанотехнологиите имат голям потенциал за търговско приложение в много индустрии и съответно, освен сериозното държавно финансиране, изследванията в тази посока се извършват от много големи корпорации.

Напълно възможно е след подобрение, за да се осигури "вечна младост", наноботите вече да не са необходими или да се произвеждат от самата клетка.

За да постигне тези цели, човечеството трябва да реши три основни въпроса:

1. Проектирайте и създавайте молекулярни роботи, които могат да ремонтират молекули.
2. Проектирайте и създавайте нанокомпютри, които ще контролират наномашините.
3. Създайте Пълно описаниеот всички молекули в човешкото тяло, с други думи, създайте карта на човешкото тяло на атомно ниво.

Основната трудност с нанотехнологиите е проблемът със създаването на първия нанобот. Има няколко обещаващи пътя.

Едно от тях е да се подобри сканиращият тунелен микроскоп или атомно-силовият микроскоп и да се постигне позиционна точност и сила на захващане.
Друг начин за създаване на първия нанобот е чрез химически синтез. Може би проектирането и синтезирането на гениални химически компоненти, които са способни да се самосглобяват в разтвор.
И друг път води през биохимията. Рибозомите (вътре в клетката) са специализирани наноботи и можем да ги използваме, за да създадем по-гъвкави роботи.

Тези наноботи ще могат да забавят процеса на стареене, да лекуват единични клеткии взаимодействат с отделни неврони.

Работата по изследването започна сравнително наскоро, но темпът на откритията в тази област е изключително висок, мнозина смятат, че това е бъдещето на медицината.

1.2.3 Нанотехнологии в хранително-вкусовата промишленост

Nanoed (нанохрана) – терминът е нов, неясен и грозен. Храна за нанчовеците? Много малки порции? Храна, произведена в нанофабрики? Разбира се, че не. Все пак това е интересна посока в хранително-вкусовата промишленост. Оказва се, че наноеда е цял набор от научни идеи, които вече са на път за прилагане и приложение в индустрията. Първо, нанотехнологиите могат да предоставят на работниците в храните уникални възможности за пълен мониторинг в реално време на качеството и безопасността на храните директно по време на производствения процес. Говорим за диагностични машини, използващи различни наносензори или така наречените квантови точки, способни бързо и надеждно да откриват най-малките химическо замърсяванеили опасни биологични агенти. Методите за производство, транспорт и съхранение на храни могат да получат своя дял от полезни иновации от индустрията на нанотехнологиите. Според учените първите серийни машини от този вид ще се появят в масовото производство на храни през следващите четири години. Но на дневен ред са и по-радикалните идеи. Готови ли сте да поглъщате наночастици, които не се виждат? Но какво ще стане, ако наночастиците се използват целенасочено за доставяне на хранителни вещества и лекарства до точно подбрани части на тялото? Ами ако тези нанокапсули могат да бъдат включени в храната? Досега никой не е използвал nanoedu, но предварителните разработки вече са в ход. Експертите казват, че ядливите наночастици могат да бъдат направени от силиций, керамика или полимери. И разбира се – органични вещества. И ако всичко е ясно по отношение на безопасността на така наречените "меки" частици, подобни по структура и състав на биологичните материали, то "твърдите" частици, съставени от неорганични вещества, са голямо бяло петно на пресечната точка на две територии - нанотехнологиите. и биология. Учените все още не могат да кажат по кои пътища ще пътуват такива частици в тялото и къде ще спрат в резултат. Това остава да се види. Но някои експерти вече рисуват футуристични картини на ползите от наноеда. Освен че доставя ценни хранителни вещества на правилните клетки. Идеята е следната: всеки купува една и съща напитка, но тогава потребителят ще може сам да манипулира наночастиците, така че вкусът, цветът, ароматът и концентрацията на напитката да се променят пред очите му.

1.2.4 Нанотехнологии във военното дело

Военното използване на нанотехнологиите се отваря качествено ново нивовоенно-техническо господство в света. Основните направления в създаването на нови оръжия, базирани на нанотехнологии, могат да бъдат разгледани:

1. Създаване на нови мощни миниатюрни взривни устройства.

2. Унищожаване на макроустройства от наномащаб.

3. Шпионаж и потискане на болката с помощта на невротехнология.

4. Биологични оръжия и наноустройства за генетично ориентиране.

5. Нанооборудване за войници.

6. Защита от химически и биологични оръжия.

7. Наноустройства в системите за управление на военно оборудване.

8. Нанопокрития за военна техника.

Нанотехнологиите ще позволят производството на мощни експлозиви. Размерът на експлозива може да бъде намален десетократно. Атака от управляеми ракети с наноговорители върху инсталации за регенериране на ядрено гориво може да лиши страната от физическата способност да произвежда оръжеен плутоний. Въвеждането на малки роботизирани устройства в електронното оборудване може да наруши работата на електрическите вериги и използването на механика. Неправилното функциониране на контролните центрове и командните пунктове не може да бъде предотвратено, освен ако наноустройствата не са изолирани. Роботите за разглобяване на материали на атомно ниво ще се превърнат в мощно оръжие, което превръща в прах бронята на танковете, бетонните конструкции на пилотите, корпусите на ядрените реактори и телата на войниците. Но това все още е само перспектива за развита форма на нанотехнология. Междувременно се извършват изследвания в областта на невронните технологии, чието развитие ще доведе до появата на военни наноустройства, които извършват шпионаж, или прихващане на контрола върху функциите на човешкото тяло, използвайки връзката с помощта на наноустройства за нервната система. Лабораториите на НАСА вече създадоха работещи образци на оборудване за прихващане на вътрешна реч. Фотонните компоненти на наноструктурите, способни да приемат и обработват огромни количества информация, ще станат основа за космическо наблюдение, наземно наблюдение и шпионски системи. С помощта на наноустройства, вградени в мозъка, е възможно да се получи "изкуствено" (техническо) зрение с разширен спектър на възприятие, в сравнение с биологичното зрение. Разработва се система за потискане на болката при войници, имплантирани в тялото и мозъка, неврочипове.

