Проект по технологии на тему нанотехнологии. Передовые проекты нанотехнологии - lionzage — LiveJournal
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Ильинская средняя общеобразовательная школа
Учебно-исследовательский проект
Подлипная Екатерина, ученица 10 класса
Широких Екатерина, ученица 10 класса
Комарницкий Георгий, ученик 9 «А» класс
Научный руководитель:
учитель информатики
Абрамкина Светлана Александровна
Домодедово - 2012
Введение ……………………………………………………………………...3
Глава 1. История развития нанотехнологий ……………………………… 5
Глава 2. Нанотехнологии в различных сферах деятельности человека… 7
2.1. В медицине………………………………………………………… 7
2.2. В косметологии ………………..………………………………….. 9
2.3. В строительстве……………………………………………………11
Глава 3. Новейшие достижения в нанотехнологии …………….………..13
3.1. Информационные технологии……………………….………….13
3.2. Робототехника……………………………………………………15
Глава 4. Социологический опрос………………………………………….. 18
Заключение…………………………………………………………………. 19
Библиография………………………………………………………………..20
Приложение………………………………………………………………… 21
Введение
Работа посвящена новому перспективному направлению – нанотехнологии, а именно изучению возможностей, сфер применения и перспектив развития нанотехнологий. Возможности этого направления очень велики, благодаря уникальным свойствам наноматериалов.
«Нано» - это приставка, которая показывает, что исходная величина должна быть уменьшена в миллиард раз. Например, 1 нанометр - это миллиардная часть метра (1 нм = 10 –9 м). С помощью этой приставки обозначают новую эру в развитии технологий, называемых иногда четвертой промышленной революцией, - эру нанотехнологий.
Нас заинтересовала эта тема, потому что в будущем нам жить и работать с нанотехнологиями, а на сегодняшний день нам очень мало, что известно об этом. Мы считаем, что сегодня – это самая актуальная проблема, потому что она направлена на наше с вами будущее. И мы решили начать изучать и исследовать технологии будущего уже сегодня и делиться нашими исследованиями на нашем сайте.
Данный учебно-исследовательский проект состоит из пяти частей:
Введение;
Основная часть ;
Заключение;
Библиография;
Приложение.
Актуальность работы: будущее за нанотехнологиями, их применение востребовано и незаменимо.
Гипотеза исследования: нанотехнологии используются во всех сферах, давая новые возможности и помогая решать самые сложные задачи.
Цель: показать неограниченные возможности современной науки и техники в развитии нанотехнологий, познакомиться с современными достижениями и пробудить интерес к проблеме нанотехнологий.
Задачи проекта:
Познакомится с историей развития нанотехнологий;
‐ изучить основные направления и методы исследований в области нанотехнологий и с основными направлениями ее развития;
‐ изучить практическое значение разработок нанотехнологий в области медицины, косметологии, строительства, информационных технологий, робототехники;
‐ провести тестирование среди учителей, старшеклассников и учеников основной школы с целью выявления уровня осведомленности по данной теме.
Объект исследования: нанотехнологии.
Предмет исследования: сферы применения, возможности и перспективы нанотехнологий.
Методы исследования: сбор материала по теме, его анализ и обработка, оформление работы, тестирование, создание презентации, создание сайта.
Выход проектного продукта: стенд в школе и сайт «Юные исследователи».
Практическая значимость работы заключается в том, что работающие над этой темой ученики и слушатели узнают много нового из этой сферы. Данная работа позволит расширить кругозор в данной области, познакомиться с новейшими достижениями науки и техники.
Глава 1. История развития нанотехнологий.
Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "неделимый", для описания самой малой частицы вещества. В 1661 году ирландский химик Роберт Бойль опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха. Бойль утверждал, что все состоит из "корпускул" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы.
Стартовой точкой в борьбе за покорение наномира считается лекция Ричарда Фейнмана в 1959 г. «Там внизу - много места». Основной постулат этой лекции заключался в том, что с точки зрения фундаментальных законов физики автор не видит никаких препятствий к работе на молекулярном и атомном уровнях, манипулировании отдельными атомами или молекулами. Фейнман говорил, что с помощью определенных устройств можно сделать еще меньшие по размеру устройства, которые в свою очередь способны сделать еще меньшие устройства, и так далее вплоть до атомного уровня, т. е. при наличии соответствующих технологий можно манипулировать отдельными атомами.
То, что теперь называют нанообъектами, нанотехнологиями человек давно использовал в своей жизни. Египтяне, греки и римляне использовали наночастицы для создания красителей ещё несколько тысяч лет назад. В исследованиях проведённых в Центре исследований и реставрации французских музеев, установлено, что древние косметологи использовали соединения на основе свинца, из которых делали частички диаметром всего в 5 нанометров!
Вот еще один из наиболее ярких примеров (в прямом и переносном смыслах) - это разноцветные стекла. Например, созданный еще IV веке н.э. кубок Ликурга, хранящийся в Британском музее, при освещении снаружи - зеленый, но если освещать его изнутри - то он пурпурно-красный. Как показали недавние исследования с помощью электронной микроскопии, этот необычный эффект обусловлен наличием в стекле наноразмерных частиц золота и серебра.
Сначала люди изучали обычный мир, для наблюдения которого не надо было особых приборов. Благодаря появлению микроскопа в конце XIX века ученые стали проникать внутрь атома, изучать его строение. В 1909 г. используя альфа-частицы (ядра гелия, имеющие размер порядка 10 –13 м) Резерфорду удалось «увидеть» ядро атома золота. Созданная на основе этих опытов планетарная модель атома Бора-Резерфорда дает наглядный образ огромности «свободного» места в атоме, вполне сравнимого с космической пустотой Солнечной системы.
В последние годы темпы научно-технического прогресса стали зависеть от использования искусственно созданных объектов нанометровых размеров (греческий термин «нанос» означает «гном»). Созданные на их основе вещества и объекты размером 1 – 100 нм называют наноматериалами, а способы их производства и применения - нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров. Свойства материалов в наномасштабе отличаются от крупных масштабов из-за того, что в наномасштабе площадь поверхности на единицу объема чрезвычайно велика.
В самом широком смысле нанотехнологии – это исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают существенно новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале расстояний.
Глава 2. Нанотехнологии в различных областях деятельности человека.
В медицине
Нанотехнологии в области здравоохранения имеют давние корни. Ярким примером являются разработки американских ученых. Умные лекарства давались космонавтам, чтобы проверить их состояние и регулировать температуру тела.
Что представляют собой умные лекарства? Создатели первых вариантов внедрили в них специальные датчики из магния или меди, которые совершенно безвредны для людей и их здоровья. Датчики проникают в желудок и начинают функционировать, взаимодействуя с желудочной кислотой.
