Нанотехнології, які ми використовуємо в житті. «Нанотехнології у сучасному світі

Маркін Кирило Петрович

Область науки і техніки, названа нанотехнологією, виникла порівняно недавно. Перспективи цієї науки є грандіозними. Сама частка «нано» означає одну мільярдну частку будь-якої величини. Наприклад, нанометр – одна мільярдна частка метра. Ці розміри схожі на розміри молекул і атомів. Точне визначення нанотехнологій звучить так: нанотехнології – це технології, які маніпулюють речовиною лише на рівні атомів і молекул (тому нанотехнології називають також молекулярної технологією). Поштовхом до розвитку нанотехнологій послужила лекція Річарда Фейнмана, в якій він науково доводить, що з погляду фізики немає перешкод до того, щоб створювати речі прямо з атомів. Для позначення засобу ефективного маніпулювання атомами було запроваджено поняття асемблера – молекулярної наномашини, яка може побудувати будь-яку молекулярну структуру. Приклад природного асемблера – рибосома, яка синтезує білок у живих організмах. Очевидно, нанотехнології - це не просто окрема частина знань, це масштабна, всебічна сфера досліджень, пов'язаних із фундаментальними науками. Можна сказати, що практично будь-який предмет з тих, що вивчаються в школі, так чи інакше буде пов'язаний з технологіями майбутнього. Найочевиднішим є зв'язок “нано” з фізикою, хімією та біологією. Очевидно, саме ці науки отримають найбільший поштовх до розвитку у зв'язку з нанотехнічною революцією, що наближається.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Муніципальна бюджетна загальноосвітня установа

«Середня загальноосвітня школа №2 ім. А.А. Араканцева м. Семикаракорська»

Вступ…………………………………………………………………..
1. Нанотехнології в сучасному світі………………………………...
1.1 Історія виникнення нанотехнологій…………………………...
1.2 Нанотехнології у різних сферах життєдіяльності людини….
1.2.1 Нанотехнології в космосі…………………………………………
1.2.2 Нанотехнології в медицині……………………………………….
1.2.3 Нанотехнології в харчовій промисловості…………………...
1.2.4 Нанотехнології у військовій справі…………………………………..
Заключение………………………………………………………………..
Список літератури……………………………..................................... ....

Вступ.

Нині мало хто знає, що таке нанотехнологія, хоча за цією наукою стоїть майбутнє.

Мета роботи:

Дізнатися, що таке нанотехнології;

З'ясувати застосування цієї науки різних галузях;

Дізнатися, чи можуть бути нанотехнології небезпечні для людини.

Область науки і техніки, названа нанотехнологією, виникла порівняно недавно. Перспективи цієї науки є грандіозними. Сама частка «нано» означає одну мільярдну частку будь-якої величини. Наприклад, нанометр – одна мільярдна частка метра. Ці розміри схожі на розміри молекул і атомів. Точне визначення нанотехнологій звучить так: нанотехнології – це технології, які маніпулюють речовиною лише на рівні атомів і молекул (тому нанотехнології називають також молекулярної технологією). Поштовхом до розвитку нанотехнологій послужила лекція Річарда Фейнмана, в якій він науково доводить, що з погляду фізики немає перешкод до того, щоб створювати речі прямо з атомів. Для позначення засобу ефективного маніпулювання атомами було запроваджено поняття асемблера – молекулярної наномашини, яка може побудувати будь-яку молекулярну структуру. Приклад природного асемблера – рибосома, яка синтезує білок у живих організмах. Вочевидь, нанотехнології - це окрема частина знань, це масштабна, всебічна область досліджень, що з фундаментальними науками. Можна сказати, що практично будь-який предмет з тих, що вивчаються в школі, так чи інакше буде пов'язаний з технологіями майбутнього. Найочевиднішим є зв'язок “нано” з фізикою, хімією та біологією. Очевидно, саме ці науки отримають найбільший поштовх до розвитку у зв'язку з нанотехнічною революцією, що наближається.

Вже сьогодні ми можемо користуватися перевагами та новими можливостяминано технологій у:

медицині, у тому числі авіаційно-космічній;
фармакології;
геріатрії;
захист здоров'я нації в умовах наростаючої екологічної кризи та техногенних катастроф;
глобальних обчислювальних мереж та інформаційних комунікаціях на нових фізичних принципах;
системах наддальнього зв'язку;
автомобільної, тракторної та авіаційної техніки;
безпеки дорожнього руху;
системах інформаційної безпеки;
вирішення екологічних проблем мегаполісів;
сільське господарство;
вирішення проблем питного водопостачання та очищення стічних вод;
принципово нові системи навігації;
відновлення природних мінеральних та вуглеводневих сировинних ресурсів.

Ми вирішили зупинитися на застосуванні нанотехнології в медицині, харчовій промисловості, військовій справі та космосі, оскільки ці галузі у нас викликали інтерес.

1. Нанотехнології у світі.

1.1 Історія виникнення нанотехнологій.

Наука «Нанотехнологіїя» виникла через революційні зміни в інформатиці!

У 1947 році був винайдений транзистор, після чого почалася епоха розквіту напівпровідникової техніки, при якій розміри кремнієвих пристроїв, що створювалися, постійно зменшувалися.Термін «нанотехнологія»1974 року запропонував японець Норе Танігуті для опису процесу побудови нових об'єктів і матеріалів за допомогою маніпуляцій з окремими атомами. Назва походить від слова "нанометр" - одна мільярдна частина метра (10-9 м).

У сучасному звучанні нанотехнології - це технології виготовлення надмікроскопічних конструкцій з найдрібніших частинок матерії, що поєднують усі технічні процеси, пов'язані безпосередньо з атомами та молекулами.

Сучасна нанотехнологія має досить глибокий історичний слід. Археологічні знахідки свідчать про існування колоїдних рецептур ще в античному світі, наприклад, "китайське чорнило" в Стародавньому Єгипті. Знаменита Дамаська сталь виготовлялася завдяки наявності в ній нанотрубок.

Батьком ідеї нанотехнології умовно вважатимуться грецького філософа Демокріта приблизно 400 р.д.н. ери він вперше використовував слово "атом", що в перекладі з грецької означає "нерозколювані", для опису найменшої частинки речовини.

Ось зразковий шлях розвитку:

1905 рік. Швейцарський фізик Альберт Ейнштейн опублікував роботу, де доводив, що розмір молекули цукру становить приблизно 1 нанометр.
1931 рік. Німецькі фізики Макс Кнолл та Ернст Руска створили електронний мікроскоп, який уперше дозволив дослідити нанооб'єкти.
1934 рік. Американський фізик-теоретик, лауреат Нобелівської премії Юджин Вігнер теоретично обґрунтував можливість створення ультрадисперсного металу з досить малою кількістю електронів провідності.
1951 рік. Джон фон Нейман виділив принципи машин, що самокопіюються, вчені в цілому підтверджували їхню можливість.
У 1953 році Ватсон і Крик описали структуру ДНК, яка показала, як живі об'єкти передають інструкції, які керують їхньою спорудою.
1959 рік. Американський фізик Річард Фейнман вперше опублікував роботу, де оцінювалися перспективи мініатюризації. Нобелівський лауреатР. Фейнман написав фразу, яка сприймається зараз як пророцтво: "Наскільки я бачу, принципи фізики не забороняють маніпулювати окремими атомами". Ця думка прозвучала тоді, коли початок постіндустріальної епохи ще не було усвідомлено; у роки не було ні інтегральних схем, ні мікропроцесорів, ні персональних комп'ютерів.
1974 рік. Японський фізик Норіо Танігучі ввів у науковий обіг слово "нанотехнології", яким запропонував називати механізми розміром менше одного мікрона. Грецьке слово "нанос" означає приблизно "старий".
1981 рік. Глейтер вперше звернув увагу на можливість створення унікальних матеріалів, структура яких представлена кристаллітами нанорозмірного інтервалу.

