Вы не зарегистрированы

Авторизация



Загадочный мир нанотехнологий.

Фото пользователя Вера  Мишина
Submitted by Вера Мишина on вс, 15/07/2018 - 09:35
Данные об авторе
Автор(ы): 
Мишина Вера Викторовна.
Место работы, должность: 

МБОУ "СШ № 8" г. Иваново, учитель химии.

Регион: 
Ивановская область
Характеристики ресурса
Уровни образования: 
дополнительное образование детей
Класс(ы): 
8 класс
Класс(ы): 
9 класс
Класс(ы): 
10 класс
Класс(ы): 
11 класс
Предмет(ы): 
Внеклассная работа
Предмет(ы): 
Химия
Целевая аудитория: 
Родитель
Целевая аудитория: 
Учащийся (студент)
Целевая аудитория: 
Учитель (преподаватель)
Тип ресурса: 
дидактический материал
Краткое описание ресурса: 
<p>&bdquo;Если природа уже миллионы лет работает на уровне атомов и молекул, то почему же этого не можем делать мы?&ldquo;, лауреат Нобелевской премии за исследования в области квантовой электродинамики Р.П. Фейнман.</p> <p>&nbsp; Исследуя природу, человек не перестает удивляться её многогранности и совершенству. Естественным выглядит желание человека применить процессы, законы &laquo;подсмотренные&raquo; у природы на благо прогресса человечества. Сегодня ключевым направлением развития современной науки и промышленности становятся нанотехнологии.</p> <p><strong>Загадочный мир нанотехнологий. </strong></p> <p><u>Цель</u>: познакомиться с основами нанотехнологий, показать их значимость в современном мире и быту.</p> <p><u>Задачи:</u></p> <p>1. Выявление процессов адаптирования учащихся к перспективам нанотехнологий.</p> <p>2. Формирование познавательного интереса учащихся, расширение и углубление их представления о влиянии размеров атомных структур на разнообразные физические свойства.</p> <p>3. Способствование желанию самостоятельно изучать научную информацию в Интернете и умению анализировать получаемую информацию о развитии нанотехнологий.</p> <p><u>Актуальность исследования: </u></p> <p>Нанотехнологии - одно из ключевых направлений развития науки и техники, определяющих технологическое развитие страны. Этому направлению уделяется первостепенное внимание всех развитых стран. Исследуя природу, человек не перестает удивляться её многогранности и совершенству. Естественным выглядит желание человека применить процессы, законы &laquo;подсмотренные&raquo; у природы на благо прогресса человечества. Сегодня ключевым направлением развития современной науки и промышленности становятся нанотехнологии.</p> <p>Нанотехнологии &ndash; 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 и сним мы постоянно сталкиваемся.</p> <p><strong><u>Области применение нанотехнологий:</u></strong></p> <p><strong>1. В быту: лейкопластырь, </strong><strong>солнцезащитный крем, грязезащитная одежда, - iPhone,&nbsp; теннисные мячи, </strong><strong>&nbsp;наночастицы стали использовать при создании новых покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла) и косметики. </strong></p> <p><strong>2. В криминалистике, для исследования отпечатков пальцев.</strong></p> <p><strong>4. Наноэлектроника, гибкие дисплеи из нанотрубок.</strong></p> <p><strong>5. Эритроциты и бактерии - перевозчики нанокапсул с лекарствами </strong><strong><a name="_Toc173809070"></a></strong>&nbsp;</p> <p><strong>6. Создание новых полимерных материалов, нановолокна.</strong></p> <p><strong>7. В медицине, при лечении онкологических заболеваний.</strong></p> <p><strong>8. Углеродные нанотрубки, солнечные батареи</strong></p> <p><u><span style="font-family:times new roman,serif; font-size:14pt">Вывод:</span></u><span style="font-family:times new roman,serif; font-size:14pt"> по прогнозам экспертов, к 2020 году многие идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, будут реализованы. Использование нанотехнологий очень быстро позволит изменить современный мир, улучшив уровень и качество нашей жизни. Но предвидеть эти изменения в деталях пока не может никто.</span></p> <p>&nbsp;</p>

„Если природа уже миллионы лет работает на уровне атомов и молекул, то почему же этого не можем делать мы?“, лауреат Нобелевской премии за исследования в области квантовой электродинамики Р.П. Фейнман.