Умные лекарства станут настоящими помощниками при диагностике и наблюдении за больными. Перед их применением к больному прикрепляется специальное устройство, которое необходимо для принятия сигналов датчиков. Датчики передают на него важную информацию, например, температуру тела, равномерность дыхания, скорость сердечного ритма и другие показатели. Ученые даже предлагают разработать специальную программу, которая будет обрабатывать собранные данные, структурировать их и отправлять в виде файла на мобильный телефон больного.
Благодаря совместному труду учёных из Америки и Италии наука смогла подняться на ступень выше в области регенерации тканей позвоночника после повреждений. Как правило, после перелома в месте травмы образуется рубец, который не пропускает нервные импульсы. Из-за этого человек может быть полностью или частично парализован. Учёные предложили идею по выращиванию клеток спинного мозга при помощи опорных наноструктур большого количества маленьких параллельных трубочек. По идее исследователей в этих нанотрубках должны нарастать новые нервные клетки, образующие нервную ткань. Ещё одним открытием поделились с миром исследователи в области наномедицины из Института технологий Италии. Учёные нашли возможность восстанавливать поврежденную сетчатку глаза. Операция по восстановлению сетчатки проводится с использованием светочувствительного пластика. Помочь решить вопрос создания искусственной сетчатки глаза смогли специальные гибкие полупроводники. Возможно, в скором времени многие незрячие люди и люди с проблемами зрения смогут в полной мере наслаждаться окружающим миром.
В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т.е. осуществлять "молекулярную хирургию" с помощью наноботов.
Прогнозируемый срок создания роботов-врачей, первая половина XXI века. Наноботы или молекулярные роботы могут участвовать (как наряду с генной инженерией, так и вместо нее) в перепроектировке генома клетки, в изменении генов или добавлении новых для усовершенствования функций клетки.
Учёные из Кореи открыли миру новую технологию по управлению медицинскими нанороботами в человеческом организме. Двигаясь вместе с потоком крови, микророботы смогли бы помочь человечеству, выполняя сложнейшую задачу по доставке лекарственных препаратов, уничтожению онкологических новообразований и бактерий, разрушению тромбов и прочих образований, до которых врачам не удаётся добраться никакими средствами.
Когда-то весь мир потрясло то, что искусственно выращивать кусочки кожи возможно в специальной чашке (чашка Петри). Исследователи из университета Райса придумали совершенно другую идею выращивания органов. Для этого нужно, чтобы органы находились в подвешенном состоянии, и с помощью магнитного поля будет происходить их развитие. В клетку, с применением вирусов, добавляют смесь наночастиц. Попадая внутрь клетки, наночастицы подвергаются воздействию магнитного поля. Это даёт возможность производить контроль роста клеток ткани в трёх измерениях. Именно в подвешенном состоянии эти клетки могут функционировать и размножаться, при этом образуя многослойные структуры, которая является точной копией ДНК программы.
В косметологии
Нанотехнологии используются во всех сферах, давая новые возможности и помогая решать самые сложные задачи. Косметология не исключение.
При помощи нанотехнологии можно реально выглядеть на 15-20 лет моложе. Их суть заключается в том, что в состав косметических средств включены наносферы, которые обладают способностью проникать в глубокий подкожный слой. В этих своеобразных микросферах заключены активные компоненты. При помощи нанотехнологии разглаживаются морщины, прыщи, угри, рубцы и пр.
Для того чтобы качественно улучшить состояние кожи, убрать глубокие морщины, добиться эффективного увлажнения кожи, вернуть зрелой коже красоту и свежесть необходимо улучшить доставку питательных компонентов в глубокие слои кожи. Чтобы проникнуть вглубь кожи, активные вещества «используют обходные пути» - межклеточные промежутки и выводные протоки кожных желез. Пройти через межклеточные промежутки не так-то просто. Это стало возможным лишь благодаря высоким био- и нанотехнологиям.
Одним из решений этой проблемы стало создание искусственных контейнеров, которые способны проникнуть в кожу на более глубокий уровень за счет своих маленьких размеров. Осуществляется это благодаря липосомам - транспортным молекулам, которые могут переносить лекарственные вещества в более глубокие слои кожи.
Далее, по мере развития биотехнологий появилась возможность использовать еще более мелкие транспортные частицы - наносомы, которые можно было «начинять» различными биологическими веществами. Это стало началом нанокосметики. Однако наносомы являются транспортным средством для доставки исключительно одного какого-либо биологически активного вещества.
Сейчас в косметологии началась эпоха нанокомплексов. Это означает, что появилась возможность в лабораторных условиях создавать вещества с заранее запрограммированными свойствами.
Нанокомплексы содержат измельченные до размера нано биологически активные вещества, каждый из которых доставляется в строго определенном количестве в строго определенные слои кожи в строго определенное время.
Зная, в каких питательных веществах нуждается кожа разных людей в разных состояниях, можно создавать нанокомплексы, содержащие именно те компоненты, в которых нуждается кожа, и которые отвечают за поддержание обмена веществ в клетках кожи на должном уровне.
Например, в формуле Нано Пьюр используется эксклюзивная ионизированная нанокосметика, созданная на основе натуральной плаценты и полярно-кристаллической минеральной пудры турмалина. Такая пудра, размельченная до наночастиц, обладает мощным эффектом ионизации и поляризации. Она кардинально решает возрастные проблемы кожи, восстанавливает механизм саморегуляции, ионы молодости полярно-кристаллической пудры обеспечивают мгновенное проникновение полезных веществ в клетки кожи, ускоряя процесс их обновления. Результат - реальное омоложение на 10-15 лет.
Турмалин считается драгоценным камнем и в Японии называется электрическим, так как при соприкосновении с кожей способен вырабатывать слабый электрический ток, а при нанесении в виде пудры, может давать специфическое инфракрасное излучение, благотворно воздействующее на кожу.
Вывод: люди хотят использовать товары для красоты, и компании их производят. Проблема лишь в том, что никто в точности не знает, будут ли безопасными новые нанопродукты. Производители косметики не информируют покупателей о том, содержатся ли в ней наночастицы или нет. Так что многие люди и не подозревают, что насчет безопасности их здоровья существуют серьезные опасения.
Нанокосметика, обещающая исцеление от морщин и целлюлита, может искусить любого. Но стоит ли рисковать здоровьем, ради гладкой кожи или белых зубов?
В строительстве.
Строительный сектор имеет дело с огромным количеством сырья и различные инновационные материалы уже находят применение в современном строительстве и начинают вносить свою долю в формирование архитектуры будущего.
