Нанотехнологии

Министерство образования  и науки РФ

ФБГОУ ВПО «Пензенский  государственный  университет»

Факультет экономики и  управления

Кафедра «Социология и управление персоналом»

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по теме:

«Нанотехнологии»

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы 12эп1

Мальцева Екатерина

Проверил:

Першенков П.П.

 

 

 

 

 

Пенза 2012

Оглавление

 

 

 

Введение
Глава 1. Нанотехнологии
История возникновения и развития нанотехнологий
Что такое нанотехнологии
Глава 2. Применение нанотехнологий
Нанотехнологии в космосе
Нанотехнологии в медицине
Нанотехнологии в сельском хозяйстве и наноеда Нанотехнологии в военном деле
Красота и нанотехнологии Глава 3. Перспективы развития нанонауки
Глава 4. Опасности, связанные с нанотехнологиями
Биологическая угроза
Заключение
Библиографический список литературы
Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время немногие знают, что такое нанотехнология, хотя за этой наукой стоит будущее. Сегодня все ведущие мировые державы развивают новые направления научных исследований, в основе которых лежат нанотехнологии. Такое тотальное внедрение нанотехнологий повлечет за собой значительное улучшение качества и увеличение общей продолжительности жизни людей, быстрое внедрение новых технологий в промышленность, перераспределение ресурсов, снижение социальной напряженности, развитие экологических систем. То есть произойдет качественное изменение экономической, политической жизни мира.

Актуальность данной темы в том, что проблема развития и внедрения нанотехнологий в производственный процесс различных отраслей хозяйства является сейчас очень важной и актуальной, а так же  нанотехнология интенсивно развивается, часто освещается в СМИ, является довольно популярной темой в обществе.

Ученые, достигшие сегодня  высоких результатов в области  нанотехнологий, во многом обязаны  двум изобретениям конца прошлого столетия. В 1981 году физики Герд Бинниг (Gerd Binnig) и Генрих Рорер (Heinrich Rohrer) из исследовательской лаборатории IBM создали сканирующий туннелирующий микроскоп, который позволил им увидеть отдельные атомы. А уже в 1986 году он был модернизирован Гердом Биннигом и позволил не только наблюдать атомы, но и манипулировать ими. Оба ученых за свои революционные труды были удостоены Нобелевской премии. В 1990 году увидела свет эпохальная статья двух исследователей из той же лаборатории IBM - Айглера и Швейцера, под названием «Позиционирование отдельных атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа», и многим стало ясно, что пророчество Фейнмана сбылось - весь мир обошла "нанофотография" удивительной мозаики, образующей символику компании IBM, "выгравированная" отдельными атомами ксенона на поверхности никелевого монокристалла с немыслимой ни в какие времена атомарной точностью.

Цель работы является ознакомление с  нанотехнологий.

Объектом исследования являются нанотехнология, а предметом исследования – нанотехнология, её возможности, проблемы и перспективы.

В соответствии с этим выделены следующие задачи:

• ознакомиться с историей возникновения и развития нанотехнологий;
• раскрыть содержание понятия нанотехнологии;
• рассмотреть возможности применения нанотехнологий;
• выявить возможные перспективы развития нанонауки;
• показать возможные последствия, связанные с применением нанотехнологий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1.  Нанотехнологии

 

1. История возникновения и развития нанотехнологий

 

Дедушкой нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. 2400 лет назад он впервые  использовал слово "атом" для  описания самой малой частицы  вещества.

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

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

1959 Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, в которой он научно доказал, что с точки зрения физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов.

Тогда его слова казались фантастикой только лишь по одной  причине: еще не существовало технологии, позволяющей оперировать отдельными атомами (то есть опознать атом, взять  его и поставить на другое место).Чтобы стимулировать интерес к этой области, Фейнман назначил приз в $1000, тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке, что, кстати, осуществилось уже в 1964 году.