Следващото приложение на нанотехнологиите във военната сфера са наноустройствата за генетично ориентиране. Наноустройство с генетично ръководство може да бъде програмирано да извършва определени разрушителни действия, в зависимост от генетичната структура на ДНК на клетката, в която се появява. Като условие за активиране на устройството се посочва уникален раздел от генетичния код на конкретно лице или шаблон за действия върху група хора. Разграничаването на обикновена епидемия от етническо прочистване ще бъде почти невъзможно без средства за откриване на нанороботи. Наноустройствата ще работят само срещу определен тип хора и при строго определени условия. Веднъж в тялото, наноустройството няма да се прояви по никакъв начин до командата за активиране. Следващото приложение на нанотехнологиите е оборудването и оборудването на войниците. Предлага се да се направи един вид хибрид от човек, униформи и оръжия, чиито елементи ще бъдат толкова тясно свързани помежду си, че напълно оборудван войник на бъдещето може да се нарече отделен организъм.

Нанотехнологиите направиха пробив в производството на брони и бронежилетки.

Военната техника трябва да бъде оборудвана със специална "електромеханична боя", която ще промени цвета си и ще предотврати корозия. Нано-боята ще може да "затегне" дребни повреди по тялото на машината и ще се състои от голям брой нано-механизми, които ще позволят изпълнението на всички горепосочени функции. Използвайки система от оптични масиви, които ще представляват отделни наномашини в "боята", изследователите искат да постигнат ефекта на невидимост на автомобил или самолет.

Нанотехнологиите ще променят военната област. Нова качествено трансформирана и неконтролирана надпревара във въоръжаването. Контролът върху нанотехнологиите може да бъде реалистично осъществен само в глобална цивилизация. Нанотехнологиите ще позволят пълна механизация на полевата война, изключвайки присъствието на модернизирани войници.

И така, основният извод за резултата от проникването на нанотехнологиите в сферата на оръжията е перспективата за формиране на глобално общество, способно да контролира нанотехнологиите и надпреварата във въоръжаването. Тази тенденция на универсализъм се определя от рационалността на техногенната цивилизация и изразява нейните интереси и ценности.

Заключение

След като изясни концепцията за нанотехнологиите, очертавайки нейните перспективи и фокусирайки се върху възможни опасностии заплахи, искам да завърша. Вярвам, че нанотехнологиите са млада наука, резултатите от развитието на която могат да се променят до неузнаваемост Светът... И какви ще бъдат тези промени – полезни, улесняващи несравнимо живота или вредни, заплашващи човечеството – зависи от взаимното разбиране и рационалност на хората. А взаимното разбиране и рационалността пряко зависят от нивото на човечност, което предполага отговорността на човек за своите действия. Затова най-важната необходимост през последните години преди неизбежния нанотехнологичен „бум” е възпитанието на филантропия. Само интелигентни и хуманни хора могат да превърнат нанотехнологиите в стъпка към познанието за Вселената и тяхното място в тази Вселена.

Библиография

Основите на обектно-ориентираното програмиране в Delphi: Учебник. надбавка / В. В. Кузнецов, И. В. Абдрашитова; Изд. Т. Б. Корнеева. - изд. 3-то, рев. и добавете. - Томск, 2008 .-- 120 с.
Kimmel P. Създаване на приложение в Delphi./P. Кимел - М: Уилямс, 2003 .-- 114с.
Кобаяши Н. Въведение в нанотехнологиите / Н. Кобаяши. - М.: Бином, 2005 - 134с
Чаплыгин А. "нанотехнологии в електрониката" / А. Чаплыгин. - 2005 М.: Техносфера
http: // www.delphi.com
Визуализация:
За да използвате визуализацията на презентации, създайте си акаунт (акаунт) в Google и влезте в него:

Нанотехнологиите са област на фундаменталната и приложна наука и технология, която се занимава с съвкупността теоретична подготовка, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и методи за производство и използване на продукти с дадена атомна структура чрез контролирано манипулиране на отделни атоми и молекули.

История

Много източници, предимно на английски, първото споменаване на методите, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, се свързват с известната реч на Ричард Файнман „There's Plenty of Room at the Bottom“, направена от него през 1959 г. в Калифорния Технологичен институтна годишната среща на Американското физическо дружество. Ричард Файнман предполага, че е възможно механично да се движат единични атоми с помощта на манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на физичните закони, известни до момента.

Последният етап - полученият механизъм ще сглоби своето копие от отделни атоми. По принцип броят на такива копия е неограничен, ще бъде възможно да се създаде произволен брой такива машини за кратко време. Тези машини ще могат да сглобяват макро неща по същия начин, чрез атомно сглобяване. Това ще направи нещата с порядък по-евтини - на такива роботи (нанороботи) ще трябва да се даде само необходимия брой молекули и енергия и да се напише програма за сглобяване на необходимите елементи. Досега никой не е успял да опровергае тази възможност, но все още никой не е успял да създаде такива механизми. В хода на теоретично изследване на тази възможност се появиха хипотетични сценарии на Страшния съд, които предполагат, че нанороботите ще поемат цялата биомаса на Земята, изпълнявайки своята програма за самовъзпроизвеждане (т.нар. „сива слуз” или „сива слуз”). ).