  Исследуя природу, человек не перестает удивляться её многогранности и совершенству. Естественным выглядит желание человека применить процессы, законы «подсмотренные» у природы на благо прогресса человечества. Сегодня ключевым направлением развития современной науки и промышленности становятся нанотехнологии.

Загадочный мир нанотехнологий.

Цель: познакомиться с основами нанотехнологий, показать их значимость в современном мире и быту.

Задачи:

1. Выявление процессов адаптирования учащихся к перспективам нанотехнологий.

2. Формирование познавательного интереса учащихся, расширение и углубление их представления о влиянии размеров атомных структур на разнообразные физические свойства.

3. Способствование желанию самостоятельно изучать научную информацию в Интернете и умению анализировать получаемую информацию о развитии нанотехнологий.

Актуальность исследования:

Нанотехнологии - одно из ключевых направлений развития науки и техники, определяющих технологическое развитие страны. Этому направлению уделяется первостепенное внимание всех развитых стран. Исследуя природу, человек не перестает удивляться её многогранности и совершенству. Естественным выглядит желание человека применить процессы, законы «подсмотренные» у природы на благо прогресса человечества. Сегодня ключевым направлением развития современной науки и промышленности становятся нанотехнологии.

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 и сним мы постоянно сталкиваемся.

Области применение нанотехнологий:

1. В быту: лейкопластырь, солнцезащитный крем, грязезащитная одежда, - iPhone,  теннисные мячи,  наночастицы стали использовать при создании новых покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла) и косметики.

2. В криминалистике, для исследования отпечатков пальцев.

4. Наноэлектроника, гибкие дисплеи из нанотрубок.

5. Эритроциты и бактерии - перевозчики нанокапсул с лекарствами  

6. Создание новых полимерных материалов, нановолокна.

7. В медицине, при лечении онкологических заболеваний.

8. Углеродные нанотрубки, солнечные батареи

 

  Нано – дольная приставка единиц, обозначающая 10-9.

Наночастица – это частица, объект, имеющий размеры 1-100 нанометра.

Нанотехнология – это технология работы с веществом на уровне отдельных атомов.

Смысл приставки «нано»? Нанотехнология – часто используемое слово. Оно касается таких научных отраслей как химия, физика, электроника, механика, а также медицина и фармакология, космическая и военная промышленность. Данное понятие происходит от греческого слова «nanos», в переводе означающего «гном». Можно предположить, что данное быстро развивающееся направление науки занимается «маленькими объектами». Вот только выражения «малый», «мелкий» в этом случае по-прежнему являются не совсем адекватными, поскольку за наночастицы принимаются частицы размером 1-100 нанометров, что составляет 1-100 миллиардных частей метра. 

Как представить себе такую короткую дистанцию? Проще всего это сделать с помощью денег: нанометр и метр соотносятся по масштабу как копеечная монета и земной шар (кстати, если каждый житель Земли даст по монетке, этого вполне хватит, чтобы выложить цепочку вокруг экватора.Уменьшим слона до размера микроба (5000 нм) – тогда блоха у него на спине станет величиной как раз в нанометр. Если бы рост человека вдруг уменьшился до нанометра, мы могли бы играть в футбол отдельными атомами! Толщина листа бумаги казалось бы нам тогда равной… 170 километрам. 

Откинем фантазию о крошечных человечках и насекомых. На самом деле нанометрами измеряются лишь самые примитивные существа, вирусы (их длина в среднем 100 нм). Сложные молекулы белков, строительные блоки живого, имеют размеры в 10нм. Простые молекулы в десятки раз меньше. Величина атомов – несколько ангстрем (один ангстрем равен 0,1 нм). Например, диаметр атома кислорода – 0,14 нм. Здесь проходит нижняя граница наномира. Именно в наномире идут процессы фундаментальной важности – совершаются химические реакции, выстраивается строгая геометрия кристаллов, структуры белков. С этими процессами и работают нанотехнологи В этом особом мире работают свои законы и взаимосвязи, значительно отличающиеся от тех, которые действуют в нашем мире. Мы воспринимаем окружающие нас явления с точки зрения знакомых нам законов. Например, мы можем объяснить, почему может разрушиться строение, или почему набравшее скорость тело движется по инерции еще некоторое время. Однако нас удивляет, почему капля воды, муха, или даже некоторые виды ящериц удерживаются на потолке так, как будто закон гравитации на них не действует. Удивительными являются для нас и такие обычные явления, как несмачиваемость листьев некоторых растений или плодов. Все это заставляет задуматься над тем, какие силы работают в данном случае.