Будущее строительного материаловедения во многом связано с применением нанотехнологических подходов - внедрения процессов формирования структуры современных строительных материалов, предусматривающих их сборку или самосборку «снизу-вверх», то есть дизайн материала или изделия, который заключается в контролируемом и управляемом воздействии на процесс структурообразования, начиная с наноразмерного уровня. Результатом такого подхода будет получение новых по составу и качественно отличающихся по структуре и свойствам конструкционных, теплоизоляционных, отделочных и других материалов, в полной мере отвечающих современным тенденциям развития архитектурных форм, конструктивных решений и технологии возведения объектов.
Наноматериалы для строительства, автономные источники энергии на мощных солнечных батареях, нанофильтры для очистки воды и воздуха – эти достижения нанотехнологий должны сделать наши дома удобнее, надежнее, безопаснее.
Добавление наночастиц различных материалов в бетон делает его в несколько раз прочнее. Разрабатываются нанопокрытия, защищающие бетонные конструкции от воды. Сталь, важнейший строительный материал, тоже становится гораздо прочнее при добавлении наночастиц ванадия и молибдена. Самоочищающееся стекло с наночастицами двуокиси титана уже выпускается промышленностью. Нанопленочные покрытия для стекла будут оптимально регулировать потоки света и тепла, идущие через окна.
Для защиты зданий от огня нанотехнологии предлагают как новые негорючие материалы (например, изоляцию кабелей, содержащую наночастицы глины), так и «умные» сети сверхчувствительных нанодатчиков возгорания. Обои с покрытием из наночастиц окиси цинка помогут очистить помещение от бактерий.
Глава 3. Новейшие достижения нанотехнологии.
3.1. Компьютеры будущего.
Мозг современного компьютера - центральный процессор, оперативная и постоянная память, вспомогательные и периферийные устройства. Основные логические (в том числе вычислительные) операции совершаются центральным процессором. Делает он это при помощи хитрых комбинаций микроэлектронных схем. Различные логические элементы БИС (больших интегральных схем) построены из одних и тех же простейших логических ячеек - битов. Бит - элементарная микроэлектронная ячейка-триггер, которая может находиться в двух устойчивых состояниях. Одному из них соответствует код «0» (отсутствие информации), другому - код «1» (ее наличие). По мере развития технологий происходили дальнейшая миниатюризация микросхем, их уплотнение, внедрение оптических методов передачи, хранения и обработки информации.
Современные компьютеры постоянно становятся все быстрее, однако, похоже, ученые нашли способ подойти к пределу возможностей использования двоичной системы. Этим способом может стать квантовый разряд или кубит, квантовая частица, имеющая два базовых состояния, которые обозначаются 0 и 1, которым могут соответствовать направления вверх и вниз спина атомного ядра и электрона. Их применение может совершить настоящую революцию в компьютерной технике: компьютер с памятью в несколько килокубит теоретически может заменить классический компьютер с терабайтом памяти.
Нанокомпьютеры. С переходом на уровень нанотехнологий станет возможным снижение минимально допустимых размеров компьютера до субклеточного уровня. Плотность хранения информации в искусственных системах уже сейчас может превышать плотность информации, кодирующей наследственность человека.
Нанокомпьютеры будут развиваться одновременно по нескольким направлениям, реализующим различные способы представления информации - на основе квантовой логики, классической логики, нейрологики, а также некоторые другие, которым в настоящее время трудно дать определение, - генетические, молекулярно-биологические, молекулярно-механические и др.
Квантовый компьютер - вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики. Квантовый компьютер принципиально отличается от классических компьютеров, работающих на основе классической механики. Ограниченные (до 128 кубитов) квантовые компьютеры уже построены; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений уже на существующей приборной базе. Квантовый компьютер использует для вычисления не обычные (классические) алгоритмы, а процессы квантовой природы. Использование квантовых компьютеров, работающих по специальным (квантовым) алгоритмам, позволит быстро решать задачи, с которыми классические алгоритмы не справляются даже за весьма значительное время. К числу таких задач относятся поиск в неупорядоченном массиве, разложение чисел на простые множители (используется в криптографии) и моделирование квантовых систем (сложных молекул).
Нанокомпьютеры на службе людям. Последние разработки в области нанотехнологий способствовали созданию датчиков, которые могут измерять пульс, частоту дыхания, изменение кровяного давления, и даже другие менее уловимые изменения, как, например, повышение или понижение температуры кожи и колебания голоса.
Поскольку человеческая кожа способна осуществлять передачу электрических сигналов, исследователи нанотехнологий смогли разработать компьютер, снабжённый нанодатчиками, которые имеют поразительную способность видеть и слышать людей, использующих их. Неизбежно создание технологии, которая способна определять, хорошее или плохое настроение человека. Создание такой технологии – это лишь вопрос времени.
Датчики, основанные на нанотехнологиях, заметно облегчают работу программистов по совершенствованию компьютерной медицинской диагностики или шахматного компьютерного интеллекта.
Программисты также пытаются использовать достижения нанотехнологий в программах, которые будут способны точно определять и усиливать врождённое желание людей жить. Это поможет стимулировать борьбу за жизнь у тяжелобольных людей, не способных бороться с болезнью самостоятельно.
3.2. Робототехника
Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации, достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии, по мнению многих ученых, станет освоение нанотехнологий, а в частности систем очень малого размера, способных выполнять команды людей. Таких послушных существ называют нанороботами. Кстати, автором слова «робот» является чешский драматург К. Чапек, который в 1920 г. назвал этим словом придуманное им человекоподобное существо {робот - немного измененное чешское robota, которое переводится как «принудительный труд»): «Роботы - это не люди... они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души».
На сегодняшний день уже существует несколько прототипов нанороботов - устройств размером в десятки нанометров, которые могут самостоятельно манипулировать частицами атомных и молекулярных размеров.
Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.
Типы роботов:
Боевой робот
Бытовой робот
Персональный робот
Промышленный робот
Так какую помощь могут оказать людям нанороботы и какую угрозу для человечества они представляют.
Например, за счёт внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестраивающих и «облагораживающих» ткани организма можно будет достигнуть бессмертия человека, неговоря об оживлении и излечении безнадежно больных и людей, которые были заморожены методами крионики.
В промышленности произойдёт замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет.
Замена произойдёт и в сельском хозяйстве: комплексы из молекулярных роботов придут на смену «естественным машинам» для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами. Они будутвоспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.
Биологи смогут «внедряться» в живой организм на уровне атомов и станут возможными и «восстановление» вымерших видов, и создание новых типов живых существ, в том числе биороботов.
Космос будет, наконец, освоен: огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции.
В кибернетике произойдёт переход к объёмным микросхемам, а размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится долговременная быстродействующая память на белковых молекулах, ёмкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер.
За счёт внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. На всё это, по разным оценкам, понадобится около 100 лет.