Първите предположения за възможността за изучаване на обекти на атомно ниво могат да бъдат намерени в книгата "Оптика" на Исак Нютон, публикувана през 1704 г. В книгата Нютон изразява надеждата, че микроскопите на бъдещето някой ден ще могат да изследват „мистериите на корпускулите“.

За първи път терминът "нанотехнология" е използван от Норио Танигучи през 1974 г. Той нарече този термин производство на продукти с размери няколко нанометра. През 80-те години на миналия век терминът е използван от Ерик К. Дрекслер в книгите му „Двигатели на сътворението: идващата ера на нанотехнологиите и наносистемите: молекулярни машини, производство и изчисления“.

На какво са способни нанотехнологиите?

Ето само няколко от областите, в които нанотехнологиите обещават пробиви:

Лекарство

Наносензорите ще осигурят напредък в ранната диагностика на заболяването. Това ще увеличи шансовете ви за възстановяване. Можем да победим рака и други болести. Старите лекарства за рак убиваха не само болни клетки, но и здрави. С помощта на нанотехнологиите лекарството ще се доставя директно в болната клетка.

ДНК-нанотехнология- използвайте специфичните бази на ДНК и молекулите на нуклеиновите киселини, за да създадете ясно дефинирани структури на тяхна основа. Индустриален синтез на молекули на лекарства и фармакологични препарати с добре дефинирана форма (бис-пептиди).

В началото на 2000 г., благодарение на бързия напредък в технологията за производство на наноразмерни частици, беше даден тласък за развитието на нова област на нанотехнологиите - наноплазмоника... Оказа се, че е възможно да се предава електромагнитно излъчване по веригата от метални наночастици, използвайки възбуждането на плазмоновите трептения.

Строителство

Наносензорите на строителните конструкции ще следят тяхната здравина и ще откриват всякакви заплахи за тяхната цялост. Обектите, изградени с помощта на нанотехнологии, ще могат да издържат пет пъти по-дълго от съвременните структури. Къщите ще се адаптират към нуждите на обитателите, като през лятото ще бъдат прохладни, а през зимата – топли.

Енергия

Ще бъдем по-малко зависими от петрола и газа. Съвременните слънчеви панели имат ефективност от около 20%. С използването на нанотехнологии може да нарасне 2-3 пъти. Тънките нанофилми по покрива и стените могат да осигурят енергия на цялата къща (ако, разбира се, има достатъчно слънце).

Машиностроене

Цялото обемисто оборудване ще бъде заменено от роботи - лесно управляеми устройства. Те ще могат да създават всякакви механизми на ниво атоми и молекули. За производството на машини ще се използват нови наноматериали, които могат да намалят триенето, да предпазят частите от повреда и да спестят енергия. Това не са всички области, в които нанотехнологиите могат (и ще се прилагат!). Учените смятат, че появата на нанотехнологиите е началото на нова научна и технологична революция, която значително ще промени света още през 21 век. Струва си да се отбележи обаче, че нанотехнологиите не навлизат в реалната практика много бързо. Не много устройства (главно електроника) работят с nano. Това отчасти се дължи на високата цена на нанотехнологиите и ниската възвръщаемост на нанотехнологичните продукти.

Вероятно вече в близко бъдеще с помощта на нанотехнологиите ще бъдат създадени високотехнологични, мобилни, лесно управляеми устройства, които успешно ще заменят днешната автоматизирана, но сложна в управлението и тромава технология. Така например с течение на времето биороботи, управлявани от компютър, ще могат да изпълняват функциите на днешните обемисти помпени станции.

ДНК компютър- изчислителна система, използваща изчислителните възможности на ДНК молекулите. Биомолекулното изчисление е събирателно име за различни техники, които по някакъв начин са свързани с ДНК или РНК. В ДНК изчисленията данните не се представят под формата на нули и единици, а под формата на молекулярна структура, изградена на базата на ДНК спирала. Специалните ензими играят ролята на софтуер за четене, копиране и манипулиране на данни.
Атомно-силов микроскоп- сканиращ сондов микроскоп с висока разделителна способност, базиран на взаимодействието на конзолния връх (сондата) с повърхността на изследваната проба. За разлика от сканиращия тунелен микроскоп (STM), той може да изследва както проводими, така и непроводими повърхности дори през слой течност, което прави възможно работата с органични молекули (ДНК). Пространствената разделителна способност на атомно-силовия микроскоп зависи от размера на конзолата и кривината на нейния връх. Разделителната способност достига атомна хоризонтално и значително я превишава вертикално.
Антена-осцилатор- На 9 февруари 2005 г. в лабораторията на Бостънския университет е получена антена-осцилатор с размери от порядъка на 1 микрон. Това устройство има 5000 милиона атома и е в състояние да осцилира с 1,49 гигахерца, което му позволява да предава огромни количества информация.

