Проект по физике СПО 1 курс «Нанотехнологии»

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Балахнинский технический техникум»

Индивидуальный проект

по дисциплине: Физика

на тему: Нанотехнологии

Выполнил: Казьмин Денис Александрович

студент группы: 21-СВТ

специальность: 22.02.06. Сварочное производство

Научный руководитель: Грищенкова Юлия Сергеевна

г. Балахна

2022

Оглавление

Введение

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.

Актуальность исследования:

Актуальность темы исследования нанотехнологии связана с её малоизученностью и необходимостью восполнения недостающей научной информации, т. к. нанотехнология - это современная наука, которая не стоит на месте. Сейчас нет ни одной технологии, в которой бы не использовались нанотехнологии.

Цель работы:

изучить внедрение нанотехнологий в жизнь человека и показать их значимость в современном мире.

Задачи:

Собрать и изучить информацию о нанотехнологиях.

Рассмотреть применение нанотехнологий в космосе, медицине, в сельском хозяйстве и промышленности, в военном деле.

Разработать анкету опроса.

Провести анкетирование среди учащихся.

Проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы.

Объект исследования: Нанотехнологии

Предмет исследования: возможность и перспективы нанотехнологий

Методы исследований:Социальный опрос.

Гипотеза исследования: нанотехнологии используется во всех сферах, давая новые возможности и помогая решать самые сложные задачи.

Практическая значимость: работы заключаются в том, что работающие над этой темой ученики и слушатели узнают много нового из этой сферы. Данная работа позволит расширить кругозор в данной области.

1. Нанотехнологии в современном мире.

1.1 История возникновения нанотехнологий.

Наука «Нанотехнология» возникла из-за революционных изменений в информатике!

В 1947 году был изобретен транзистор, после чего началась эпоха расцвета полупроводниковой техники, при которой размеры создаваемых кремниевых устройств постоянно уменьшались. Термин «нанотехнология» в 1974 году предложил японец Норё Танигути для описания процесса построения новых объектов и материалов при помощи манипуляций с отдельными атомами. Название происходит от слова «нанометр» - одна миллиардная часть метра (10^-9м).

В современном звучании нанотехнологии - это технологии изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи, объединяющие все технические процессы, связанные непосредственно с атомами и молекулами.

У современной нанотехнологии достаточно глубокий исторический след. Археологические находки свидетельствуют о существовании коллоидных рецептур еще в античном мире, например, "китайские чернила" в Древнем Египте. Знаменитая Дамасская сталь, изготавливалась благодаря наличию в ней нанотрубок.

Отцом идеи нанотехнологии условно можно считать греческого философа Демокрита приблизительно в 400 г.д.н. эры он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества.

Вот примерный путь развития:

• 1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

• 1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

• 1934 год. Американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии Юджин Вигнер теоретически обосновал возможность создания ультрадисперсного металла с достаточно малым числом электронов проводимости.

• 1951 год. Джон фон Нейман выделил принципы самокопирующихся машин, ученые в целом подтверждали их возможность.

• В 1953 году Ватсон и Крик описали структуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, которые руководят их постройкой.

• 1959 год. Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы миниатюризации. Нобелевский лауреат Р. Фейнман написал фразу, воспринимаемую сейчас как пророчество: "Насколько я вижу, принципы физики не запрещают манипулировать отдельными атомами". Эта мысль прозвучала тогда, когда начало постиндустриальной эпохи ещё не было осознано; в эти годы не было ни интегральных схем, ни микропроцессоров, ни персональных компьютеров.

• 1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии", которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона. Греческое слово "нанос" означает примерно "старичок".

• 1981 год. Глейтер впервые обратил внимание на возможность создания уникальных по свойствам материалов, структура которых представлена кристаллитами наноразмерного интервала.

• 27 марта 1981 года новости радио CBS процитировали ученого, работающего в NASA, который сказал, что инженеры будут способны строить самовоспроизводящихся роботов в пределах двадцати лет, для использования в космосе или на Земле. Эти машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписания создавать полезные продукты.

