فناوری نانو که در زندگی از آن استفاده می کنیم. «نانو فناوری در دنیای مدرن

مارکین کریل پتروویچ

حوزه علم و فناوری به نام فناوری نانو نسبتاً اخیراً ظهور کرده است. چشم انداز این علم بسیار زیاد است. خود ذره «نانو» به معنای یک میلیاردم هر مقدار است. مثلاً یک نانومتر یک میلیاردم متر است. این اندازه ها مشابه اندازه های مولکول ها و اتم ها هستند. تعریف دقیق نانوتکنولوژی به این صورت است: نانوتکنولوژی فناوری‌هایی است که ماده را در سطح اتم‌ها و مولکول‌ها دستکاری می‌کنند (بنابراین نانوتکنولوژی را فناوری مولکولی نیز می‌گویند). انگیزه توسعه فناوری نانو سخنرانی ریچارد فاینمن بود که در آن او به طور علمی ثابت کرد که از نقطه نظر فیزیک هیچ مانعی برای ایجاد اشیا مستقیماً از اتم وجود ندارد. برای نشان دادن ابزاری برای دستکاری موثر اتم ها، مفهوم مونتاژکننده معرفی شد - یک نانو ماشین مولکولی که می تواند هر ساختار مولکولی را بسازد. نمونه ای از مونتاژ کننده طبیعی ریبوزوم است که پروتئین را در موجودات زنده سنتز می کند. بدیهی است که نانوتکنولوژی صرفاً یک دانش مجزا نیست، بلکه یک حوزه تحقیقاتی گسترده و جامع مرتبط با علوم بنیادی است. می‌توان گفت که تقریباً هر موضوعی، از آن‌هایی که در مدرسه مطالعه می‌شوند، به هر نحوی با فناوری‌های آینده مرتبط خواهند بود. واضح ترین ارتباط "نانو" با فیزیک، شیمی و زیست شناسی است. ظاهراً این علوم هستند که در ارتباط با نزدیک شدن به انقلاب نانوتکنیکی، بیشترین انگیزه را برای توسعه خواهند داشت.

دانلود:

پیش نمایش:

موسسه آموزشی بودجه شهرداری

«دبیرستان شماره 2 به نام A.A. آراکانتسف، سمیکاراکورسک

معرفی.

در حال حاضر، تعداد کمی از مردم می دانند که فناوری نانو چیست، اگرچه آینده در پشت این علم نهفته است.

هدف کار:

بیاموزید که فناوری نانو چیست؛

کاربرد این علم در زمینه های مختلف را بیابید.

دریابید که آیا فناوری نانو می تواند برای انسان خطرناک باشد؟

حوزه علم و فناوری به نام فناوری نانو نسبتاً اخیراً ظهور کرده است. چشم انداز این علم بسیار زیاد است. خود ذره «نانو» به معنای یک میلیاردم هر مقدار است. مثلاً یک نانومتر یک میلیاردم متر است. این اندازه ها مشابه اندازه های مولکول ها و اتم ها هستند. تعریف دقیق نانوتکنولوژی به این صورت است: نانوتکنولوژی فناوری‌هایی است که ماده را در سطح اتم‌ها و مولکول‌ها دستکاری می‌کنند (بنابراین نانوتکنولوژی را فناوری مولکولی نیز می‌گویند). انگیزه توسعه فناوری نانو سخنرانی ریچارد فاینمن بود که در آن او به طور علمی ثابت کرد که از نقطه نظر فیزیک هیچ مانعی برای ایجاد اشیا مستقیماً از اتم وجود ندارد. برای نشان دادن ابزاری برای دستکاری موثر اتم ها، مفهوم مونتاژکننده معرفی شد - یک نانو ماشین مولکولی که می تواند هر ساختار مولکولی را بسازد. نمونه ای از مونتاژ کننده طبیعی ریبوزوم است که پروتئین را در موجودات زنده سنتز می کند. بدیهی است که نانوتکنولوژی صرفاً یک دانش مجزا نیست، بلکه یک حوزه تحقیقاتی گسترده و جامع مرتبط با علوم بنیادی است. می‌توان گفت که تقریباً هر موضوعی، از آن‌هایی که در مدرسه مطالعه می‌شوند، به هر نحوی با فناوری‌های آینده مرتبط خواهند بود. واضح ترین ارتباط "نانو" با فیزیک، شیمی و زیست شناسی است. ظاهراً این علوم هستند که در ارتباط با نزدیک شدن به انقلاب نانوتکنیکی، بیشترین انگیزه را برای توسعه خواهند داشت.

امروز می توانیم از مزایا و فرصت های جدید استفاده کنیمفناوری های نانو در:

• پزشکی، از جمله هوافضا؛
• فارماکولوژی؛
• سالمندان;
• حفاظت از سلامت ملت در مواجهه با بحران فزاینده زیست محیطی و بلایای انسانی؛
• شبکه های کامپیوتری جهانی و ارتباطات اطلاعاتی بر اساس اصول فیزیکی جدید.
• سیستم های ارتباطی از راه دور؛
• خودرو، تراکتور و تجهیزات هوانوردی؛
• ایمنی جاده؛
• سیستم های امنیت اطلاعات؛
• حل مشکلات زیست محیطی کلان شهرها؛
• کشاورزی؛
• حل مشکلات تامین آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب؛
• اساساً سیستم های ناوبری جدید؛
• تجدید مواد معدنی طبیعی و مواد خام هیدروکربنی.

ما تصمیم گرفتیم بر روی کاربرد نانوتکنولوژی در پزشکی، صنایع غذایی، امور نظامی و فضا تمرکز کنیم، زیرا این حوزه ها در ما علاقه مند شد.

1. نانوتکنولوژی در دنیای مدرن.

1.1 تاریخچه پیدایش فناوری نانو.

علم «نانو فناوریمن هستم" به دلیل تغییرات انقلابی در علوم کامپیوتر بوجود آمد!

در سال 1947 ترانزیستور اختراع شد و پس از آن دوران شکوفایی فناوری نیمه هادی آغاز شد که در آن اندازه دستگاه های سیلیکونی ایجاد شده به طور مداوم در حال کاهش بود.اصطلاح نانوتکنولوژیدر سال 1974، توسط نوریو تانیگوچی ژاپنی برای توصیف فرآیند ساخت اجسام و مواد جدید با دستکاری اتم های منفرد پیشنهاد شد. این نام از کلمه "نانو متر" گرفته شده است - یک میلیاردم متر (10-9 متر).

در اصطلاح مدرن، نانوتکنولوژی یک فناوری برای ساخت ساختارهای ابر میکروسکوپی از کوچکترین ذرات ماده است که تمام فرآیندهای فنی را که مستقیماً با اتم ها و مولکول ها مرتبط هستند ترکیب می کند.

نانوتکنولوژی مدرن ردپای تاریخی نسبتا عمیقی دارد. یافته های باستان شناسی گواه وجود فرمولاسیون های کلوئیدی در دنیای باستان است، به عنوان مثال، "جوهر چینی" در مصر باستان. فولاد معروف دمشق به لطف وجود نانولوله در آن ساخته شد.

پدر ایده نانوتکنولوژی را می توان به طور مشروط دموکریتوس فیلسوف یونانی در حدود 400 سال قبل از میلاد دانست. در دوران او برای اولین بار از کلمه "اتم" که از یونانی به معنای "نشکن" ترجمه شده است برای توصیف کوچکترین ذره ماده استفاده کرد.

در اینجا یک مسیر توسعه ناهموار وجود دارد:

• سال 1905. آلبرت اینشتین فیزیکدان سوئیسی مقاله ای منتشر کرد که در آن استدلال کرد که اندازه یک مولکول قند حدود 1 نانومتر است.
• سال 1931. فیزیکدانان آلمانی مکس نول و ارنست روسکا یک میکروسکوپ الکترونی ایجاد کردند که برای اولین بار امکان مطالعه نانو اجسام را فراهم کرد.
• سال 1934. یوجین ویگنر، فیزیکدان نظری آمریکایی، برنده جایزه نوبل، امکان ایجاد یک فلز فوق پراکنده با تعداد کافی الکترون های رسانا را به صورت نظری اثبات کرد.
• سال 1951 جان فون نویمان اصول ماشین های خودکپی را مشخص کرد، دانشمندان به طور کلی امکان آنها را تایید کردند.
• در سال 1953، واتسون و کریک ساختار DNA را توصیف کردند که نشان می‌داد چگونه اجسام زنده دستورالعمل‌هایی را که ساختارشان را هدایت می‌کند، منتقل می‌کنند.
• سال 1959 فیزیکدان آمریکایی ریچارد فاینمن برای اولین بار مقاله ای منتشر کرد که چشم انداز کوچک سازی را ارزیابی می کرد. برنده جایزه نوبلآر. فاینمن عبارتی نوشت که اکنون به عنوان یک پیشگویی تلقی می شود: "تا آنجا که من می بینم، اصول فیزیک دستکاری اتم های منفرد را ممنوع نمی کند." این تفکر زمانی مطرح شد که آغاز دوران فراصنعتی هنوز محقق نشده بود. در آن سالها نه مدارهای مجتمع وجود داشت، نه ریزپردازنده، نه رایانه شخصی.
• سال 1974. نوریو تانیگوچی، فیزیکدان ژاپنی، کلمه «نانو فناوری» را وارد گردش علمی کرد و پیشنهاد کرد مکانیسم هایی با اندازه کمتر از یک میکرون نامگذاری شوند. کلمه یونانی برای "drift" تقریباً به معنای "پیرمرد" است.
• سال 1981. گلیتر اولین کسی بود که توجه را به امکان ایجاد موادی با خواص منحصر به فرد جلب کرد که ساختار آن توسط کریستال هایی در مقیاس نانو نشان داده شده است.

• در 27 مارس 1981، اخبار رادیویی CBS به نقل از یک دانشمند ناسا گفت که مهندسان می توانند ظرف بیست سال ربات های خودتکثیر شونده را برای استفاده در فضا یا زمین بسازند. این ماشین‌ها کپی‌هایی از خودشان می‌سازند و می‌توان به کپی‌ها دستور ساخت محصولات مفید را داد.
• 1982 G. Bining و G. Rohrer اولین میکروسکوپ تونلی روبشی را ایجاد کردند.
• سال 1985 رابرت کرل، هارولد کروتو و ریچارد اسمالی، فیزیکدانان آمریکایی، فناوری ابداع کرده اند که می تواند اجسام با قطر یک نانومتر را با دقت اندازه گیری کند.
• سال 1986. فناوری نانو برای عموم مردم شناخته شده است. دانشمند آمریکایی، اریک درکسلر، کتاب «ماشین‌های آفرینش: آمدن عصر فناوری نانو» را منتشر کرد که در آن پیش‌بینی کرد که فناوری نانو به‌زودی شروع به توسعه فعال خواهد کرد.
• 1991، هیوستون (ایالات متحده آمریکا)، گروه شیمی، دانشگاه رایس. در آزمایشگاه خود، دکتر آر اسمولی (برنده جایزه نوبل 1996) با کمک یک گرافیت تبخیر شده لیزری در زیر خلاء، فاز گازی که از پوسته های نسبتاً بزرگی تشکیل شده بود که هر کدام حاوی 60 اتم کربن بود. یک خوشه 60 اتمی پایدارتر است، زیرا مقدار انرژی آزاد بیشتری دارد. این خوشه یک ساختار ساختاری شبیه به یک توپ فوتبال است و پیشنهاد می‌کند که این مولکول را فولرن بنامیم.
• 1991، سومیو ایجیما، کارمند آزمایشگاه NEC در ژاپن، برای اولین بار کشف کرد نانولوله های کربنی، که قبلاً چند ماه قبل توسط فیزیکدان روسی L. Chernozatonsky و J. Mintmere آمریکایی پیش بینی شده بود.
• سال 1995. در L.Ya. کارپوف یک حسگر مبتنی بر نانوکامپوزیت فیلم ایجاد کرد که مواد مختلف موجود در جو (آمونیاک، الکل، بخار آب) را تشخیص می‌دهد.
• سال 1997. ریچارد اسمولی، جایزه نوبل شیمی 1996 و پروفسور شیمی و فیزیک، تجمع اتم ها را تا سال 2000 پیش بینی کرد و در همان زمان ظهور اولین نانومحصولات تجاری را پیش بینی کرد. این پیش بینی در تاریخ پیش بینی شده محقق شد.
• سال 1998. وابستگی خواص الکتریکی نانولوله ها به پارامترهای هندسی به طور تجربی تایید شد.
• سال 1998. فیزیکدان هلندی Sees Dekker ترانزیستوری را بر اساس فناوری نانو ساخته است.
• سال 1998. سرعت توسعه فناوری نانو به شدت شروع به رشد کرد. ژاپن فناوری نانو را به عنوان یک دسته فناوری احتمالی برای قرن بیست و یکم شناسایی کرده است.
• سال 1999. فیزیکدانان آمریکایی جیمز تور و مارک رید به این نتیجه رسیدند که یک مولکول واحد می تواند مانند زنجیره های مولکولی رفتار کند.
• سال 2000. گروه تحقیقاتی هیولت پاکارد یک مولکول سوئیچ یا مینی میکرودیود را با استفاده از جدیدترین روش های نانوتکنولوژیکی خودآرایی ایجاد کرده است.