  Что такое «нанотехнологии»? Исследованиям явлений в данной области сегодня посвящено огромное внимание не только в физике, химии, но и в других естественных науках. С учетом этого необходимо подчеркнуть, что наш организм предлагает целый ряд примеров «нанотехнологических» процессов, таких как дыхание или пищеварение. Возьмём, к примеру, котлету. Представим, что мы её с удовольствием съели за обедом. Каким образом котлета поступает в печень, почки? Расщепляется до отдельных атомов и молекул, и именно на молекулярном уровне идёт усвоение пищи организмом. Работой на уровне отдельных атомов и молекул как раз и занимаются нанотехнологи. Самое интересное и самое сложное в наномире – всё, что связано с живой природой. Существует много примеров того, как человек только начинает открывать для себя явления и свойства наномира, которое живая природа давно освоила. 

Есть одно из свойств природы, называемое «эффект лотоса». Оно заключается в том, что листья этого цветка всегда остаются чистыми. При дожде капли воды не смачивают листья, а просто скатываются с них, увлекая за собой частички грязи. Объясняется это строением поверхности листьев. Она покрыта крошечными шишечками высотой от 5 до 10 микрон, а на шишечках находятся ещё и многочисленные нановолосики. Именно эта структура во многом обеспечивает самоочистку листа и его водоотталкивающие свойства. Сейчас нанотехнологи стремятся использовать «эффект лотоса» в своих разработках самоочищающихся стёкол, красок и тканей. 

Ещё одно из замечательных изобретений природы – лапки геккона. Геккон – небольшая ящерка, прославилась тем, что может свободно перемещаться по вертикальным стенам или даже потолку. И все потому, что его лапки покрыты до миллиарда тончайшими волосками особой формы. Они тесно соприкасаются с поверхностью и притягиваются к ней за счет так называемой ван-дерваальсовой силы, силы, действующей между молекулами. Нанотехнологи уже создали экспериментальные аналоги таких нанолипучек на основе углеродных нанотрубок – вполне возможно, что скоро каждый сможет попробовать себя в роли человека-паука.

Многие из давно используемых человечеством материалов являются именно «нанообъектами». Одним из самых древних примеров таких систем являются цветные стекла, окрашенные наночастицами металлов, технология получения которых была известна еще в Древнем Египте. Эта технология дожила до наших дней, войдя в основу окраски кремлевских звезд. Мало кто знает, что рубиновое стекло в буквальном смысле является золотым, поскольку представляет собой наночастицы золота, “растворенные” в высококачественном стекле. Широкую гамму цветов – от фиолетового до желтого –

можно наблюдать и в «Кассиевом пурпуре», представляющий собой наночастицы золота, распределенные равномерно в геле оловянной кислоты, и названный так по имени гамбургского стекловара Андреаса Кассия (XVII век).В уникальном музее художественной керамики, размещенном в небольшом итальянском городе Фаенца, посетители могут любоваться экспонатами, украшенными цветной глазурью, технология которой была разработана гончарами Умбрии еще в XV веке и использовала отражающую способность ультрадисперсных металлических частиц для придания керамике необычного блеска. 

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.

Согласно рекомендации 7-ой Международной конференции по нанотехнологиям (Висбаден, 2004 г) выделяют следующие типы наноматериалов:  – нанопористые структуры;  – наночастицы;  – нанотрубки и нановолокна;  – нанодисперсии (коллоиды);  – наноструктурированные поверхности и пленки;  – нанокристаллы и нанокластеры.

Нанотехнологии – это способы создания наноразмерных структур, которые придают материалам и устройствам полезные, часто непривычные для нас свойства. Нанотехнология позволяет поместить частицу лекарства в нанокапсулу и точно нацелить на пораженную болезнью клетку, не повредив соседние. Фильтр, пронизанный бесчисленными нанометровыми каналами, которые пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов, тоже продукт нанотехнологий. В лабораториях нанотехнологов уже испытывают суперматериалы – углеродные волокна, в тысячи раз прочнее стали, покрытия, делающие предмет невидимым. Создание материалов с такими замечательными свойствами стало возможно благодаря тому, что нанотехнологи работают с веществом на атомном и молекулярном уровне.