10 нанотехнологии с невероятен потенциал

Опитайте се да си спомните някакво канонично изобретение. Вероятно някой сега си е представял колело, някой самолет, а някой и iPod. Колко от вас са се замисляли за изобретение от съвсем ново поколение – нанотехнологиите? Този свят е слабо разбран, но има невероятен потенциал да ни даде наистина фантастични неща. Удивително нещо: посоката на нанотехнологиите не съществува до 1975 г., въпреки че учените започват да работят в тази област много по-рано.

Човешкото невъоръжено око е в състояние да разпознава обекти с размер до 0,1 милиметър. Днес ще говорим за десет изобретения, които са 100 000 пъти по-малко.

Електропроводим течен метал

Използвайки електричество, можете да направите обикновена сплав от течен метал, състояща се от галий, иридий и калай, да образувате сложни форми или да навиете кръгове вътре в паничка на Петри. С известна степен на вероятност можем да кажем, че това е материалът, от който е създаден известният киборг от серията Т-1000, който можехме да видим в Терминатор 2.

„Меката сплав се държи като интелигентна форма, способна да се деформира, ако е необходимо, като вземе предвид променящата се среда, в която се движи. Точно както бих могъл да направя киборг от популярен научнофантастичен филм “, казва Джин Ли от университета Цинхуа, един от изследователите, участващи в проекта.

Този метал е биомиметичен, тоест имитира биохимични реакции, въпреки че самият той не е биологично вещество.

Този метал може да се контролира чрез електрически разряди. Самият той обаче е в състояние да се движи самостоятелно, поради възникващия дисбаланс на натоварването, който се създава от разликата в налягането между предната и задната част на всяка капка от тази метална сплав. И въпреки че учените вярват, че този процес може да бъде ключът към превръщането на химическата енергия в механична, молекулярният материал няма да бъде използван за изграждане на зли киборги в близко бъдеще. Целият "магически" процес може да се осъществи само в разтвор на натриев хидроксид или физиологичен разтвор.

Нанопласти

Изследователи от университета в Йорк работят за създаването на специални пластири, които ще бъдат предназначени да доставят всички необходими лекарства вътре в тялото без нужда от игли и спринцовки. Пластири с съвсем нормален размер се залепват за ръката ви, доставяйки определена доза наночастици от лекарството (достатъчно малки, за да проникнат в космените фоликули) в тялото ви. Наночастиците (всеки по-малко от 20 нанометра) сами намират вредни клетки, убиват ги и ще бъдат изхвърлени от тялото заедно с други клетки в резултат на естествени процеси.

Учените отбелязват, че в бъдеще такава нанопластмаса може да се използва в борбата срещу една от най-ужасните болести на Земята - рака. За разлика от химиотерапията, която в такива случаи най-често е неразделна част от лечението, нанопластиците могат индивидуално да открият и унищожат раковите клетки, като оставят здравите клетки непокътнати. Проектът за наномазилка е наречен "NanJect". Разработва се от Атиф Сайед и Закария Хюсеин, които през 2013 г., докато са още студенти, получиха необходимото спонсорство чрез краудсорсинг кампания за набиране на средства.

Нанофилтър за вода

Когато този филм се използва в комбинация с фина мрежа от неръждаема стомана, маслото се отблъсква и водата на това място става девствена.

Интересното е, че самата природа вдъхнови учените да създават нанофилми. Известни още като водна лилия, листата на лотоса имат противоположни свойства на нанофилма: вместо масло, те отблъскват водата. Това не е първият път, когато учените шпионират тези невероятни растения поне невероятни свойства... Това доведе например до създаването на суперхидрофобни материали през 2003 г. Що се отнася до нанофилма, изследователите се опитват да създадат материал, който да имитира повърхността на водните лилии и да го обогатят с молекули на специален почистващ агент. Самото покритие е невидимо за човешкото око. Производството ще бъде евтино при около 1 долар на квадратен фут.

Подводен пречиствател на въздух

Едва ли някой се е замислял какъв вид въздушни подводници трябва да дишат, освен самите членове на екипажа. Междувременно пречистването на въздуха от въглероден диоксид трябва да се извърши незабавно, тъй като за едно пътуване през лекия екипаж на подводницата същият въздух трябва да премине стотици пъти. За почистване на въздуха от въглероден двуокисизползвайте амини, които имат много неприятна миризма. За да се справи с този проблем, беше създадена технология за пречистване, наречена SAMMS (съкращение за самостоятелно сглобени монослоеве върху мезопорести опори). Той предлага използването на специални наночастици, вградени в керамични гранули. Веществото има пореста структура, поради която абсорбира излишния въглероден диоксид. Различните видове SAMMS почистване работят с различни молекули във въздуха, водата и земята, но всички тези опции за почистване са невероятно ефективни. Само една супена лъжица от тези порьозни керамични гранули е достатъчна за почистване на площ с размерите на футболно игрище.

Нанопроводници

Изследователи Северозападен университет(САЩ) измисли как да създаде електрически проводник в наномащаб. Този проводник е твърда и здрава наночастица, която може да бъде настроена за предаване електрически токв различни противоположни посоки. Изследванията показват, че всяка такава наночастица е в състояние да емулира работата на "изправител, ключове и диоди". Всяка 5 нанометрова частица е покрита с положително зареден химикал и е заобиколена от отрицателно заредени атоми. Прилагането на електрически разряд преконфигурира отрицателно заредените атоми около наночастиците.

Според учените потенциалът на технологията е безпрецедентен. На негова основа е възможно да се създават материали, „способни да се променят независимо за определени компютърни изчислителни задачи“. Използването на този наноматериал всъщност ще "препрограмира" електрониката на бъдещето. Надстройките на хардуера ще бъдат толкова лесни, колкото и софтуерните надстройки.