27 березня 1981 року новини радіо CBS процитували вченого, що працює в NASA, який сказав, що інженери будуть здатні будувати роботи, що самовідтворюються, в межах двадцяти років, для використання в космосі або на Землі. Ці машини будували копії себе, і копіям можна було б робити розпорядження створювати корисні продукти.
1982 Г. Бінінг і Г. Рорер створили перший скануючий тунельний мікроскоп.
1985 рік. Американський фізики Роберт Керл, Герольд Крото та Річард Смейлі створили технологію, що дозволяє точно вимірювати предмети діаметром в один нанометр.
1986 рік. Нанотехнологія стала відома широкому загалу. Американський вчений Ерік Дрекслер опублікував книгу "Машини творення: настання ери нанотехнології", в якій передбачав, що нанотехнологія незабаром почне активно розвиватися.
1991, Х'юстон (США), хімічний факультет університету Раїса. У своїй лабораторії доктор Р. Смолі (лауреат Нобелівської премії за 1996 рік) за допомогою лазера випаровував під вакуумом графіт, газова фаза якого складалася з досить великих крастерів: у кожному по 60 атомів вуглецю. Кластер з 60 атомів стійкіший, оскільки має підвищену величину вільної енергії. Цей кластер - структурна освіта схожа на футбольний м'яч і запропонувала назвати цю молекулу фулереном.
1991 рік, Співробітник лабораторії фірми NEC в Японії Суміо Ідзіма вперше виявив вуглецеві нанотрубки, Які раніше були передбачені за кілька місяців до цього російським фізиком Л. Чорнозатонським та американцем Дж. Мінтміром.
1995 рік. У Науково-дослідному фізико-хімічному інституті імені Л.Я. Карпова розробили на основі плівкового нанокомпозиту датчик, що виявляє різні речовини в атмосфері (аміак, спирт, водяну пару).
1997 рік. Річард Е.Смолі, Лауреат Нобелівської премії 1996 р. в галузі хімії, професор хімії та фізики передбачив складання атомів вже до 2000 р. і на той же час спрогнозував появу перших комерційних нановиробів. Цей прогноз виправдався у передбачений термін.
1998 рік. було експериментально підтверджено залежності електричних властивостей нанотрубок від геометричних параметрів.
1998 рік. Голландський фізик Сеез Деккер створив транзистор з урахуванням нано-технологій.
1998 рік. Темпи розвитку нанотехніки різко наростали. Японія визначила нанотехнологію як можливу технологічну категорію 21 століття.
1999 рік. Американські фізики Джеймс Тур і Марк Рід визначили, що окрема молекула здатна поводитися як молекулярні ланцюжка.
2000 рік. Дослідницька група фірми "Хьюлетт-Паккард" створила за допомогою новітніх нанотехнологічних методів самоскладання молекулу-перемикач або мінімікродіод.

2000 рік. Початок епохи гібридної наноелектроніки.
2002 рік. С. Деккер поєднав нанотрубку з ДНК, отримавши єдиний наномеханізм.
2003 рік. Японські вчені стали першими у світі, кому вдалося створити твердий пристрій, в якому реалізовано один з двох основних елементів, необхідних для створення квантового комп'ютера. 2004 року. Було презентовано "перший у світі" квантовий комп'ютер.

7 вересня 2006 року Уряд Російської Федерації схвалив концепцію Федеральної цільової програми розвитку нанотехнологій на 2007-2010 роки.

Таким чином , Сформувавшись історично, до теперішнього моменту, нанотехнологія, завоювавши теоретичну галузь суспільної свідомості, продовжує проникнення в його звичайний пласт.

Однак нанотехнологію не варто зводити лише до локального революційного прориву у вказаних галузях (електроніка, інформаційні технології). Вже зараз у нанотехнології отримано низку винятково важливих результатів, що дозволяють сподіватися на суттєвий прогрес у розвитку багатьох інших напрямів науки та техніки (медицина та біологія, хімія, екологія, енергетика, механіка тощо). Наприклад, при переході до нанометрового діапазону (тобто об'єктів з характерними довжинами близько 10 нм) багато найважливіших властивостей речовин і матеріалів змінюються істотно. Йдеться про такі важливі характеристики, як електропровідність, коефіцієнт оптичного заломлення, магнітні властивості, міцність, термостійкість і т. п. На основі матеріалівз новими властивостями вже зараз створюються нові типи сонячних батарей, перетворювачів енергії, екологічно безпечних продуктів тощо.Можливо, саме виробництво дешевих, енергозберігаючих та екологічно безпечних матеріалів стане найважливішим наслідком впровадження нанотехнологій.Вже створені високочутливі біологічні датчики (сенсори) та інші пристрої, що дозволяють говорити про виникнення нової науки нанобіотехнології та величезні перспективи практичного застосування. Нанотехнологія пропонує нові можливості мікрообробки матеріалів та створення на цій основі нових виробничих процесів та нових виробів, що має надати революційний вплив на економічне та соціальне життя майбутніх поколінь.

1.2. Нанотехнології у різних сферах життєдіяльності людини

Проникнення нанотехнології у сфері людської діяльності можна у вигляді дерева нанотехнології. Застосування має вигляд дерева, гілки якого становлять основні сфери застосування, а відгалуження від великих гілок являють собою диференціацію всередині основних сфер застосування на даний момент часу.

На сьогоднішній день (2000 р. – 2010 р.) є наступна картина:

біологічні науки припускають розвиток технології генних міток, поверхні імплантантів, антимікробні поверхні, ліки спрямованого дії, тканинна інженерія, онкологічна терапія.
Прості волокна припускають розвиток паперової технології, дешевих будівельних матеріалів, легких плит, автозапчастин, надміцних матеріалів.
Нанокліпси припускають виробництво нових тканин, покриття стекол, "розумних" пісків, паперу, вуглецевих волокон.
захист від корозії методами нанодобавок до міді, алюмінію, магнію, сталі.
каталізатори передбачають застосування у сільському господарстві, дезодоруванні, а також виробництво продуктів харчування.
Легкоочисні матеріали знаходять застосування в побуті, архітектурі, молочній та харчовій промисловості, транспортній індустрії, санітарії. Це виробництво самоочисних стекол, лікарняного інвентарю та інструментів, антиплесневого покриття, кераміки, що легко очищається.
Біопокриття використовуються у спортивному інвентарі та підшипниках.
Оптика як сфера застосування нанотехнології включає такі напрями як електрохроміку, виробництво оптичних лінз. Це нова фотохромна оптика, легкоочисна оптика та просвітлена оптика.
Кераміка у сфері застосування нанотехнології дає можливість отримання електролюмінісценції та фотолюмінісценції, друкованих паст, пігментів, нанопорошків, мікрочастинок, мембран.
Комп'ютерна техніка та електроніка як сфера застосування нанотехнології дасть розвиток електроніці, наносенсорам, побутовим (вбудованим) мікрокомп'ютерам, засобам візуалізації та перетворювачам енергії. Далі це розвиток глобальних мереж, бездротових комунікацій, квантових та ДНК комп'ютерів.
Наномедицина, як сфера застосування нанотехнології, це наноматеріали для протезування, "розумні" протези, нанокапсули, діагностичні нанозонди, імплантанти, ДНК реконструктори та аналізатори, "розумні" та прецизійні інструменти, фармацевтики спрямованої дії.
Космос як сфера застосування нанотехнології відкриє перспективу механоелектричних перетворювачів сонячної енергії, наноматеріали для космічного застосування.
Екологія як сфера застосування нанотехнології – це відновлення озонового шару, погодний контроль.

1.2.1 Нанотехнології у космосі

У космосі вирує революція. Стали створюватися супутники та наноприлади до 20 кілограм.

Створено систему мікросупутників, вона менш уразлива при спробах її знищення. Одна справа збити на орбіті махину масою в кілька сотень кілограмів, а то й тонн, одразу вивівши з ладу весь космічний зв'язок або розвідку, та інша - коли на орбіті знаходиться цілий рій мікросупутників. Виведення з ладу однієї з них у разі не порушить роботу системи загалом. Відповідно, можуть бути знижені вимоги до надійності роботи кожного супутника.

Молоді вчені вважають, що до ключових проблем мікромініатюризації супутників серед іншого слід віднести створення нових технологій у галузі оптики, систем зв'язку, способів передачі, прийому та обробки великих масивів інформації. Йдеться про нанотехнології та наноматеріали, що дозволяють на два порядки знизити масу та габарити приладів, що виводяться в космос. Наприклад, міцність нанонікелю у 6 разів вища, ніж звичайного нікелю, що дає можливість при використанні його в ракетних двигунах зменшити масу сопла на 20-30%.Зменшення маси космічної техніки вирішує безліч завдань: продовжує термін знаходження апарату в космосі, дозволяє йому полетіти далі і забрати на собі більше будь-якої корисної апаратури для проведення досліджень. Одночасно вирішується завдання енергозабезпечення. Мініатюрні апарати скоро будуть застосовуватися вивчення багатьох явищ, наприклад, впливу сонячних променів на процеси Землі й у навколоземному просторі.