Этапы развития нанотехнологий. Первое упоминание о методах, которые впоследствии назовут нанотехнологиями, сделал один из крупнейших физиков современности Ричард Фейнман в 1959 году в своей знаменитой лекции «Там внизу много места». Он говорил о том, что скоро люди научатся манипулировать отдельными атомами, это позволит им управлять строением веществ. В 1981 году появился туннельный микроскоп, который позволяет не только видеть отдельные атомы, но и поднимать, перемещать их. Таким образом, доказана принципиальная возможность собрать любой предмет, вещество из отдельных атомов. Сам же термин «нанотехнологии» в 1974 году ввёл японский физик Норио Танигути. В 1986 году вышла книга Эрика Дрекслера «Машины созидания: наступление эры нанотехнологий» и приставка «нано» стала на слуху у широкой публике. В ней автор характеризовал нанотехнологию как «путь к бессмертию и свободе», так как можно будет не только оздоравливать человеческий организм, но и улучшать его природные функции. На данный момент принято делить нанотехнологию на три напрвления: изготовление электронных схем размером до нескольких атомов; сборка из отдельных атомов любых веществ и объектов; создание наномашин (механизмов размером в несколько атомов)

«Нано» сегодня.Уже сегодня рынок нанопродкции огромен. 147 миллиардов долларов – стоимость товаров, выпущенных во всём мире в 2008 году с использованием новейших,

только что созданных, нанотехнологий. 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 слегка 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 Intelобразца 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.

Перспективы нанотехнологии. По прогнозам экспертов, к 2020 году многие идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, будут реализованы. Давайте немного пофантазируем, представим мир недалекого будущего. Электричеством нас будут обеспечивать солнечные батареи, встроенные в стены и крыши домов. Телевизоры, компьютеры будут компактными виде стикеров. Все окружающие нас предметы будут оснащены миниатюрными процессорами, чтобы, например, поддерживать необходимую температуру, давление, влажность, следить за составом воздуха. Микро- и нанодатчики помогут в обнаружении любых угроз, от пожара до атаки террористов. Даже одежда будет самоочищающая и умеющая контролировать эмоциональное состояние того, кто её носит. Наноматериалы ширко будут использоваться в технике и промышленности, они будут защищать от грязи, коррозии, различных повреждений. Однако самое интересное и важное – как повлияет развитие нанотехнологий на частную жизнь человека, на жизнь общества в целом. Уже ясно, что эти технологии сильно изменят мир. Но предвидеть эти изменения в деталях пока не может никто.

Что нам ждать от нанотехнологов? Планируется создание молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, предупреждая о болезнях, или вовсе устраняя их. Более сложные молекулярные роботы предотвратят старение организма, вылечат безнадежно больных. На производстве такие роботы будут собирать любые предметы из атомов и молекул, что, безусловно, повысит качество продукции. Сельское хозяйство полностью преобразуется, так как, например, стакан молока можно будет получить простым нажатием кнопочки. Комплексы молекулярных роботов тут же из атомов произведут все химические процессы, что и в живом организме, и вы получаете стакан настоящего парного молока. Экология будет оздоровляться роботами-санитарами, которые вторсырьё превратят в исходное. 

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! Попробуйте самостоятельно познакомиться, например, с наноартом, космическим лифтом.    

  Нанотехнологии в быту:

1. Шоколадный коктейль. Представьте шоколадный коктейль без сахара с усиленным вкусом шоколада. Такой напиток уже есть. Содержащиеся в нем наноразмерные кластеры какао имеют большую площадь поверхности, и как только они сталкиваются с вкусовыми сосочками на языке, то производят громадное вкусовое воздействие. При этом нет необходимости добавлять подсластители.

2. Каноловое масло. Многие белки и витамины не растворяются в воде, а потому их сложно добавлять в еду. Но если разбить их на нанокапли, проблема будет решена. Каноловое масло содержит нанокапли фитостеролов, которые позволяют держать на низком уровне содержание холестерина, а потому можно есть жареных цыплят круглые сутки и при этом не страдать от последствий накопления холестерина в организме.    