• سال 2000. آغاز عصر نانوالکترونیک هیبریدی.
• سال 2002. S. Decker یک نانولوله را با DNA ترکیب کرد و یک نانومکانیسم واحد بدست آورد.
• سال 2003. دانشمندان ژاپنی برای اولین بار در جهان یک دستگاه حالت جامد ساختند که یکی از دو عنصر اساسی مورد نیاز برای ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی را پیاده سازی می کند. سال 2004. اولین کامپیوتر کوانتومی جهان معرفی شد

• در 7 سپتامبر 2006، دولت فدراسیون روسیه مفهوم برنامه هدف فدرال برای توسعه فناوری نانو برای سال های 2007-2010 را تصویب کرد.

بدین ترتیب با شکل گیری تاریخی، تا به امروز، نانوتکنولوژی با تسخیر حوزه نظری آگاهی عمومی، همچنان به نفوذ در لایه روزمره خود ادامه می دهد.

با این حال، فناوری نانو نباید تنها به یک پیشرفت انقلابی محلی در این زمینه ها (الکترونیک، فناوری اطلاعات) کاهش یابد. تعدادی از نتایج بسیار مهم در حال حاضر در فناوری نانو به دست آمده است که امید به پیشرفت چشمگیر در توسعه بسیاری از زمینه های دیگر علم و فناوری (پزشکی و زیست شناسی، شیمی، بوم شناسی، انرژی، مکانیک و غیره) را ممکن می سازد. به عنوان مثال، با رفتن به محدوده نانومتر (یعنی به اجسام با طول مشخصه حدود 10 نانومتر)، بسیاری از مهمترین خواص مواد و مواد به طور قابل توجهی تغییر می کنند. ما در مورد ویژگی های مهمی مانند هدایت الکتریکی، ضریب شکست نوری، خواص مغناطیسی، استحکام، مقاومت در برابر حرارت و غیره بر اساس موادبا انواع جدیدی از سلول های خورشیدی، مبدل های انرژی، محصولات سازگار با محیط زیست و غیره در حال حاضر با ویژگی های جدید ساخته شده اند.ممکن است این تولید مواد ارزان، صرفه جویی در انرژی و سازگار با محیط زیست باشد که به مهم ترین پیامد معرفی فناوری نانو تبدیل شود.حسگرهای بیولوژیکی بسیار حساس (حسگرها) و سایر دستگاه‌ها قبلاً ساخته شده‌اند که امکان صحبت از ظهور علم جدید نانوبیوتکنولوژی را فراهم می‌کند و چشم‌انداز زیادی برای کاربرد عملی دارد. فناوری نانو امکانات جدیدی را برای ریزماشین کاری مواد و ایجاد فرآیندهای جدید تولید و محصولات جدید بر این اساس ارائه می‌کند که باید تأثیری انقلابی بر زندگی اقتصادی و اجتماعی نسل‌های آینده داشته باشد.

1.2. نانوتکنولوژی در عرصه های مختلف زندگی بشر

نفوذ فناوری نانو به حوزه فعالیت های انسانی را می توان به عنوان درختی از فناوری نانو نشان داد. کاربرد به شکل یک درخت است که شاخه های آن حوزه های اصلی کاربرد را نشان می دهد و شاخه های شاخه های بزرگ نشان دهنده تمایز در نواحی اصلی کاربرد در یک زمان معین است.

امروز (2000 - 2010) تصویر زیر وجود دارد:

• علوم زیستی شامل توسعه فناوری برچسب گذاری ژن، سطوح برای ایمپلنت، سطوح ضد میکروبی، داروهای هدفمند، مهندسی بافت و درمان سرطان شناسی است.
• الیاف ساده به معنای توسعه فناوری کاغذ، مصالح ساختمانی ارزان، تخته های سبک وزن، قطعات خودرو و مواد سنگین است.
• نانوکلیپ‌ها شامل تولید پارچه‌های جدید، پوشش‌های شیشه‌ای، ماسه‌های هوشمند، کاغذ، الیاف کربن هستند.
• محافظت در برابر خوردگی با استفاده از مواد افزودنی نانو به مس، آلومینیوم، منیزیم، فولاد.
• کاتالیزورها برای استفاده در کشاورزی، بوی‌زدایی و تولید مواد غذایی در نظر گرفته شده‌اند.
• موادی که به راحتی تمیز می شوند در زندگی روزمره، معماری، صنایع لبنی و غذایی، صنعت حمل و نقل و بهداشت استفاده می شوند. این تولید عینک های خود تمیز شونده، تجهیزات و ابزار بیمارستانی، پوشش ضد کپک، سرامیک های تمیز شونده آسان است.
• پوشش های زیستی در تجهیزات ورزشی و یاتاقان ها استفاده می شود.
• اپتیک به عنوان یک زمینه کاربردی نانوتکنولوژی شامل حوزه هایی مانند الکتروکرومیک، تولید لنزهای نوری است. اینها اپتیک های فتوکرومیک جدید، اپتیک های با قابلیت تمیز کردن آسان و اپتیک های پوشش دار هستند.
• سرامیک در زمینه کاربرد فناوری نانو امکان به دست آوردن الکترولومینسانس و فوتولومینسانس، خمیرهای چاپ، رنگدانه ها، نانوپودرها، ریز ذرات، غشاها را فراهم می کند.
• فناوری رایانه و الکترونیک به عنوان زمینه ای از کاربرد فناوری نانو باعث توسعه الکترونیک، نانوحسگرها، میکروکامپیوترهای خانگی (جاسازی شده)، تجسم و مبدل های انرژی می شود. علاوه بر این، این توسعه شبکه های جهانی، ارتباطات بی سیم، کامپیوترهای کوانتومی و DNA است.
• نانوپزشکی به‌عنوان حوزه کاربرد فناوری نانو، نانومواد برای پروتزها، پروتزهای هوشمند، نانوکپسول‌ها، نانوکاوشگرهای تشخیصی، ایمپلنت‌ها، بازسازی‌کننده‌ها و تجزیه‌کننده‌های DNA، ابزارهای دقیق و هوشمند، داروسازی هدفمند است.
• فضا به عنوان یک زمینه کاربرد فناوری نانو، چشم‌اندازی را برای مبدل‌های مکانیکی انرژی خورشیدی، نانومواد برای کاربردهای فضایی باز خواهد کرد.
• اکولوژی به عنوان یک زمینه کاربردی نانوتکنولوژی، احیای لایه اوزون، کنترل آب و هوا است.

1.2.1 فناوری نانو در فضا

یک انقلاب در فضا بیداد می کند. آنها شروع به ساخت ماهواره ها و نانو دستگاه های تا وزن 20 کیلوگرم کردند.

سیستمی از ریزماهواره ها ایجاد شده است که کمتر در برابر تلاش برای نابودی آن آسیب پذیر است. ساقط کردن یک غول پیکر با وزن چند صد کیلوگرم یا حتی یک تن در مدار، که فوراً تمام ارتباطات فضایی یا شناسایی را از بین می برد، یک چیز است، و وقتی انبوهی از ریزماهواره ها در مدار هستند، چیز دیگری است. غیرفعال کردن یکی از آنها در این مورد باعث اختلال در عملکرد سیستم به عنوان یک کل نمی شود. بر این اساس، الزامات مربوط به قابلیت اطمینان عملیاتی هر ماهواره را می توان کاهش داد.

دانشمندان جوان بر این باورند که از جمله موارد دیگر، ایجاد فناوری‌های جدید در زمینه اپتیک، سیستم‌های ارتباطی، روش‌های انتقال، دریافت و پردازش مقادیر زیادی اطلاعات را باید به مشکلات کلیدی کوچک‌سازی ماهواره‌ها نسبت داد. ما در مورد نانوتکنولوژی و نانومواد صحبت می کنیم که می توانند وزن و ابعاد وسایل پرتاب شده به فضا را تا دو مرتبه کاهش دهند. به عنوان مثال، استحکام نانو نیکل 6 برابر بیشتر از نیکل معمولی است، که این امکان را فراهم می کند که هنگام استفاده در موتورهای موشک، جرم نازل را 20-30٪ کاهش دهد.کاهش جرم فناوری فضایی بسیاری از مشکلات را حل می کند: دوره حضور فضاپیما در فضا را افزایش می دهد، به آن اجازه می دهد دورتر پرواز کند و تجهیزات مفید بیشتری را برای انجام تحقیقات با خود حمل کند. در عین حال مشکل تامین انرژی نیز در حال حل شدن است. به زودی از دستگاه های مینیاتوری برای مطالعه بسیاری از پدیده ها استفاده می شود، به عنوان مثال، تأثیر نور خورشید بر فرآیندهای روی زمین و فضای نزدیک به زمین.

امروزه فضا عجیب و غریب نیست و کاوش در آن فقط یک موضوع پرستیژ نیست. اول از همه، این سوال است امنیت ملیو رقابت ملی کشور ما. توسعه نانوسیستم های فوق پیچیده است که می تواند به مزیت ملی کشور تبدیل شود. مانند فناوری نانو، نانومواد این فرصت را به ما می دهد تا به طور جدی در مورد پروازهای سرنشین دار به سیارات مختلف در منظومه شمسی صحبت کنیم. استفاده از نانومواد و نانومکانیسم هاست که می تواند پروازهای سرنشین دار به مریخ و اکتشاف سطح ماه را به واقعیت تبدیل کند.یکی دیگر از جهت‌گیری‌های بسیار مورد تقاضا در توسعه ریزماهواره‌ها، ایجاد سنجش از دور زمین (ERS) است. بازاری برای مصرف کنندگان اطلاعات با وضوح تصاویر فضایی 1 متر در محدوده رادار و کمتر از 1 متر در محدوده نوری شروع به شکل گیری کرد (این گونه داده ها عمدتاً در نقشه برداری استفاده می شوند).