«Однако новые открытия могут иметь и негативные последствия», - пишет в своей статье «Угрозы новых технологий» профессор Евгений Абрамян. - Представим себе, что в устройстве, предназначенном для разборки промышленных отходов до атомов, произойдет сбой, и оно начнётуничтожать полезные вещества биосферы, обеспечивающие жизнь людей.
Глава 4. Социологический опрос.
Мы слышим о нанотехнологиях с экранов телевизоров и по радио, читаем о них в газетах, журналах и сети Интернет. А что мы знаем о них на самом деле?
Мы решили сросить три поколения людей в нашей школе: это наши учителя – старшее поколение, ученики 10-11 классов – среднее поколение и ученики 8-9 классов – младшее поколение. Количество опрашиваемых были равны, по 10 человек.
Мы составили 7 вопросов. Результаты ответов вы видите на экране.
Наши выводы таковы: все 100% опрашиваемые знакомы с какими-либо нанотехнологиями или слышали о них.
Около 27% всех опрашиваемых не интересуются нанотехнологиями, а 37% - все равно. Но 43% - интересуются и посещают сайты, на которых рассказывается о достижениях современных нанотехнологий. А вот 80% учеников 8-9 классов не привлекают данные сайты.
Но вот, что интересно, именно младшее поколении в 100% считают, что нанотехнологии помогут им в жизни, а старшее поколение – всего лишь 30%. Но ученики 8-9 классов не догадываются, что новые технологии помогут им не только в повседневной жизни, но и в профессии, только 1(10%) человек из 10 твердо заявил, что за нанотехнологиями стоит будущее во всех профессиях. А вот большинство из среднего поколения (60%) уверены, что нанотехнологии «перекроят» все будущие профессии. Из старшего поколения только 20% уверены в этом.
Но самое главное, что 90% всех опрошенных хотели бы получать больше информации о нанотехнологиях.
И поэтому мы создали свой сайт, на котором будем размещать информацию о наших исследованиях в области нанотехнологий, а так как интерес возрастает к нашей теме проекта, то мы будем продолжать изучать и исследовать достижения нанотехнологий по различным направлениям.
Заключение
Наноуровень представляет собой переходную область от уровня молекулярного, образующего базис существования всего живого, состоящего из молекул, к уровню Живого, уровню существования самовоспроизводящихся структур, а наночастицы, представляющие собой супрамолекулярные структуры, стабилизированные силами межмолекулярного взаимодействия, представляют собой переходную форму от отдельных молекул к сложным функциональным системам. Природа давно придумала и использует в живых системах супрамолекулярные структуры. Мы же далеко не всегда можем понять, а тем более повторить то, что Природа делает легко и непринужденно.
Нанотехнологии перевернут мир, как раньше перевернули его информационные технологии. Сначала человек превратил цифру в информацию, что привело к появлению компьютеров. Теперь мы превратим с помощью нанотехнологий в цифру саму материю. Материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет. Ученые, которые работают в области нанотехнологий, неизбежно уйдут от узкой специализации и станут натурфилософами, как во времена Ньютона, когда науки еще не были разъединены, но существовала их интеграция. Но нельзя ждать от нее милостей, надо у нее учиться.
Библиография
Алфимова М.М. Занимательные нанотехнологии. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
Балабанов В., Балабанов И. Нанотехнологии. Наука будущего. - М.: Эксмо, 2009.
Нанотехнологии: новый этап в развитии человечества /под ред.
В. Г. Тимирясова. - 2-е изд., доп. и перераб. – Казань: Изд-во "Познание" Ин-та экономики, управ. и права, 2010.
Очарование нанотехнологии /У. Хартманн; [пер. с нем.Т. Н. Захаровой; под ред. Л. Н. Патрикеева]. - 2-е изд., испр. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
/ . Наномир.
/wiki/Нанотехнология . Википедия. Свободная энциклопедия.
Приложение №1
Социальный робот
Боевой робот
Бытовой робот
Андроид
Приложение № 2
Нанотехнологии в медицине
Нанотехнологии в строительстве
Приложение №3
Социальный опрос
Знаете ли Вы что-нибудь о «нанотехнологиях»?
Какое у Вас отношение к «нанотехнологиям»?
Не интересуюсь
Мне нравится изучать что-то новое
Все равно
Посещаете ли сайты, посвященные нанотехнологиям?
Знаете ли Вы о существовании Российской Национальной Нанотехнологической Сети?
Как Вы считаете, помогут ли Вам нанотехнологии в жизни?
Хотели ли бы Вы получать большую информацию о нанотехнологиях?
Знаете ли Вы что-нибудь о нанотехнологиях? | Какое у Вас отношение к нанотехнологиям? | Посещаете ли сайты, посвященные нанотехноло-гиям? | Знаете ли Вы о существовании Российской Национальной Нанотехнологи-ческой Сети? | Как Вы считаете, помогут ли Вам нанотехноло-гии в жизни? | Как Вы считаете, помогут ли Вам нанотехнологии в профессии? | Хотели ли бы Вы получать большую информа-цию о нанотехнологиях? |
|||||||||
Не интере-суюсь | мне нравится изучать что новое | все равно | |||||||||||||
старшее поколение (Учителя) | |||||||||||||||
| Тема урока: Цели и задачи урока: | Нанотехнология в современном мире. Защита проектов. Воспитание гармонически развитой личности, формирование положительной самооценки личности, путем развития интереса к предмету и вовлечение каждого учащегося в учебную деятельность. Перевести учащихся из объекта в субъект воспитания. Развитие умения мыслить, всех видов памяти, умение выделять главное, развитие видения логических связей внутри предмета, умение использовать полученные знания на практике. Формирование единой физической картины мира. Научить учащихся работать над созданием проектов применяя ИКТ и используя полученные на уроках теоретические знания. |
Оборудование:
1. ИД, мел.
2. Презентации учащихся
3. Рефераты и доклады учащихся,
Вид урока: урок – конференция
Ход урока.
а) установка на учебную деятельность
б) присутствующие.
в) рефлексия
2 . Презентация и защита проектов учащимися.
1. Ознакомить учащихся с условием презентации и защиты проектов.
2. Огласить регламент работы.
3. Конспект урока-конференции: «Что такое нанотехнологии?»
Цель:
Познакомить учащихся с основами нанотехнологий, основными достижениями и проводимой исследовательской работой в области нанотехнологий в современном мире.
Задачи:
Создание условий для ознакомления участников конференции с основными открытиями в области нанотехнологий и выявление основных проблем связанных с их применением в повседневной жизни;
Продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять факты, выделять главное, устанавливать причинно – следственные связи, формировать умения работать с различными литературными источниками;
Формирование у ребят научных представлений о единой, реальной картине мира; понимание актуальности практического применения полученных знаний в повседневной жизни;
Создание условий для самоорганизации и коммуникативных умений при работе в группах.