Нанотехнологично зарядно устройство

След като това нещо е създадено, вече не е необходимо да използвате кабелни зарядни устройства. Новата нанотехнология работи като гъба, само че не абсорбира течност. Той изсмуква кинетична енергия от околната среда и я насочва директно към вашия смартфон. Технологията се основава на използването на пиезоелектричен материал, който генерира електричество, докато е под механично напрежение. Материалът е надарен с наноскопични пори, които го превръщат в гъвкава гъба.

Официалното име на това устройство е "наногенератор". Такива наногенератори може един ден да станат част от всеки смартфон на планетата или част от арматурното табло на всеки автомобил и вероятно част от всеки джоб на дрехи - джаджи ще се зареждат точно там. Освен това технологията има потенциал да се използва в по-голям мащаб, например в промишлено оборудване. Поне така мислят изследователите от Университета на Уисконсин в Медисън, които създадоха тази невероятна нано-гъба.

Изкуствена ретина

Израелската компания Nano Retina разработва интерфейс, който директно ще се свързва с невроните на окото и ще предава резултата от невронното моделиране на мозъка, замествайки ретината и връщайки зрението на хората.

Експеримент върху сляпо пиле показа надежда за успеха на проекта. Нанофилмът позволи на пилето да види светлината. Вярно е, че последният етап от разработването на изкуствена ретина за връщане на зрението на хората все още е далеч, но напредъкът в тази посока е добра новина. Nano Retina не е единствената компания, която се занимава с подобни разработки, но тяхната технология в момента се смята за най-обещаваща, ефективна и адаптивна. Последната точка е най-важната, тъй като говорим за продукт, който ще се интегрира в очите на някого. Подобни разработки показват, че твърдите материали са неподходящи за тези приложения.

Тъй като технологията се разработва на нанотехнологично ниво, тя елиминира използването на метал и проводници, както и избягва ниската разделителна способност на симулираното изображение.

Светещи дрехи

Учени от Шанхай са разработили отразяващи нишки, които могат да се използват за направата на дрехи. Основата на всяка нишка е много тънка тел от неръждаема стомана, която е покрита със специални наночастици, електролуминесцентен полимерен слой и защитна обвивка от прозрачни нанотръби. Резултатът е много леки и гъвкави нишки, които могат да светят под въздействието на собствената си електрохимична енергия. В същото време те работят с много по-ниска мощност от конвенционалните светодиоди.

Недостатъкът на тази технология е, че нишките имат достатъчно "светлинно захранване" само за няколко часа. Въпреки това, разработчиците на материала са оптимисти, че ще успеят да увеличат "ресурса" на продукта си поне хиляда пъти. Дори и да успеят, решението на друг недостатък все още е под въпрос. Най-вероятно няма да е възможно да се перат дрехи на базата на такива нанонишки.

Наноигли за възстановяване на вътрешните органи

Нанопластиците, за които говорихме по-горе, са специално проектирани да заменят иглите. Ами ако самите игли са с размер само няколко нанометра? Ако е така, те биха могли да променят начина, по който мислим за операцията, или поне значително да я подобрят.

Съвсем наскоро учените проведоха успешни лабораторни тестове върху мишки. С помощта на малки игли изследователите успяха да инжектират нуклеинови киселини в организмите на гризачи, които насърчават регенерацията на органи и нервни клетки и по този начин възстановяват загубената ефективност. Когато иглите изпълняват своята функция, те остават в тялото и се разлагат напълно за няколко дни. В същото време учените не откриха никакви странични ефекти по време на операции за възстановяване на кръвоносните съдове на мускулите на гърба на гризачите с помощта на тези специални нано-игли.

Ако вземем предвид човешки случаи, тогава такива нано-игли могат да се използват за доставяне на необходимите средства на човешкото тяло, например по време на трансплантация на органи. Специални вещества ще подготвят околните тъкани около трансплантирания орган за бързо възстановяване и ще изключат възможността за отхвърляне.

3D химически печат

Химикът от Университета на Илинойс Мартин Бърк е истинският Уили Уонка от света на химията. Използване на колекцията от молекули " строителен материал"За различни цели той може да създаде огромен брой различни химикали, надарени с всякакви" невероятни и все пак естествени свойства." Например, едно такова вещество е ратанинът, който може да се намери само в много рядкото перуанско цвете.

Потенциалът за синтезиране на вещества е толкова огромен, че ще направи възможно производството на молекули, използвани в медицината, при създаването на LED диоди, слънчеви клетки и такива химични елементиче дори на най-добрите химици на планетата са им били необходими години, за да синтезират.

Възможностите на настоящия прототип на триизмерен химически принтер все още са ограничени. Той е в състояние да създава само нови лекарства... Въпреки това, Бърк се надява, че един ден ще успее да създаде потребителска версия на своето невероятно устройство, което ще бъде много по-мощно. Възможно е в бъдеще подобни принтери да действат като вид домашни фармацевти.

Нанотехнологиите са заплаха за човешкото здраве или околната среда?

Няма толкова много информация за негативните ефекти на наночастиците. През 2003 г. проучване показа, че въглеродните нанотръби могат да увредят белите дробове при мишки и плъхове. Проучване от 2004 г. показва, че фулерените могат да се натрупват и да причинят увреждане на мозъка при рибите. Но и двете проучвания са използвали големи дози от веществото при необичайни условия. Според един от експертите, химикът Кристен Кулиновски (САЩ), „би било препоръчително да се ограничи експозицията на тези наночастици, въпреки факта, че в момента няма информация за тяхната заплаха за човешкото здраве“.