1.2.2 نانوتکنولوژی در پزشکی

دانشمندان می گویند پیشرفت های اخیر در فناوری نانو می تواند در مبارزه با سرطان بسیار مفید باشد. یک داروی ضد سرطان مستقیماً به هدف - به سلول های تحت تأثیر یک تومور بدخیم - توسعه یافته است. یک سیستم جدید مبتنی بر ماده ای به نام بیوسیلیکن. نانوسیلیکون ساختار متخلخلی دارد (قطر ده اتم) که ترکیب داروها، پروتئین ها و رادیونوکلئیدها در آن راحت است. پس از رسیدن به هدف، بیوسیلیکون شروع به تجزیه می کند و داروهایی که به آن تحویل داده می شود وارد عمل می شوند. علاوه بر این، به گفته توسعه دهندگان، سیستم جدید به شما امکان می دهد دوز دارو را تنظیم کنید.

در سراسر سالهای اخیرکارمندان مرکز نانوتکنولوژی بیولوژیکی در حال کار بر روی ایجاد ریزحسگرهایی هستند که برای شناسایی سلول های سرطانی در بدن و مبارزه با این بیماری وحشتناک استفاده می شود.

یک روش جدید برای تشخیص سلول های سرطانی بر اساس کاشت مخازن کروی کوچک ساخته شده از پلیمرهای مصنوعی به نام دندریمر (از درخت یونانی dendron - درخت) در بدن انسان است. این پلیمرها در دهه گذشته سنتز شده‌اند و ساختاری کاملاً جدید و غیر یکپارچه دارند که شبیه ساختار مرجانی یا چوبی است. به چنین پلیمرهایی پرشاخه یا آبشاری می گویند. آنهایی از آنها که در آنها انشعاب منظم است دندریمر نامیده می شود. قطر هر یک از این کره ها یا نانوحسگرها تنها به 5 نانومتر - 5 میلیاردم متر می رسد که امکان قرار دادن میلیاردها نانوحسگر را در منطقه کوچکی از فضا فراهم می کند.

این حسگرهای کوچک به محض ورود به بدن، به لنفوسیت ها نفوذ می کنند - گلبول های سفید خون که دفاع بدن را در برابر عفونت و سایر عوامل بیماری زا فراهم می کنند. با پاسخ ایمنی سلول های لنفاوی به یک بیماری خاص یا شرایط محیطی - برای مثال سرماخوردگی یا قرار گرفتن در معرض تشعشع، - ساختار پروتئینسلول ها تغییر می کنند هر نانوحسگر که با معرف های شیمیایی خاص پوشانده شده است، با چنین تغییراتی شروع به درخشش می کند.

برای دیدن این درخشش، دانشمندان قصد دارند دستگاه ویژه ای بسازند که شبکیه چشم را اسکن می کند. لیزر چنین دستگاهی باید درخشش لنفوسیت ها را هنگام عبور یکی یکی از مویرگ های باریک فوندوس تشخیص دهد. دانشمندان می گویند اگر حسگرهای برچسب گذاری شده کافی در لنفوسیت ها وجود داشته باشد، 15 ثانیه اسکن طول می کشد تا آسیب سلولی شناسایی شود.

در اینجا، بیشترین تأثیر فناوری نانو مورد انتظار است، زیرا بر اساس وجود جامعه - انسان تأثیر می گذارد. نانوتکنولوژی به چنین سطح بعدی از دنیای فیزیکی می رسد که در آن تمایز بین زنده و غیرزنده ناپایدار می شود - اینها ماشین های مولکولی هستند. حتی یک ویروس را می توان تا حدی یک سیستم زنده در نظر گرفت، زیرا حاوی اطلاعاتی در مورد ساخت آن است. اما ریبوزوم، اگرچه از همان اتم های همه مواد آلی تشکیل شده است، اما حاوی چنین اطلاعاتی نیست و بنابراین فقط یک ماشین مولکولی آلی است. نانوتکنولوژی در شکل پیشرفته‌اش شامل ساخت نانوروبات‌ها، ماشین‌های مولکولی با ترکیب اتمی معدنی است، این ماشین‌ها با داشتن اطلاعاتی در مورد چنین ساختاری قادر خواهند بود کپی‌هایی از خود بسازند. بنابراین، مرز بین زنده و غیر زنده شروع به محو شدن می کند. تا به امروز، تنها یک ربات DNA راه رفتن اولیه ساخته شده است.

نانوپزشکی با احتمالات زیر نشان داده می شود:

1. آزمایشگاه های روی یک تراشه، تحویل هدفمند دارو در بدن.

2. DNA - تراشه (ایجاد داروهای فردی).

3. آنزیم ها و آنتی بادی های مصنوعی.

4. اندام های مصنوعی، پلیمرهای کاربردی مصنوعی (جایگزین بافت های آلی). این جهت ارتباط نزدیکی با ایده زندگی مصنوعی دارد و در آینده منجر به ایجاد ربات هایی با هوشیاری مصنوعی و قادر به خوددرمانی می شود. سطح مولکولی... این به دلیل گسترش مفهوم زندگی فراتر از ارگانیک است

5. نانوروبات‌ها-جراحان (بیومکانیسم‌های انجام‌دهنده تغییرات و اقدامات پزشکی مورد نیاز، شناسایی و تخریب سلول‌های سرطانی). این رادیکال‌ترین کاربرد فناوری نانو در پزشکی، ایجاد نانوربات‌های مولکولی است که می‌توانند عفونت‌ها و تومورهای سرطانی را از بین ببرند، DNA، بافت‌ها و اندام‌های آسیب‌دیده را ترمیم کنند، کل سیستم‌های حامی حیات بدن را کپی کنند و ویژگی‌های بدن را تغییر دهند.

با در نظر گرفتن یک اتم منفرد به عنوان یک آجر یا "جزئیات"، نانوتکنولوژی به دنبال روش های عملی برای طراحی مواد با ویژگی های مشخص از این قطعات است. بسیاری از شرکت‌ها می‌دانند که چگونه اتم‌ها و مولکول‌ها را در نوعی ساختار جمع کنند.

در آینده، هر مولکولی مانند مجموعه ساخت و ساز کودک مونتاژ خواهد شد. برای این منظور قرار است از نانو ربات ها (نانوربات ها) استفاده شود. هر ساختار شیمیایی پایداری که بتوان آن را توصیف کرد، در واقع می توان ساخت. از آنجایی که یک نانوربات می تواند برای ساخت هر ساختاری، به ویژه برای ساختن نانوربات دیگری برنامه ریزی شود، بسیار ارزان خواهند بود. نانوربات ها با کار در تیم های بزرگ می توانند هر شی را با هزینه کم و دقت بالا ایجاد کنند. در پزشکی، مشکل استفاده از فناوری نانو، نیاز به تغییر ساختار سلول در سطح مولکولی است، یعنی. انجام "جراحی مولکولی" با استفاده از نانوربات ها. انتظار می رود پزشکان رباتیک مولکولی ایجاد شود که می توانند در داخل بدن انسان "زندگی" کنند و تمام آسیب هایی که رخ می دهد را از بین ببرند یا از وقوع چنین مواردی جلوگیری کنند.نانوربات‌ها با دستکاری اتم‌ها و مولکول‌ها می‌توانند سلول‌ها را ترمیم کنند. تاریخ پیش بینی شده برای ایجاد پزشکان رباتیک، نیمه اول قرن بیست و یکم.

علیرغم وضعیت فعلی، فناوری نانو به عنوان یک راه حل اساسی برای مشکل پیری بیش از حد امیدوارکننده است.

این امر به این دلیل است که فناوری نانو پتانسیل بالایی برای کاربرد تجاری در بسیاری از صنایع دارد و بر این اساس، علاوه بر بودجه جدی دولت، تحقیقات در این راستا توسط بسیاری از شرکت‌های بزرگ انجام می‌شود.

این کاملاً ممکن است که پس از بهبود برای اطمینان از "جوانی ابدی"، دیگر به نانوربات ها نیاز نباشد یا توسط خود سلول تولید شوند.

برای رسیدن به این اهداف، بشریت نیاز به حل سه سوال اصلی دارد:

1. طراحی و ایجاد ربات های مولکولی که می توانند مولکول ها را ترمیم کنند.
2. طراحی و ایجاد نانو کامپیوترهایی که نانو ماشین ها را کنترل می کنند.
3. ایجاد کنید توضیحات کاملاز تمام مولکول های بدن انسان، به عبارت دیگر، نقشه ای از بدن انسان در سطح اتمی ایجاد می کند.

مشکل اصلی نانوتکنولوژی، مشکل ایجاد اولین نانوربات است. چندین راه امیدوار کننده وجود دارد.

یکی از آنها بهبود میکروسکوپ تونل زنی روبشی یا میکروسکوپ نیروی اتمی و دستیابی به دقت موقعیت و نیروی گرفتن است.
روش دیگر برای ایجاد اولین نانوربات از طریق سنتز شیمیایی است. شاید طراحی و سنتز اجزای شیمیایی مبتکرانه ای که قابلیت خودآرایی در محلول را داشته باشند.
و مسیر دیگری از طریق بیوشیمی منتهی می شود. ریبوزوم ها (داخل سلول) نانوربات های تخصصی هستند و ما می توانیم از آنها برای ایجاد ربات های همه کاره تر استفاده کنیم.

این نانوربات‌ها می‌توانند روند پیری را کاهش داده و بهبود بخشند تک سلولیو با تک تک نورون ها تعامل دارند.

کار بر روی این مطالعه نسبتاً اخیراً آغاز شده است، اما سرعت اکتشافات در این زمینه بسیار بالا است، بسیاری معتقدند که این آینده پزشکی است.

1.2.3 نانوتکنولوژی در صنایع غذایی

Nanoed (nanofood) - این اصطلاح جدید، مبهم و ناخوشایند است. غذا برای انسان های غیر انسانی؟ بخش های خیلی کوچک؟ مواد غذایی ساخته شده در کارخانه های نانو؟ البته که نه. با این حال، این یک جهت جالب در صنعت غذا است. به نظر می رسد که نانوادا مجموعه ای کامل از ایده های علمی است که در حال حاضر در راه اجرا و کاربرد در صنعت هستند. اولاً، فناوری نانو می‌تواند فرصت‌های منحصربه‌فردی را برای نظارت کامل بر کیفیت و ایمنی مواد غذایی به‌طور مستقیم در طول فرآیند تولید، در اختیار کارگران مواد غذایی قرار دهد. ما در مورد ماشین های تشخیصی با استفاده از نانوحسگرهای مختلف یا به اصطلاح نقاط کوانتومی صحبت می کنیم که قادر به تشخیص سریع و مطمئن کوچکترین ها هستند. آلودگی شیمیایییا عوامل بیولوژیکی خطرناک روش‌های تولید، حمل و نقل و ذخیره‌سازی مواد غذایی می‌توانند سهم خود را از نوآوری‌های مفید از صنعت فناوری نانو به دست آورند. به گفته دانشمندان، اولین ماشین های سریالی از این نوع در چهار سال آینده در تولید انبوه مواد غذایی ظاهر خواهند شد. اما ایده های رادیکال تری نیز در دستور کار قرار دارند. آیا آماده بلعیدن نانوذراتی هستید که دیده نمی شوند؟ اما اگر از نانوذرات به طور هدفمند برای رساندن مواد مغذی و داروها به قسمت های دقیقاً انتخاب شده بدن استفاده شود، چه؟ اگر بتوان این نانوکپسول ها را در مواد غذایی گنجاند، چه اتفاقی می افتد؟ تاکنون هیچ کس از nanoedu استفاده نکرده است، اما پیشرفت‌های اولیه در حال انجام است. کارشناسان می گویند نانوذرات خوراکی را می توان از سیلیکون، سرامیک یا پلیمرها تهیه کرد. و البته - مواد آلی. و اگر همه چیز با توجه به ایمنی ذرات به اصطلاح "نرم"، شبیه به ساختار و ترکیب مواد بیولوژیکی روشن باشد، پس ذرات "سخت" متشکل از مواد معدنی یک نقطه سفید بزرگ در تقاطع دو قلمرو - نانوتکنولوژی است. و زیست شناسی دانشمندان هنوز نمی توانند بگویند که چنین ذرات در بدن کدام مسیرها را طی خواهند کرد و در نتیجه کجا متوقف خواهند شد. این باید دید. اما برخی از کارشناسان در حال حاضر تصاویر آینده نگرانه ای از مزایای نانوادا ترسیم می کنند. علاوه بر رساندن مواد مغذی با ارزش به سلول های مناسب. ایده این است: همه یک نوشیدنی را می‌خرند، اما پس از آن مصرف‌کننده می‌تواند خودش نانوذرات را دستکاری کند تا طعم، رنگ، عطر و غلظت نوشیدنی در مقابل چشمانش تغییر کند.