Предварительная работа: За две недели до проведения конференции, класс делится на группы, каждая из которых готовит доклад, проекты по выбранной теме. Учитель помогает в подборе материала, даёт консультации. Через неделю подготовки объявляются темы выбранных докладов, план конференции и последовательность выступлений.
Ход урока
«Там, внизу, много места!»
Р. Фейнман
Вступительное слово учителя.
В последние годы мы все чаще слышим слова: "нанонаука", "нанотехнологии", "наноструктурированные материалы": мы слышим их по радио и на телевидении, замечаем в речах не только ученых, но и политиков. Нанотехнологиям отдается высокий приоритет при финансировании научных и инновационных программ во всех развитых странах мира. Например,Япония является мировым лидером по созданию наноматериалов, в США исследования в области нанотехнологий получают щедрое финансирование как от государства, так и из бизнеса и даже от частных лиц, Евросоюз принял свою рамочную программу развития науки, в которой нанотехнологии занимают главенствующие позиции. Недавно наш президент объявил о высоком приоритете развития нанотехнологий, обращая внимание на особую роль нанотехнологий для обороноспособности нашей страны. На это выделяются немалые средства из Резервного фонда страны.
Так что же означает слово «нано»? Что такое нанотехнологии и почему им уделяется такое внимание во всем мире? Почему это называют "революционным прорывом в технологиях", что это сулит нам, простым людям, и чем, возможно, это грозит миру? Давайте попробуем разобраться с этими вопросами. Сейчас ваши одноклассники более подробно познакомят вас с некоторыми понятиями наномира.
Выступление докладчиков
1 ученик : Нанотехнологии. Этапы развития нанотехнологий .
В переводе от латинского слова nanus‑ означает “карлик” и буквально указывает на малый размер частиц. В приставку “нано” ученые вложили более точный смысл, а именно одна миллиардная часть. Например, один нанометр – это одна миллиардная часть метра, или 0,000 000 001 м (10 -9).Наночастицы обладают огромной общей поверхностью, что приводит к проявлению многих необычных свойств и делает исследуемые объекты совсем не похожими на обычное вещество. Многие физические законы, справедливые в макроскопической физике, для наночастиц нарушаются. Например, известные формулы сложения сопротивлений проводников при их параллельном и последовательном соединении становятся несправедливыми. Вода в нанопорах горных пород не замерзает до -20…-30 градусов Цельсия, а температура плавления наночастиц золота существенно меньше по сравнению с массивным образцом. Почему же именно наноразмеры привлекли внимание ученых?
В 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман в своём выступлении предсказал, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно. Его слова были восприняты в 1959 году его коллегами – физиками чисто теоретически. И его предложение премировать 1000 долларами того, кто сможет разместить моторчик в кубике с линейными размерами 0,4 мм или уменьшить текст в 25000 раз, было воспринято как “шутка гения”. В 1981 году появился первый инструмент для манипуляции атомами - туннельный микроскоп, изобретённый учеными из IBM. Оказалось, что с помощью этого микроскопа можно не только “видеть” отдельные атомы, но и поднимать и перемещать их. Этим была продемонстрирована принципиальная возможность манипулировать атомами, собирать из них, словно из кирпичиков, все, что угодно: любой предмет, любое вещество. Однако речь Феймана не забыли и теперь его называют “отцом нанотехнологий”, хотя понятие “нанотехнологии ” ввел в обращение в 1974 году японец НорёТанигути для описания процесса построения новых вещей из отдельных атомов. В самом общем смысле нанотехнологии включают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть ее упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нм.
Другой японец, СумиоИидзима, создал в 1991 году из фулерена - сверхтонкого углеродистого материала углеродные нанотрубки, диаметр которых составляет несколько тысячных долей диаметра человеческого волоса, а длина – порядка 100 нанометров. Вот эти углеродные нанотрубки и стали первым реальным наноматериалом, на основе которого строятся сейчас различные вещи, предлагаемые на рынке новых товаров. Тоненькая еле видимая нить, свитая из этих углеродных трубок, не уступает по прочности стальному канату толщиной в руку. Твердость деталей, выполненных из композитов, собранных из углеродных трубок, сравнима только с алмазом. Открытие СумиоИидзимы дало мощный толчок исследованиям в области нанотехнологий во всем мире. А созданные зондовые микроскопы позволили реально перейти к практическому воплощению этих идей, а также к более глубокому изучению совершенно новых, необычных свойств "наномира", который стал открывать людям свои тайны. Рассматривая отдельные атомы в качестве основных строительных элементов, нанотехнологи пытаются сейчас разработать практические способы конструирования из атомов с помощью механической наносборки новых материалов с заданными характеристиками. В их числе сверхплотные информационные носители, в которых информация будет кодироваться на молекулярном уровне, как это происходит, например, в ДНК, а потом создавать и сверхмалые механизмы - наномашины.
2 ученик: «Нано» сегодня .
Уже сегодня рынок нанопродукции огромен. Энергетика, электроника, биология и медицина, сельское хозяйство и экология – вот где прогресс в этой сфере лучше всего виден уже сейчас.
Солнечные батареи преобразуют энергию дневного света в электрическую. Раньше такие устройства были только на космических станциях, самые дорогие из них давали эффективность лишь 34%. Нанотехнологии вплотную взялись за солнечную энергетику. Солнечные батареи нового поколения - это дешевая полимерная пленка, вместо дорогого кристаллического кремния, которую обрабатывают на переделанных машинах для производства фотоплёнки. В таком полимере при его освещении возникают токи, а чтобы их аккуратно собрать и выдать потребителю энергию, используют нанотехнологии: покрытие, содержащее фуллерены. Новые солнечные батареи будут обладать рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционными батареями на основе кремния, которые применяются сегодня. Прежде всего, элементы питания нового типа не требуют прямого падения солнечных лучей, благодаря чему смогут генерировать электричество даже в пасмурную погоду. Кроме того, себестоимость производства таких батарей будет на порядок ниже себестоимости изготовления батарей на базе кремния.
Каждый из нас знаком с энергетикой плееров, диктофонов, фонариков, игрушек. Её основа – обычная литий-ионная батарейка. Здесь тоже видны первые результаты развития нанотехнологий. Недавно начался промышленный выпуск литий-ионных аккумуляторов, содержащих наночастицы и нанопористые материалы – они заряжаются с немыслимой ещё вчера скоростью: на 80% всего лишь за минуту (обычно для этого требуется несколько часов). Представьте, какое преимущество для электромобилей даст эта новинка!