Сьогодні космос – це не екзотика, і освоєння його – не лише питання престижу. Насамперед, це питання національної безпекита національної конкурентоспроможності нашої держави. Саме розвиток надскладних наносистем може стати національною перевагою країни. Як і нанотехнології, наноматеріали дадуть нам можливість серйозно говорити про пілотовані польоти до різних планет Сонячної системи. Саме використання наноматеріалів та наномеханізмів може зробити реальністю пілотовані польоти на Марс, освоєння поверхні Місяця.Іншим надзвичайно затребуваним напрямом розвитку мікросупутників є створення дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Почав формуватися ринок споживачів інформації з роздільною здатністю космічних знімків 1 м в радіолокаційному діапазоні і менше 1 м - в оптичному (насамперед такі дані використовуються в картографії).

1.2.2 Нанотехнології в медицині

Останні успіхи нанотехнологій, за словами вчених, можуть виявитися дуже корисними у боротьбі з раковими захворюваннями. Розроблено протиракові ліки безпосередньо до мети – у клітини, уражені злоякісною пухлиною. Нова система, заснована на матеріалі, відомому як біосилікон. Наносиликон має пористу структуру (десять атомів у діаметрі), в яку зручно впроваджувати ліки, протеїни та радіонукліди. Досягши мети, біосилікон починає розпадатися, а доставлені їм ліки беруться до роботи. Причому, за словами розробників, нова система дозволяє регулювати дозування ліків.

Протягом останніх роківСпівробітники Центру біологічних нанотехнологій працюють над створенням мікродатчиків, які будуть використовуватися для виявлення в організмі ракових клітин та боротьби з цією страшною хворобою.

Нова методика розпізнавання ракових клітин базується на вживленні в тіло людини крихітних сферичних резервуарів, виготовлених із синтетичних полімерів під назвою дендримери (від грец. dendron – дерево). Ці полімери були синтезовані протягом останнього десятиліття і мають принципово нову, не цільну будову, що нагадує структуру коралів або дерева. Такі полімери називаються надрозгалуженими або каскадними. Ті, у яких розгалуження має регулярний характер, і називаються дендримерами. У діаметрі кожна така сфера, або наносенсор, досягає всього 5 нанометрів – 5 мільярдних частин метра, що дозволяє розмістити на невеликій ділянці простору мільярди подібних наносенсорів.

Опинившись усередині тіла, ці крихітні датчики проникнуть у лімфоцити – білі кров'яні клітини, які забезпечують захисну реакцію організму проти інфекції та інших хвороботворних факторів. При імунній відповіді лімфоїдних клітин на певну хворобу або умови навколишнього середовища - застуду або вплив радіації, наприклад, - білкова структураклітки змінюється. Кожен наносенсор, покритий спеціальними хімічними реактивами, за таких змін почне світитися.

Щоб побачити це світіння, вчені збираються створити спеціальний пристрій, який сканує сітківку ока. Лазер такого пристрою повинен засікати свічення лімфоцитів, коли один за одним проходять крізь вузькі капіляри очного дна. Якщо в лімфоцитах знаходиться достатня кількість помічених сенсорів, то для того, щоб виявити пошкодження клітини, знадобиться 15-секундне сканування, заявляють вчені.

Тут очікується найбільший вплив нанотехнології, оскільки вона торкається самої основи існування суспільства - людини. Нанотехнологія виходить на такий розмірний рівень фізичного світу, на якому різницю між живим і неживим стає хиткім - це молекулярні машини. Навіть вірус частково можна вважати живою системою, оскільки він містить у собі інформацію про свою побудову. А ось рибосома, хоч і складається з тих самих атомів, що і вся органіка, але такої інформації не містить і тому є лише органічною молекулярною машиною. Нанотехнологія у своєму розвиненому вигляді передбачає будівництво нанороботів, молекулярних машин неорганічного атомного складу, ці машини зможуть будувати свої копії, маючи інформацію про таку побудову. Тому межа між живим і не живим починає стиратися. На сьогоднішній день створено лише один примітивний крокуючий ДНК-робот.

Наномедицина представлена такими можливостями:

1. Лабораторії на чіпі, спрямована на доставку ліків в організмі.

2. ДНК – чіпи (створення індивідуальних ліків).

3. Штучні ферменти та антитіла.

4. Штучні органи, штучні функціональні полімери (замінники органічних тканин). Цей напрямок тісно пов'язаний з ідеєю штучного життя і в перспективі веде до створення роботів, які мають штучну свідомість і здатні до самовідновлення на молекулярному рівні. Це пов'язано з розширенням поняття життя за рамки органічного

5. Нанороботи-хірурги (біомеханізми, що здійснюють зміни та необхідні медичні дії, розпізнавання та знищення ракових клітин). Це є найрадикальнішим застосуванням нанотехнології в медицині створення молекулярних нанороботів, які зможуть знищувати інфекції та ракові пухлини, проводити ремонт пошкоджених ДНК, тканин та органів, дублювати цілі системи життєзабезпечення організму, змінювати властивості організму.

Розглядаючи окремий атом як цеглину або "детальку" нанотехнології шукають практичні способи конструювати з цих деталей матеріали із заданими характеристиками. Багато фірм вже вміють збирати атоми та молекули в деякі конструкції.

У перспективі, будь-які молекули збиратимуться подібно до дитячого конструктора. Для цього планується використовувати нанороботи (наноботи). Будь-яку хімічно стабільну структуру, яку можна описати, насправді можна і побудувати. Оскільки нанобот можна запрограмувати на будівництво будь-якої структури, зокрема на будівництво іншого нанобота, вони будуть дуже дешевими. Працюючи у величезних групах, наноботи зможуть створювати будь-які об'єкти з невеликими витратами та високою точністю. У медицині проблема застосування нанотехнологій у необхідності змінювати структуру клітини на молекулярному рівні, тобто. здійснювати "молекулярну хірургію" за допомогою наноботів. Очікується створення молекулярних роботів-лікарів, які можуть "жити" всередині людського організму, усуваючи всі пошкодження, або запобігаючи виникненню таких.Маніпулюючи окремими атомами та молекулами, наноботи зможуть здійснювати ремонт клітин. Прогнозований термін створення роботів-лікарів, перша половина ХХІ сторіччя.

Незважаючи на існуючий стан речей, нанотехнології - як кардинальне вирішення проблеми старіння є більш ніж перспективними.

Це зумовлено тим, що нанотехнології мають великий потенціал комерційного застосування для багатьох галузей, і, крім серйозного державного фінансування, дослідження в цьому напрямку ведуться багатьма великими корпораціями.

Цілком можливо, що після удосконалення для забезпечення "вічної молодості" наноботи вже не будуть потрібні або вони будуть вироблятися клітиною.

Для досягнення цих цілей людству необхідно вирішити три основні питання:

1. Розробити та створити молекулярних роботів, які зможуть ремонтувати молекули.
2. Розробити та створити нанокомп'ютери, які керуватимуть наномашинами.
3. Створити повний описвсіх молекул у тілі людини, інакше кажучи, створити мапу людського організму на атомному рівні.

Основна складність із нанотехнологією - це проблема створення першого нанобота. Існує кілька перспективних напрямків.

Одне полягає в поліпшенні скануючого тунельного мікроскопа або атомносилового мікроскопа і досягненні позиційної точності та сили захоплення.
Інший шлях до створення першого нанобота веде через хімічний синтез. Можливо, спроектувати та синтезувати хитромудрі хімічні компоненти, які будуть здатні до самозбирання у розчині.
І ще одна дорога веде через біохімію. Рибосоми (всередині клітини) є спеціалізованими наноботами, і ми можемо використовувати їх для створення більш універсальних роботів.

Ці наноботи зможуть гальмувати процеси старіння, лікувати окремі клітинита взаємодіяти з окремими нейронами.

Роботи з вивчення розпочато порівняно недавно, але темпи відкриттів у цій галузі надзвичайно високі, багато хто вважає, це майбутнє медицини.