1968 Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нано-обработки поверхностей.

1974 Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехника", предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона.

1981 Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп - прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Через четыре года они получили Нобелевскую премию.

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

1986 Создан атомно-силовой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.

1986 Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

1989 Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

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 от-дельная 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.

 

 

 

2. Что такое нанотехнологии

 

Название нового направления  в науке возникло просто в результате добавления к общему понятию «технология» приставки «нано»¹. «Нано», так же как и «милли», и «микро», – приставки к выражениям единиц линейных размеров для создания производных этих единиц в системе СИ, причем в сторону уменьшения линейных размеров: например, 1 миллиметр (мм) означает одну тысячную долю метра (1 мм = 10^-3 м), 1 микрометр (другое название – микрон) составляет одну миллионную долю метра (1 мкм = 10^-6 м), а 1 нанометр (нм) означает одну миллиардную долю метра (1 нм = 10^-9 м).

Для наглядности можно  указать, что 1 нм составляет одну миллионную долю миллиметра (представим себе любой  измеритель длины с делениями  – линейки, рулетки, штангенциркули и т. п.), и если считается, что человеческий волос имеет в среднем диаметр 100 мкм, то 1 нм примерно в 100 тысяч раз меньше его толщины. Или еще можно сказать так: величины, измеряемые в нанометрах, на 9 порядков меньше величин, сравнимых по размерам с человеческим телом.

К нанотехнологиям принято относить процессы и объекты с характерной длиной от 1 до 100 нм. Верхняя граница нанообласти соответствует минимальным элементам в так называемых БИС (больших интегральных схемах), широко применяемым в полупроводниковой и компьютерной технике. Что касается нижней границы, то размером в 1 нм и около того обладают отдельно взятые молекулы; при этом интересно, что радиус знаменитой двойной спирали молекулы ДНК равен 1 нм, а многие вирусы имеют размер приблизительно 10 нм.

Для понятия «нанотехнология», пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими  ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии, оперирующие величинами порядка нанометра, имеют дело с ничтожно малыми величинами, в сотни раз меньшими длины волны видимого света и сопоставимыми с размерами атомов. Поэтому переходот «микро» к «нано» – это уже не количественный, а качественный переход, скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Квантовая физика XX в. при изучении объектов микромира оперировала в основном их математическими моделями. Теперь ученые могут оперировать объектами микромира непосредственно: искусственно создавать микрообъекты, перемещать их в пространстве, закреплять их на поверхности, то есть действовать так, как будто мы имеем дело с привычными нам макрообъектами.

В научных центрах мира развитие нанотехнологий как технологий изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи идет в основном по трем направлениям: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, величиной примерно со среднюю молекулу; разработка и изготовление наномашин, то есть механизмов и роботов такого же размера; непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего сущего. Именно поэтому они представляются весьма перспективными для получения новых конструкционных материалов, полупроводниковых приборов, устройств для записи информации, ценных фармацевтических препаратов и т. д. Нанотехнологии могут привести мир к новой технологической революции и изменить среду обитания человека.

Из сказанного ясно, что  нанотехнологии объединяют все связанные  непосредственно с атомами и  молекулами технические процессы, осуществляемые и изучаемые в разных естественных науках. Тем самым подчеркивается междисциплинарный характер нового направления в естествознании. Наряду с другими междисциплинарными научными направлениями в естествознании – синергетикой, кибернетикой, системным методом – развитие нанотехнологий является очень ценным научным наследием XX в., неким связующим звеном, обеспечивающим преемственность научных направлений в современном естествознании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Применение нанотехнологий

 

2.1. Нанотехнологии в космосе

 

Применение нанотехнологий в космической технике является одним из наиболее важных и перспективных  направлений.

Стали создаваться спутники и наноприборы до 20 килограмм.²

Создана система микроспутников, она менее уязвима при попытках ее уничтожения ( См. приложение А). 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.