Заметнее всего развитие нанотехнологий в электронике. Достаточно взглянуть на процессор Intel образца 2008 года, произведённый по нормам 45нм базовых микросхем, он работает на тактовой частоте около 3ГГц, а потребляет всего 35 Вт энергии. Однако применение нанотехнологий не ограничивается уменьшением размера транзистора – появился ряд новых материалов, специально созданных для повышения энергоэффективности микросхем. По той же технологии начат выпуск и совсем маленьких процессоров, содержащих «всего» около 50 миллионов транзисторов на чипе размером с копеечную монету. Они будут использованы в мобильных Интернет-устройствах – так нанотехнологии помогут нам в доступе к деловой и научной информации, образовательным и развлекательным ресурсам Интернета.
Совсем недавно появились антиопухолевые препараты в форме нанокапсул. Такие препараты атакуют главным образом клетки опухоли, не поражая организм в целом (в отличие от традиционных онкологических средств) эффективность лечения за счет этого вырастает во много раз. Антимикробное действие серебра резко повышается, если его применить виде наночастиц. Уже несколько лет существуют заживляющее повязки для ожогов и серьёзных ран, содержащие такое наносеребро. В недалёком будущем начнется промышленный выпуск хитозановых повязок, которые ускорят заживление ран в разы. Планируется выпуск наноцемента для костей – он будет наполнителем, создавая нечто вроде каркаса, на который потом нарастает естественная костная ткань.
Московские нанотехнологи разработали телевизор, который можно свернуть в рулон. Толщиной он всего несколько миллиметров и представляет собой органический светодиод. На сегодняшний день есть у него серьёзный недостаток – на воздухе поверхностный слой быстро портится.
Инженеры из Фраунгоферовского института интегральных схем IIS разработали трансформатор напряжения, который может работать от входного напряжения в 20 милливольт. Этот миниатюрный электроприемник приводят в действие самые малые токи, и получить их можно из окружающей среды, например, из тепла человеческого тела.
При разнице температур всего в 2°C (например, между человеческой кожей и окружающим пространством) теплогенератор размером 2х2 см с новым трансформатором напряжения IC генерирует до 4 мВ. Такие миниатюрные и, соответственно, экономичные в изготовлении трансформаторы напряжения имеют большое преимущество во многих областях применения: в медицинской технике, в инженерных системах зданий и сооружений, в автомобилях, в системах автоматизации и логистике.
4 ученик : Заявленные перспективы применения нанотехнологий :
В МЕДИЦИНЕ
В последнее время нанотехнологии все активнее внедряются в медицину, экологию, здравоохранение. Сегодня макромолекулы и искусственно полученные наноматериалы и биоконъюгаты на их основе применяются для диагностики (биосенсоры, средства контрастирования и визуализации), лечения (средства адресной доставки, новые эффективные терапевтические агенты, уникальные физические и физико - химические способы воздействия на очаг заболевания) различных заболеваний и восстановления поврежденных тканей (костные имплантанты, клеточные матриксы, искусственная кожа и т.д.). Можно ожидать, что в ближайшем будущем при исследовании внутриклеточных процессов произойдет тесное сращивание квантовой механики, молекулярной биологии, генной инженерии, биохимии, биофизики, медицины, неорганической и физической химии. В результате может произойти качественный скачок в понимании того, что же такое жизнь, а медицина обогатится новыми методами для диагностики и лечения человека.
В БЫТУ
Помимо уже предлагаемых товаров, созданных с применением нанопродуктов, таких как, например, пленок для стекол автомобиля, на которых не осаждается пыль и грязь, лечебной одежды и даже косметики, созданных с применением нанотехнологий, можно предположить и массу других вещей, которые будут обладать какими-либо ценными свойствами. Применение нанотехнологий в быту уже началось, и можно уверенно утверждать, что оно будет неуклонно развиваться, поскольку, как известно, именно массовое потребление определяет экономику любых технологий.
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Здесь нанотехнологии также имеют конкретное промышленное применение. Сегодня на рынке предлагается большая номенклатура промышленно изготовляемых наноматериалов: металлических, гидрооксидов, оксидов и композитных порошков, которые уже находят широкое применение во многих секторах промышленности и строительства. Нанопорошки имеют свойства, отличающиеся от свойств металлов, окислов и т.д., из атомов и молекул которых они изготовлены. Причем значительное количество таких свойств до конца еще не исследовано. А в будущей перспективе просматривается возможность замены принятых сегодня методов производства сборкой с помощью нанороботов любых механических объектов непосредственно из атомов и молекул. Прогнозируемый срок появления первых нанороботов – середина XXI века.
В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ
Не секрет, что военная промышленность использует достижения научного прогресса для
разработки все более совершенных видов вооружений, военной техники, обмундирования исредств защиты. Неудивительно, что именно военные одними из первых за интересовались нанотехнологиями, поскольку применение высокихтехнологий в современной военной промышленности является залогом успешного ведения боевых действий.И пока в военных операциях участвуют люди,а не машины роботы, актуальной является проблема создания обмундирования для солдат. Примерить «высокотехнологичную» форму можнобудет только ближе к 2020 году, а сейчас ведется большая работа над разработкой, например,«динамической брони». Она будет представлятьсобой бронежилет толщиной всего несколькомиллиметров и облегать тело солдата наподобиеводолазного костюма. Вес такого обмундирования уменьшится больше, чем в два раза по сравнению с используемым в настоящее время. Новаяформа будет служить не только бронежилетом,но и универсальным медицинским диагностическим инструментом, способным измерять всежизненно важные параметры солдата (пульс,кровяное давление, температуру тела и др.) с помощью встроенных в костюм датчиков. Предполагается, что состояние солдата будет выведенокак на проектор на шлеме, так и на медицинскийкомпьютер, а прозрачные стекла для солдатских шлемов будут непробиваемыми для пуль.
В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Считается, что нанотехнологии могут стать ключом к решению проблемы бедности во всем мире. Среди главных задач были названы очистка воды, производство экологически чистого топлива и увеличение плодородности почв. По мнению экспертов, исследования в этих областях, которые ведутся сейчас, позволяют воспринимать всерьез призыв ООН – "победить бедность к 2015 году". В отдаленной перспективе предполагается, что в домах вместо холодильников появятся минифабрики пищевых продуктов, изготавливающих по заказу любой продукт, включая деликатесы. Таким образом, подобное "сельское хозяйство" не будет зависеть от погоды и не будет требовать тяжелого физического труда и больших затрат на хранение и доставку пищевых продуктов. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй половине XXI века.
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В принципе, применение нанотехнологий в промышленности и в быту может привести к полному устранению вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет массового производства и размещения в экосференанороботов-санитаров, превращающих отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.
ВОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Уже сегодня крупные компании, конкурирующие в области создания сверхплотных и сверхскоростных матриц памяти для компьютеров, открыли научно-исследовательские работы по применению нанотехнологий, которые сулят огромные перспективы в этом направлении, вплоть до создания ячейки памяти на одном атоме. Применение наноматериалов сможет создать новые типы дисплеев и телевизионных экранов с трехмерным изображением. Университетские лаборатории работают над созданием "вечного" элемента питания, который не будет нуждаться в подзарядке. В далекой перспективе предполагается создание компьютера, обладающего человеческим интеллектом. Прогнозируемый срок реализации сверхплотной памяти и "одноатомной" компьютерной ячейки - вторая четверть XXI века.
Обобщение и повторение.
Итак, ребята!Мы с вами обзорно познакомились с наномиром, многие ваши одноклассники подготовили интересные доклады. Те, кто заинтересовался этой темой может могут продолжить ее изучение самостоятельно. Ведь нанотехнологии только открывают нам путь всовершенно другой, лучший мир, который мы сможем приблизить лишьсовместными, согласованными усилиями. За нанотехнологиями инанонаукой – будущее, в нашей стране и в мире. ... То ли еще будет!
А сейчас, ребята, я предлагаю вам ответить на вопросы викторины. Проверьте свои знания.
(Приложение к уроку)
Нанотехнологии – это наше настоящее и будущее. Наверное, нет ни одной сферы жизнедеятельности человека, которую они бы не затронули. Мир нанотехнологий интересен и доступен не только ученым. Ищите, читайте, анализируйте информацию. Занавес в удивительный мир нанотехнологий приоткрыт!
IV .Домашнее задание.
Проанализировать пройденный материал.
Найти и представить примеры применения нанотехнологий вгеронтолиии, кибернетике, строоительстве и архитектуре.
Использованные материалы и Интернет-ресурсы
http://www.nanonewsnet.ru/
http://www.nanometer.ru/ - сайт нанотехнологического общества «Нанометр»
http://nauka.name/category/nano/ - научно-популярный портал о нанотехнологиях, биогенетике и полупроводниках
http://www.nanojournal.ru/
http://kbogdanov1.narod.ru/ - «Что могут нанотехнологии?», научно- популярный сайт о нанотехнологиях.
4.Закрепление.
1. Обобщение и систематизация ЗУН учащихся.
2. Подведение итога урока.
5.Итог урока:
а) оценки за урок,
б) повторение §8-11
Слайд 2
Нанотехнологии
Нанотехнология — область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка 10-9 м или 10 нм. Нанотехнологии — это технологии манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровне прис целью создания нано структур, нано устройств и материалов со специальными свойствами. Особенность нанотехнологий заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных масштабов. В этом диапазоне размеров «сырьем» являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы. 1 нанометр (нм) - это одна миллиардная доля метра, или одна миллионная доля миллиметра. Что такое «НАНО»?
Слайд 3
Ричард Фейнман стоял у истоков нанотехнологий он предлагал множество различных формулировокВпервые термин "нанотехнология" употребил НориоТанигучи в1974 г.В 1980-х годах этоттермин использовал Эрик К. Дрекслер, особенно в своей книге "Машины создания: грядёт эра нанотехнологии", которая вышла в 1986 г. Ричард Фейнман Эрик К. Дрекслер
Слайд 4
Нанотехнологиями сегодня активно занимаются примерно в 50 странах. Лидируют США, Япония, Южная Корея, ФРГ. Россия занимает место во второй десятке. Но по числу публикаций по нанотематике мы на почетном 8-м месте.
Слайд 5
Нанотехнологии в России
Изучение свойства металлов как наночастиц Создание биочипов и тончайших плёнок Создание манипуляторов мельчайших размеров
Слайд 6
Нанотехнологии, которые мы используем в жизни:
Слайд 7
Использование нанотехнологий в медицине
Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань. Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллыгидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека - таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.
Слайд 8
Нанотехнологии и мода
Впервые нанотехнологии стали применять в производстве модной одежды около года назад. С того времени некоторые из модельеров начали сотрудничество с учеными для производства моделей, так называемой, "функциональной одежды". Она будет отличаться от привычной нам не только внешним видом, но и свойствами ткани из которой она изготовлена.
Слайд 9
Не требует стирки В ней невозможно заболеть Не пропускает вредные газы и защищает от современной экологии 1 кв. метр ткани стоит примерно 10тыс. $
Слайд 10
Компьютер в чашке-термосе
Студент-дизайнер Джейсон Фарсай придумал компьютер Yuno, встроенный в кружку-термос для кофе. Программная часть этого кружки-компьютера будет состоять из виджетов, демонстрирующих погоду, дорожную обстановку, биржевые котировки, электронную почту и т.д.
Слайд 11
Компания Nokia и специалисты из Кембриджского университета недавно показали интересную новинку — растягиваемый мобильный телефон Morph, сделанный с применением нанотехнологий.
Слайд 12
Спутники тоже созданы на основе нанотехнологий
Слайд 13
Нанороботы и компьютеры
Слайд 14
Нанотехнологи шутят
Наноунитаз получил приз на 49 интернациональном конкурсе микрографии как будто самая эксцентричная занятие 2005 года. Всего в конкурсе участвовало более 40 работ, однако проект от SII NanoTechnology оказался самым необычным. Такого использования нанотехнологий жюри еще не видело!
Слайд 15
Вывод: Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, вследствие чего изменится экономика и будут затронуты все стороны быта, работы, социальных отношений. Использование инновационных материалов XXI века позволит воплощать в реальность самые немыслимые проекты. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни. Камень преткновения современной нанотехнологии - невозможность массового производства высокотехнологичных продуктов. Результаты, демонстрирующие потенциальные возможности нанотехнологии, уже достигнуты, но технологий массового производства пока не существует.
Посмотреть все слайды
Цель исследования- практическое применение нанотехнологии.
Задачи:
Собрать и изучить информацию о нанотехнологиях.
Разработать анкету опроса.
Провести анкетирование среди учащихся 5,7,10 классов МКОУ «Тегульдетская СОШ»
Проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы.
The aim of the work is to show the practical use of nanotechnology.
Objectives:
To collect and study information about nanotechnology.
To work out a questionnaire.
To carry out interrogation of students from our school.
To analyze the results, to make the conclusion.
Что такое нанотехнология?
За несколько прошедших десятилетий были найдены новые и более продвинутые энергетические технологии в области науки и инженерии с целью улучшения жизни во всем мире. Чтобы заставить следующие технологии пойти вперед технологий текущего времени, ученые и инженеры развивали новую область науки под названием нанотехнология.
