Тема: Нанотехнологии (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Байкальский государственный университет

экономики и права

по дисциплине "Концепции современного естествознания"

Тема:

  Нанотехнологии

Иркутск, 2007

Нанотехнологии — это не только создание каких-то маленьких штучек, ибо мы можем синтезировать функциональность в наномасштабе.

Профессор Прабхакар Бандару (Калифорния)
Оглавление

Анатомия работы.. 4

Вместо введения. 5

Взгляд в недалёкое прошлое. 9

Наномечты.. 10

Взгляд вооружённым глазом.. 13

Прогноз. 20

Финансирование нанотехнологий. 21

Осторожно, опасно!. 23

Заключение. 25

Список использованной литературы.. 26

  Анатомия работы

Объектом исследования явилась вся та масса информации, которую можно встретить во всевозможных журналах и публикациях, а так же в глобальной сети Интернет. Предметом изучения – нанотехнология, её возможности и перспективы.

Цель работы – это сбор информации с последствующим её анализированием и формированием своей компетентной точки зрения. Я позволю себе опустить физическую составляющую вопроса и взглянуть на него с точки зрения любопытного гуманитария; научно-популярный доклад, с упором на слово "популярный". Так же, будет предпринята попытка "между строк" ответить на философские вопросы: не завершит ли цивилизация свой путь под ударом нового нано-оружия? Не взбунтуется ли природа против людей? Как будет эволюционировать человек, как вид? Станет ли он бессмертным?

Актуальность работы очевидна: нанотехнология интенсивно развивается, часто освещается в СМИ, является довольно популярной темой в обществе.

  Вместо введения

  Нанотехнологии – что они?

За последние несколько лет в мировое сознание быстро вошло короткое слово с большим потенциалом — «нано». Оно будит в воображении догадки о сильнейших сдвигах во всех аспектах науки и техники, имеет последствия для экономики, международных отношений и повседневной жизни. Многие видят в нанотехнологиях пана­цею от всех бед, многие — новый этап химических и биологических войн, а нередко и создание нового биологического типа, который заменит человечество.

Что же такое нанотехнологии на самом деле? Наноматериалы и нанотехнологии - это не самостоятельная область знаний и не вновь открытое явление. Скорее всего, это новый ви­ток развития сразу целого ряда наук. К концу прошлого века, ввиду своего ин­тенсивного развития, такие науки, как физика, химия, биология, материало­ведение, перешли на наноуровень, т. е. в этой сфере стали проводиться ис­следования на частицах размером 10-9 метра. (Сама десятичная приставка “нано-” происходит от греческого слова “nanos”, что переводится как “карлик” и означает одну миллиардную часть чего-либо).

Схема 1. Научные основы и объекты нанотехнологии.

Нанотехнология позволяет осуществлять технические процессы на уровне сверхмалых величин порядка от 1 до 100 нанометров (толщина листа бумаги составляет около 100 000 нанометров). Применяется для создания сверхточных при­боров и аппаратуры, а также целого ряда сверхпрочных композиционных материалов, пользующихся широким спросом в таких отраслях, как приборостроение, ма­шиностроение, в авиационно-космичес­кой, в оптико-механической, радиоэлект­ронной, химической, фармацевтической промышленности и др.

На следующих фотографиях, снятых на сканирующем электронном микроскопе высокого разрешения Supra 50 VP, показаны наночастицы ZnO.

Рисунок 1.

Рисунок 2. Нанодудочки.

Рисунок 3.

Рисунок 4. Наноспутник.

Рисунок 5. Нанокуст

Рисунок 6.

Рисунок 7. Наноутварь.

Рисунок 8. Нанопаутина.

Таким образом, ученые и инженеры имеют в своем распоряжении инструментарий, который дает возможность не только наблюдать объекты столь малых размеров, но и производить над ними различные действия. В результате ученый превратился в инженера, который уже может сконструировать наночастицу, а затем из полученных наночастиц создать наноматериал.

