Нанотехнології та їх використання
Міністерство
освіти і науки, молоді та спорту України
Головне
управління освіти і науки Полтавської облдержадміністрації
Полтавське
територіальне відділення МАН України
Лубенське
районне наукове товариство учнів «Мала академія наук»
Відділення
фізики та астрономії
Реферат
з
фізики
НАНОТЕХНОЛОГІЇ
ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ
Роботу виконав: Тесленко Олексій
учень 7-А класу Засульської гімназії
Лубенської районної ради Полтавської
області
Науковий керівник: учитель фізики
Деркач Сергій Володимирович,
Засулля-
2012
ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. НАНОТЕХНОЛОГІЇ НА
ПЕРЕТИНІ СФЕР ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ
.1 Визначення і термінологія
.2 Фундаментальні положення.
Скануюча зондова мікроскопія
.3 Наночастки
.4 Електроніка та інформаційні
технології
РОЗДІЛ 2. НОВІТНІ ДОСЯГНЕННЯ
.1 Методи дослідження
.2 Робототехніка
2.3
Напрямки розвитку нанотехнологій
РОЗДІЛ 3. ІНВЕСТИЦІЙНА
ДІЯЛЬНІСТЬ ТА СТАВЛЕННЯ СУСПІЛЬСТВА ДО НАНОТЕХНОЛОГІЙ
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ВСТУП
нанотехнологія роботехніка інвестування
Нанотехнологія - міждисциплінарна
область фундаментальної і прикладної науки і техніки, що має справу з
сукупністю теоретичного обґрунтування, практичних методів дослідження, аналізу
та синтезу, а також методів виробництва і застосування продуктів із заданою
атомною структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами і
молекулами.
Актуальність дослідження.
Нанотехнологія, нанонауки - це наука і технологія колоїдних систем, це колоїдна
хімія, колоїдна фізика, молекулярна біологія, вся мікроелектроніка. Принципова відмінність
колоїдних систем, до яких відносяться хмари, кров людини, молекули ДНК і
білків, транзистори, з яких збираються мікропроцесори, в тому, що поверхня
таких частинок або величезних молекул надзвичайно велика по відношенню до їх
обсягу. Такі частинки займають проміжне положення між істинними гомогенними
розчинами, сплавами, і звичайними об’єктами макросвіту, такими, як стіл книга
пісок. Їх поведінка, завдяки високорозвиненої поверхні, сильно відрізняється
від поведінки та істинних розчинів і розплавів, та об’єктів макросвіту. Як
правило, такі ефекти починають відігравати значну роль, коли розмір частинок
лежить в діапазоні 1-100 нанометрів: звідси прийшло заміщення слова колоїдна
фізика, хімія біологія на нанонауки і нанотехнології, маючи на увазі розмір
об'єктів, про які йде мова.
Метою роботи було систематизувати
матеріал про новітні технології та їх використання у повсякденному житті.
Для її реалізації були поставлені
конкретні завдання, а саме:
1. визначити властивості
наносистем шляхом їх опису;
2. показати їх застосування у
різних сферах життєдіяльності людини;
3. з’ясувати
новітні досягнення у галузі комп’ютерів
та роботехніки.
Новизна роботи полягає у детальному
вивченні новітніх технологій та їх практичному використанні.
Предмет дослідження - новітні
технології.
Об’єкт дослідження - відкриття в
галузі комп’ютерів та роботехніки.
Апробація роботи була здійснена на
уроках фізики.
РОЗДІЛ 1. НАНОТЕХНОЛОГІЇ НА ПЕРЕТИНІ
СФЕР ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ
.1 Визначення і термінологія
Є думка, що в світі немає на
сьогоднішній день стандарту, що таке нанотехнології, що таке нанопродукції. У
Єврокомісії створена спеціальна група, якій дали два роки на те, щоб розробити
класифікацію нанопродукції. Серед підходів до визначення поняття «нанотехнології»
є
наступні:
У Технічному комітеті ISO/TK 229 під
нанотехнологіями мається на увазі таке:
знання та управління процесами, як
правило, в масштабі 1 нм, але не виключає масштаб менше 100нм, в одному або
більше вимірах, коли введення в дію розмірного ефекту (явища) приводить до
можливості нових застосувань;
використання властивостей об’єктів і
матеріалів у нанометровому масштабі, які відрізняються від властивостей вільних
атомів або молекул, а також від об’ємних властивостей речовини, що складається
з цих атомів або молекул, для створення досконаліших матеріалів, приладів,
систем, що реалізують ці властивості.
Згідно з «Концепцією розвитку в
області нанотехнологій на період до 2010 року» (2004 р.) нанотехнологія
визначається як сукупність методів і прийомів, що забезпечують можливість
контрольованим чином створювати й модифікувати об'єкти, що включають компоненти
з розмірами менше 100 нм,хоча б в одному вимірі, і в результаті цього отримати
принципово нові якості, що дозволяють здійснювати їх інтеграцію в повноцінно
функціонуючі системи більшого масштабу.
Практичний аспект нанотехнологій
включає в себе виробництво пристроїв і їх компонентів, необхідних для
створення, обробки і маніпуляції атомами, молекулами і наночастинками. Мається
на увазі, що не обов'язково об'єкт повинен мати хоч одним лінійним розміром
менше 100 нм - це можуть бути макрооб’єкти, атомарна структура яких
контрольовано створюється з дозволом на рівні окремих атомів, або ж містять в
собі нанооб'єктів. У більш широкому сенсі цей термін охоплює також методи діагностики,
характерології і досліджень таких об’єктів. Нанотехнології якісно відрізняються
від традиційних дисциплін, оскільки на таких масштабах звичні, макроскопічні
технології поводження з матерією часто непридатні, а мікроскопічні явища,
зневажливо слабі на звичних масштабах, стають набагато значніше: властивості та
взаємодії окремих атомів і молекул або агрегатів молекул (наприклад,сили
Ван-дер-Ваальса), квантові ефекти.
Нанотехнології і особливо
молекулярна технологія нові, дуже мало досліджені дисципліни. Основні
відкриття, що передбачаються в цій області, поки не зроблені. Тим не менше,
проведені дослідження вже дають практичні результати. Використання в
нанотехнології передових наукових досягнень дозволяє відносити її до високих
технологій. Розвиток сучасної електроніки йде по шляху зменшення розмірів
пристроїв. З іншого боку, класичні методи виробництва підходять до свого
природного економічного та технологічного бар'єру, коли розмір пристрою
зменшується ненабагато, зате економічні витрати зростають експоненціально.
Нанотехнології - наступний логічний крок розвитку електроніки та інших
наукоємних виробництв.
Властивості наносистем багато в чому
відрізняються від властивостей крупніших об’єктів, що складаються з тих же
самих атомів і молекул. Наприклад, наночастки платини набагато ефективніше
очищають автомобільні вихлопи від токсичних забруднювачів, ніж звичні платинові
каталізатори. Одношарові і багатошарові графітні циліндри манометрової товщини,
так звані вуглецеві нанотрубки, прекрасно проводять електрику і тому можуть
стати заміною мідним дротам. Нанотрубки також дозволяють створювати композитні
матеріали виняткової міцності і принципово нові напівпровідникові і
оптоелектронні пристрої. На сучасному етапі нанотехнології використовують під
час виробництва особливих сортів скла, на яких не осідає бруд (застосовується в
автомобіле- і авіабудуванні), під час виробництва чорнил; для виробництва
одягу, який неможливо забруднити і пом’яти і так далі.
Мал..1 Шестерні молекулярного
розміру на основі нанотрубок
Мал..2 Погляд зсередини вуглецевих
нанотрубок.
1.2 Фундаментальні положення.
Скануюча зондовая мікроскопія
Одним з методів, що використовуються
для вивчення нанооб'єктів, є скануюча зондовая мікроскопія. У рамках скануючої
зондової мікроскопії як не оптичні, так і оптичні методики.
Дослідження властивостей поверхні за
допомогою скануючого зондового мікроскопа (СЗМ) проводяться на повітрі при
атмосферному тиску, у вакуумі і навіть в рідині. Різні СЗМ методики дозволяють
вивчати як провідні, так і не проводять об’єкти. Крім того, СЗМ підтримує
суміщення з іншими методами дослідження, наприклад з класичною оптичною
мікроскопією і спектральними методами.
За допомогою скануючого зондового
мікроскопа (СЗМ) можна не тільки побачити окремі атоми, але також вибірково
впливати на них, зокрема, переміщати атоми по поверхні. Вченим вже вдалося
створити двовимірні наноструктури на поверхні використовуючи даний метод.
Наприклад, в дослідницькому центрі компанії IBM, послідовно переміщаючи атоми
ксенона на поверхні монокристала нікелю, співробітники змогли викласти три
букви логотипу компанії, використовуючи 35 атомів ксенону.
При виконанні подібних маніпуляцій
виникає ряд технічних труднощів. Зокрема, потрібно створення умов надвисокого
вакууму, необхідно охолоджувати підкладку і мікроскоп до наднизьких температур
(4-10К), поверхню підкладки повинна бути атомарно чистою і атомарно гладкою,
для чого застосовуються спеціальні методи її приготування. Охолодження
підкладки проводиться з метою зменшення поверхневої дифузії загрожених атомів,
охолодження мікроскопа дозволяє позбутися термодрейфа.
Для вирішення завдань, пов’язаних з
точним виміром топографії, властивостей поверхні і з маніпуляцією нанооб'єктів
допомогою зонда скануючого атомно-силового мікроскопа, була запропонована
методологія особливість-орієнтованого сканування (ООС). ООС підхід дозволяє в
автоматичному режимі реалізувати нанотехнологію ''знизу - вверх'', тобто
технологію по елементної збірки нанопристроїв. При цьому робота проводиться при
кімнатній температурі, оскільки ООС в реальному масштабів часу визначає
швидкість дрейфу і виконує компенсацію викликається дрейфом зсуву. На
многозондових інструментах ООС дозволяє послідовно застосувати до нанооб'єктів
будь-яку кількість аналітичних і технологічних зондів, що дає можливість
створювати складні нанотехнологічні процеси, що складаються з великого числа
вимірювальних, технологічних і контрольних операцій.
Однак, у більшості випадків немає необхідності
маніпулювати окремими атомами чи наночастинками і достатньо звичайних
лабораторних умов для вивчення об'єктів, які цікавлять.
.3. Наночастки
Сучасна тенденція до мініатюризації
показала, що речовина може мати зовсім нові властивості, якщо взяти дуже
маленьку частинку цієї речовини, Частинки розмірами від 1 до 100 нанометрів
зазвичай називають ’’наночастинками’’ . Так наприклад, виявилося, що
наночастинки деяких матеріалів мають дуже хороші каталітичні і адсорбційні
властивості. Інші матеріали показують дивовижні оптичні властивості, наприклад,
надтонкі плівки органічних матеріалів застосовують для виробництва сонячних
батарей. Такі батареї, хоч і мають порівняно низьку квантової ефективністю,
зате більш дешеві і можуть бути механічно гнучкими. Вдається домогтися
взаємодії штучних наночасток з природними об’єктами нанорозмірів - білками,
нуклеїновими кислотами та ін Ретельно очищені наночастинки можуть
самовистраіваться в певні структури. Така структура містить строго впорядковані
наночастинки і також часто проявляє незвичайні властивості.
Нанооб'єктів діляться на 3 основних
класу: тривимірні частки, одержувані вибухом провідників, плазмовим синтезом,
відновленням тонких плівок і т. д.; двовимірні об’єкти - плівки, що отримуються
методами молекулярного нашарування, CVD, ALD,методом іонного нашарування і т.
д.; одномірні об’єкти - вискер, ці об’єкти виходять методом молекулярного
нашарування, введенням речовин в циліндричні мікропори і т. д. Також існують
нанокомпозити - матеріали, отримані введенням наночасток в будь-які матриці. На
даний момент широке застосування отримав тільки метод мікролітографії, щ
дозволяє отримувати на поверхні матриць плоскі острівкові об’єкти розміром від
50 нм, застосовується він в електроніці; метод CVD і AVD в основному застосовується
для створення мікронних плівок. Інші методи в основному використовуються в
наукових цілях. Особливо слід відзначити методи іонного і молекулярного
нашарування, оскільки з їх допомогою можливе створення реальних моно шарів.
Особливий клас складають органічні наночастинки як природного, так і штучного
походження.
Оскільки багато фізичні і хімічні
властивості наночастинок, на відміну від об’ємних матеріалів, сильно залежать
від їх розміру, в останні роки виявляється значний інтерес до методів вимірювання
розмірів наночастинок у розчинах: аналіз траєкторій наночастинок, динамічне
світлорозсіювання, седиментаційних аналіз, ультразвукові методи.
Одним з найважливіших питань, що
стоять перед нанотехнологією - як змусити молекули групуватися певним способом,
само організовуватися, щоб у результаті отримати нові матеріали або пристрою.
Цією проблемою займається розділ хімії - супрамолекулярна хімія. Вона вивчає не
окремі молекули, а взаємодії між молекулами, які здатні впорядкувати молекули
певним способом, створюючи нові речовини і матеріали. Обнадіює те, що в природі
дійсно існують подібні системи і здійснюються подібні процеси. Так, відомі
біополімери, здатні організовуватися в особливі структури. Один із прикладів -
білки, які не тільки можуть згортатися в глобулярну форму, а й утворювати
комплекси - структури, що включають кілька молекул білків. Вже зараз існує
метод синтезу, який використовує специфічні властивості молекули ДНК.
Багато джерел,в першу чергу
англомовні, перша згадка методів, які згодом будуть названі нанотехнологією,
пов’язують з відомим виступом Річарда Фейнмана ”У тому світі повно місця ”(
англ. ”There’s Plenty of Room at the Bottom”), Зробленим ним в 1959 році в
Каліфорнійському технологічному інституті на щорічній зустрічі Американського
фізичного товариства. Річард Фейнман припустив, що можливо механічно переміщати
поодинокі атоми, допомогою маніпулятора відповідного розміру, принаймні, такий
процес не суперечив би відомим на сьогоднішній день фізичним законам.
Цей маніпулятор він запропонував
робити наступним способом. Необхідно побудувати механізм,який створював би 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 сумірні з розмірами порядку одного атома. При цьому необхідно буде
робити зміни в устрої цього механізму, тому що сили гравітації, що діють в
макросвіті, надаватимуть все менший вплив, а сили міжмолекулярних взаємодій і
Ван-дер-ваальсови сили будуть все більше впливати на роботу механізму. Останній
етап - отриманий механізм збере свою копію з окремих атомів. Принципово число
таких копій необмежено, можна буде за короткий час створити довільне число
таких машин. Ці машини зможуть таким же способом, поатомной збіркою,збирати
макровещі. Це дозволить зробити речі на порядок дешевше - таким роботам
(наноробота) потрібно буде дати тільки необхідну кількість молекул і енергію, і
написати програму для складання необхідних предметів. До цих пір ніхто не зміг
спростувати цю можливість, але і нікому поки не вдалося створити такі
механізми. 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 в зменшеному масштабі. Я говорю про крихітних роботах, забезпечених
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) і приєднані до
звичайної системи електричного управління. Після цього можна буде користуватися
зменшеними в 16 разів руками-маніпуляторами!» [1] Сфера застосування таких
мікророботів, а також мікромашин може бути досить широкою - від хірургічних
операцій до транспортування і переробки радіоактивних матеріалів. Я сподіваюся,
що принцип пропонованої програми, а також пов’язані з нею несподівані проблеми
і блискучі можливості зрозумілі. Більш того, можна замислитися про можливість
суттєвого зменшення масштабів, зажадає подальших конструкційних змін і
модифікацій (до речі, на певному етапі, можливо, доведеться відмовитися від ”
рук ” звичної форми), але дозволить виготовити нові, значно більш досконалі
пристрої описаного типу. Ніщо не заважає продовжити цей процес і створити
скільки завгодно крихітних верстатів, оскільки ще немає обмежень, пов’язаних з
розміщенням верстатів або матеріаломісткістю. Їх обсяг буде завжди набагато
менше обсягу прототипу. Легко розрахувати, що загальній обсязі 1млн зменшених в
4000 раз верстатів (а отже, і маса використовуваних для виготовлення
матеріалів) становитиме 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 завозиків, на яких крихітні верстати безперервно свердлили б
отвори, штампували деталі і т. п. У міру зменшення розмірів ми будемо постійно
стикатися з дуже незвичайними фізичними явищами. Все, з чим доводиться
зустрічатися в 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 приводити до ефектів, незвичайним для
макроскопічних масштабів. Наприклад, гайка не буде відділятися 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 і створенні мікроскопічних механізмів.
У ході теоретичного дослідження
даної можливості, з’явилися гіпотетичні сценарії кінця світу, які припускають,
що наноробота поглинуть всю біомасу Землі, виконуючи свою програму
саморозмноження ( так звана ’’ сірий слиз ‘‘ або ’’ сіра жижа ‘‘ ).
.4 Електроніка та інформаційні
технології
Особливі надії на нанотехнології
покладають фахівці у галузі електроніки і інформаційних технологій. У 1965 році
можна було вмістити на одному чипі лише 30 транзисторів. У 1971 році - 2 тис.
Нині один чип містить близько 40 млн. транзисторів величиною 130 - 180 нанометрів,
і з’явилися повідомлення, що вдалося створити транзистор розміром 90
нанометрів. Цей процес зробив складну електронну і комп’ютерну техніку доступно
для більшості споживачів: у 1968 році один транзистор коштував у США 1$, нині
за ці гроші можна придбати 50 млн. транзисторів.
У 1965 році Гордон Мур, фахівець у
сфері фізичної хімії, зробив знамените передбачення, яке було названо «Закон
Мура».
«Закон Мура» проголошує,
що число транзисторів на чипі буде подвоюватися кожні 18 місяців. Протягом
декількох десятиріч цей прогноз доводив свою точність. Нині виробники
комп’ютерних чипів зіштовхнулись із складностями мініатюризації: щоб
підтверджувати «Закон Мура», потрібно, щоб транзистор був не більшим 9
нанометрів. За прогнозом Міжнародного Консорціуму Напівпровідникових Компаній,
цей рівень розвитку технології буде досягнуто до 2016 року.
Військові дослідження в світі
ведуться в шести основних сферах: технології створення і протидії «невидимості»
(відомі літаки-невидимки, створені на основі технології stealth), енергетичні
ресурси, системи (наприклад, які дозволяють автоматично лагодити пошкоджену
поверхню танка або літака), що самостійно відновлюються, зв’язок, а також
пристрої виявлення хімічних і біологічних забруднень. Передбачалося, що в 2008
році буде представлено перші бойові наномеханізми.
Нанотехнології здатні також
стабілізувати екологічну обстановку. Нові види нові види промисловості не
вироблятимуть відходів, що отруюють планету , а нанороботи зможуть знищувати
наслідки старих забруднень. Крім того, нанотехнології нині використовуються для
фільтрації води та інших рідин.
Нанотехнології здатні здійснити
революцію в сільському господарстві. Молекулярні роботи можуть виробляти їжу,
замінивши сільськогосподарські рослини і тварини. Наприклад, теоретично можливо
виробляти молоко прямо з трави, минаючи проміжну ланку - корову.
Завдяки нанотехтнологіям вченим
вдається домогтися все кращого поглинання сонячної енергій. Однією із
прогресивних компаній, що здійснює дослідження у цій галузі, є Sandia National
Laboratories. Її фотопоглинаючи плівки характеризуються на 20% кращим
фотоелектричним ефектом, ніж сучасні сонячні елементи на основі кремнію.
На основі нанотехнологій
американська компанія Engelhard створила щось на кшталт «молекулярних воріт»,
крізь які проходять молекули двоокису вуглецю, а більші (метанові) залишаються
в речовині. Практичне застосування це знаходить під час фільтрації двоокису
вуглецю із природного газу, а також при створенні автомобільних каталізаторів.
Hydrocarbon
Technologies,
дочірня компанія відомої американської компанії Headwaters, розробила методику
обробки вугілля, за допомогою нанотехнологій на молекулярному рівні таким
чином, щоб створити з нього екологічно чисте рідке пальне. Саме потреба в
заміні нафти сприяла тому, що китайська компанія Shenua Group ще в 2002 році
стала партнером американців, і почала застосовувати отримане штучне пальне
замість мазуту. Нанометод NxCat?, створений на іншій дочірній компанії
Nanokinetix, дозволяє наповнювачам автомобільних каталізаторів ловити летючі
органічні залишки вихлопних газів. А компанія Nanoforce зробила ставку на
використання нанокаталізаторів для очистки нафти та на технологію збору врожаю
за допомогою нанометоду Poly-Web - мікроскопічних водоростей, що
використовуються для виробництва біоетанолу.
Світлові діоди належать до зовсім
іншої області застосування нанотехнологій. Японська компанія Nichia є на
сьогодні провідним виробником техніки освітлення на основі нанотехнологій. Їхні
світлові діоди у багато разів ефективніші за звичайні лампочки. А якщо взяти до
уваги, що 20% світової енергії витрачається на освітлення, стає зрозуміло -
перехід від звичайних ламп на світлові діоди дозволить досить суттєво економити
енергетичні ресурси.
Отже, новітні нанотехнології можна
широко використовувати у різних галузях як військового, так і мирного
призначення. Вони відкривають людям широкі можливості та полегшують працю.
РОЗДІЛ 2. НОВІТНІ ДОСЯГНЕННЯ
.1 Методи дослідження
В силу того, що нанотехнологія -
міждисциплінарна наука, для проведення наукових досліджень використовують ті ж
методи, що і “ класичні ” біологія, хімія фізика. Одним з відносно нових
методів досліджень в галузі нанотехнології є скануюча зондова мікроскопія. В
даний час в дослідницьких лабораторіях використовуються не тільки “ класичні ”
зондові мікроскопи, а й СМЗ в комплексі з оптичними мікроскопами, електронними
мікроскопами, спектрометрами комбінаційного (раманівського) розсіювання і
флуоресценції, ультрамікротомамі (для отримання тривимірної структури
матеріалів).
·
Центральні процесори - 15 жовтня
2007 року компанія Intel заявила про розробку нового прототипу процесора, що
містить найменший структурний елемент розмірами приблизно 45 нм. Надалі
компанія має намір досягти розмірів структурних елементів до 5 нм. Основний
конкурент Intel, компанія AMD, також давно використовує для виробництва своїх
процесорів нанотехнологічні процеси, розроблені спільно з компанією IBM.
Характерною відмінністю від розробок Intel є застосування додаткового
ізолюючого шару вироблений компанію SOI, що перешкоджає витоку струму за
рахунок додаткової ізоляції структур, що формують транзистор. Вже існують
робочі зразки процесорів з транзисторами розміром 32 нм і дослідні зразки на 22
нм.
·
Жорсткі диски - в 2007 році Пітер
Грюнберг і Альберт Ферт отримали Нобелівську премію з фізики за відкриття GMR -
ефекту, що дозволяє здійснювати запис даних на жорстких дисках з атомарної
щільністю інформації.
·
Скануючий зондовий мікроскоп -
мікроскоп високої роздільної здатності, заснований на взаємодії голки
кантільовери (зонда) з поверхнею досліджуваного зразка. Зазвичай під взаємодією
розуміється тяжіння або відштовхування кантільовери від поверхні через сил
Ван-дер-Ваальса. Але при використанні спеціальних кантільовери можна вивчати
електричні й магнітні властивості поверхні. СЗМ може досліджувати як
провідні,так і непровідні поверхні навіть через шар рідини, що дозволяє
працювати з органічними молекулами ( ДНК ). Просторова роздільна здатність
скануючи зондових мікроскопів залежить від характеристик використовуваних зондів.
Дозвіл досягає атомарного по горизонталі та істотно перевищує його по
вертикалі.
·
Антена-осцилятор - 9 лютого 2005 в
лабораторії Бостонського університету була отримана антена-осцилятор розмірами
порядку 1 мкм. Це пристрій нараховує 5000 мільйонів атомів і здатне
осцілліровать з частотою 1,49 гігагерц, що дозволяє передавати з її допомогою
величезні обсяги інформації.
·
Плазмони-колективні коливання
вільних електронів металі. Характерною особливістю збудження плазмонов можна
вважати так званий плазмонного резонансу, вперше передвіщений Мі на початку ХХ
століття. Довжина хвилі плазмонного резонансу, наприклад, для сферичної
частинки срібла діаметром 50 нм становить приблизно 400 нм, що вказує на
можливість реєстрації наночасток далеко за межами дифракційного межі (довжина
хвилі випромінювання багато більше розмірів частки). На початку 2000-го року,
завдяки швидкому прогресу в технології виготовлення частинок нанорозмірів,було
дано поштовх до розвитку нової галузі нанотехнології - наноплазмоніке. Виявилося
можливим передавати електромагнітне випромінювання уздовж ланцюжка металевих
наночастинок з допомогою збудження плазмони коливань.
2.2 Роботехніка
Молекулярні ротори - синтетичні
нанорозмірні двигуни, здатні генерувати крутний момент при додатку до них
достатньої кількості енергії.
Нанороботи - роботи, створені з
наноматеріалів і розміром спів ставні з молекулою, що володіють функціями руху,
обробки і передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до
створення своїх копій, тобто самовідтворення, називаються реплікаторами.
Можливість створення нанороботів розглянув у своїй книзі ‘‘Машини створення’’
американський учений Ерік Дрекслер. Питання розробки нанороботів та їх
компонентів розглядаються на профільних міжнародних конференціях.
Молекулярні пропелери - нанорозмірні
молекули у формі гвинта, здатні робити обертові рухи завдяки своїй спеціальній
формі, аналогічній формі макроскопічного гвинта.
З 2006 року в рамках проекту RoboCup
(чемпіонат з футболу серед роботів) з’явилася номінація ”Nanogram Competition”,
в якій ігрове поле являє собою квадрат зі стороною 2,5 мм. Максимальний розмір
гравця обмежений 300 мкм.
2.3 Напрямки розвитку нанотехнології
Зараз вчені намагаються вдосконалити
нанотехнології в хімії, фізиці та біології. Але основним напрямом розвитку
нанотехнологій є:
·
Створення матеріалів з
ексклюзивними, наперед заданими властивостями шляхом оперування окремими
молекулами;
·
Конструювання нанокомп'ютерів, які
використовують замість звичайних мікросхем набори логічних елементів з окремих
молекул;
·
Збирання нанороботів - систем, що
само розмножуються і призначенні для ведення будівництва на молекулярному рівні
.
Тільки дивно, чому вчені не
дозволяють кожній людині використовувати нанотехнології. Якщо б вони дозволили
використовувати нанотехнології, то б людство було б більш розвинутим, і навіть
найсміливіші наукові фантасти переконалися в тому, що світ нанотехнологій
реальний і він довкола них.
РОЗДІЛ 3. ІНВЕСТИЦІЙНА ДІЯЛЬНІСТЬ ТА
СТАВЛЕННЯ СУСПІЛЬСТВА ДО НАНОТЕХНОЛОГІЇ
Нанотехнології є однією із провідних
сфер новітніх технологій, кількість інвестицій в яку збільшується з року в рік,
на фоні зменшення обсягу інвестицій в інших сферах.
Консультативна Рада з проблем науки
і технології при Президенті США підготувала доповідь, у якій аналізується
нинішній рівень розвитку нанотехнологій в США та в інших науковиробляючих
країнах і оцінюються перспективи подальшого прогресу в цій новітній сфері
наукових досліджень та технологічних розробок. У доповіді підкреслюються, що в
наш час Сполучені Штати є світовим лідером у області нанотехнологій. На частку
США припадає чверть світових інвестицій у цю сферу і не менше половини статей
по нанотехнологіях, публікованих в найавторитетніших професійних журналах.
Америка також лідирує по кількості патентів, які присуджуються за
нанотехнологічні розробки. В цілому американські фахівці тримають дві третини
таких патентів, виданих останніми роками. У одному тільки 2003 році учені й
інженери із США одержали близько 1 тис. нанотехнологічних патентів.
Автори доповіді попереджають, що
конкуренція у сфері нанотехнологій останніми роками загострилася і, безумовно,
посилюватиметься і в осяжному майбутньому. Країни Євросоюзу, Японія і Китай в
наш час щорічно виділяють на ці програми зі своїх бюджетів приблизно по 900$
млн., що ненабагато менше американських федеральних витрат. Для порівняння, за
даними організації Національна Ініціатива в області нанотехнології США, в 2002
році витрати всіх держав світу на ці цілі не перевищували близько 2$ млрд.
Сумарний рівень інвестицій приватних корпорацій з інших країн на ці цілі в наш
час вже дещо перевищує аналогічні витрати американських компаній.
У грудні 2003 року Конгрес США
прийняв особливий закон «Нанотехнологічні
Дослідження і розробки 21 сторіччя», яким
передбачалося збільшення асигнувань на подібні проекти. У 2004 році з
федерального бюджету США на розвиток нанотехнологій було виділено близько 1$
млрд. 240 млн. Ці дослідження також активно фінансуються за рахунок бюджетів
окремих штатів, які в цілому направили на ці цілі порядку $400 млн. Ще більше
коштів витрачає американський бізнес - майже $2 млрд. П’ята частина цієї суми
припадає на біотехнологічні фірми, стільки ж - на електронні, 18% - на хімічну
промисловість, по 8% - на аерокосмічну індустрію і енергетику.
Володимир Путін у 2007 році заявив,
що нанотехнології являють собою «локомотив глобального наукового прогресу», та
призвав Держдуму вжити заходів до скорішого прийняття законопроекту про цільове
фінансування цього напряму та підкреслив, що в його здійсненні повинні взяти
участь академічні галузеві наукові заклади, а також приватні лабораторії
російських корпорацій. Він призвав всі країни СНД приєднатися до цієї програми
розвитку. 4 липня 2007 року в Росії був прийнятий федеральний закон «Про
Російську корпорацію нанотехнологій».
Прогрес в області нанотехнологій
викликав певний громадський резонанс. Ряд дослідників вказують на те, що
негативне ставлення до нанотехнології у неспеціалістів може бути пов’язано з
релігійністю, а також через побоювання, пов’язані з токсичністю наноматеріалів.
Особливо це актуально для широко розрекламованого колоїдного срібла,
властивості і безпека якого перебувають під великим питанням.
З 2005 році функціонує організована
CRN міжнародна робоча група, що вивчає соціальні наслідки розвитку
нанотехнологій.
У жовтні 2006 р. Міжнародною Радою з
нанотехнологій випущена оглядова стаття, в якій, зокрема, говорилося про
необхідність обмеження розповсюдження інформації з нанотехнологічні досліджень
з метою безпеки. Перші наукові статті про безпеку наночастинок з’явилися тільки
в 2001 р. У 2008 р. заснована міжнародна нанотоксіологічна організація
покликаної встановити протоколи для відтвореного токсикологічного тестування
наноматеріалів на клітинах і живих організмах.
В 2004 р. в естонському Інституті
фізичної хімії створена науково-дослідна група з екотоксикологічні дослідженням
нанооксідов металів, яка вже отримала міжнародне визнання. В 2011 р. присуджена
Державна премія Естонії керівникові цієї групи доктору наук Ганні Кахріе за
цикл робіт з нанотоксікології.
Організація “Грінпіс” вимагає повної
заборони досліджень в області нанотехнологій.
Як бачимо, тема наслідків розвитку
нанотехнологій стає об’єктом філософських-досліджень. Так, про перспективи
розвитку нанотехнологій говорилося на минулій у 2007 році міжнародної
футурологічної конференції Transvision, організованої компанії WTA.
ВИСНОВКИ
Протягом цієї роботи, я дізнався:
що таке нанотехнологія;
їхні властивості;
про інформаційні технології;
про наночастки;
методи дослідження;
про робототехніку;
ставлення людства до нанотехнологій.
Отже, новітні нанотехнології можна
широко використовувати у різних галузях як військового, так і мирного
призначення. Вони відкривають людям широкі можливості та полегшують працю
Тільки дивно, чому вчені не дозволяють кожній людині використовувати
нанотехнології. Якщо б вони дозволили використовувати нанотехнології, то б
людство було б більш розвинутим, і навіть найсміливіші наукові фантасти
переконалися в тому, що світ нанотехнологій реальний і він довкола них.
Як бачимо, тема наслідків розвитку
нанотехнологій стає об’єктом філософських-досліджень
Нанотехнології використовуються для
різних потреб: в медицині, в біології, в хімії та різних науках. І вони дуже
допомагають. Я вважаю, що нанотехнології будуть доступні в майбутньому кожній
людині.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
) Марк Ратнер, Даніель
Ратнер: Нанотехнологія. Видавництво «Вільямс».
) С. А. Кутолін: «Шляхом
нанотехнології».
) К. Жоакім, Л. Плевер:
«Невидима революція».
) Журнал «Російські
нанотехнології».
) Малінецькій Г. Г.:
«Нанотехнології. Від алхімії до хімії і далі».
) Журнал
«Нанотехнології, для екології».
) Підручник «Органічна
хімія».
) Журнал «Мікро- і
наноелектроніка у світі».
) Підручник «Фізична
хімія і молекулярна фізика».
) Книга «Екологічна
біотехнологія».
) Підручник
«Постметодики».
) Підручник «Віртуальна
реальність».