3. Лейкопластырь.  Кусочек лейкопластыря, которым вы заклеиваете порез на ручке вашего ребенка, имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства, которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что обеспечивается наночастицами.  

4. Солнцезащитный крем. Оксид алюминия – активный ингредиент в солнцезащитных средствах, поглощающих ультрафиолетовые лучи – распадается при смешивании с другими молекулами, такими как пот на коже. Поместите эти активные ингредиенты в наноэмульсию, и они останутся отделенными от окружающей среды и смогут выполнять свою поглощающую функцию. 5. Грязезащитная одежда.  Даже самые неаккуратные люди могут легко решить проблему пятен на одежде при помощи специального нанопокрытия. Оно представляет собой совершенно невидимое грязе- и водоотталкивающее средство для одежды из шерсти, шелка или синтетики. При этом воздухопроницаемость ткани остается прежней, на вид и на ощупь она остается совершенно без изменений.

6. iPhone В смартфонах используются самые разные нанотехнологии, и одной из самых гениальных является нанодатчик вибраций, фиксирующий движения телефона в игровых целях и для безопасности. Да, ваш iPhone знает, когда вы его уронили, и закрывает части своей системы для защиты. Даже если лопнет стекло с повышенной сопротивляемостью к ударам и царапинам, наночипы внутри продолжат работать. Один аппарат в 2011 году даже пережил падение в кармане скайдайвера.

 7. Теннисные мячи Теннисные мячи теряют упругость, так как их резиновая основа пористая и пропускает газ, вследствие чего они со временем сдуваются. Чтобы решить эту проблему, ученые покрывают резиновую основу нанослоем глиняного композита, что делает мячики герметичнее и позволяет им дольше оставаться на корте.                                                                       

8. Автомобильная краска Владельцам мерседесов больше не нужно бояться царапин на кузове автомобиля, так как наночастицы краски действуют, как слой микроскопических шариков, заполняя любые полости на поверхности.

9. Зубная паста Почистите свои  зубы определенной пастой, и наночастицы минералов на основе гидроксиапатитов кальция заполнят микротрещины в эмали и сохранят зубы от кариозных полостей.

Наночастицы серебра убивают бактерии.

Физические свойства многих веществ зависят от размеров образца. Так, температура плавления частиц золота размером 5-10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см3. Наночастицы вещества часто обладают свойствами, которых вообще нет у образцов этих веществ, имеющих обычные размеры. Известно, например, что золото и серебро не участвуют в большинстве химических реакций. Однако наночастицы серебра или золота не только становятся очень хорошими катализаторами химических реакций (ускоряют их протекание), но и непосредственно участвуют в химических реакциях. 

Известно, например, что обычные образцы серебра не взаимодействуют с соляной кислотой. Наоборот, наночастицы реагируют с соляной кислотой и эта реакция протекает по следующей схеме:

2Ag + 2HCl → 2AgCl + H2

Высокой реактивной способностью наночастиц серебра  объясняют тот факт, что они обладают сильным бактерицидным действием – убивают болезнетворных бактерий. Ионы серебра блокируют работу одного из ферментов бактерий, отвечающих за их «дыхание». Чтобы использовать бактерицидное свойство наночастиц серебра, их стали включать в традиционные материалы, например, ткани для постельного белья. Слоем наночастиц серебра стали покрывать столовые приборы, дверные ручки и даже клавиатуру и мышки для компьютеров, которые, как было установлено, служат рассадниками болезнетворных бактерий. Наночастицы стали использовать при создании новых покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла) и косметики. Покрытия, модифицированные наночастицами серебра, могут быть использованы в качестве профилактических антимикробных средств защиты в местах, где возрастает опасность распространения инфекций: на транспорте, на предприятиях общественного питания, в сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, в детских, спортивных, медицинских учреждениях. Наночастицы серебра можно использовать для очистки воды и уничтожения болезнетворных микроорганизмов в фильтрах систем кондиционирования воздуха, в бассейнах, душах и других местах общего пользования.

Нанофазные материалы – более прочные.