1.2.3 Нанотехнології у харчовій промисловості

Наноеда (nanofood) – термін новий, малозрозумілий та непоказний. Їжа для нанолюдей? Дуже малі порції? Їжа, спрацьована на нанофабриках? Ні звичайно. Але все ж таки це - цікавий напрямок у харчовій галузі. Виявляється, нанаїда – це цілий набір наукових ідей, які вже знаходяться на шляху реалізації та застосування в промисловості. По-перше, нанотехнології можуть надати харчовикам унікальні можливості з тотального моніторингу в реальному часі якості та безпеки продуктів безпосередньо у процесі виробництва. Йдеться про діагностичні машини із застосуванням різних наносенсорів або так званих квантових точок, здатних швидко і надійно виявляти в продуктах найдрібніші хімічні забрудненнячи небезпечні біологічні агенти. І виробництво їжі, її транспортування, і методи зберігання можуть отримати свою порцію корисних інновацій від нанотехнологічної галузі. За оцінкою вчених, перші серійні машини такого роду з'являться на масових харчових виробництвах у найближчі чотири роки. Але на порядку денному і радикальніші ідеї. Чи готові ви проковтнути наночастинки, які неможливо побачити? А якщо наночастинки будуть цілеспрямовано використовуватися для доставки до точно обраних частин організму корисних речовин і ліків? Що якщо такі нанокапсули можна буде впроваджувати у харчові продукти? Поки що ніхто не вживав наїда, але попередні розробки вже йдуть. Фахівці кажуть, що їстівні наночастинки можуть бути зроблені із кремнію, кераміки чи полімерів. І зрозуміло – органічних речовин. І якщо щодо безпеки так званих "м'яких" частинок, подібних до будови та складу з біологічними матеріалами - все ясно, то "тверді" частинки, складені з неорганічних речовин - це велика біла пляма на перетині двох територій - нанотехнології та біології. Вчені ще не можуть сказати, якими маршрутами подібні частинки подорожуватимуть у тілі, і де в результаті зупиняться. Це ще потрібно з'ясувати. Проте деякі фахівці вже малюють футуристичні картини переваг нанаїди. Крім доставки цінних поживних речовин до потрібних клітин. Ідея полягає в наступному: кожен купує той самий напій, але потім споживач зможе сам керувати наночастинками так, що на його очах будуть змінюватися смак, колір, аромат і концентрація напою.

1.2.4 Нанотехнології у військовій справі

Військове використання нанотехнологій відкриває якісно новий рівеньвійськовотехнічного панування у світі. Основними напрямками у створенні нових озброєнь на базі нанотехнології можна вважати:

1. Створення нових потужних мініатюрних вибухових пристроїв.

2. Руйнування макропристроїв з нанорівня.

3. Шпигунство та пригнічення болю з використанням нейротехнологій.

4. Біологічна зброя та нановлаштування генетичного наведення.

5. Наноспорядження для солдатів.

6. Захист від хімічної та біологічної зброї.

7. Наноустрою у системах управління військовою технікою.

8. Нанопокриття для військової техніки.

Нанотехнологія дозволить виробляти потужні вибухові речовини. Розмір вибухівки можна зменшити у десятки разів. Атака керованих снарядів із нановибухівкою на заводи з регенерації ядерного палива може позбавити країну фізичної можливості виробництва збройового плутонію. Використання малогабаритних роботизованих пристроїв в електронну техніку може порушувати роботу електричних контурів та механіки за допомогою. Збій роботи центрів управління та командних пунктів неможливо запобігти, якщо не ізолювати наноустрою. Роботи для розбирання матеріалів на рівні атомів стануть потужною зброєю, що перетворює на пил броню танків, бетонні конструкції дотів, корпуси ядерних реакторів і тіла солдатів. Але це поки що перспектива для розвиненої форми нанотехнології. А поки що дослідження ведуться в галузі нейронних технологій, розвиток яких призведе до появи бойових наноустроїв, що здійснюють шпигунство, або перехоплення контролю над функціями людського організму, використовуючи підключення за допомогою наноустроїв до нервової системи. У лабораторіях NASA вже створено зразки обладнання для перехоплення внутрішньої мови. Фотонні компоненти на наноструктурах, здатні отримувати та обробляти величезні масиви інформації, стануть основою систем космічного моніторингу, наземного спостереження та шпигунства. За допомогою наноустроїв впроваджених у мозок можливе отримання "штучного" (технічного) зору з розширеним спектром сприйняття, порівняно з біологічним зором. Система придушення болю у солдатів, що вживлюється в тіло і мозок, розробляються нейрочіпи.

Наступним застосуванням нанотехнології у військовій сфері є налаштування генетичного наведення. Наноустрій з генетичним наведенням може бути запрограмований виконання тих чи інших руйнівних дій залежно від генетичної структури ДНК клітини, у якій воно виявилося. Як умову активації пристрою задається унікальна ділянка генетичного коду конкретної людини або шаблон для дій над групою людей. Відрізнити звичайну епідемію від етнічного чищення практично неможливо буде без засобів виявлення нанороботів. Наноустрою спрацьовуватимуть лише проти заданого типу людей і за суворо певних умов. Потрапивши в організм, наноустрій ніяк себе не проявить, до команди активізації. Наступним застосуванням нанотехнологій є екіпірування та спорядження солдатів. Пропонується зробити з людини, обмундирування та зброї якийсь гібрид, елементи якого будуть настільки тісно пов'язані між собою, що повністю екіпірованого солдата майбутнього можна буде назвати окремим організмом.

Нанотехнологія дала прорив у виготовленні броні та бронежилетів.

Військову техніку припускають оснастити спеціальною "електромеханічною фарбою", яка дозволить змінювати колір і запобігатиме корозії. Нанофарба зможе "затягувати" дрібні пошкодження на корпусі машини і складатиметься з великої кількості наномеханізмів, які дозволять виконувати всі перераховані вище функції. За допомогою системи оптичних матриць, які будуть окремими наномашинами в "фарбі", дослідники хочуть досягти ефекту невидимості машини або літака.

Нанотехнологія внесе зміни у військовій сфері. Нова якісно перетворена та неконтрольована гонка озброєнь. Контроль за нанотехнологією можна реально здійснено лише у глобальної цивілізації. Нанотехнологія дозволить провести повну механізацію польової війни, що виключає наявність модернізованих солдатів.

Таким чином, головним висновком про результат проникнення нанотехнології у сферу озброєння є перспектива утворення глобального суспільства, здатного контролювати нанотехнологію та гонку озброєння. Ця тенденція універсалізму визначається раціональністю техногенної цивілізації та виражає її інтереси та цінності.

Висновок

Прояснивши поняття нанотехнології, позначивши її перспективи та зупинившись на можливих небезпекі погроз, хочу зробити висновок. Я вважаю, що нанотехнологія – це молода наука, результати розвитку якої можуть змінити до невпізнання. навколишній світ. І якими будуть ці зміни - корисними, незрівнянно полегшуючими життя, або шкідливими, що загрожують людству - залежить від взаєморозуміння та розумності людей. А порозуміння та розумність безпосередньо залежать від рівня гуманності, що передбачає відповідальність людини за свої вчинки. Тому найважливішою необхідністю останніми перед неминучим нанотехнологічним «бумом» роки стає виховання людинолюбства. Тільки розумні та гуманні люди можуть перетворити нанотехнології на сходинку до пізнання Всесвіту та свого місця у цьому Всесвіті.

Список літератури

Основи об'єктно-орієнтованого програмування в Delphi: Навч. посібник / В. В. Кузнєцов, І. В. Абдрашитова; За ред. Т. Б. Корнєєвої. - Вид. 3-тє, перераб. та дод. - Томськ, 2008. - 120 с.
Кіммел П. Створення додаток у Delphi./П. Кімел - М: Вільямс, 2003. - 114с.
Кобаясі Н. Введення в нанотехнологію/Н. Кобаясі. - М.: Біном, 2005 - 134с
Чаплігін А. «Нанотехнології в електроніці» / А. Чаплігін. - 2005 М.: техносфера
http:// www.delphi.com
Попередній перегляд:
Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього:

Нанотехнологія – галузь фундаментальної та прикладної науки і техніки, що має справу із сукупністю теоретичного обґрунтування, практичних методів дослідження, аналізу та синтезу, а також методів виробництва та застосування продуктів із заданою атомною структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами та молекулами.

Історія

Багато джерел, в першу чергу англомовні, перша згадка методів, які згодом будуть названі нанотехнологією, пов'язують з відомим виступом Річарда Фейнмана «Внизу повним-повнісінько місця» (англ. «There's Plenty of Room at the Bottom»), зробленим ним у 1959 році в Каліфорнійському технологічному інститутіна щорічній зустрічі Американського фізичного товариства. Річард Фейнман припустив, що можливо механічно переміщати одиночні атоми за допомогою маніпулятора відповідного розміру, принаймні такий процес не суперечив би відомим на сьогодні фізичним законам.