1.2.4 فناوری نانو در امور نظامی

استفاده نظامی از فناوری نانو از نظر کیفی باز می شود سطح جدیدتسلط نظامی-فنی در جهان جهت گیری های اصلی در ایجاد سلاح های جدید مبتنی بر فناوری نانو را می توان در نظر گرفت:

1. ایجاد وسایل انفجاری جدید مینیاتوری قدرتمند.

2. تخریب کلان دستگاه ها از مقیاس نانو.

3. جاسوسی و سرکوب درد با استفاده از فناوری عصبی.

4. سلاح های بیولوژیکی و نانودستگاه های هدایت ژنتیکی.

5. تجهیزات نانو برای سربازان.

6. حفاظت در برابر سلاح های شیمیایی و بیولوژیکی.

7. نانو وسایل در سیستم های کنترل تجهیزات نظامی.

8. پوشش های نانو برای تجهیزات نظامی.

فناوری نانو امکان تولید مواد منفجره قوی را فراهم می کند. اندازه ماده منفجره را می توان ده برابر کاهش داد. حمله موشک‌های هدایت‌شونده با قابلیت‌های نانو به نیروگاه‌های احیای سوخت هسته‌ای می‌تواند توانایی فیزیکی تولید پلوتونیوم با درجه تسلیحات را از کشور سلب کند. ورود دستگاه‌های روباتیک کوچک به تجهیزات الکترونیکی می‌تواند عملکرد مدارهای الکتریکی و مکانیک را مختل کند. از عملکرد نادرست مراکز کنترل و پست های فرماندهی نمی توان جلوگیری کرد مگر اینکه دستگاه های نانو ایزوله باشند. ربات‌های جداسازی مواد در سطح اتمی به سلاح قدرتمندی تبدیل می‌شوند که زره تانک‌ها، سازه‌های بتنی جعبه‌های قرص، بدنه راکتور هسته‌ای و بدن سربازان را به گرد و غبار تبدیل می‌کند. اما این هنوز تنها یک چشم انداز برای شکل توسعه یافته فناوری نانو است. در این میان، تحقیقاتی در زمینه فناوری‌های عصبی در حال انجام است که توسعه آن‌ها منجر به ظهور نانودستگاه‌های نظامی می‌شود که جاسوسی می‌کنند و یا با استفاده از ارتباط کمک نانووسایل به سیستم عصبی آزمایشگاه‌های ناسا قبلاً نمونه‌هایی از تجهیزات را برای رهگیری گفتار داخلی ایجاد کرده‌اند. اجزای فوتونیک روی نانوساختارها که قادر به دریافت و پردازش حجم عظیمی از اطلاعات هستند، مبنایی برای نظارت فضایی، نظارت زمینی و سیستم‌های جاسوسی خواهند بود. با کمک ابزارهای نانویی تعبیه شده در مغز، می توان دید «مصنوعی» (فنی) با طیف گسترده ای از ادراک را در مقایسه با دید بیولوژیکی به دست آورد. یک سیستم سرکوب کننده درد در سربازان، کاشته شده در بدن و مغز، تراشه های عصبی در حال توسعه هستند.

کاربرد بعدی نانوتکنولوژی در حوزه نظامی، نانووسایل هدایت ژنتیکی است. یک نانودستگاه با هدایت ژنتیکی بسته به ساختار ژنتیکی DNA سلولی که در آن ظاهر می شود، می تواند برای انجام اقدامات مخرب خاصی برنامه ریزی شود. به عنوان شرط فعال سازی دستگاه، یک بخش منحصر به فرد از کد ژنتیکی یک فرد خاص یا یک الگو برای اعمال روی گروهی از افراد مشخص شده است. تشخیص یک بیماری همه گیر معمولی از پاکسازی قومی بدون ابزاری برای شناسایی نانوروبات ها تقریبا غیرممکن خواهد بود. نانودستگاه‌ها فقط در برابر نوع خاصی از افراد و تحت شرایط کاملاً تعریف شده کار می‌کنند. هنگامی که در بدنه، نانودستگاه به هیچ وجه خود را نشان نمی دهد، تا زمانی که فرمان فعال سازی. کاربرد بعدی فناوری نانو، تجهیزات و تجهیزات سربازان است. پیشنهاد شده است که از یک فرد، لباس و اسلحه نوعی هیبرید بسازید که عناصر آن چنان به هم مرتبط هستند که می توان یک سرباز کاملاً مجهز آینده را یک ارگانیسم جداگانه نامید.

نانوتکنولوژی در ساخت زره و زره بدن پیشرفت کرده است.

قرار است تجهیزات نظامی مجهز به "رنگ الکترومکانیکی" ویژه ای باشد که تغییر رنگ داده و از خوردگی جلوگیری می کند. رنگ نانو می تواند آسیب های جزئی را بر روی بدنه دستگاه "سفت" کند و از تعداد زیادی نانو مکانیزم تشکیل شده است که امکان انجام تمام عملکردهای فوق را فراهم می کند. محققان با استفاده از سیستمی از آرایه‌های نوری، که نانوماشین‌های منفرد در «رنگ» هستند، می‌خواهند به اثر نامرئی خودرو یا هواپیما دست یابند.

فناوری نانو حوزه نظامی را تغییر خواهد داد. مسابقه تسلیحاتی جدید که از نظر کیفی تغییر یافته و کنترل نشده است. کنترل بر فناوری نانو به طور واقع بینانه تنها در یک تمدن جهانی قابل اجرا است. نانوتکنولوژی امکان مکانیزه کردن کامل جنگ میدانی را به استثنای حضور سربازان مدرن فراهم می کند.

بنابراین، نتیجه گیری اصلی در مورد نتیجه نفوذ فناوری نانو به حوزه تسلیحات، چشم انداز شکل گیری جامعه ای جهانی است که توانایی کنترل فناوری نانو و مسابقه تسلیحاتی را داشته باشد. این گرایش جهانی گرایی با عقلانیت تمدن تکنولوژیک تعیین می شود و علایق و ارزش های آن را بیان می کند.

نتیجه

با تبیین مفهوم نانوتکنولوژی، طرح چشم انداز آن و تمرکز بر خطرات احتمالیو تهدید، می خواهم نتیجه گیری کنم. من معتقدم نانوتکنولوژی یک علم جوان است که نتایج توسعه آن می تواند غیرقابل تشخیص تغییر کند. جهان... و اینکه چه چیزی این تغییرات مفید خواهد بود، که زندگی را به طور غیرقابل مقایسه آسان می کند، یا مضر است و بشریت را تهدید می کند - به درک متقابل و عقلانیت افراد بستگی دارد. و درک متقابل و عقلانیت مستقیماً به سطح انسانیت بستگی دارد که متضمن مسئولیت فرد در قبال اعمال خود است. بنابراین مهم‌ترین ضرورت در سال‌های گذشته قبل از «رونق» اجتناب‌ناپذیر فناوری نانو، آموزش بشردوستی است. تنها افراد باهوش و انسان دوست می توانند نانوتکنولوژی را به پله ای برای شناخت کیهان و جایگاه خود در این کیهان تبدیل کنند.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. مبانی برنامه نویسی شی گرا در دلفی: کتاب درسی. کمک هزینه / V. V. Kuznetsov، I. V. Abdrashitova; اد. تی بی کورنیوا. - اد. 3، برگردان و اضافه کنید. - Tomsk, 2008 .-- 120 p.
2. Kimmel P. ایجاد یک برنامه کاربردی در دلفی./P. Kimel - M: Williams، 2003 .-- 114s.
3. Kobayashi N. مقدمه ای بر فناوری نانو / N. کوبایاشی - M.: Binom، 2005 - 134s
4. Chaplygin A. "nanotechnology in electronics" / A. Chaplygin. - 2005 M.: Technosphere
5. http:// www.delphi.com

   پیش نمایش:

   برای استفاده از پیش نمایش ارائه ها، برای خود یک حساب Google (حساب) ایجاد کنید و وارد آن شوید:

نانوتکنولوژی حوزه ای از علم و فناوری بنیادی و کاربردی است که به کلیت می پردازد پیش زمینه ی نظری، روش های عملی تحقیق، تجزیه و تحلیل و سنتز و همچنین روش های تولید و استفاده از محصولات با ساختار اتمی معین از طریق دستکاری کنترل شده اتم ها و مولکول های منفرد.

تاریخ

بسیاری از منابع، عمدتاً به زبان انگلیسی، اولین اشاره به روش‌ها که بعداً نانوتکنولوژی نامیده می‌شود، با سخنرانی معروف ریچارد فاینمن "در پایین اتاق زیادی وجود دارد" که توسط وی در سال 1959 در کالیفرنیا انجام شد مرتبط است. موسسه فناوریدر نشست سالانه انجمن فیزیک آمریکا. ریچارد فاینمن پیشنهاد کرد که حرکت مکانیکی اتم های منفرد با استفاده از یک دستکاری کننده با اندازه مناسب امکان پذیر است، حداقل چنین فرآیندی با قوانین فیزیکی شناخته شده تا به امروز در تضاد نیست.

او انجام این دستکاری را به روش زیر پیشنهاد کرد. لازم است مکانیزمی ساخته شود که کپی خود را ایجاد کند، فقط یک مرتبه کوچکتر. مکانیسم کوچکتر ایجاد شده باید دوباره کپی خود را ایجاد کند، دوباره یک مرتبه کوچکتر، و به همین ترتیب تا زمانی که ابعاد مکانیسم متناسب با اندازه مرتبه یک اتم باشد. در این صورت، لازم است تغییراتی در ساختار این مکانیسم ایجاد شود، زیرا نیروهای گرانشی که در جهان ماکرو جهان عمل می کنند کمتر و کمتر تأثیر می گذارند و نیروهای برهمکنش های بین مولکولی و نیروهای واندروالسی بیشتر و بیشتر تأثیر می گذارند. عملکرد مکانیزم

مرحله آخر - مکانیسم حاصل کپی خود را از اتم های جداگانه جمع می کند. اصولاً تعداد این گونه کپی ها نامحدود است؛ ایجاد تعداد دلخواه از این گونه ماشین ها در مدت زمان کوتاهی امکان پذیر خواهد بود. این ماشین‌ها قادر خواهند بود چیزهای ماکرو را به همان روش، با مونتاژ اتمی، جمع کنند. این کار چیزها را به مراتب ارزان‌تر می‌کند - به چنین روبات‌هایی (نانوربات‌ها) فقط باید تعداد مولکول‌ها و انرژی لازم داده شود و برنامه‌ای برای جمع‌آوری اقلام ضروری بنویسند. تاکنون هیچ کس نتوانسته این احتمال را رد کند، اما هیچ کس هنوز موفق به ایجاد چنین مکانیسم هایی نشده است. در جریان مطالعه نظری این امکان، سناریوهای فرضی رستاخیز ظاهر شد که نشان می‌دهد نانوروبات‌ها تمام زیست توده زمین را جذب می‌کنند و برنامه بازتولید خود را انجام می‌دهند (به اصطلاح "لزخ خاکستری" یا "لزخ خاکستری" ).