• 1982 год Г. Бининг и Г. Рорер создали первый сканирующий туннельный микроскоп.

• 1985 год. Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.

• 1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский ученый Эрик Дрекслер опубликовал книгу "Машины созидания: пришествие эры нанотехнологии", в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

• 1991 год, Хьюстон (США), химический факультет университета Раиса. В своей лаборатории доктор Р. Смоли (лауреат Нобелевской премии за 1996 год) с помощью лазера испарял под вакуумом графит, газовая фаза которого состояла из достаточно крупных крастеров: в каждом по 60 атомов углерода. Кластер из 60 атомов более устойчив, так как имеет повышенную величину свободной энергии. Этот кластер - структурное образование похожее на футбольный мяч и предложил назвать эту молекулу фуллереном.

• 1991 год, Сотрудник лаборатории фирмы NEC в Японии Сумио Идзима впервые обнаружил углеродные нанотрубки, которые ранее были предсказаны за несколько месяцев до этого российским физиком Л. Чернозатонским и американецем Дж. Минтмиром.

• 1995 год. В Научно-исследовательском физико-химическом институте имени Л.Я. Карпова разработали на основе пленочного нанокомпозита датчик, выявляющий различные вещества в атмосфере (аммиак, спирт, водяной пар).

• 1997 год. Ричард Е.Смоли, Лауреат Нобелевской премии 1996 г. в области химии, профессор химии и физики предсказал сборку атомов уже к 2000 г. и к этому же времени спрогнозировал появление первых коммерческих наноизделий. Этот прогноз оправдался в предсказанный срок.

• 1998 год. были экспериментально подтверждены зависимости электрических свойств нанотрубок от геометрических параметров.

• 1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нано-технологий.

• 1998 год. Темпы развития нанотехники стали резко нарастать. Япония определила нанотехнологию как вероятную технологическую категорию 21-го века.

• 1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.

• 2000 год. Исследовательская группа фирмы "Хьюлетт-Паккард" создала с помощью новейших нанотехнологических методов самосборки молекулу-переключатель или минимикродиод.

• 2000 год. Начало эры гибридной наноэлектроники.

• 2002 год. С. Деккер объединил нанотрубку с ДНК, получив единый наномеханизм.

• 2003 год. Японские ученые стали первыми в мире, кому удалось создать твер-дотельное устройство, в котором реализован один из двух основных элементов, необходимых для создания квантового компьютера. 2004 года. Был презентован "первый в мире" квантовый компьютер

• 7 сентября 2006 года Правительство Российской Федерации одобрило концепцию Федеральной целевой программы развития нанотехнологий на 2007-2010 годы.

Таким образом, сформировавшись исторически, к настоящему моменту, нанотехнология, завоевав теоретическую область общественного сознания продолжает проникновение в его обыденный пласт.

 1.2. Нанотехнологии в разных сферах жизнедеятельности человека.

Проникновение нанотехнологии в сферы человеческой деятельности можно представить в виде дерева нанотехнологии. Применение имеет вид дерева, ветви которого представляют основные сферы применения, а ответвления от крупных ветвей представляют дифференциацию внутри основных сфер применения на данный момент времени.

На сегодняшний день (2000 г. - 2010 г.) имеется следующая картина:

• биологические науки предполагают развитие технологии генных меток, поверхности для имплантантов, антимикробные поверхности, лекарства направленного действия, тканевая инженерия, онкологическая терапия.    

• простые волокна предполагают развитие бумажной технологии, дешевых строительных материалов, лёгких плит, автозапчастей, сверхпрочных материалов.

• наноклипсы предполагают производство новых тканей, покрытие стёкол, "умных" песков, бумаги, углеродных волокон.

• защита от коррозии способами нанодобавок к меди, алюминию, магнию, стали.

• катализаторы предполагают применение в сельском хозяйстве, дезодорировании, а также производство продуктов питания.