Останній етап – отриманий механізм збере свою копію окремих атомів. Принципово кількість таких копій необмежена, можна буде за короткий час створити довільну кількість таких машин. Ці машини зможуть таким же способом, з атомною збіркою, збирати макроречі. Це дозволить зробити речі набагато дешевше – таким роботам (нанороботам) потрібно буде дати тільки необхідну кількість молекул і енергію, і написати програму для складання необхідних предметів. Досі ніхто не зміг спростувати цю можливість, але й нікому поки що не вдалося створити такі механізми. У ході теоретичного дослідження даної можливості з'явилися гіпотетичні сценарії кінця світу, які припускають, що нанороботи поглинуть усю біомасу Землі, виконуючи свою програму саморозмноження (так звана "сіра слиз" або "сіра жижа").

Перші припущення можливості дослідження об'єктів на атомному рівні можна зустріти у книзі «Opticks» Ісаака Ньютона, що вийшла 1704 року. У книзі Ньютон висловлює сподівання, що мікроскопи майбутнього колись зможуть дослідити «таємниці корпускул».

Вперше термін «нанотехнологія» вжив Норіо Танігуті у 1974 році. Він назвав цим терміном виробництво виробів розміром кілька нанометрів. У 1980-х роках цей термін використав Ерік К. Дрекслер у своїх книгах: «Машини створення: Прийдешня ера нанотехнології» («Engines of Creation: Coming Era of Nanotechnology») та «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation».

На що здатні нанотехнології?

Ось тільки деякі галузі, в яких нанотехнології обіцяють прорив:

Медицина

Наносенсори забезпечать прогрес у ранній діагностиці захворювань. Це збільшить шанси на одужання. Ми зможемо перемогти рак та інші хвороби. Старі ліки від раку знищували не лише хворі клітини, а й здорові. За допомогою нанотехнологій ліки доставлятимуть безпосередньо у хвору клітину.

ДНК-нанотехнології– використовують специфічні основи молекул ДНК та нуклеїнових кислот для створення на їх основі чітко заданих структур. Промисловий синтез молекул ліків та фармакологічних препаратів чітко визначеної форми (біс-пептиди).

На початку 2000-го року, завдяки швидкому прогресу в технології виготовлення частинок нанорозмірів, було дано поштовх до розвитку нової галузі нанотехнології. наноплазмоніці. Виявилося можливим передавати електромагнітне випромінювання вздовж ланцюжка металевих наночастинок за допомогою збудження плазмових коливань.

Будівництво

Нанодатчики будівельних конструкцій стежитимуть за їхньою міцністю, виявлятимуть будь-які загрози цілісності. Об'єкти, побудовані з використанням нанотехнологій, зможуть прослужити вп'ятеро довше, ніж сучасні споруди. Будинки підлаштовуватимуться під потреби мешканців, забезпечуючи їм прохолоду влітку та зберігаючи тепло взимку.

Енергетика

Ми менше залежатимемо від нафти та газу. У сучасних сонячних батарей ККД близько 20%. Із застосуванням нанотехнологій він може зрости у 2-3 рази. Тонкі наноплівки на даху та стінах зможуть забезпечити енергією весь будинок (якщо, звичайно, сонця буде достатньо).

Машинобудування

Усю громіздку техніку замінять роботи - легко керовані пристрої. Вони зможуть створювати будь-які механізми лише на рівні атомів і молекул. Для виробництва машин будуть використовуватись нові наноматеріали, які здатні знижувати тертя, захищати деталі від пошкоджень, економити енергію. Це далеко не всі сфери, в яких можуть застосовуватися і нанотехнології. Вчені вважають, що поява нанотехнологій – початок нової Науково-технічної революції, яка сильно змінить світ уже у ХХІ столітті. Варто, щоправда, помітити, що у реальну практику нанотехнології входять дуже швидко. Не так багато пристроїв (переважно електроніка) працює «з нано». Частково це пояснюється високою ціною нанотехнологій та не надто високою віддачею від нанотехнологічної продукції.

Ймовірно, вже в недалекому майбутньому за допомогою нанотехнологій будуть створені високотехнологічні, мобільні, легко керовані пристрої, які успішно замінять нехай автоматизовану, але складну в управлінні і громіздку техніку сьогоднішнього дня. Так, наприклад, згодом біороботи, керовані за допомогою комп'ютера, зможуть виконувати функції громіздких насосних станцій.

ДНК-комп'ютер- Обчислювальна система, що використовує обчислювальні можливості молекул ДНК. Біомолекулярні обчислення - це збірна назва для різних технік, так чи інакше пов'язаних з ДНК або РНК. При ДНК-обчислення дані подаються над формі нулів і одиниць, а вигляді молекулярної структури, побудованої з урахуванням спіралі ДНК. Роль програмного забезпечення для читання, копіювання та управління даними виконують спеціальні ферменти.
Атомно-силовий мікроскоп– скануючий зондовий мікроскоп високої роздільної здатності, заснований на взаємодії голки кантилевера (зонда) з поверхнею досліджуваного зразка. На відміну від скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) може досліджувати як провідні, так і непровідні поверхні навіть через шар рідини, що дозволяє працювати з органічними молекулами (ДНК). Просторова роздільна здатність атомно-силового мікроскопа залежить від розміру кантилевера і кривизни його вістря. Роздільна здатність досягає атомарного по горизонталі і істотно перевищує його по вертикалі.
Антена-осцилятор– 9 лютого 2005 року в лабораторії університету Бостона була отримана антена-осцилятор розмірами близько 1 мкм. Цей пристрій налічує 5000 мільйонів атомів і здатний осцилювати із частотою 1,49 гігагерц, що дозволяє передавати за її допомогою величезні обсяги інформації.

10 нанотехнологій із дивовижним потенціалом

Спробуйте згадати якийсь канонічне винахід. Ймовірно, хтось зараз уявив собі колесо, хтось літак, а хтось і айпод. А чи багато хто з вас подумав про винахід зовсім нового покоління – нанотехнології? Цей світ маловивчений, але має неймовірний потенціал, здатний подарувати нам справді фантастичні речі. Дивна річ: напрямок нанотехнологій не існував до 1975 року, навіть незважаючи на те, що вчені почали працювати в цій сфері набагато раніше.

Неозброєне око людини здатне розпізнати об'єкти розміром до 0,1 міліметра. Ми ж сьогодні поговоримо про десять винаходів, які у 100 000 разів менші.

Електропровідний рідкий метал

За рахунок електрики можна змусити простий сплав рідкого металу, що складається з галію, іридію та олова, утворювати складні фігури або намотувати кола всередині чашки Петрі. Можна з деякою часткою ймовірності сказати, що це матеріал, з якого був створений знаменитий кіборг серії T-1000, якого ми могли бачити Термінаторі 2.

«М'який сплав поводиться як розумна форма, здатна за необхідності самостійно деформуватися з урахуванням навколишнього простору, що змінюється, яким він рухається. Просто як міг робити кіборг із популярної науково-фантастичної кінострічки», – ділиться Джин Лі з університету Цінхуа, один із дослідників, які займалися цим проектом.

Цей метал біоміметичний, тобто імітує біохімічні реакції, хоча сам не є біологічною речовиною.

Керувати цим металом можна за рахунок електричних розрядів. Однак він і сам здатний самостійно пересуватися, за рахунок дисбалансу навантаження, що з'являється, яке створюється різницею в тиску між фронтальною і тильною частиною кожної краплі цього металевого сплаву. І хоча вчені вважають, що цей процес може бути ключем до конвертації хімічної енергії в механічну, молекулярний матеріал у найближчому майбутньому не збирається використовувати для будівництва злих кіборгів. Весь процес магії може відбуватися тільки в розчині гідроксиду натрію або соляному розчині.

Нанопластирі

Дослідники з Йоркського університету працюють над створенням спеціальних пластирів, які призначатимуться для доставки всіх необхідних ліків усередину організму без використання голок і шприців. Пластир цілком цілком звичайного розміру приклеюються до руки, доставляють певну дозу наночастинок лікарського засобу (досить маленькі, щоб проникнути через волосяні фолікули) всередину вашого організму. Наночастинки (кожна розміром менше 20 нанометрів) самі знайдуть шкідливі клітини, вб'ють їх і виведуть з організму разом з іншими клітинами внаслідок природних процесів.

Вчені відзначають, що в майбутньому такі нанопластирі можна буде використовувати при боротьбі з одним із найстрашніших захворювань на Землі – раком. На відміну від хіміотерапії, яка в таких випадках найчастіше є невід'ємною частиною лікування, нанопластирі зможуть в індивідуальному порядку знаходити та знищувати ракові клітини та залишати при цьому здорові клітини незайманими. Проект нанопластиря отримав назву "NanJect". Його розробкою займаються Атіф Сайєд та Закарія Хуссейн, які у 2013 році, ще будучи студентами, отримали необхідне спонсорування в рамках краудсорсингової компанії із залучення коштів.

Нанофільтр для води

При використанні цієї плівки у поєднанні з тонкою сіткою з нержавіючої сталі нафта відштовхується, і вода в цьому місці стає чистою.

Що цікаво, створення нанопленки вчених надихнула сама природа. Листя лотоса, також відомого як водяна лілія, мають властивості, протилежні властивостям наноплівки: замість нафти вони відштовхують воду. Вчені вже не вперше підглядають у цих дивовижних рослин їх не менше дивовижні властивості. Результатом цього, наприклад, стало створення супергідрофобних матеріалів у 2003 році. Що ж до наноплівки, дослідники намагаються створити матеріал, що імітує поверхню водяних лілій, і збагатити його молекулами спеціального засобу для чищення. Саме покриття невидиме для людського ока. Виробництво буде недорогим: приблизно 1 долар за квадратний фут.

Очисник повітря для підводних човнів

Навряд чи хтось замислювався над тим, яким повітрям доводиться дихати екіпажам підводних човнів, окрім самих членів екіпажу. А тим часом очищення повітря від двоокису вуглецю повинно проводитися негайно, оскільки за одне плавання через легкі команди підводного човна одному й тому самому повітрі доводиться проходити сотні разів. Для очищення повітря від вуглекислого газувикористовують аміни, що мають дуже неприємний запах. Для вирішення цього питання була створена технологія очищення, що отримала назву SAMMS (абревіатура від Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Вона пропонує використання спеціальних наночастинок, поміщених усередину керамічних гранул. Речовина має пористу структуру, завдяки якій вона поглинає надлишок вуглекислого газу. Різні типи очищення SAMMS взаємодіють з різними молекулами в повітрі, воді та землі, проте всі з цих варіантів очищення є неймовірно ефективними. Усього однієї столової ложки таких пористих керамічних гранул вистачить для очищення площі, що дорівнює одному футбольному полю.

Нанопровідники

Дослідники Північно-Західного університету(США) з'ясували, як створити електричний провідник на нанорівні. Цей провідник є твердою і міцною наночастинкою, яка може бути налаштована на передачу електричного струмуу різних протилежних напрямках. Дослідження показує, що кожна така наночастка здатна емулювати роботу випрямляча струму, перемикачів і діодів. Кожна частка товщиною 5 нанометрів покрита позитивно зарядженою хімічною речовиною та оточена негативно зарядженими атомами. Подача електричного розряду реконфігурує негативно заряджені атоми навколо наночастинок.

Потенціал у технології, як повідомляють вчені, небувалий. На її основі можна створювати матеріали, «спроможні самостійно змінюватись під певні комп'ютерні обчислювальні завдання». Використання цього наноматеріалу дозволить фактично перепрограмувати електроніку майбутнього. Апаратні оновлення стануть такими ж легкими, як програмні.

Нанотехнологічний зарядний пристрій

Коли цю штуку створять, то вам більше не потрібно використовувати ніякі зарядні пристрої. Нова нанотехнологія працює як губка, тільки вбирає не рідину. Вона висмоктує з навколишнього середовища кінетичну енергію та спрямовує її прямо у ваш смартфон. Основа технології полягає у використанні п'єзоелектричного матеріалу, який генерує електрику, перебуваючи у стані механічної напруги. Матеріал наділений наноскопічними порами, які перетворюють його на гнучку губку.

Офіційна назва цього пристрою - "наногенератор". Такі наногенератори можуть якось стати частиною кожного смартфона на планеті або ж частиною панелі приладів кожного автомобіля, а можливо, і частиною кожної кишені одягу – гаджети заряджатимуться прямо в ньому. Крім того, технологія має потенціал використання на більш масштабному рівні, наприклад, у промисловому устаткуванні. Принаймні так вважають дослідники з університету Вісконсіна в Мадісоні, які створили цю дивовижну наногубку.

Штучна сітківка

Ізраїльська компанія Nano Retina розробляє інтерфейс, який безпосередньо підключиться до нейронів ока і передаватиме результат нейронного моделювання в мозок, замінюючи сітківку і повертаючи людям зір.

Експеримент на сліпій курці показав надію на успішність проекту. Наноплівка дозволила курці побачити світло. Правда, до кінцевої стадії розробки штучної сітківки для повернення людям зору поки що далеко, але наявність прогресу в цьому напрямі не може не тішити. Nano Retina – не єдина компанія, яка займається подібними розробками, проте саме їхня технологія на даний момент бачиться найбільш перспективною, ефективною та адаптивною. Останній пункт найбільш важливий, тому що ми говоримо про продукт, який інтегруватиметься в чиїсь очі. Схожі розробки показали, що тверді матеріали непридатні для використання з цією метою.

Так як технологія розробляється на нанотехнологічному рівні, вона дозволяє виключити використання металу і проводів, а також уникнути низького дозволу картинки, що моделюється.

Одяг, що світиться

Шанхайські вчені розробили світловідбивні нитки, які можна використовувати під час виробництва одягу. Основою кожної нитки є дуже тонкий дріт із нержавіючої сталі, яку покривають спеціальними наночастинками, шаром електролюмінесцентного полімеру, а також захисною оболонкою із прозорих нанотрубок. В результаті виходять дуже легкі та гнучкі нитки, здатні світитися під впливом власної електрохімічної енергії. При цьому вони працюють на набагато меншій потужності, порівняно зі звичайними світлодіодами.

Недолік технології полягає в тому, що «запасу світла» у ниток вистачає поки лише на кілька годин. Однак розробники матеріалу оптимістично вважають, що зможуть збільшити «ресурс» свого продукту як мінімум у тисячу разів. Навіть якщо у них все вийде, вирішення іншої вади поки що залишається під питанням. Прати одяг на основі таких наноніток, швидше за все, не можна буде.

Наноголки для відновлення внутрішніх органів

Нанопластирі, про які ми говорили вище, розроблені спеціально для заміни голок. А що, якби самі голки були б розміром лише кілька нанометрів? У такому разі вони могли б змінити наше уявлення про хірургію, або, принаймні, суттєво її покращити.

Нещодавно вчені провели успішні лабораторні випробування на мишах. За допомогою крихітних голок дослідники змогли ввести в організми гризунів нуклеїнові кислоти, що сприяють регенерації органів та нервових клітин і тим самим відновлюють втрачену працездатність. Коли голки виконують свою функцію, вони залишаються в організмі і через кілька днів повністю розкладаються. При цьому жодних побічних ефектів під час операцій з відновлення кровоносних судин м'язів спини гризунів з використанням цих спеціальних наногол вчені не виявили.

Якщо брати до уваги людські випадки, то такі наноголки можуть використовуватися для доставки необхідних засобів до організму людини, наприклад, при трансплантації органів. Спеціальні речовини підготують навколишні тканини навколо органу, що трансплантується, до швидкого відновлення і виключать можливість відторгнення.

Тривимірний хімічний друк

Хімік Іллінойського університету Мартін Берк – справжній Віллі Вонка зі світу хімії. Використовуючи колекцію молекул « будівельного матеріалу»різного призначення, він може створювати величезну кількість різних хімічних речовин, наділених всілякими «дивовижними і при цьому природними властивостями». Наприклад, однією з таких речовин є ратанін, який можна знайти тільки в дуже рідкій перуанській квітці.

Потенціал синтезування речовин настільки величезний, що дозволить виробляти молекули, що використовуються в медицині, при створенні LED-діодів, осередків сонячних батарей і тих хімічних елементів, На синтезування яких навіть у найкращих хіміків планети витрачалися роки.

Можливості цього прототипу тривимірного хімічного принтера поки обмежені. Він здатний створювати лише нові лікарські засоби. Проте Берк сподівається, що якось він зможе створити споживчу версію свого дивовижного пристрою, яка матиме куди більші можливості. Цілком можливо, що в майбутньому такі принтери виступатимуть у ролі своєрідних домашніх фармацевтів.

Чи є нанотехнологія загрозою здоров'ю людини або навколишньому середовищу?

Інформації про негативний вплив наночастинок не так уже й багато. У 2003 р. в одному з досліджень було показано, що вуглецеві нанотрубки можуть пошкоджувати легені у мишей та щурів. Дослідження 2004 р. показало, що фулерени можуть накопичуватися та викликати пошкодження мозку у риб. Але в обох дослідженнях було використано великі порції речовини за незвичайних умов. За словами одного з експертів, хіміка Крістена Куліновські (США), «було б доцільно обмежити вплив цих наночасток, незважаючи на те, що наразі інформація про їхню загрозу людському здоров'ю відсутня».

Деякі коментатори висловлюються також щодо того, що широке використання нанотехнологій може призвести до ризиків соціального та етичного плану. Так, наприклад, якщо використання нанотехнологій ініціює нову промислову революцію, це призведе до втрати робочих місць. Більше того, нанотехнології можуть змінити уявлення про людину, оскільки їх використання допоможе продовжувати життя та суттєво підвищувати стійкість організму. «Ніхто не може заперечувати, що широке поширення мобільних телефонів та інтернету призвело до величезних змін у суспільстві», – каже Крістен Куліновський. – Хто візьме на себе сміливість сказати, що нанотехнології не вплинуть на суспільство найближчими роками?»

Місце Росії серед країн, що розробляють та виробляють нанотехнології.

Світовими лідерами із загального обсягу капіталовкладень у сфері нанотехнологій є країни ЄС, Японія та США. Останнім часом значно збільшили інвестиції у цю галузь Росія, Китай, Бразилія та Індія. У Росії її обсяг фінансування рамках програми «Розвиток інфраструктури наноіндустрії Російської Федерації на 2008 – 2010 роки» становитиме 27,7 млрд.руб.

В останньому (2008 рік) звіті лондонської дослідницької фірми Cientifica, який називається «Звіт про перспективи нанотехнологій», про російські вкладення написано дослівно таке: «Хоча ЄС за рівнем вкладень все ще посідає перше місце, Китай та Росія вже випередили США».

У нанотехнологіях існують такі галузі, де російські вчені стали першими у світі, отримавши результати, що започаткували розвиток нових наукових течій.

Серед них можна виділити отримання ультрадисперсних наноматеріалів, проектування одноелектронних приладів, а також роботи в галузі атомно-силової та скануючої зондової мікроскопії. Тільки на спеціальній виставці, що проводилася в рамках XII Петербурзького економічного форуму (2008), було представлено відразу 80 конкретних розробок. У Росії її вже виробляється низку нанопродуктів, затребуваних над ринком: наномембрани, нанопорошки, нанотрубки. Однак, на думку експертів, з комерціалізації нанотехнологічних розробок Росія відстає від США та інших розвинених країн на десять років.

Нанотехнології в мистецтві

Низка творів американської художниці Наташі Віта-Мор стосується нанотехнологічної тематики.

У сучасному мистецтві виник новий напрямок «наноарт» (наномистецтва) – вид мистецтва, пов'язаний зі створенням художником скульптур (композицій) мікро- та нано-розмірів (10 −6 та 10 −9 м відповідно) під дією хімічних чи фізичних процесів обробки матеріалів , фотографуванням отриманих нано-образів за допомогою електронного мікроскопа та обробкою чорно-білих фотографій у графічному редакторі

У широко відомому творіросійського письменника М. Лєскова «Лівша» (1881 рік) є цікавий фрагмент: «Якби, – каже, – був краще дрібноскоп, який у п'ять мільйонів збільшує, то ви б зволили, – каже, – побачити, що на кожній підковинці майстрове ім'я виставлено: який російський майстер ту підковку робив». Збільшення у 5 000 000 разів забезпечують сучасні електронні та атомно-силові мікроскопи, які вважаються основними інструментами нанотехнологій. Таким чином, літературного героя Левшу можна вважати першим в історії нанотехнологом.

Викладені Фейнманом у лекції 1959 р. «Там унизу багато місця» ідеї про способи створення та застосування наноманіпуляторів збігаються практично текстуально з фантастичною розповіддю відомого радянського письменникаБориса Житкова "Мікроруки", опублікованим у 1931 році. Деякі негативні наслідки неконтрольованого розвитку нанотехнологій описані у творах М. Крайтона («Рой»), С. Лема («Огляд на місці» та «Світ на Землі»), С. Лук'яненка («Нема чого ділити»).

Головний герой роману «Транслюдина» Ю. Нікітіна – керівник нанотехнологічної корпорації та перша людина, яка випробувала на собі дію медичних нанороботів.

У науково-фантастичних серіалах «Зоряна брама: SG-1» і «Зоряна брама: Атлантида» однією з технічно розвинених рас є дві раси «реплікаторів», що виникли в результаті невдалих дослідів з використанням та описом різних варіантів застосування нанотехнологій. У фільмі «День, коли Земля зупинилася» з Кіану Рівзом у головній ролі, інопланетна цивілізація виносить людству смертний вирок і мало не знищує все на планеті за допомогою нанореплікантів-жуків, що самовідтворюються, пожирають все на своєму шляху.

Ми живемо в сучасному світі медицини, науки та різних технологій. І, напевно, кожна людина вже чула, що таке нанотехнологія, і чим вона займається.
Загалом нанотехнологія створює будь-які об'єкти. Але вони не є звичайними, як, наприклад, ваш стіл або ліжко. Скажімо так - приставка «нано» це одна з мільярдних часток чогось. Тобто, в одному нанометрі 0,000000001 метра. Це означає, що якщо ми уявимо всю Землю в нанометрах, то дуже здивуємося, коли дізнаємося, що вона буде розміром з горіх горіх.
Так от нанотехнологія займається створенням нанооб'єктів, оперуючи окремими атомами і створюючи з них певну структуру. У майбутньому для нас з вами буде звичайною річчю непромокальна футболка або вогнетривкий папір, саме завдяки нанотехнологіям. Але навіть зараз, наприклад, транзистори, які, власне, є основою всіх чіпів, виробляються з точністю до 90 нанометрів. Нещодавно представники ТМ «Хьюлетт-Пакет» повідомили, що незабаром нанотехнологія зможе замінити сучасні традиційні технології створення транзисторів.
Нанотехнології застосовують у різних галузях науки і всюди супроводжуються прогресом. Наприклад, у медицині, якщо провести діагностику ще на ранній стадіїзахворювання, наносенсори допоможуть забезпечити якнайшвидше одужання. Можливо, таким чином людство зможе перемогти як рак, так і інші важкі захворювання, адже нанотехнології допоможуть вступити ліки відразу в хворі клітини, а не поширяться по всьому організму.
В енергетиці також можуть застосовуватись нанотехнології. Можливо, в майбутньому ми перестанемо залежати від газу та нафти завдяки сонячним батареям, адже їх ККД може зрости вдвічі-втричі саме з використанням нанотехнологій.
Ми також не можемо не згадати про нанотехнології у такій сфері, як машинобудування. Адже в майбутньому за допомогою наноматеріалів ми зможемо зменшувати тертя при їзді на автомобілі, і, можливо, зможемо зробити так, щоб деталі зберігалися набагато довше, ніж сьогодні.
Професор М. Танігуті виявився першим, хто використав сам термін «нанотехнологія» у своїй доповіді, на Міжнародній конференції в Японії, Токіо, 1974 року.
Зараз дуже часто ми можемо зустріти новини про те, що вчені винайшли щось нове з використанням нанотехнологій, наприклад, найменша нано решітка, мономолекулярна субмарина, найтемніший матеріал на землі, або нова форма вуглецю, за структурою, міцніша за алмаз. Так, «Кодак» вже в 2004 році виробила випуск дев'яти шаровий папір для принтерів Ultima, в якому верхній шар утворений керамічними наночастинками, що роблять папір щільним, гладким і приємним блиском.
Також, наприклад, розчин з наночастинок срібла має потужну антисептичну дію. Таким чином, якщо прикласти до рани бинт із таким срібним розчином, вона загоїться в рази швидше, ніж, наприклад, при використанні звичайних антисептичних засобів.
Такими швидкими темпами розвитку нанотехнологій ми зможемо інтенсивніше освоювати космос, підводні глибини, і взагалі, зробити повсякденне життя простіше і приємніше. І, можливо, скоро, подібно до різних фільмів на тему майбутнього, в нашу шкіру вживлятимуться чіпи, які нам в чомусь допомагатимуть; можливо нашу звичайну техніку замінить нанотехніка; люди перестануть помирати від раку та подібних тяжких хвороб.
Нанотехнологія – це вікно у майбутнє, яке вчені відкривають уже сьогодні. Ми впевнені, у майбутньому, нам здаватиметься цілком звичайним те, що зараз вважається фантастикою.

Міністерство освіти та науки РФ

Муніципальний загальноосвітній заклад

загальноосвітня школа – інтернат № 1 середнього (повного)

загальної освіти м. Томська

РЕФЕРАТ

по темі: Нанотехнології у сучасному світі

Виконала:учениця 8А класу

Сахненко Марія

Керівник:Пахорукова Д.П.

вчитель фізики

м. Томськ 2010 р.

ВСТУП

Нині мало хто знає, що таке нанотехнологія, хоча за цією наукою стоїть майбутнє. Головною метою моєї роботи є ознайомлення з нанотехнологією. Також я хочу з'ясувати застосування цієї науки в різних галузях і дізнатися, чи можуть бути нанотехнології небезпечні для людини.

1. НАНОТЕХНОЛОГІЇ У СУЧАСНОМУ СВІТІ

1.1.Історія виникнення нанотехнологій

Дідусем нанотехнологій вважатимуться грецького філософа Демокрита. Він уперше використав слово "атом" для опису найменшої частинки речовини. Протягом двадцяти із лишком століть люди намагалися проникнути в таємницю будови цієї частки. Вирішення цієї непосильної для багатьох поколінь фізиків завдання стало можливим у першій половині ХХ століття після створення німецькими фізиками Максом Кноллом та Ернстом Рускою електронного мікроскопа, який уперше дозволив дослідити нанооб'єкти.

Багато джерел, в першу чергу англомовні, першу згадку методів, які згодом будуть названі нанотехнологією, пов'язують з відомим виступом Річарда Фейнмана «Там унизу багато місця» (англ. «There's Plenty of Roo at the Bottom»), зробленим ним у 1959 році Каліфорнійський технологічний інститут на щорічній зустрічі Американського фізичного товариства. Річард Фейнман припустив, що можливо механічно переміщати одиночні атоми, за допомогою маніпулятора відповідного розміру, принаймні такий процес не суперечив би відомим на сьогодні фізичним законам.

Цей маніпулятор він запропонував робити у такий спосіб. Необхідно побудувати механізм, який би створював свою копію, тільки на порядок меншу. Створений менший механізм повинен знову створити свою копію, знову на порядок меншу і так до тих пір, поки розміри механізму не будуть порівняти з розмірами одного атома. При цьому необхідно буде робити зміни в пристрої цього механізму, так як сили гравітації, що діють в макросвіті будуть все менше впливати, а сили міжмолекулярних взаємодій все більше впливатимуть на роботу механізму. Останній етап - отриманий механізм збере свою копію окремих атомів. Принципово кількість таких копій необмежена, можна буде за короткий час створити довільну кількість таких машин. Ці машини зможуть таким же способом, з атомною збіркою збирати макроречі. Це дозволить зробити речі набагато дешевше - таким роботам (нанороботам) потрібно буде дати тільки необхідну кількість молекул і енергію, і написати програму для складання необхідних предметів. Досі ніхто не зміг спростувати цю можливість, але й нікому поки що не вдалося створити такі механізми. Принципова вада такого робота - неможливість створення механізму з одного атома.

Ось як Р. Фейнман описав передбачуваний ним маніпулятор:

Я думаю про створення системи з електричним управлінням , в якій використовуються виготовлені звичайним способом «обслуговуючі роботи» у вигляді зменшених у чотири рази копій «рук» оператора. Такі мікромеханізми зможуть легко виконувати операції у зменшеному масштабі. Я говорю про крихітні роботи, забезпечені серводвигунами і маленькими «руками», які можуть закручувати настільки ж маленькі болти і гайки, свердлити дуже маленькі отвори і т.д. Коротше кажучи, вони зможуть виконувати всі роботи в масштабі 1:4. Для цього, звичайно, спочатку слід виготовити необхідні механізми, інструменти та руки-маніпулятори в одну четверту звичайної величини (насправді ясно, що це означає зменшення всіх поверхонь контакту в 16 разів). На останньому етапі ці пристрої будуть обладнані серводвигунами (зі зменшеною в 16 разів потужністю) та приєднані до звичайної системи електричного керування. Після цього можна буде користуватися зменшеними у 16 разів руками-маніпуляторами! Сфера застосування таких мікророботів, а також мікромашин може бути досить широкою - від хірургічних операцій до транспортування та переробки радіоактивних матеріалів. Я сподіваюся, що принцип запропонованої програми, а також пов'язані з нею несподівані проблеми та блискучі можливості зрозумілі. Більше того, можна задуматися про можливість подальшого суттєвого зменшення масштабів, що, природно, вимагатиме подальших конструкційних змін та модифікацій (до речі, на певному етапі, можливо, доведеться відмовитися від «рук» звичної форми), але дозволить виготовити нові, значно досконаліші пристрої описаного типу. Ніщо не заважає продовжити цей процес і створити скільки завгодно крихітних верстатів, оскільки немає обмежень, пов'язаних з розміщенням верстатів або їх матеріаломісткістю. Їх обсяг буде завжди набагато менший за обсяг прототипу. Легко розрахувати, що загальний обсяг 1 млн зменшених у 4000 разів верстатів (а отже, і маса матеріалів, що використовуються для виготовлення) буде становити менше 2% від обсягу і маси звичайного верстата нормальних розмірів. Зрозуміло, що це відразу знімає проблему вартості матеріалів. В принципі, можна було б організувати мільйони однакових мініатюрних заводиків, на яких крихітні верстати безперервно свердлили б отвори, штампували деталі тощо. У міру зменшення розмірів ми постійно зіштовхуватимемося з дуже незвичайними фізичними явищами. Все, із чим доводиться зустрічатися у житті, залежить від масштабних факторів. Крім того, існує ще й проблема «злипання» матеріалів під дією сил міжмолекулярної взаємодії (так звані сили Ван-дер-Ваальса), яка може призводити до ефектів, незвичних для макроскопічних масштабів. Наприклад, гайка не відокремлюватиметься від болта після відкручування, а в деяких випадках буде щільно «приклеюватися» до поверхні і т. д. Існує кілька фізичних проблем такого типу, про які слід пам'ятати при проектуванні та створенні мікроскопічних механізмів.

1.2. Що таке нанотехнології

З'явившись нещодавно, нанотехнології все активніше входять у область наукових досліджень, а з неї – у наше повсякденне життя. Розробки вчених все частіше мають стосунки з об'єктами мікросвіту, атомами, молекулами, молекулярними ланцюжками. Нанооб'єкти, що створюються штучно, постійно дивують дослідників своїми властивостями і обіцяють найнесподіваніші перспективи свого застосування.

Основною одиницею виміру в нанотехнологічних дослідженнях є нанометр – мільярдна частка метра. У таких одиницях вимірюються молекули та віруси, а тепер і елементи комп'ютерних чипів нового покоління. Саме в наномасштабі протікають усі базові фізичні процеси, що визначають макровзаємодія.

Природа сама наштовхує людину на ідею створення нанооб'єктів. Будь-яка бактерія, по суті, є організмом, що складається з наномашин: ДНК і РНК копіюють і передають інформацію, рибосоми формують білки з амінокислот, мітохондрії виробляють енергію. Очевидно, що на даному етапі розвитку науки вченим спадає на думку копіювати і вдосконалювати ці явища.

Уявіть собі: ви п'єте склянку води, наповнену мікроскопічними роботами. Їх розміри настільки малі, що розглянути їх неможливо. Однак після того, як ви їх вип'єте, вони почнуть працювати над вашим організмом, заліковуючи рани і завдаючи своєрідних «латок», де потрібно. Нанометр – це одна мільйонна частина метра. Саме на таких масштабах працюють нанотехнології. Діяльність їх обмежується саме медичної сферою, швидше навпаки, входить у сферу високих технологій, проте розробки нанотехнологій дуже затратні, як і фінансовому, і у інтелектуальному сенсі.

Напевно, кожен із нас мріяв у дитинстві про . Що ж, мабуть згадавши про свої дитячі мрії, дослідники розробили справжню штучну шкіру, яка здатна змінювати свій колір подібно до хамелеона. За словами вчених, подібний винахід може застосовуватися при камуфляжі та при розробці великомасштабних динамічних дисплеїв. Подібні новини періодично з'являються у пресі. Невже цього разу все справді інакше?

Незважаючи на весь ажіотаж навколо всіх його властивостей і обіцянок вчених, ви можливо здивовані тому факту, що цей матеріал досі не використовується повсюдно. Як виявилось, у цьому немає нічого дивного. Міжнародна група вчених провела аналіз зразків графену, виробленого 60 компаніями по всьому світу і дійшла висновку, що всі вони насправді займаються виробництвом та продажем не ультратонкого матеріалу на основі вуглецю, за винахід якого його творці отримали Нобелівську премію, а звичайного сміття ще й продають утридорога.