اولین فرضیات در مورد امکان مطالعه اجسام در سطح اتمی را می توان در کتاب "Opticks" اثر اسحاق نیوتن، منتشر شده در سال 1704 یافت. در این کتاب، نیوتن ابراز امیدواری می کند که میکروسکوپ های آینده روزی بتوانند «اسرار اجسام» را کشف کنند.

برای اولین بار اصطلاح "نانو فناوری" توسط نوریو تانیگوچی در سال 1974 استفاده شد. وی این اصطلاح را تولید محصولاتی در ابعاد چند نانومتری نامید. در دهه 1980، این اصطلاح توسط اریک ک. درکسلر در کتاب‌هایش موتورهای خلقت: عصر آینده نانوتکنولوژی و نانوسیستم‌ها: ماشین‌های مولکولی، تولید و محاسبات استفاده شد.

فناوری نانو چه توانایی هایی دارد؟

در اینجا تنها چند مورد از حوزه‌هایی که نانوتکنولوژی نویدبخش پیشرفت می‌کند، آورده شده است:

دارو

نانوحسگرها پیشرفت هایی را در تشخیص زودهنگام بیماری فراهم می کنند. این کار شانس بهبودی شما را افزایش می دهد. ما می توانیم سرطان و سایر بیماری ها را شکست دهیم. داروهای قدیمی سرطان نه تنها سلول های بیمار، بلکه سلول های سالم را نیز از بین می بردند. با کمک فناوری نانو، دارو مستقیماً به سلول بیمار می رسد.

DNA- فناوری نانو- از پایه های خاص DNA و مولکول های اسید نوکلئیک برای ایجاد ساختارهای کاملاً مشخص بر اساس آنها استفاده کنید. سنتز صنعتی مولکول های داروها و آماده سازی های دارویی به شکل کاملاً مشخص (بیس پپتید).

در آغاز سال 2000، به لطف پیشرفت سریع در فناوری ساخت ذرات با اندازه نانو، انگیزه ای برای توسعه حوزه جدیدی از فناوری نانو ایجاد شد. نانوپلاسمونیک... معلوم شد که انتقال تابش الکترومغناطیسی در طول زنجیره ای از نانوذرات فلزی با استفاده از تحریک نوسانات پلاسمون امکان پذیر است.

ساخت و ساز

نانوحسگرهای سازه‌های ساختمانی استحکام آن‌ها را کنترل می‌کنند و هرگونه تهدیدی را برای یکپارچگی آن‌ها شناسایی می‌کنند. اشیایی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می شوند، می توانند پنج برابر بیشتر از سازه های مدرن دوام بیاورند. خانه ها با نیازهای ساکنان سازگار می شوند و آنها را در تابستان خنک نگه می دارند و در زمستان آنها را گرم نگه می دارند.

انرژی

کمتر به نفت و گاز وابسته خواهیم بود. پنل های خورشیدی مدرن بازدهی حدود 20 درصد دارند. با استفاده از فناوری نانو می تواند 2 تا 3 برابر رشد کند. نانوفیلم های نازک روی سقف و دیوارها می توانند انرژی کل خانه را تامین کنند (البته اگر آفتاب کافی وجود داشته باشد).

مهندسی مکانیک

همه تجهیزات حجیم با روبات ها جایگزین می شوند - دستگاه هایی که به راحتی کنترل می شوند. آنها قادر خواهند بود هر مکانیزمی را در سطح اتم ها و مولکول ها ایجاد کنند. برای تولید ماشین‌ها، از نانومواد جدیدی استفاده خواهد شد که می‌توانند اصطکاک را کاهش دهند، قطعات را از آسیب محافظت کنند و در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند. اینها همه حوزه هایی نیستند که فناوری نانو را می توان (و خواهد کرد!) در آنها به کار برد. دانشمندان بر این باورند که ظهور فناوری نانو سرآغاز یک انقلاب علمی و فناوری جدید است که در قرن بیست و یکم جهان را تا حد زیادی تغییر خواهد داد. البته شایان ذکر است که فناوری نانو خیلی سریع وارد عمل واقعی نمی شود. دستگاه های زیادی (عمدتاً الکترونیک) با نانو کار نمی کنند. این تا حدودی به دلیل هزینه بالای فناوری نانو و بازده کم محصولات نانوتکنولوژی است.

احتمالاً در آینده ای نزدیک با کمک فناوری نانو، دستگاه هایی با فناوری پیشرفته، متحرک و به راحتی قابل کنترل ساخته خواهند شد که با موفقیت جایگزین فناوری های خودکار، اما پیچیده در کنترل و دست و پا گیر امروزی خواهند شد. بنابراین، به عنوان مثال، با گذشت زمان، ربات‌های زیستی که توسط رایانه کنترل می‌شوند، قادر خواهند بود عملکرد ایستگاه‌های پمپاژ حجیم امروزی را انجام دهند.

• کامپیوتر DNA- یک سیستم محاسباتی با استفاده از قابلیت های محاسباتی مولکول های DNA. محاسبات زیست مولکولی نامی جمعی برای تکنیک های مختلفی است که به نوعی با DNA یا RNA مرتبط هستند. در محاسبات DNA، داده ها به صورت صفر و یک ارائه نمی شوند، بلکه در قالب یک ساختار مولکولی ساخته شده بر اساس مارپیچ DNA ارائه می شوند. آنزیم های ویژه نقش نرم افزاری برای خواندن، کپی و دستکاری داده ها را ایفا می کنند.
• میکروسکوپ نیروی اتمی- یک میکروسکوپ کاوشگر روبشی با وضوح بالا بر اساس برهمکنش نوک کنسول (پروب) با سطح نمونه مورد مطالعه. برخلاف میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)، می‌تواند سطوح رسانا و غیررسانا را حتی از طریق لایه‌ای از مایع بررسی کند که کار با مولکول‌های آلی (DNA) را ممکن می‌سازد. قدرت تفکیک مکانی یک میکروسکوپ نیروی اتمی به اندازه ی کنسول و انحنای نوک آن بستگی دارد. وضوح به صورت افقی به اتمی می رسد و به طور قابل توجهی از آن به صورت عمودی فراتر می رود.
• آنتن نوسان ساز- در 9 فوریه 2005 یک آنتن نوسان ساز با ابعاد حدود 1 میکرون در آزمایشگاه دانشگاه بوستون به دست آمد. این دستگاه دارای 5000 میلیون اتم است و قادر به نوسان 1.49 گیگاهرتز است که به آن امکان انتقال حجم عظیمی از اطلاعات را می دهد.

10 فناوری نانو با پتانسیل شگفت انگیز

سعی کنید برخی از اختراعات کانون را به خاطر بسپارید. احتمالاً اکنون کسی یک چرخ، کسی یک هواپیما و کسی و یک آی پاد را تصور کرده است. چند نفر از شما به یک اختراع نسل کاملا جدید - فناوری نانو فکر کرده اید؟ این جهان به خوبی درک نشده است، اما پتانسیل باورنکردنی دارد تا چیزهای واقعاً خارق العاده ای به ما بدهد. نکته شگفت انگیز: جهت فناوری نانو تا سال 1975 وجود نداشت، حتی اگر دانشمندان خیلی زودتر در این زمینه کار خود را آغاز کردند.

چشم غیرمسلح انسان قادر به تشخیص اجسام تا اندازه 0.1 میلی متر است. امروز در مورد ده اختراع صحبت خواهیم کرد که 100000 برابر کمتر هستند.

فلز مایع رسانای الکتریکی

با استفاده از الکتریسیته، می‌توانید آلیاژ ساده‌ای از فلز مایع، متشکل از گالیم، ایریدیوم و قلع بسازید، شکل‌های پیچیده‌ای ایجاد کنید یا دایره‌هایی را در داخل ظرف پتری ایجاد کنید. به احتمال زیاد می توان گفت که این ماده ای است که سایبورگ معروف سری T-1000 که می توانستیم در ترمیناتور 2 ببینیم از آن ساخته شده است.

آلیاژ نرم مانند یک شکل هوشمند عمل می کند که در صورت لزوم می تواند خود را تغییر شکل دهد، با در نظر گرفتن تغییر محیطی که در آن حرکت می کند. جین لی از دانشگاه Tsinghua، یکی از محققین درگیر در این پروژه، می‌گوید درست مثل من که می‌توانم از یک فیلم علمی تخیلی محبوب یک سایبورگ بسازم.

این فلز بیومیمتیک است، یعنی واکنش های بیوشیمیایی را تقلید می کند، اگرچه خود یک ماده بیولوژیکی نیست.

این فلز را می توان با تخلیه الکتریکی کنترل کرد. با این حال، او خود قادر به حرکت مستقل است، به دلیل عدم تعادل بار در حال ظهور، که توسط اختلاف فشار بین جلو و عقب هر قطره از این آلیاژ فلز ایجاد می شود. و اگرچه دانشمندان بر این باورند که این فرآیند ممکن است کلید تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی باشد، این ماده مولکولی قرار نیست در آینده نزدیک برای ساخت سایبورگ های شیطانی استفاده شود. کل فرآیند "جادویی" فقط می تواند در محلول هیدروکسید سدیم یا محلول نمکی انجام شود.

نانوپلاستیک ها

محققان دانشگاه یورک در حال کار بر روی ساخت تکه‌های مخصوصی هستند که برای رساندن تمام داروهای لازم به داخل بدن بدون نیاز به سوزن و سرنگ طراحی می‌شوند. تکه هایی با اندازه کاملا معمولی به دست شما چسبانده می شوند و دوز مشخصی از نانوذرات دارو (به اندازه کافی کوچک برای نفوذ به فولیکول های مو) به بدن شما می رسانند. نانوذرات (هر کدام کمتر از 20 نانومتر اندازه دارند) خود سلول‌های مضری پیدا می‌کنند، آن‌ها را می‌کشند و در نتیجه فرآیندهای طبیعی همراه با سلول‌های دیگر از بدن دفع می‌شوند.

دانشمندان خاطرنشان می کنند که در آینده می توان از چنین نانوپلاستیک هایی در مبارزه با یکی از وحشتناک ترین بیماری های روی زمین - سرطان - استفاده کرد. برخلاف شیمی درمانی، که در چنین مواردی اغلب بخشی جدایی ناپذیر از درمان است، نانوپلاستیک ها می توانند به صورت جداگانه سلول های سرطانی را پیدا کرده و از بین ببرند در حالی که سلول های سالم را دست نخورده باقی می گذارند. پروژه نانو پلاستر «NanJect» نام گرفت. این توسط عاطف سید و زکریا حسین در حال توسعه است که در سال 2013، زمانی که هنوز دانشجو بودند، از طریق یک کمپین جمع آوری کمک های مالی، حمایت مالی لازم را دریافت کردند.

نانو فیلتر آب

هنگامی که این فیلم در ترکیب با توری فولادی ضد زنگ استفاده می شود، روغن دفع می شود و آب این مکان بکر می شود.

جالب اینجاست که خود طبیعت از دانشمندان برای ساختن نانو فیلم ها الهام گرفت. برگ های نیلوفر آبی که به نام نیلوفر آبی نیز شناخته می شوند، دارای خواص متضاد نانوفیلم هستند: به جای روغن، آب را دفع می کنند. این اولین بار نیست که دانشمندان حداقل از این گیاهان شگفت انگیز جاسوسی می کنند خواص شگفت انگیز... این به عنوان مثال منجر به ایجاد مواد فوق آبگریز در سال 2003 شد. در مورد نانوفیلم، محققان در تلاشند تا ماده‌ای بسازند که سطح نیلوفرهای آبی را تقلید کند و آن را با مولکول‌های یک ماده تمیزکننده خاص غنی کند. خود پوشش برای چشم انسان نامرئی است. تولید ارزان قیمت در حدود 1 دلار در هر فوت مربع خواهد بود.

دستگاه تصفیه هوای زیردریایی

به سختی کسی فکر می کرد که خدمه زیردریایی چه نوع هوایی باید نفس بکشند، به جز خود خدمه. در همین حال، تصفیه هوا از دی اکسید کربن باید بلافاصله انجام شود، زیرا در یک سفر از طریق خدمه سبک زیردریایی، همان هوا باید صدها بار عبور کند. برای تمیز کردن هوا از دی اکسید کربناز آمین ها استفاده کنید که بوی بسیار نامطبوعی دارند. برای پرداختن به این مشکل، یک فناوری تصفیه به نام SAMMS (مخفف تک لایه های خودآرایی در ساپورت های Mesoporous) ایجاد شد. این پیشنهاد استفاده از نانوذرات ویژه تعبیه شده در گرانول های سرامیکی را پیشنهاد می کند. این ماده دارای ساختار متخلخلی است که به دلیل آن دی اکسید کربن اضافی را جذب می کند. انواع مختلف تمیز کردن SAMMS با مولکول های مختلف در هوا، آب و زمین کار می کنند، با این حال، همه این گزینه های تمیز کردن فوق العاده موثر هستند. فقط یک قاشق غذاخوری از این دانه های سرامیکی متخلخل برای تمیز کردن منطقه ای به اندازه یک زمین فوتبال کافی است.

نانو رساناها

محققین دانشگاه نورث وسترن(ایالات متحده آمریکا) چگونگی ایجاد یک رسانای الکتریکی در مقیاس نانو را کشف کرد. این رسانا یک نانوذره جامد و سخت است که می تواند برای انتقال تنظیم شود جریان الکتریسیتهدر جهات مختلف مخالف تحقیقات نشان می‌دهد که هر یک از این نانوذرات می‌توانند عملکرد «یکسوکننده، سوئیچ‌ها و دیودها» را شبیه‌سازی کنند. هر ذره 5 نانومتری با یک ماده شیمیایی با بار مثبت پوشیده شده و توسط اتم هایی با بار منفی احاطه شده است. اعمال یک تخلیه الکتریکی اتم های دارای بار منفی در اطراف نانوذرات را دوباره پیکربندی می کند.

دانشمندان می گویند پتانسیل این فناوری بی سابقه است. بر اساس آن، می توان موادی را ایجاد کرد که "قادر به تغییر مستقل برای وظایف محاسباتی رایانه ای خاص هستند." استفاده از این نانومواد در واقع الکترونیک آینده را "بازبرنامه ریزی" خواهد کرد. ارتقاء سخت افزار به آسانی ارتقاء نرم افزار خواهد بود.

شارژر فناوری نانو

پس از ایجاد این مورد، دیگر نیازی به استفاده از شارژرهای سیمی ندارید. نانوتکنولوژی جدید مانند یک اسفنج عمل می کند، فقط مایع را جذب نمی کند. انرژی جنبشی را از محیط می مکد و مستقیماً به گوشی هوشمند شما هدایت می کند. این فناوری مبتنی بر استفاده از یک ماده پیزوالکتریک است که در شرایط استرس مکانیکی الکتریسیته تولید می کند. این ماده دارای منافذ نانوسکوپی است که آن را به یک اسفنج انعطاف پذیر تبدیل می کند.

نام رسمی این دستگاه «نانو ژنراتور» است. چنین نانو ژنراتورهایی ممکن است روزی به بخشی از هر گوشی هوشمند روی کره زمین، یا بخشی از داشبورد هر خودرو، و احتمالاً بخشی از هر جیب لباس تبدیل شوند - گجت ها همان جا شارژ می شوند. علاوه بر این، این فناوری پتانسیل استفاده در مقیاس بزرگتر را دارد، به عنوان مثال، در تجهیزات صنعتی. حداقل این چیزی است که محققان دانشگاه ویسکانسین در مدیسون که این نانو اسفنج شگفت‌انگیز را ایجاد کرده‌اند، فکر می‌کنند.

شبکیه مصنوعی

شرکت اسرائیلی Nano Retina در حال توسعه رابطی است که مستقیماً به نورون‌های چشم متصل می‌شود و نتیجه مدل‌سازی عصبی را به مغز منتقل می‌کند، شبکیه را جایگزین می‌کند و بینایی را به افراد باز می‌گرداند.

آزمایشی بر روی یک مرغ کور امید به موفقیت پروژه را نشان داد. نانوفیلم به مرغ اجازه می دهد نور را ببیند. درست است، مرحله نهایی ایجاد شبکیه مصنوعی برای بازگرداندن بینایی به افراد هنوز دور است، اما پیشرفت در این مسیر خبر خوبی است. نانو رتینا تنها شرکتی نیست که درگیر چنین پیشرفت‌هایی است، اما این فناوری آنهاست که در حال حاضر امیدوارکننده‌ترین، کارآمدترین و سازگارترین آنهاست. نکته آخر مهم ترین است، زیرا ما در مورد محصولی صحبت می کنیم که در چشمان شخص ادغام می شود. پیشرفت های مشابه نشان داده است که مواد جامد برای این کاربردها نامناسب هستند.

از آنجایی که این فناوری در سطح فناوری نانو در حال توسعه است، استفاده از فلز و سیم را حذف می کند و همچنین از وضوح پایین تصویر شبیه سازی شده جلوگیری می کند.

لباس های درخشان

دانشمندان در شانگهای رشته های بازتابنده ای ساخته اند که می توان از آنها برای تولید لباس استفاده کرد. اساس هر رشته یک سیم فولادی ضد زنگ بسیار نازک است که با نانوذرات خاص، یک لایه پلیمری الکترولومینسانس و یک غلاف محافظ ساخته شده از نانولوله های شفاف پوشیده شده است. نتیجه، نخ های بسیار سبک و انعطاف پذیری است که می توانند تحت تأثیر انرژی الکتروشیمیایی خود بدرخشند. در عین حال، آنها با قدرت بسیار کمتری نسبت به LED های معمولی کار می کنند.

نقطه ضعف این فناوری این است که رزوه ها تنها برای چند ساعت "تامین نور" کافی دارند. با این حال، توسعه دهندگان مواد خوشبین هستند که بتوانند "منبع" محصول خود را حداقل هزار برابر افزایش دهند. حتی اگر آنها موفق شوند، راه حل یک اشکال دیگر همچنان زیر سوال است. به احتمال زیاد شستن لباس ها بر اساس چنین نخ های نانویی امکان پذیر نخواهد بود.

نانو سوزن برای ترمیم اندام های داخلی

نانوپلاستیک هایی که در بالا در مورد آنها صحبت کردیم به طور ویژه برای جایگزینی سوزن ها طراحی شده اند. اگر اندازه خود سوزن ها فقط چند نانومتر باشد چه؟ اگر چنین است، آنها می توانند طرز فکر ما را در مورد جراحی تغییر دهند یا حداقل به طور قابل توجهی آن را بهبود بخشند.

اخیراً دانشمندان آزمایش های آزمایشگاهی موفقیت آمیزی را روی موش ها انجام داده اند. محققان با کمک سوزن های کوچک توانستند اسیدهای نوکلئیک را به موجودات جوندگان تزریق کنند که باعث بازسازی اندام ها و سلول های عصبی می شود و در نتیجه کارایی از دست رفته را بازیابی می کند. هنگامی که سوزن ها عملکرد خود را انجام می دهند، در بدن باقی می مانند و در عرض چند روز کاملاً تجزیه می شوند. در عین حال، دانشمندان در طول عملیات بازگرداندن رگ های خونی عضلات پشت جوندگان با استفاده از این نانوسوزن های ویژه، هیچ عارضه جانبی پیدا نکردند.

اگر موارد انسانی را در نظر بگیریم، می توان از چنین سوزن های نانویی برای رساندن وجوه لازم به بدن انسان، به عنوان مثال، در حین پیوند عضو استفاده کرد. مواد ویژه بافت های اطراف اندام پیوندی را برای بهبودی سریع آماده می کند و احتمال رد آن را از بین می برد.

چاپ سه بعدی شیمیایی

مارتین برک، شیمیدان دانشگاه ایلینوی، ویلی ونکا واقعی دنیای شیمی است. استفاده از مجموعه مولکول ها " مواد و مصالح ساختمانی"برای اهداف مختلف، می تواند تعداد زیادی از مواد شیمیایی مختلف را ایجاد کند که دارای انواع" خواص شگفت انگیز و در عین حال طبیعی هستند." به عنوان مثال، یکی از این مواد راتانین است که فقط در گل بسیار کمیاب پرو یافت می شود.

پتانسیل سنتز مواد به قدری زیاد است که تولید مولکول های مورد استفاده در پزشکی، در ساخت دیودهای LED، سلول های خورشیدی و موارد دیگر را ممکن می سازد. عناصر شیمیاییکه حتی بهترین شیمیدانان روی کره زمین سالها طول کشید تا سنتز کنند.

قابلیت های نمونه اولیه چاپگر شیمیایی سه بعدی هنوز محدود است. او قادر به ایجاد تنها جدید است داروها... با این حال، برک امیدوار است که روزی بتواند یک نسخه مصرف کننده از دستگاه شگفت انگیز خود بسازد که بسیار قدرتمندتر باشد. این امکان وجود دارد که در آینده چنین چاپگرهایی به عنوان یک نوع داروساز خانگی عمل کنند.

آیا فناوری نانو تهدیدی برای سلامت انسان یا محیط زیست است؟

اطلاعات زیادی در مورد اثرات منفی نانوذرات وجود ندارد. در سال 2003، مطالعه‌ای نشان داد که نانولوله‌های کربنی می‌توانند به ریه‌های موش‌ها و موش‌ها آسیب بزنند. مطالعه‌ای در سال 2004 نشان داد که فولرن‌ها می‌توانند تجمع کرده و باعث آسیب مغزی در ماهی شوند. اما هر دو مطالعه از دوزهای زیادی از این ماده در شرایط غیرعادی استفاده کردند. به گفته یکی از کارشناسان، شیمیدان کریستن کولینوفسکی (ایالات متحده آمریکا)، "با وجود اینکه در حال حاضر هیچ اطلاعاتی در مورد تهدید آنها برای سلامت انسان وجود ندارد، توصیه می شود قرار گرفتن در معرض این نانوذرات محدود شود."

برخی از مفسران نیز استدلال کرده اند که استفاده گسترده از فناوری نانو می تواند منجر به خطرات اجتماعی و اخلاقی شود. بنابراین، به عنوان مثال، اگر استفاده از فناوری نانو آغازگر یک انقلاب صنعتی جدید باشد، منجر به از دست دادن مشاغل خواهد شد. علاوه بر این، فناوری نانو می تواند درک افراد را تغییر دهد، زیرا استفاده از آنها به طولانی شدن عمر و افزایش قابل توجهی پایداری بدن کمک می کند. کریستن کولینوفسکی می‌گوید: «هیچ‌کس نمی‌تواند انکار کند که استقبال گسترده از تلفن‌های همراه و اینترنت تغییرات عظیمی در جامعه ایجاد کرده است. چه کسی جرات دارد بگوید که فناوری نانو در سال های آینده تأثیر بیشتری بر جامعه نخواهد داشت؟

جایگاه روسیه در میان کشورهای توسعه‌دهنده و تولیدکننده فناوری نانو

کشورهای اتحادیه اروپا، ژاپن و ایالات متحده، رهبران جهان از نظر کل سرمایه گذاری در فناوری نانو هستند. اخیراً روسیه، چین، برزیل و هند سرمایه گذاری در این صنعت را به میزان قابل توجهی افزایش داده اند. در روسیه، حجم تامین مالی تحت برنامه "توسعه زیرساخت های صنعت نانو در فدراسیون روسیه برای سال های 2008 - 2010" به 27.7 میلیارد روبل خواهد رسید.