• Легкоочистимые материалы находят применение в быту, архитектуре, молочной и пищевой промышленности, транспортной индустрии, санитарии. Это производство самоочищающихся стёкол, больничного инвентаря и инструментов, антиплесневого покрытия, легкоочищающейся керамики.

• Биопокрытия используются в спортивном инвентаре и подшипниках.

• Оптика как сфера применения нанотехнологии включает в себя такие направления как электрохромику, производство оптических линз. Это новая фотохромная оптика, легкоочистимая оптика и просветлённая оптика.

• Керамика в сфере применения нанотехнологии даёт возможность получения электролюминисценции и фотолюминисценции, печатных паст, пигментов, нанопорошков, микрочастиц, мембран.

• Компьютерная техника и электроника как сфера применения нанотехнологии даст развитие электронике, наносенсорам, бытовым (встраиваемым) микрокомпьютерам, средствам визуализации и преобразователям энергии. Далее это развитие глобальных сетей, беспроводных коммуникаций, квантовых и ДНК компьютеров.

• Наномедицина, как сфера применения нанотехнологии, это наноматериалы для протезирования, "умные" протезы, нанокапсулы, диагностические нанозонды, имплантанты, ДНК реконструкторы и анализаторы, "умные" и прецизионные инструменты, фармацевтики направленного действия.

• Космос как сфера применения нанотехнологии откроет перспективу для механоэлектрических преобразователей солнечной энергии, наноматериалы для космического применения.

• Экология как сфера применения нанотехнологии это восстановление озонового слоя, погодный контроль.

1.3 Нанотехнологии в космосе.

В космосе бушует революция. Стали создаваться спутники и наноприборы до 20 килограмм.

Создана система микроспутников, она менее уязвима при попытках ее уничтожения. Одно дело сбить на орбите махину массой в несколько сот килограммов, а то и тонн, сразу выведя из строя всю космическую связь или разведку, и другое - когда на орбите находится целый рой микроспутников. Вывод из строя одного из них в этом случае не нарушит работу системы в целом. Соответственно могут быть снижены требования к надежности работы каждого спутника.

Молодые ученые считают, что к ключевым проблемам микроминиатюризации спутников среди прочего следует отнести создание новых технологий в области оптики, систем связи, способов передачи, приема и обработки больших массивов информации. Речь идет о нанотехнологиях и наноматериалах, позволяющих на два порядка снизить массу и габариты приборов, выводимых в космос. Например, прочность наноникеля в 6 раз выше, чем обычного никеля, что дает возможность при использовании его в ракетных двигателях уменьшить массу сопла на 20-30%. Уменьшение массы космической техники решает множество задач: продлевает срок нахождения аппарата в космосе, позволяет ему улететь дальше и унести на себе больше всякой полезной аппаратуры для проведения исследований. Одновременно решается задача энергообеспечения. Миниатюрные аппараты скоро будут применяться для изучения многих явлений, например, воздействия солнечных лучей на процессы на Земле и в околоземном пространстве.

Сегодня космос — это не экзотика, и освоение его — не только вопрос престижа. В первую очередь, это вопрос национальной безопасности и национальной конкурентоспособности нашего государства. Именно развитие сверхсложных наносистем может стать национальным преимуществом страны. Как и нанотехнологии, наноматериалы дадут нам возможность серьезно говорить о пилотируемых полетах к различным планетам Солнечной системы. Именно использование наноматериалов и наномеханизмов может сделать реальностью пилотируемые полеты на Марс, освоение поверхности Луны.

1.4 Нанотехнологии в медицине

Последние успехи нанотехнологий, по словам ученых, могут оказаться весьма полезными в борьбе с раковыми заболеваниями. Разработано противораковое лекарство непосредственно к цели - в клетки, пораженные злокачественной опухолью. Новая система, основанная на материале, известном как биосиликон. Наносиликон обладает пористой структурой (десять атомов в диаметре), в которую удобно внедрять лекарства, протеины и радионуклиды. Достигнув цели, биосиликон начинает распадаться, а доставленные им лекарства берутся за работу. Причем, по словам разработчиков, новая система позволяет регулировать дозировку лекарства.