Някои коментатори също твърдят, че широкото използване на нанотехнологиите може да доведе до социални и етични рискове. Така например, ако използването на нанотехнологии инициира нова индустриална революция, това ще доведе до загуба на работни места. Освен това нанотехнологиите могат да променят възприятието на човек, тъй като използването им ще помогне за удължаване на живота и значително повишаване на стабилността на тялото. „Никой не може да отрече, че широкото разпространение на мобилните телефони и интернет доведе до огромни промени в обществото“, казва Кристен Кулиновски. „Кой би посмял да каже, че нанотехнологиите няма да имат по-голямо въздействие върху обществото през следващите години?“

Мястото на Русия сред страните, развиващи и произвеждащи нанотехнологии

Световните лидери по общи инвестиции в нанотехнологии са страните от ЕС, Япония и САЩ. Напоследък Русия, Китай, Бразилия и Индия значително увеличиха инвестициите в тази индустрия. В Русия обемът на финансирането по програмата „Развитие на инфраструктурата на наноиндустрията в Руската федерация за 2008-2010 г.“ ще възлезе на 27,7 милиарда рубли.

Последният (2008 г.) доклад на базираната в Лондон изследователска фирма Cientifica, наречен Nanotechnology Outlook Report, гласи буквално следното за руските инвестиции: „Въпреки че ЕС все още е на първо място по отношение на инвестициите, Китай и Русия вече са изпреварили Съединените щати "

Има области в нанотехнологиите, в които руските учени станаха първите в света, като получиха резултати, които положиха основата за развитието на нови научни тенденции.

Сред тях може да се отдели производството на ултрафини наноматериали, проектиране на едноелектронни устройства, както и работа в областта на атомната сила и сканираща сонда микроскопия. Само на специално изложение, проведено в рамките на XII Петербургски икономически форум (2008), бяха представени наведнъж 80 конкретни разработки. Русия вече произвежда редица нанопродукти, които са търсени на пазара: наномембрани, нанопрахове, нанотръби. Според експерти обаче в комерсиализацията на нанотехнологичните разработки Русия изостава с десет години от САЩ и други развити страни.

Нанотехнологиите в изкуството

Редица творби на американската художничка Наташа Вита-Мор се занимават с нанотехнологии.

В съвременното изкуство се очертава нова тенденция „наноизкуство“ (nano art) – форма на изкуство, свързана със създаването на скулптури (композиции) с микро- и наноразмери (съответно 10-6 и 10-9 m) от художник под въздействието на химични или физични процеси на обработка на материала, фотографиране на получените нано-изображения с помощта на електронен микроскоп и обработка на черно-бели снимки в графичен редактор.

В широк известна работаРуският писател Н. Лесков "Левша" (1881) има любопитен фрагмент: името е показано: какъв руски майстор направи тази подкова." Увеличението от 5 000 000 пъти се осигурява от съвременните електронни и атомно-силови микроскопи, които се считат за основни инструменти на нанотехнологиите. Така литературният герой Леви може да се счита за първия „нанотехнолог“ в историята.

Идеите на Файнман за това как да се създават и използват наноманипулатори в лекцията му от 1959 г. "Там долу има много пространство" съветски писател"Микроруки" на Борис Житков, издадена през 1931г. Някои от негативните последици от неконтролираното развитие на нанотехнологиите са описани в трудовете на М. Крайтън („Рой“), С. Лем („Проверка на място“ и „Мир на Земята“), С. Лукяненко („Нищо“). да раздели").

Главният герой на романа "Трансман" от Юрий Никитин е ръководител на корпорация за нанотехнологии и първият човек, изпитал въздействието на медицинските нанороботи.

В научнофантастичните сериали Stargate SG-1 и Stargate Atlantis една от най-технологично напредналите раси са двете „репликаторни“ раси, които се появиха от неуспешни експерименти, използващи и описващи различни приложения на нанотехнологиите. В „Денят, когато Земята застана на място“, с участието на Киану Рийвс, извънземна цивилизация произнася смъртна присъда на човечеството и почти унищожава всичко на планетата с помощта на самовъзпроизвеждащи се бръмбари нанорепликати, поглъщащи всичко по пътя си.