آخرین گزارش (2008) شرکت تحقیقاتی سینتفیکا مستقر در لندن، به نام گزارش چشم‌انداز فناوری نانو، به معنای واقعی کلمه در مورد سرمایه‌گذاری روسیه چنین می‌خواند: «اگرچه اتحادیه اروپا هنوز از نظر سرمایه‌گذاری در رتبه اول قرار دارد، چین و روسیه قبلاً از ایالات متحده پیشی گرفته‌اند. "

حوزه‌هایی در فناوری نانو وجود دارد که دانشمندان روسی با به دست آوردن نتایجی که پایه و اساس توسعه گرایش‌های علمی جدید را پایه‌گذاری می‌کند، اولین در جهان شدند.

از میان آنها می توان تولید نانومواد بسیار ریز، طراحی دستگاه های تک الکترونی و همچنین کار در زمینه نیروی اتمی و میکروسکوپ کاوشگر روبشی را مشخص کرد. تنها در یک نمایشگاه ویژه که به عنوان بخشی از XII انجمن اقتصادی سن پترزبورگ (2008) برگزار شد، 80 پیشرفت خاص به طور همزمان ارائه شد. روسیه در حال حاضر تعدادی نانومحصولات مورد تقاضا در بازار تولید می کند: نانوغشاها، نانوپودرها، نانولوله ها. این در حالی است که به گفته کارشناسان، در تجاری سازی پیشرفت های فناوری نانو، روسیه ده سال از آمریکا و سایر کشورهای توسعه یافته عقب است.

فناوری نانو در هنر

تعدادی از آثار هنرمند آمریکایی ناتاشا ویتا مور به فناوری نانو می پردازند.

در هنر معاصر، جهت جدیدی "نانو هنر" (هنر نانو) پدیدار شده است - یک شکل هنری مرتبط با ایجاد مجسمه ها (ترکیب ها) در اندازه های میکرو و نانو (به ترتیب 10-6 و 10-9 متر) توسط یک هنرمند تحت تأثیر فرآیندهای شیمیایی یا فیزیکی پردازش مواد، عکاسی از نانو تصاویر به‌دست‌آمده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و پردازش عکس‌های سیاه و سفید در ویرایشگر گرافیکی.

در پهن کار معروفنویسنده روسی N. Leskov "Levsha" (1881) قطعه جالبی دارد: نام نمایش داده شده است: استاد روسی آن نعل اسب را چه کرد. بزرگنمایی 5000000 برابری توسط میکروسکوپ های الکترونی و نیروی اتمی مدرن ارائه می شود که از ابزارهای اصلی فناوری نانو محسوب می شوند. بنابراین قهرمان ادبی لفتی را می توان اولین «نانوتکنولوژیست» تاریخ دانست.

ایده‌های فاینمن در مورد چگونگی ایجاد و استفاده از دستکاری‌کننده‌های نانو در سخنرانی‌اش در سال 1959 با عنوان «فضای زیادی در پایین وجود دارد» نویسنده شوروی"Mikroruki" بوریس ژیتکوف، منتشر شده در سال 1931. برخی از پیامدهای منفی توسعه کنترل نشده نانوتکنولوژی در آثار ام. کرایتون ("روی")، اس. لم ("بازرسی در محل" و "صلح در زمین")، اس. لوکیاننکو ("هیچ چیز" توصیف شده است. تقسیم کردن").

قهرمان رمان «ترنسمن» نوشته یوری نیکیتین، رئیس یک شرکت فناوری نانو و اولین فردی است که اثرات نانوروبات های پزشکی را تجربه کرده است.

در سری‌های علمی تخیلی Stargate SG-1 و Stargate Atlantis، یکی از پیشرفته‌ترین نژادها از نظر فناوری، دو نژاد «تکثیرکننده» هستند که از آزمایش‌های ناموفق با استفاده و توصیف کاربردهای مختلف فناوری نانو پدید آمدند. در روزی که زمین ایستاد، با بازی کیانو ریوز، یک تمدن بیگانه حکم اعدام بشریت را صادر می‌کند و تقریباً همه چیز را در این سیاره با کمک سوسک‌های نانومواد تکرارشونده که هر چیزی را در مسیرش می‌بلعند، نابود می‌کند.

ما در دنیای مدرن پزشکی، علم و فناوری های مختلف زندگی می کنیم. و احتمالاً هر فردی قبلاً شنیده است که فناوری نانو چیست و چه کاری انجام می دهد.
در یک مفهوم کلی، نانوتکنولوژی اشیا را ایجاد می کند. اما آنها به هیچ وجه معمولی نیستند، مانند میز یا تخت شما. بیایید بگوییم - پیشوند "نانو" یکی از میلیاردم های چیزی است. یعنی 0.000000001 متر در یک نانومتر. این بدان معناست که اگر کل زمین را بر حسب نانومتر نشان دهیم، زمانی که بدانیم اندازه آن به اندازه یک گردو خواهد بود، بسیار شگفت زده خواهیم شد.
بنابراین، نانوتکنولوژی به ایجاد نانو اشیاء، عمل با اتم‌های منفرد و ایجاد ساختار خاصی از آنها مشغول است. در آینده یک تی شرت ضد آب یا کاغذ نسوز به لطف فناوری نانو برای ما امری متداول خواهد بود. اما الان هم مثلاً ترانزیستورهای تولید شده که در واقع اساس همه تراشه ها هستند تا 90 نانومتر با دقت تولید می شوند. اخیراً نمایندگان Hewlett-Packet TM گزارش دادند که فناوری نانو به زودی می تواند جایگزین فناوری های سنتی مدرن برای ایجاد ترانزیستور شود.
فناوری نانو در زمینه های مختلف علمی کاربرد دارد و در همه جا با پیشرفت همراه است. به عنوان مثال، در پزشکی، اگر شما تشخیص را برای دیگری انجام دهید مرحله اولیهبیماری ها، نانوحسگرها به تضمین بهبودی سریع کمک می کنند. شاید به این ترتیب بشریت بتواند هم سرطان و هم سایر بیماری های جدی را شکست دهد، زیرا فناوری نانو به دارو کمک می کند تا فوراً وارد سلول های بیمار شود و در سراسر بدن پخش نشود.
فناوری نانو را می توان در بخش انرژی نیز به کار برد. شاید در آینده به لطف پنل‌های خورشیدی دیگر به گاز و نفت وابسته نشویم، زیرا با استفاده از فناوری نانو، کارایی آنها می‌تواند دو تا سه برابر افزایش یابد.
همچنین نمی توان از نانوتکنولوژی در زمینه ای مانند مهندسی مکانیک خودداری کرد. در واقع، در آینده، با کمک مواد نانو، می‌توانیم اصطکاک را هنگام رانندگی خودرو کاهش دهیم و شاید بتوانیم مطمئن شویم که قطعات بسیار طولانی‌تر از امروز حفظ می‌شوند.
پروفسور N.Taniguchi اولین کسی بود که در گزارش خود در کنفرانس بین المللی 1974 در ژاپن، توکیو، از اصطلاح "نانو فناوری" استفاده کرد.
اکنون اغلب می‌توانیم به اخباری برسیم که دانشمندان با استفاده از فناوری نانو چیز جدیدی اختراع کرده‌اند، به عنوان مثال، کوچکترین شبکه نانو، زیردریایی تک مولکولی، تاریک‌ترین ماده روی زمین، یا شکل جدیدی از کربن، در ساختار قوی‌تر از الماس. بنابراین، قبلاً در سال 2004، Kodak کاغذ Ultima نه لایه را برای چاپگرها تولید کرد که در آن لایه رویی از نانوذرات سرامیکی تشکیل شده است و کاغذ را ضخیم، صاف و با براقیت دلپذیر می کند.
همچنین، به عنوان مثال، محلول نانوذرات نقره دارای اثر ضد عفونی کننده قوی است. بنابراین، اگر بانداژی با چنین محلول نقره ای روی زخم بمالید، چندین برابر سریعتر از مثلاً استفاده از مواد ضد عفونی کننده معمولی بهبود می یابد.
با چنین سرعت توسعه فناوری نانو، ما قادر خواهیم بود با شدت بیشتری فضا، اعماق زیر آب را کاوش کنیم و به طور کلی، زندگی روزمره را آسان تر و لذت بخش تر کنیم. و شاید به زودی، مانند فیلم های مختلف در مورد آینده، تراشه هایی در پوست ما کاشته شود که در کاری به ما کمک کند. شاید فناوری معمولی ما با فناوری نانو جایگزین شود. مردم از سرطان و بیماری های جدی مشابه دیگر جان خود را از دست خواهند داد.
نانوتکنولوژی دریچه ای به سوی آینده است که امروزه دانشمندان در حال باز کردن آن هستند. ما مطمئن هستیم که در آینده، چیزی که اکنون یک فانتزی در نظر گرفته می شود برای ما کاملاً عادی به نظر می رسد.

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه

موسسه آموزشی شهرداری

مدرسه آموزش عمومی - مدرسه شبانه روزی № 1 متوسطه (کامل)

آموزش عمومی تومسک

انشا

در این مورد: فناوری نانو در دنیای مدرن

انجام:دانش آموز کلاس 8 الف

ساخننکو ماریا

سرپرست:پاهوروکوا D.P.

معلم فیزیک

تومسک 2010

معرفی

در حال حاضر، تعداد کمی از مردم می دانند که فناوری نانو چیست، اگرچه آینده در پشت این علم نهفته است. هدف اصلی کار من آشنایی با فناوری نانو است. همچنین می‌خواهم کاربرد این علم را در صنایع مختلف بدانم و بفهمم که آیا فناوری نانو می‌تواند برای انسان خطرناک باشد یا خیر.

حوزه علم و فناوری به نام فناوری نانو نسبتاً اخیراً ظهور کرده است. چشم انداز این علم بسیار زیاد است. خود ذره «نانو» به معنای یک میلیاردم هر مقدار است. مثلاً یک نانومتر یک میلیاردم متر است. این اندازه ها مشابه اندازه های مولکول ها و اتم ها هستند. تعریف دقیق نانوتکنولوژی به این صورت است: نانوتکنولوژی فناوری‌هایی است که ماده را در سطح اتم‌ها و مولکول‌ها دستکاری می‌کنند (بنابراین نانوتکنولوژی را فناوری مولکولی نیز می‌گویند). انگیزه توسعه فناوری نانو سخنرانی ریچارد فاینمن بود که در آن او به طور علمی ثابت کرد که از نقطه نظر فیزیک هیچ مانعی برای ایجاد اشیا مستقیماً از اتم وجود ندارد. برای نشان دادن ابزاری برای دستکاری موثر اتم ها، مفهوم مونتاژکننده معرفی شد - یک نانو ماشین مولکولی که می تواند هر ساختار مولکولی را بسازد. نمونه ای از مونتاژ کننده طبیعی ریبوزوم است که پروتئین را در موجودات زنده سنتز می کند. بدیهی است که نانوتکنولوژی صرفاً یک دانش مجزا نیست، بلکه یک حوزه تحقیقاتی گسترده و جامع مرتبط با علوم بنیادی است. می‌توان گفت که تقریباً هر موضوعی، از آن‌هایی که در مدرسه مطالعه می‌شوند، به هر نحوی با فناوری‌های آینده مرتبط خواهند بود. واضح ترین ارتباط "نانو" با فیزیک، شیمی و زیست شناسی است. ظاهراً این علوم هستند که در ارتباط با نزدیک شدن به انقلاب نانوتکنیکی، بیشترین انگیزه را برای توسعه خواهند داشت.