На протяжении последних лет сотрудники Центра биологических нанотехнологий работают над созданием микродатчиков, которые будут использоваться для обнаружения в организме раковых клеток и борьбы с этой страшной болезнью.

Новая методика распознания раковых клеток базируется на вживлении в тело человека крошечных сферических резервуаров, сделанных из синтетических полимеров под названием дендримеры (от греч. dendron - дерево). Эти полимеры были синтезированы в последнее десятилетие и имеют принципиально новое, не цельное строение, которое напоминает структуру кораллов или дерева. Такие полимеры называются сверхразветвленными или каскадными. Те из них, в которых ветвление имеет регулярный характер, и называются дендримерами. В диаметре каждая такая сфера, или наносенсор, достигает всего 5 нанометров - 5 миллиардных частей метра, что позволяет разместить на небольшом участке пространства миллиарды подобных наносенсоров.

Оказавшись внутри тела, эти крошечные датчики проникнут в лимфоциты - белые кровяные клетки, обеспечивающие защитную реакцию организма против инфекции и других болезнетворных факторов. При иммунном ответе лимфоидных клеток на определенную болезнь или условия окружающей среды - простуду или воздействие радиации, к примеру, - белковая структура клетки изменяется. Каждый наносенсор, покрытый специальными химическими реактивами, при таких изменениях начнет светиться.

Чтобы увидеть это свечение, ученые собираются создать специальное устройство, сканирующее сетчатку глаза. Лазер такого устройства должен засекать свечение лимфоцитов, когда те один за другим проходят сквозь узкие капилляры глазного дна. Если в лимфоцитах находится достаточное количество помеченных сенсоров, то для того, чтобы выявить повреждение клетки, понадобиться 15-секундное сканирование, заявляют ученые.

Здесь ожидается наибольшее влияние нанотехнологии, поскольку она затрагивает саму основу существования общества - человека. Нанотехнология выходит на такой размерный уровень физического мира, на котором различие между живым и неживым становится зыбким - это молекулярные машины. Даже вирус отчасти можно считать живой системой, поскольку он содержит в себе информацию о своём построении. А вот рибосома, хотя и состоит из тех же атомов, что и вся органика, но такой информации не содержит и поэтому является лишь органической молекулярной машиной. Нанотехнология в своём развитом виде предполагает строительство нанороботов, молекулярных машин неорганического атомного состава, эти машины смогут строить свои копии, обладая информацией о таком построении. Поэтому грань между живым и не живым начинает стираться. На сегодняшний день создан лишь один примитивный шагающий ДНК-робот.

Наномедицина представлена следующими возможностями:

1. Лаборатории на чипе, направленная доставка лекарств в организме.

2. ДНК – чипы (создание индивидуальных лекарств).

3. Искусственные ферменты и антитела.

4. Искусственные органы, искусственные функциональные полимеры (заменители органических тканей). Это направление тесно связано с идеей искусственной жизни и в перспективе ведёт к созданию роботов, обладающих искусственным сознанием и способных к самовосстановлению на молекулярном уровне. Это связано с расширением понятия жизни за рамки органического

5. Нанороботы-хирурги (биомеханизмы осуществляющие изменения и требуемые медицинские действия, распознавание и уничтожение раковых клеток). Это является самым радикальным применением нанотехнологии в медицине будет создание молекулярных нанороботов, которые смогут уничтожать инфекции и раковые опухоли, проводить ремонт повреждённых ДНК, тканей и органов, дублировать целые системы жизнеобеспечения организма, менять свойства организма.

1.5 Нанотехнологии в пищевой промышленности

Наноеда (nanofood) – термин новый, малопонятный и неказистый. Еда для нанолюдей? Очень маленькие порции? Еда, сработанная на нанофабриках? Нет, конечно. Но всё же это — любопытное направление в пищевой отрасли. Оказывается, наноеда – это целый набор научных идей, которые уже находятся на пути к реализации и применению в промышленности. Во-первых, нанотехнологии могут предоставить пищевикам уникальные возможности по тотальному мониторингу в реальном времени качества и безопасности продуктов непосредственно в процессе производства. Речь идёт о диагностических машинах с применением различных наносенсоров или так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты. И производство пищи, и её транспортировка, и методы хранения могут получить свою порцию полезных инноваций от нанотехнологической отрасли. По оценке учёных, первые серийные машины такого рода появятся на массовых пищевых производствах в ближайшие четыре года. Но на повестке дня и более радикальные идеи. Вы готовы проглотить наночастицы, которые невозможно увидеть?  А что если наночастицы будут целенаправленно использоваться для доставки к точно выбранным частям организма полезных веществ и лекарств? Что если такие нанокапсулы можно будет внедрять в пищевые продукты?  Пока ещё никто не употреблял наноеду, но предварительные разработки уже идут. Специалисты говорят, что съедобные наночастицы могут быть сделаны из кремния, керамики или полимеров. И разумеется — органических веществ.  И если в отношении безопасности так называемых "мягких" частиц, сходных по строению и составу с биологическими материалами – всё ясно, то "твёрдые" частицы, составленные из неорганических веществ – это большое белое пятно на пересечении двух территорий — нанотехнологии и биологии.  Учёные ещё не могут сказать, по каким маршрутам подобные частицы будут путешествовать в теле, и где в результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить. Зато некоторые специалисты уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды. Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам.  Идея заключается в следующем: каждый покупает один и тот же напиток, но затем потребитель сможет сам управлять наночастицами так, что на его глазах будут меняться вкус, цвет, аромат и концентрация напитка.

1.6. Нанотехнологии в военном деле

Военное использование нанотехнологий открывает качественно новый уровень военнотехнического господства в мире. Основными направлениями в создании новых вооружений на базе нанотехнологии можно считать:

1. Создание новых мощных миниатюрных взрывных устройств.

2. Разрушение макроустройств с наноуровня.

3. Шпионаж и подавление боли с использованием нейротехнологий.

4. Биологическое оружие и наноустройства генетического наведения.

5. Наноснаряжение для солдат.

6. Защита от химического и биологического оружия.

7. Наноустройства в системах управления военной техникой.

8. Нанопокрытия для военной техники.

Нанотехнология позволит производить мощные взрывчатые вещества. Размер взрывчатки можно уменьшить в десятки раз. Атака управляемых снарядов с нановзрывчаткой на заводы по регенерации ядерного топлива может лишить страну физической возможности производства оружейного плутония. Внедрение малогабаритных роботизированных устройств в электронную технику может нарушать работу электрических контуров и механики при помощи. Сбой работы центров управления и командных пунктов невозможно предотвратить если не изолировать наноустройства. Роботы для разборки материалов на уровне атомов, станут мощным оружием, превращающим в пыль броню танков, бетонные конструкции дотов, корпуса ядерных реакторов и тела солдат. Но это пока лишь перспектива для развитой формы нанотехнологии. А пока исследования ведутся в области нейронных технологий, развитие которых приведет к появлению боевых наноустройств, осуществляющих шпионаж, либо перехват контроля над функциями человеческого организма, используя подключение с помощью наноустройств к нервной системе. В лабораториях NASA уже созданы действующие образцы оборудования для перехвата внутренней речи. Фотонные компоненты на наноструктурах, способные получать и обрабатывать огромные массивы информации, станут основой систем космического мониторинга, наземного наблюдения и шпионажа. С помощью наноустройств внедрённых в мозг возможно получение "искусственного" (технического) зрения с расширенным спектром восприятия, по сравнению с биологическим зрением. Система подавления боли у солдат, вживляемая в тело и мозг, разрабатываются нейрочипы.

Следующим применением нанотехнологии в военной сфере являются наноустройства генетического наведения. Наноустройство с генетическим наведением может быть запрограммировано на выполнение тех или иных разрушительных действий в зависимости от генетической структуры ДНК клетки, в которой оно оказалось. В качестве условия активации устройства задаётся уникальный участок генетического кода конкретного человека или шаблон для действий над группой людей. Отличить обычную эпидемию от этнической чистки будет практически невозможно без средств обнаружения нанороботов. Наноустройства будут срабатывать только против заданного типа людей и при строго определенных условиях. Попав в организм, наноустройство никак себя не проявит, до команды активизации.  Следующим применением нанотехнологий является экипировка и снаряжение солдат. Предлагается сделать из человека, обмундирования и оружия некий гибрид, элементы которого будут настолько тесно связаны между собой, что полностью экипированного солдата будущего можно будет назвать отдельным организмом.

Нанотехнология дала прорыв в изготовлении брони и бронежилетов.

Военную технику предполагают оснастить специальной "электромеханической краской", которая позволит менять цвет и предотвратит коррозию. Нанокраска сможет "затягивать" мелкие повреждения на корпусе машины и будет состоять из большого количества наномеханизмов, которые позволят выполнять все вышеперечисленные функции. С помощью системы оптических матриц, которые будут отдельными наномашинами в "краске", исследователи хотят добиться эффекта невидимости машины или самолета.

Нанотехнология внесёт изменения в военной сфере. Новая качественно преобразованная и неконтролируемая гонка вооружений. Контроль за нанотехнологией может быть реально осуществлён лишь в глобальной цивилизации. Нанотехнология позволит произвести полную механизацию полевой войны, исключающие присутствие модернизированных солдат.

Таким образом, главным выводом о результате проникновения нанотехнологии в сферу вооружения является перспектива образования глобального общества способного контролировать нанотехнологию и гонку вооружения. Это тенденция универсализма определяется рациональностью техногенной цивилизации и выражает её интересы и ценности.

2. Использование нанотехнологий в быту

Нанотехнологии у многих прочно ассоциируются с будущим, но на самом деле они уже давно применяются в тех вещах, которые мы ежедневно используем. Многие волшебные свойства предметов — это все благодаря нанотехнологиям! Давайте рассмотрим самые яркие примеры:

• Современные телефоны. - Благодаря использованию нанотехнологий появилась возможность оснастить смартфоны, и другие устройства специальными датчиками, которые выступают в роли защиты. Даже при разбитом стекле микрочипы не перестают работать.

• В теннисе нанотехнологии сыграли важную и одну из главных ролей. Наночастицы содержаться в теннисных ракетках и мячиках. Благодаря им, они стали гораздо легче, мячи более прыгучими и быстрыми.

• Зубная паста. Ранее никто не задумывался о том, почему очищающее средство для зубов бывает разным. Это все объясняется наличием определенных наночастиц. Например, гидроксиапатит кальция, который незаметен невооруженным глазом, помогает восстановить разрушенную эмаль и защитить зубы от кариеса.

• Лейкопластырь. Нанотехнологии в быту встречаются в самых неожиданных предметах. Например, обычный лейкопластырь. Он имеет нанослой серебра, который способствует быстрому заживлению и обладает антибактериальными свойствами.

• Нанотехнологии немаловажную роль сыграли и в развитии моды. С применением новейших технологий производятся лыжные куртки. Они очень хорошо сохраняют тепло, не пропускают ветра и не мокнут. Также наночастицы используют при создании иной спортивной одежды, которая не мнется, устойчива к загрязнениям и ненастьям.

• Нанотехнологии стали популярными при разработке и выпуске сантехники. Наночастицы позволяют создавать особое покрытие, которое долго сохраняет свой товарный блестящий вид и очень легко чистится.

3. Перспективы развития и возможности нанотехнологий.

Нанотехнологический контроль изделий и материалов, буквально на уровне атомов, в некоторых областях промышленности стал обыденными делом. Реальный пример — DVD-диски, производство которых было бы невозможно без нанотехнологического контроля матриц.

Перспективы в медицине. Создание молекулярных роботов-врачей, которые, находясь внутри человеческого организма, устраняли бы все возникающие повреждения, или предотвращали таковые. Например, лечение онкологических заболеваний можно будет реализовывать посредством доставки атомарного кислорода непосредственно к раковым клеткам с целью их последующего уничтожения.

Перспективы в промышленности 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. Произойдет переход от существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до нескольких нанометров. Будут разработаны так называемые нейроноподобные схемы.

Перспективы в сельском хозяйстве Смена источников пищевых ресурсов. Замена пищевых растений и животных их искусственными аналогами — комплексами из молекулярных роботов, которые будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живых организмах, однако более коротким и эффективным путем. Это позволит решить некоторые экологические и продовольственные проблемы.

Перспективы в биологии. Манипулирование клетками в живом организме. Обсуждаются возможности восстановление вымерших видов, либо создания новых живых существ.

Перспективы в экологии. Создание роботов-санитаров экосферы превращающих отходы жизнедеятельности человека в исходное сырье. Перевод промышленности и сельского хозяйства на безотходные методы. Перспективы в освоении космоса. Создание экосферы на безжизненных планетах, подготовка для заселения их людьми. Создание стационарных космических станция из имеющихся на месте материалов.

4. Опасности нанотехнологий

Внедрение нанотехнологий в различных отраслях человеческой деятельности неизбежно ставит и проблему воздействия наноматериалов на среду обитания человека. Нанотехнологии сейчас используются в косметологии, компьютерной отрасли и промышленности, а в перспективе, как ожидается, найдут широкое применение в медицине, аэрокосмической сфере и так далее. Важнейшим объектом внимания при оценке риска для здоровья, связанного с наноматериалами, является использование нанотехнологий при производстве электронной техники, строительных материалов, пищевых продуктов, парфюмерно-косметической продукции как при непосредственном их использовании или употреблении, так и при воздействии поступления наночастиц и наноматериалов в окружающую среду в процессе их производства. Наиболее изученными являются неблагоприятные эффекты ингаляционного поступления наноматериалов в организм человека. Широко обсуждаются вероятные системные эффекты при данном пути поступления наноматериалов. Возможные биологические эффекты поступления наноматериалов в организм через желудочно-кишечный тракт изучены пока недостаточно, однако имеются данные, свидетельствующие о том, что различные вещества и материалы при переводе их в форму наночастиц могут значительно изменять свои физико-химические свойства, что может отразиться на их физиологических эффектах в процессе всасывания в пищеварительном тракте и усвоении в организме. Ряд экспертов считают, что исследователи по всему миру недооценивают риски, которые могут быть сопряжены с нанотехнологиями. Многие из них высказываются о необходимости разработки специальных методик, которые позволят оценить токсичность наноматериалов и их влияние на экологию уже в течение ближайших трех-пяти лет.

5. Ноу-хау нижегородских ученых

В настоящее время в Нижегородской области действуют четыре института и два филиала московских институтов Российской академии наук, пять НИИ Министерства образования, 66 отраслевых НИИ (включая Всероссийский ядерный центр ВНИИЭФ), 15 научно-исследовательских подразделений заводского сектора. Научными разработками занимаются 107 предприятий и организаций — это 48 тысяч человек (количество исследователей на 10 000 населения в регионе превышает средний показатель по РФ в четыре раза).

Наряду с фундаментальными исследованиями институты РАН выполняют большой объем прикладных работ, многие из которых направлены на создание принципиально новых технологий, приборов, элементной базы, превосходящих не только российский, но и мировой уровень.

Нельзя обойти вниманием город Саров, в котором расположен Российский федеральный ядерный центр Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (предприятие Росатома РФЯЦ-ВНИИЭФ в Сарове). Специалисты этого центра разработали и запатентовали уникальный оптический суперкомпьютер, который имеет большие преимущества перед традиционными ЭВМ.

Что касается конкретных задач, которые можно было бы решать с помощью фотонных вычислительных машин, то это, например, задачи по изучению генетических особенностей людей, что важно для медицины.

6. Социальный опрос

Мы даже не подозреваем, что нанотехнологии помогают нам в повседневной жизни при работе с компьютерами и интернетом. Наночастицы используются для увеличения параметров памяти жестких дисков. Благодаря разработкам, появились ноутбуки, нетбуки, айфоны, смартфоны и многие другие современные гаджеты.

Мне стало интересным оценить сложившиеся представления о нанотехнологиях в медицине, в космосе, в пищевой промышленности, в военном деле у студентов техникума и я провел опрос.

Целью опроса являлось определение уровня осведомленности студентов о нанотехнологиях.

В опросе приняли 46 человек обучающихся в ГБПОУ БТТ

Была составлена анкета из 5 закрытых вопросов, посредством которой были опрошены студенты:

Большая часть опрошенных, знают, что такое нанотехнологии в современном мире, а также считают, что нанотехнологии в России так или иначе развиваются. Большинство участников опроса, заинтересованы в развитии нанотехнологий.

Заключение

Уже сегодня мы можем пользоваться преимуществами и новыми возможностями нано технологий в:

• медицине, в том числе авиационно-космической;

• фармакологии;

• защите здоровья нации в условиях нарастающего экологического кризиса и техногенных катастроф;

• глобальных вычислительных сетях и информационных коммуникациях на новых физических принципах;

• системах сверхдальней связи;

• автомобильной, тракторной и авиационной технике;

• безопасности дорожного движения;

• системах информационной безопасности;

• решении экологических проблем мегаполисов;

• сельском хозяйстве;

• решении проблем питьевого водоснабжения и очистки сточных вод;

• принципиально новых системах навигации;

• возобновление природных минеральных и углеводородных сырьевых ресурсов.

Как видим, в недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы самые радужные. Некоторые рассматривают ее как панацею от всех бед, другие грозят бедами при неосторожном ее использовании. Тем не менее, нанотехнологии – это уже настоящее. Остается только надеяться, что люди разумно распорядятся ее потенциалом и направят ее энергию во благо человечества.

Список использованной литературы

1. Рыбалкина М. «Нанотехнологии для всех». М.: УРСС. 2015. 444с.

2. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию/Н. Кобаяси. – М.:Бином, 2019 - 134с

3. Чаплыгин А. «Нанотехнологии в электронике» / А.Чаплыгин. - 2005 М.:техносфера

4. Жоаким К., Плевер Л. «Нанонауки. Невидимая революция». КоЛибри, 2019 – 240с.

5. Яфаров Р. К. «Физика СВЧ вакуумно-плазменных нанотехнологий». Физматлит, М. 2019. 216с.

6. Третьякова Ю.Д. Нанотехнологии.Азбука для всех. 2-е изд. М..Физматлит. 2010 368с.

Интернет-ресурсы:

1. http://www.nanonewsnet.ru/

2. http://www.nanonewsnet.ru/news

3. http://www.nanonewsnet.ru/articles/2010/molekulyarnye-roboty-nanorazmernye-pauki-idut-k-tseli

4. http://old.nanonewsnet.ru/

5. http://catalog.aport.ru/rus/hitrate.aspx?urlid=1482463

6. http://subscribe.ru/catalog/industry.comp.nano

7. http://www.google.ru/images?hl=ru&newwindow=1&q=%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3%D0%B8%20%D0%BE%20%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8&um=1&ie=UTF-8&source=og&sa=N&tab=wi

8. http://army.lv/ru/boevie-nanotehnologii/2139/4106

9. http://popnano.ru/analit/index.php?task=view&id=576

Нанотехнологии в медицине.

Нанотехнологии в космосе.

Нанотехнологии в пищевой промышленности.

Нанотехнологии в военном деле.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/494536-proekt-po-fizike-spo-1-kurs-nanotehnologii