При достаточно большой нагрузке все материалы ломаются и в месте излома соседние слои атомов навсегда отходят друг от друга. Однако прочность многих материалов зависит не от того, какую силу надо приложить, чтобы отделить два соседних слоя атомов. На самом деле, разорвать любой материал гораздо легче, если в нём есть трещины. Поэтому прочность твёрдых материалов зависит от того, сколько в нём микротрещин и каких, и как трещины распространяются по этому материалу. В тех местах, где есть трещина, сила, испытывающая на прочность материал, приложена не ко всему слою, а к цепочке атомов, находящейся в вершине трещины, и поэтому раздвинуть слои очень легко.

Распространению трещин часто мешает микроструктура твёрдого тела. Если тело состоит из микрокристаллов, как, например, металлы, то трещина, расколов надвое один из них, может наткнуться на внешнюю поверхность соседнего микрокристалла и остановиться. Таким образом, чем меньше размер частиц, из которых слеплен материал, тем труднее по нему распространяются трещины.  

Изготовление нанофазной меди. 

Материалы, составленные из наночастиц, называют нанофазными. Примером нанофазного материала может быть нанофазная медь. Чтобы изготовить нанофазную медь, лист обычной меди нагревают до высокой температуры, при которой с его поверхности начинают испаряться атомы меди. С конвективным потоком эти атомы движутся к поверхности холодной трубки, на которой они осаждаются, образую конгломераты наночастиц. Плотный слой наночастиц меди на поверхности холодной трубки и является нанофазной медью. 

Материалы, «слепленные» из наночастиц, оказываются гораздо более прочными, чем обычные. Например, прочность образца нанофазной меди может в 10 раз превышать

прочность обычной меди, состоящей, как правило, из кристаллов размером около 50 мкм

При малых деформациях сдвига частицы нанофазных материалов способны чуть-чуть сдвигаться друг относительно друга. Поэтому мелкоячеистая структура нанофазных материалов является более прочной не только при растягивающих деформациях, но и при изломе, когда соседние слои образца слои образца по разному изменяют свою длину. 

Нанотехнологии в криминалистике

Нанотехнологии находят своё применение при исследовании отпечатков пальцев. Для контрастирования жирных следов пальцев использовали взвесь золотых наночастиц, обладающих гидрофобными свойствами, т.е. способных прилипать к поверхностям, покрытым жиром. Эти наночастицы, прилипая к жирным бороздкам отпечатков пальцев, формировали значительно более четкий рисунок, чем можно было бы получить с помощью традиционной техники . При этом время, затраченное на процедуру, не превышало трех минут.

Наноэлектроника.

Большинство из нас регулярно пользуются теми или иными достижениями нанотехнологий, даже не подозревая об этом. Например, современная микроэлектроника уже не микро-, а давно нано, т.к. производимые сегодня транзисторы - основа всех

электронных схем имеют размеры порядка 100 нм. Только сделав их размеры такими малыми, можно разместить в процессоре компьютера около 100 млн транзисторов.

Однако сейчас уже ведутся работы, чтобы размеры транзисторов сделать ещё на порядок меньше,заменяя их наноструктурами.

Гибкий дисплей из нанотрубок.

Расположив матрицу нанотрубок внутри плёнки из гибкого пластика, ученым удалось сделать гибкую электронную матрицу. Углеродные нанотрубки, чей диаметр составляет порядка 10 нанометров, ориентированы перпендикулярно к поверхности плёнки и могут быть упакованы в произвольном порядке.  Новый материал обладает способностью проводить электричество в направлении, перпендикулярном поверхности плёнки. Под действием напряжения, прикладываемого к одному из концов нанотрубки, с другого конца начинают испускаться электроны, которые попадают на фосфоресцирующий экран и вызывают свечение пикселя. Получающееся при этом зерно изображения будет фантастически малым: порядка микрона! Сделав гибкие дисплеи, учёные решили одну из ключевых задач наноэлектроники. Гибкие сверхчеткие цветные экраны, сделанные на основе плёнок с нанотрубками, могут стать логичной заменой современных газет, а может, даже и книг.

Вывод: по прогнозам экспертов, к 2020 году многие идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, будут реализованы. Использование нанотехнологий очень быстро позволит изменить современный мир, улучшив уровень и качество нашей жизни. Но предвидеть эти изменения в деталях пока не может никто.


»  Tags for document: