Нанотехнологии и наноматериалы

Цели урока
Познакомить учащихся с основами нанотехнологий, физическими свойствами наноматериалов и способами их получения; основными достижениями и проводимой исследовательской работой в области нанотехнологий в современном мире.

Цели обучения
11.9.1.1 – объяснять физические свойства наноматериалов и способы их получения;
11.9.1.2 – обсуждать сферы применения нанотехнологий

Полезные выражения для диалогов и письма:
1."Нанонаука", "нанотехнологии", "наноструктурированные материалы"-это "революционный прорыв в технологиях",
2.Мировые лидеры по созданию наноматериалов-Япония, США
3.Евросоюз принял рамочную программу развития нанотехнологий.
4.Ричард Фейнман-“отец нанотехнологий”,
5.Сумио Иидзима создал углеродные нанотрубки,

.
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.
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.

Нанотехнологии: место среди других наук
Можно заставить наномир работать на нас !!!

Почему «нанотехнологии» - это интересно?
бактериофаг
Вирус гриппа
Частица Au, окружённая более мелкими

1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заявляет, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно.
1981 г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа - прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне.
1982-85 гг. Достижение атомарного разрешения.
1986 г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
1990 г. Манипуляции единичными атомами.
1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности.
Основные этапы в развитии нанотехнологии:

Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические.
Срок реализации - первая половина XXI века.
Медицина.

Эритроциты и бактерии - перевозчики нанокапсул с лекарствами
Эритроциты с приклеенными к ним нанокапсулами, способными прилипать только к определённым типам клеток (больным), доставят эти капсулы клеткам-адресатам.
Способ доставки наночастиц с лекарствами или фрагментами ДНК (генами) для лечения клеток

Геронтология.
Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики.
Срок реализации: третья - четвертая четверти XXI века.

Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.
Срок реализации - начало XXI века
Нанотрубки делают полимерные материалы более прочными
Промышленность.

Нанотехнологии в автомобилестроении
Перспективы использования нанотехнологий в автомобилестроении на сегодняшний день не совсем четко обозначены. Однако, радует тот факт, что наноматериалы уже используются в автомобильной промышленности, хотя, большинство из них еще находится в стадии конструкторских разработок. Производителями автомобилей уже накоплен достаточно объемный опыт в данной области.

Краска

Амортизаторы

Нановолоски делают поверхность чистой.
Слева - капля не смачивает поверхность, состоящую из нановолосков, и поэтому не растекается по ней. Справа – схематическое изображение поверхности, похожей на массажную щётку; тэта - краевой угол, величина которого говорит о смачиваемости поверхности: чем больше тэта, тем меньше смачиваемость.

Сельское хозяйство.
Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов.
Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.
Например, из цепочки
"почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва - углекислый газ - молоко
(творог, масло, мясо)". Такое "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.
Срок реализации – вторая - четвертая четверть XXI века.

Биология
Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от
"восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.
Срок реализации: середина XXI века.

Нанотехнологии в криминалистике.
Отпечаток пальца на бумаге и тот же после контрастирования с помощью золотых наночастиц, прилипших к жирным следам бороздок, оставшимся на бумаге.

Экология
Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду.
Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье;
А во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.
Срок реализации: середина XXI века.

Освоение космоса
По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами.
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.
Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

Кибернетика
Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин.
Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах.
Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным
"переселение" человеческого интеллекта в компьютер.
Срок реализации: первая - вторая четверть XXI века.

Гибкий дисплей из нанотрубок.
матрица гибкого дисплея на основе нанотрубок;
гибкий дисплей с изображением Леонардо де Винчи.

По крайней мере 300 видов потребительских товаров, включая солнцезащитные кремы, зубные пасты и шампуни, делаются с использованием нанотехнологий. FDA пока разрешает продавать их, не снабжая специальной наклейкой «Содержит наночастицы». В то же время многие исследователи утверждают, что проникая внутрь такие наночастицы могут вызывать воспалительные или иммунологические реакции. Поэтому в какой-то мере, вступая в эру нанотехнологий мы ставим себя на место подопытных морских свинок.
Безопасность нанотехнологий ?

Нанотехнологии уже давно вокруг нас