Нанотехнология определяется, как наука и технология разработки электронных схем и устройств из отдельных атомов и молекул; или отрасль разработок, которая имеет дело с вещами меньше, чем 100 нанометров. Нанометр (нм) равняется одной миллиардной части метра, примерная ширина трех или четырех атомов. Для сравнения– средняя ширина человеческого волоса приблизительно 80,000 нанометров, а величина одной частицы составляет приблизительно 100 нанометров в ширину. Приставка
nano
- возникла от греческого слова
nanos
- означая "карлик ". Первоначально учёные использовали приставку, чтобы обозначить что-то очень маленькое, например «нанопланктон». Термин «нанотехнология» также часто используется для описания междисциплинных областей науки, посвященных исследованию и использованию явления наноразмера.
История.
История нанотехнологии началась в 50-ых и 60-ых годах 20 века, когда большинство инженеров мыслило масштабно. Это было время больших автомобилей, больших самолетов, больших мировых нефтяных танкеров, больших небоскребов и больших планов относительно отправления людей в космос. Огромные небоскрёбы, такие как Всемирный торговый центр были построены в главных городах мира. В то время как другие исследователи сосредоточились на создании мелких предметов. Изобретение транзистора в 1947 году и первой интегральной схемы в 1959 году начало эру электроники в миниатюре. Именно эти мелкие устройства создали основу для возникновения больших устройств, таких как космические корабли. После успешного расщепления атома перед Второй мировой войной, физики попытались найти частицы, из которых сделаны атомы, и силы, которые соединяют их в одно. В то же самое время химики работали над тем, чтобы объединить атомы в новые виды молекул и имели большой успех в преобразовании сложных молекул нефти во все виды пригодной пластмассы.
Наноматериалы.
Наноматериалы-это материалы, которые обладают уникальными способностями.Они могут пропускать электричество и тепло разными способами, менять цвет (частицы золота могут быть красными, синими, золотыми в зависимости от их размера). Эти особенные свойства уже используются для создания мобильных телефонов, компьютерных чипов.
Цель учёных использовать нанотехнологии для создания новых приборов, которые будут прочнее, легче, быстрее и эффективнее.
Наномедецина.
Наномедицина - область медицинского исследования, которое стремится использовать инструменты из области нанотехнологий для здоровья. Ученые говорят о том, что физические, химические, и биологические свойства материалов в наноразмере глобально отличаются от свойств тех же материалов в крупном размере (в обычном размере). Например, нанотехнология могла бы обеспечить новые технологии изготовления лекарств и новые пути доставки лекарства в ранее недоступные места в теле человека, таким образом, расширяя их потенциал. Маленькие датчики, которые диагностируют болезни в теле намного быстрее, чем существующие диагностические инструменты; это одни из многообещающих областей исследования.
Нанотехнологии это хорошо или плохо?
Нанотехнологии представляют потенциальную пользу для человечества, но также приносят серьёзные опасности. Некоторые наноматериалы являются токсичными для мышц и клеток человека.
В отличие от крупнейших частиц, наноматериалы могут быть поглощены митохондриями клеток и клеточного ядра. Исследования показали, что наноматериалы могут привести к потенциальной мутации и вызвать серьезные структурные повреждения митохондрий, в результате чего даже гибели клетки. Уместно внимательно изучить риски возможной токсичности наночастиц и других продуктов технологии, наибольшая опасность исходит от вредоносного или неразумного использования молекулярного производства.
What is Nanotechnology?
Over the past few decades, the development of new and more advanced energy technologies with the capability of improving life all over the world have been sought in the fields of science and engineering. In order to make the next leap forward from the current generation of technology, scientists and engineers have been developing a new field of science called Nanotechnology.
Nanotechnology is defined as the science and technology of building electronic circuits and devices from single atoms and molecules, or the branch of engineering that deals with things smaller than 100 nanometers. A nanometer (nm)is one billionth of a meter, roughly the width of three or four atoms. For scale comparison, the average human hair is about 80,000nanometers wide, and a single virus particle is about 100 nanometers in width. The prefix nano-comes from the Greek word nanos, meaning “dwarf”. Scientists originally used the prefix just to indicate “very small”, as in “nanoplankton”, but it now means one-billionth, just as milli-means one –thousandth, and micro-means one-millions.
The term Nanotechnology is also often used to describe the interdisciplinary fields of science devoted to the study and use of nanoscalephenomena.
History.
The story of nanotechnology begins in the 1950s and 1960s, when most engineers were thinking big, not small. This was the era of big cars, big atomic bombs, big jets, and big plans for sending people into outer space. Huge skyscrapers, like the World Trade Centre were built in major cities of the world. The world’s largest oil tankers, cruise ships, bridges, interstate highways, and electric power plants are all products of this era.
Other researches, however, focused on making things smaller. The invention of the transistor in 1947 and the first integrated circuit (IC) in 1959 launched an era of electronics miniaturization. It was these small devices that made large devices, such as spaceships, possible.
As electronics engineers focused on making things smaller, engineers and scientists from other fields also turned their focus to small things-atoms and molecules. After successfully splitting the atom in the years before World War II, physicists struggled to understand more about the particles from which atoms are made, and the forces that bind them together. At the same time, chemists worked to combine atoms into new kinds of molecules, and had great success converting the complex molecules of petroleum into all sorts of useful plastics.
Nanomaterials.
Nanomaterials-materials having unique properties arising from their nanoscale dimensions- can be stronger or lighter, or conduct heat or electricity in a different way. They can even change colour; particles of gold can appear red, blue or gold, depending on their size. These special attributes are already being used in a number of ways, such as in the manufacture of computer chips, CDs and mobile phones. Researches are progressively finding out more about the nonascale world of aim to use nanotechnologies to create new devices that are faster, lighter, stronger or more efficient.
Nanomedicine.
Nanomedcine is an area of biomedical research that seeks to use tools from the field of nanotechnology to improve health. Scientists say that the physical, chemical, and biological properties of materials at the nanoscale differ in fundamental and valuable ways from the properties of larger-sized matter. For example, nanotechnology could provide new formulations and new routes to deliver drugs to previously inaccessible sites in the body, thereby broadening a drug’s potential. Tiny sensors that detect diseases in the body far earlier than existing diagnostic tools, and pumps the size of molecules implanted to deliver lifesaving medications precisely where they are needed, are among the promising areas of research.
Is nanotechnology good or bad?
Nanotechnology offers potential benefits to mankind, but also brings severe dangers. Some nanomaterials have proved toxic to human tissue and cell cultures. Unlike large particles, nanomaterials may be absorbed by cell mitochondria and the cell nucleus. Studies have demonstrated that nanomaterials may cause potential DNA mutation and induce major structural damage to mitochondria, even resulting in cell death.
Although nanotechnology dates from the 1950s, the biggest changes have occurred in just the past few years. In the space of just a few years governments around the world have launched new research programs.
The more advanced nanotechnology developments expected in the next 10 years will most likely include solutions to repair and rearrange living cells.