Живеем в съвременния свят на медицината, науката и различни технологии. И вероятно всеки човек вече е чувал какво представляват нанотехнологиите и какво правят.
В общ смисъл нанотехнологиите създават обекти. Но те в никакъв случай не са обикновени, като например вашата маса или легло. Нека просто кажем - представката "нано" е една от милиардните от нещо. Тоест 0,000000001 метра в един нанометър. Това означава, че ако представим цялата Земя в нанометри, ще бъдем много изненадани, когато научим, че тя ще бъде с размерите на орех.
И така, нанотехнологиите се занимават със създаването на нанообекти, опериращи с отделни атоми и създаване на определена структура от тях. В бъдеще водоустойчива тениска или огнеупорна хартия ще бъдат нещо обичайно за нас, благодарение на нанотехнологиите. Но дори и сега, например, произведените транзистори, които всъщност са в основата на всички чипове, се произвеждат с точност до 90 нанометра. Съвсем наскоро представители на Hewlett-Packet TM съобщиха, че нанотехнологиите скоро ще могат да заменят съвременните традиционни технологии за създаване на транзистори.
Нанотехнологиите се прилагат в различни области на науката и са придружени от прогрес навсякъде. Например в медицината, ако извършвате диагностика за друг ранна фазазаболявания, наносензорите ще помогнат за бързото възстановяване. Може би по този начин човечеството ще успее да победи както рака, така и други сериозни заболявания, защото нанотехнологиите ще помогнат на лекарството да влезе незабавно в болните клетки, а не да се разпространи в тялото.
Нанотехнологиите могат да се прилагат и в енергийния сектор. Може би в бъдеще ще спрем да зависим от газ и петрол благодарение на слънчевите панели, защото ефективността им може да се увеличи два до три пъти точно с използването на нанотехнологии.
Не можем да не споменем и нанотехнологиите в такава област като машиностроенето. Всъщност в бъдеще с помощта на наноматериали ще можем да намалим триенето при шофиране на автомобил и, може би, ще можем да се уверим, че частите се запазват много по-дълго от днес.
Професор Н. Танигучи е първият, който използва самия термин "нанотехнология" в своя доклад на Международната конференция в Япония през 1974 г., Токио.
Сега много често можем да попаднем на новини, че учените са изобретили нещо ново, използвайки нанотехнологиите, например най-малката нано решетка, мономолекулярна подводница, най-тъмният материал на земята или нова форма на въглерод, по структура, по-здрава от диаманта. Така още през 2004 г. Kodak произвежда деветслойна хартия Ultima за принтери, при която горният слой е оформен от керамични наночастици, което прави хартията плътна, гладка и с приятен гланц.
Също така, например, разтвор на сребърни наночастици има мощен антисептичен ефект. По този начин, ако поставите превръзка с такъв сребърен разтвор върху раната, тя ще заздравее много пъти по-бързо, отколкото, например, с помощта на конвенционални антисептични средства.
С толкова бързи темпове на развитие на нанотехнологиите ще можем по-интензивно да изследваме космоса, подводните дълбочини и като цяло да направим ежедневието по-лесно и по-приятно. И може би скоро, като различни филми за бъдещето, в кожата ни ще бъдат имплантирани чипове, които ще ни помогнат в нещо; може би обичайната ни технология ще бъде заменена от нанотехнология; хората ще спрат да умират от рак и подобни сериозни заболявания.
Нанотехнологиите са прозорец към бъдещето, който учените отварят днес. Убедени сме, че в бъдеще това, което сега се счита за фантазия, ще ни изглежда напълно обикновено.

Министерство на образованието и науката на Руската федерация

Общинска образователна институция

общообразователно училище - интернат № 1 средно (пълно)

общо образование на Томск

ЕСЕ

по тази тема: Нанотехнологиите в съвременния свят

Изпълнено:ученик от 8А клас

Сахненко Мария

Ръководител:Пахорукова Д.П.

Учител по физика

Томск 2010г

ВЪВЕДЕНИЕ

В момента малко хора знаят какво представляват нанотехнологиите, въпреки че бъдещето се крие зад тази наука. Основната цел на работата ми е да се запозная с нанотехнологиите. Искам също да разбера приложението на тази наука в различни индустрии и да разбера дали нанотехнологиите могат да бъдат опасни за хората.

1. НАНОТЕХНОЛОГИЯТА В СЪВРЕМЕННИЯ СВЯТ

1.1 Историята на появата на нанотехнологиите

Дядото на нанотехнологиите може да се счита за гръцкия философ Демокрит. Той беше първият, който използва думата „атом“, за да опише най-малката частица материя. Повече от двадесет века хората се опитват да проникнат в тайната на структурата на тази частица. Решението на този проблем, непоносим за много поколения физици, стана възможно през първата половина на ХХ век след създаването на електронен микроскоп от немските физици Макс Нол и Ернст Руска, което направи възможно за първи път изследването на нанообекти .

Много източници, предимно англоезични, свързват първото споменаване на методите, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, с известната реч на Ричард Файнман „Там долу има много място“ (на английски „Plenty of Roo at the Bottom“) , направен от него през 1959 г. в Калифорнийския технологичен институт на годишната среща на Американското физическо дружество. Ричард Файнман предполага, че е възможно механично да се движат единични атоми с помощта на манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на физичните закони, известни до момента.

Той предложи да се направи този манипулатор по следния начин. Необходимо е да се изгради механизъм, който да създаде свое собствено копие, само с порядък по-малко. Създаденият по-малък механизъм трябва отново да създаде свое собствено копие, отново с порядък по-малко и така нататък, докато размерите на механизма са съизмерими с размера от порядъка на един атом. В този случай ще е необходимо да се направят промени в структурата на този механизъм, тъй като силите на гравитацията, действащи в макросвета, ще оказват все по-малко влияние, а силите на междумолекулните взаимодействия все повече и повече ще влияят върху работата на механизма . Последният етап - полученият механизъм ще сглоби своето копие от отделни атоми. По принцип броят на такива копия е неограничен, ще бъде възможно да се създаде произволен брой такива машини за кратко време. Тези машини ще могат да сглобяват макро неща по същия начин, чрез атомно сглобяване. Това ще направи нещата с порядък по-евтини - на такива роботи (нанороботи) ще трябва да се даде само необходимия брой молекули и енергия и да се напише програма за сглобяване на необходимите елементи. Досега никой не е успял да опровергае тази възможност, но все още никой не е успял да създаде такива механизми. Основният недостатък на такъв робот е невъзможността да се създаде механизъм от един атом.