1. نانوتکنولوژی در دنیای مدرن

1.1 تاریخچه پیدایش فناوری نانو

پدربزرگ فناوری نانو را می توان دموکریتوس فیلسوف یونانی دانست. او اولین کسی بود که از کلمه "اتم" برای توصیف کوچکترین ذره ماده استفاده کرد. بیش از بیست قرن است که مردم سعی کرده اند به راز ساختار این ذره نفوذ کنند. راه حل این مشکل که برای بسیاری از نسل های فیزیکدان غیرقابل تحمل بود، در نیمه اول قرن بیستم پس از ایجاد میکروسکوپ الکترونی توسط فیزیکدانان آلمانی ماکس نول و ارنست روسکا امکان پذیر شد که برای اولین بار امکان مطالعه نانو اشیاء را فراهم کرد. .

بسیاری از منابع، عمدتاً انگلیسی‌زبان، اولین اشاره به روش‌ها را که بعداً نانوتکنولوژی نامیده می‌شوند، با سخنرانی معروف ریچارد فاینمن مرتبط می‌کنند که «فضای زیادی در پایین وجود دارد» (انگلیسی «Plenty of Roo at the Bottom») ساخته شده توسط او در سال 1959 در موسسه فناوری کالیفرنیا در نشست سالانه انجمن فیزیک آمریکا. ریچارد فاینمن پیشنهاد کرد که حرکت مکانیکی اتم های منفرد با استفاده از یک دستکاری کننده با اندازه مناسب امکان پذیر است، حداقل چنین فرآیندی با قوانین فیزیکی شناخته شده تا به امروز در تضاد نیست.

او انجام این دستکاری را به روش زیر پیشنهاد کرد. لازم است مکانیزمی ساخته شود که کپی خود را ایجاد کند، فقط یک مرتبه کوچکتر. مکانیسم کوچکتر ایجاد شده باید دوباره کپی خود را ایجاد کند، دوباره یک مرتبه کوچکتر، و به همین ترتیب تا زمانی که ابعاد مکانیسم متناسب با اندازه مرتبه یک اتم باشد. در این صورت، لازم است تغییراتی در ساختار این مکانیسم ایجاد شود، زیرا نیروهای گرانشی که در جهان ماکرو جهان عمل می کنند، تأثیر کمتر و کمتری خواهند داشت و نیروهای برهمکنش های بین مولکولی بیش از پیش بر عملکرد مکانیسم تأثیر می گذارند. . مرحله آخر - مکانیسم حاصل کپی خود را از اتم های جداگانه جمع می کند. اصولاً تعداد این گونه کپی ها نامحدود است؛ ایجاد تعداد دلخواه از این گونه ماشین ها در مدت زمان کوتاهی امکان پذیر خواهد بود. این ماشین‌ها قادر خواهند بود چیزهای ماکرو را به همان روش، با مونتاژ اتمی، جمع کنند. این کار چیزها را به مراتب ارزان‌تر می‌کند - به چنین روبات‌هایی (نانوربات‌ها) فقط باید تعداد مولکول‌ها و انرژی لازم داده شود و برنامه‌ای برای جمع‌آوری اقلام ضروری بنویسند. تاکنون هیچ کس نتوانسته این احتمال را رد کند، اما هیچ کس هنوز موفق به ایجاد چنین مکانیسم هایی نشده است. عیب اساسی چنین رباتی عدم امکان ایجاد مکانیسم از یک اتم است.

در اینجا این است که آر. فاینمن دستکاری کننده ادعایی خود را چگونه توصیف می کند:

من در مورد فکر می کنم ایجاد یک سیستم کنترل الکتریکی ، که از "ربات های خدماتی" ساخته شده معمولی در قالب نسخه های کاهش یافته چهار برابر "دست" اپراتور استفاده می کند. چنین میکرو مکانیزم هایی قادر خواهند بود به راحتی عملیات را در مقیاس کاهش یافته انجام دهند. من در مورد ربات‌های کوچک مجهز به موتورهای سروو و «دست‌های» کوچک صحبت می‌کنم که می‌توانند پیچ‌ها و مهره‌های کوچک را به همان اندازه سفت کنند، سوراخ‌های بسیار کوچک ایجاد کنند، و غیره. به طور خلاصه، آنها می‌توانند همه کارها را در مقیاس 1:4 انجام دهند. البته برای این کار ابتدا باید مکانیزم ها، ابزارها و بازوهای دستکاری کننده لازم را در یک چهارم اندازه معمول خود بسازید (در واقع مشخص است که این به معنای کاهش ضریب 16 در تمام سطوح تماس است). در مرحله آخر، این دستگاه ها به سروو موتور (16 برابر کاهش قدرت) مجهز شده و به یک سیستم کنترل الکتریکی معمولی متصل خواهند شد. پس از آن، امکان استفاده از بازوهای دستکاری، کاهش 16 برابری وجود خواهد داشت! دامنه کاربرد چنین میکروربات‌ها و همچنین ریزماشین‌ها می‌تواند بسیار گسترده باشد - از عملیات جراحی گرفته تا حمل و نقل و پردازش مواد رادیواکتیو. امیدوارم اصل برنامه پیشنهادی و همچنین مشکلات غیرمنتظره و فرصت های درخشان مرتبط با آن درک شود. علاوه بر این، می توان در مورد امکان کاهش قابل توجه بیشتر در مقیاس فکر کرد که البته به تغییرات و اصلاحات ساختاری بیشتری نیاز دارد (به هر حال، در مرحله خاصی ممکن است لازم باشد "دست" را رها کنیم. شکل معمول)، اما امکان ساخت دستگاه های جدید و بسیار پیشرفته تر از نوع توصیف شده را فراهم می کند. هیچ چیز شما را از ادامه این روند و ایجاد ماشین های کوچک به اندازه دلخواه شما باز نمی دارد، زیرا هیچ محدودیتی در مورد قرار دادن ماشین ها یا مصرف مواد آنها وجود ندارد. حجم آنها همیشه بسیار کمتر از حجم نمونه اولیه خواهد بود. به راحتی می توان محاسبه کرد که حجم کل 1 میلیون ماشین ابزار کاهش ضریب 4000 (و در نتیجه جرم مواد مورد استفاده برای ساخت) کمتر از 2٪ حجم و جرم یک ماشین معمولی خواهد بود. ابعاد معمولی واضح است که این بلافاصله مشکل هزینه مواد را برطرف می کند. در اصل، می‌توان میلیون‌ها کارخانه مینیاتوری یکسان را سازمان‌دهی کرد، که ماشین‌های کوچک به طور مداوم سوراخ‌ها، قطعات مهر و غیره را بر روی آن‌ها حفر می‌کردند. با کاهش اندازه، دائماً با پدیده‌های فیزیکی بسیار غیرعادی روبرو خواهیم شد. همه چیزهایی که در زندگی باید ملاقات کنید به عواملی در مقیاس بزرگ بستگی دارد. علاوه بر این، همچنین مشکل "چسبیدن مواد" تحت تأثیر نیروهای بین مولکولی (به اصطلاح نیروهای واندروالس) وجود دارد که می تواند منجر به اثرات غیرعادی برای مقیاس های ماکروسکوپی شود. به عنوان مثال مهره پس از شل شدن از پیچ جدا نمی شود و در برخی موارد محکم به سطح می چسبد و ... مشکلات فیزیکی متعددی از این نوع وجود دارد که در طراحی و ساخت مکانیزم های میکروسکوپی باید به آنها توجه کرد.

1.2. نانوتکنولوژی چیست؟

فناوری نانو که اخیراً ظاهر شده است، به طور فزاینده ای وارد این حوزه می شود تحقیق علمی، و از آن وارد زندگی روزمره ما می شود. پیشرفت های دانشمندان به طور فزاینده ای با اجسام ریز جهان، اتم ها، مولکول ها، زنجیره های مولکولی سروکار دارند. نانو اشیاء مصنوعی ایجاد شده دائماً محققان را با خواص خود غافلگیر می کنند و غیرمنتظره ترین چشم اندازها را برای کاربردشان نوید می دهند.

واحد اصلی اندازه گیری در تحقیقات فناوری نانو نانومتر - یک میلیاردم متر است. این واحدها برای اندازه گیری مولکول ها و ویروس ها و در حال حاضر عناصر نسل جدیدی از تراشه های کامپیوتری استفاده می شوند. در مقیاس نانو است که تمام فرآیندهای فیزیکی اساسی که برهمکنش‌های کلان را تعیین می‌کنند انجام می‌شوند.

خود طبیعت انسان را به سمت ایده ایجاد نانو اشیاء سوق می دهد. هر باکتری در واقع ارگانیسمی است متشکل از نانوماشین ها: DNA و RNA اطلاعات را کپی و انتقال می دهند، ریبوزوم ها پروتئین ها را از اسیدهای آمینه تشکیل می دهند، میتوکندری ها انرژی تولید می کنند. بدیهی است که در این مرحله از پیشرفت علم، به ذهن دانشمندان می رسد که این پدیده ها را کپی و بهبود بخشند.

تصور کنید: یک لیوان آب پر از ربات های میکروسکوپی می نوشید. اندازه آنها به قدری کوچک است که نمی توان آنها را دید. با این حال، پس از نوشیدن آنها، آنها شروع به کار روی بدن شما می کنند، زخم ها را التیام می بخشند و در صورت لزوم نوعی "پچ" را اعمال می کنند. نانومتر یک میلیونیم متر است. در این مقیاس است که نانوتکنولوژی کار می کند. فعالیت آنها به طور خاص به حوزه پزشکی محدود نمی شود، بلکه برعکس، وارد حوزه فناوری های پیشرفته می شوند، اما توسعه فناوری نانو چه از نظر مالی و چه از نظر فکری بسیار پرهزینه است.

احتمالاً هر یک از ما در مورد آن خواب دیده ایم. خب، ظاهراً یادآور رویاهای دوران کودکی آنها، محققان یک چرم مصنوعی واقعی ساخته اند که می تواند رنگ آن را مانند آفتاب پرست تغییر دهد. به گفته دانشمندان، چنین اختراعی را می توان در استتار و توسعه نمایشگرهای پویا در مقیاس بزرگ به کار برد. چنین اخباری به صورت دوره ای در مطبوعات منتشر می شود. واقعا این بار فرق داره؟

با وجود همه تبلیغات اطراف، همه خواص آن و وعده های دانشمندان، ممکن است از این واقعیت که این ماده هنوز به طور گسترده استفاده نمی شود شگفت زده شوید. همانطور که معلوم شد، این تعجب آور نیست. یک گروه بین المللی از دانشمندان نمونه هایی از گرافن تولید شده توسط 60 شرکت در سراسر جهان را تجزیه و تحلیل کردند و به این نتیجه رسیدند که همه آنها در واقع در تولید و فروش مواد غیر نازک مبتنی بر کربن هستند که سازندگان آن برای اختراع آن دریافت کردند. جایزه نوبل، اما زباله های معمولی که آنها را نیز به قیمت های گزاف می فروشند.