Ето как Р. Файнман описа предполагаемия си манипулатор:

мисля си за създаване на електрически управлявана система , който използва конвенционално произведени „сервизни роботи“ под формата на четири пъти намалени копия на „ръцете“ на оператора. Такива микромеханизми ще могат лесно да извършват операции в намален мащаб. Говоря за малки роботи, оборудвани със серво мотори и малки „ръце“, които могат да затягат еднакво малки болтове и гайки, да пробиват много малки дупки и т.н. Накратко, те могат да вършат цялата работа в мащаб 1:4. За да направите това, разбира се, първо трябва да направите необходимите механизми, инструменти и рамена на манипулатора в една четвърт от обичайния размер (всъщност е ясно, че това означава намаляване на всички контактни повърхности с коефициент 16). В последния етап тези устройства ще бъдат оборудвани със серво двигатели (16 пъти намалена мощност) и свързани към конвенционална електрическа система за управление. След това ще бъде възможно да се използват рамена на манипулатора, намалени 16 пъти! Обхватът на приложение на такива микророботи, както и на микромашините, може да бъде доста широк - от хирургически операции до транспортиране и обработка на радиоактивни материали. Надявам се, че принципът на предлаганата програма, както и неочакваните проблеми и блестящите възможности, свързани с нея, са разбрани. Освен това може да се мисли за възможността за по-нататъшно значително намаляване на мащаба, което, разбира се, ще изисква допълнителни структурни промени и модификации (между другото, на определен етап може да се наложи да се изоставят „ръцете“ на обичайната форма), но ще направи възможно производството на нови, много по-модерни устройства от описания тип. Нищо не ви пречи да продължите този процес и да създадете толкова малки машини, колкото искате, тъй като няма ограничения, свързани с поставянето на машините или тяхното потребление на материали. Техният обем винаги ще бъде много по-малък от обема на прототипа. Лесно е да се изчисли, че общият обем от 1 милион металорежещи машини, намален с коефициент 4000 (и следователно масата на материалите, използвани за производството), ще бъде по-малко от 2% от обема и масата на конвенционална машина с нормални размери. Ясно е, че това незабавно премахва проблема с цената на материалите. По принцип би било възможно да се организират милиони еднакви миниатюрни фабрики, на които мънички машини непрекъснато да пробиват дупки, да щампат части и т. н. С намаляването на размерите постоянно ще се сблъскваме с много необичайни физически явления. Всичко, което трябва да срещнете в живота, зависи от мащабни фактори. Освен това съществува и проблемът на материалите, които се „слепват“ под действието на междумолекулни сили (т.нар. сили на Ван дер Ваалс), което може да доведе до ефекти, необичайни за макроскопските мащаби. Например, гайката няма да се отдели от болта след разхлабване, а в някои случаи ще се прилепи плътно към повърхността и т. н. Има няколко физически проблема от този тип, които трябва да имате предвид при проектирането и изграждането на микроскопични механизми.

1.2. Какво е нанотехнология

След като се появи съвсем наскоро, нанотехнологиите все повече навлизат в областта научно изследване, а от него и в нашето ежедневие. Разработките на учените все повече се занимават с обекти от микросвета, атоми, молекули, молекулярни вериги. Изкуствено създадените нанообекти постоянно изненадват изследователите със своите свойства и обещават най-неочаквани перспективи за тяхното приложение.

Основната мерна единица в изследванията на нанотехнологиите е нанометърът – милиардна част от метъра. Тези единици се използват за измерване на молекули и вируси, а сега и елементи от ново поколение компютърни чипове. Именно на наномащаба се извършват всички основни физически процеси, които определят макровзаимодействията.

Самата природа тласка човек към идеята за създаване на нанообекти. Всяка бактерия всъщност е организъм, състоящ се от наномашини: ДНК и РНК копират и предават информация, рибозомите образуват протеини от аминокиселини, митохондриите произвеждат енергия. Очевидно на този етап от развитието на науката на учените им хрумва да копират и подобрят тези явления.

Представете си: пиете чаша вода, пълна с микроскопични роботи. Размерът им е толкова малък, че не е възможно да ги видите. Въпреки това, след като ги изпиете, те ще започнат да действат върху тялото ви, заздравявайки рани и поставяйки един вид „лепенки“, където е необходимо. Един нанометър е една милионна част от метъра. Именно в този мащаб работят нанотехнологиите. Техните дейности не се ограничават конкретно до медицинската област, а напротив, те навлизат в областта на високите технологии, но развитието на нанотехнологиите е много скъпо, както финансово, така и интелектуално.

Вероятно всеки от нас е мечтал. Е, очевидно напомняйки за техните детски мечти, изследователите от са разработили истинска изкуствена кожа, която може да променя цвета си като хамелеон. Според учените подобно изобретение може да се приложи в камуфлаж и при разработването на мащабни динамични дисплеи. Подобни новини периодично се появяват в пресата. Наистина ли е различно този път?

Въпреки цялата шумиха наоколо, всичките му свойства и обещанията на учените, може да се изненадате от факта, че този материал все още не се използва широко. Както се оказа, това не е изненадващо. Международен екип от учени анализира образци от графен, произведени от 60 компании по света и стигна до заключението, че всички те всъщност се занимават с производството и продажбата на не ултра тънък материал на въглеродна основа, за чието изобретение са създателите му получиха Нобелова награда, но обикновен боклук, който също продават на непосилни цени.