По оценкам специалистов в области стратегического планирования, сложившаяся сейчас, в связи с развитием нанотехнологий, ситуация во многом аналогична той, что предшествовала тотальной компьютерной революции, однако последствия нанотехнологической революции будут еще обширнее и глубже. Да, собственно, она уже началась и взрывообразно захватывает все новые и новые области.

  Взгляд в недалёкое прошлое

  Краткая история нанотехнологий

Современная история нанотехнологий начинается в 1959. , Нобелевский призёр, держал речь под названием “There’s Plenty of Room at the Bottom” (приблизительно переводится как "Много места в глубине"). Фейнман говорил, что не знает таких законов, которые мешали бы человеку управлять атомами. Его речь вдохновила многих ученых на поиск возможности контролировать отдельные атомы. Фейнман даже предложил два приза по $1000: первый - человеку, который создаст крошечный механизм размером 0,4 мм; второй – тому, кто создаст книгу, страницы которой будут 100 миллимикронов высотой. Первый приз был востребован уже через год после речи Фейнмана, а второй – только через 26 лет.

Чем меньше становились объекты исследования, тем труднее было их видеть. Но эта трудность была преодолена в 1981 году исследователями IBM. Они изобрели инструмент, названный Туннельным микроскопом (STM), который позволил рассматривать образцы на атомном уровне. За свои усилия они получили в 1986 Нобелевскую премию по Физике. Они же, исследователи в IBM, ответственны за следующий главный скачок вперед: они изобрели другой тип микроскопа, известного как Атомно-силовой микроскоп (AFM), который используется для исследования отдельных атомов.

В то же время, группа исследователей в Университете Райса, во главе с Ричардом Смоллей зарегистрировала неизвестные ранее молекулы карбона (carbon), которые были названы фуллеренами. Фуллерены могут проводить электричество и выдерживать высокую температуру. Они прочнее стали и легче пластмассы. Это открытие вызвало огромное волнение в обществе, а в 1996 году исследователи получили Нобелевскую премию по Химии.

Медленный, но устойчивый темп развития нанотехнологий продолжался в течение 80-ых. В 1989 исследователи IBM поразили общественность тем, что с помощью STM упорядочили 35 отдельных атомов ксенона, сложив из них аббревиатуру "IBM". Это было первой демонстрацией человеческой способности управлять атомами.

В 1991 японский исследователь Самайо Ииджима обнаружила карбоновые нанотрубки. Они напоминали удлинённые фуллерены и имели ещё большую прочность.

В последующие пять лет темп исследований лихорадочно возрос. Один из самых важных экспериментов был проведен опять же в IBM. Дон Эиглер и его исследовательская группа получили эффект, называемый квантовым загоном(Quantum Corral). Магнитный атом помещается в конец эллипса, состоящего из других атомов, и – создаётся мираж. Точно такой же атом, непосредственно напртив этого. Квантовый загон показал теоритическую возможность создания принципиально нового способа передачи любой информации без проводов

В 1999, президент Билл Клинтон учредил Национальную Нанотехнологическую Инициативу (National Nanotechnology Initiative), первую правительственную программу, которая ускорит темп развития и окончательной коммерционализации нанотехнологий. В 2001, Европейский союз одобрил бюджет более чем 16 миллиардов евро для развития науки, на нанотехнологии пришлось 10% этой суммы.

Япония, Tайвань, Сингапур, Китай, Израиль и Швейцария так же принимают подобные меры, что знаменует надвигающуюся глобальную гонку стран.

  Наномечты

  Что может дать нам нанотехнология?

Без малейшего преуменьшения можно сказать, что молекулярная нанотехнология открывает возможность делать просто сказочные вещи, о которых, до сей поры, даже писатели-фантасты боялись писать.

Сейчас умы многих ученых мира заняты проектированием нанороботов - устройств, которые смогут производить действия на атомном и молекулярном уровнях.

Например, если будет изобретен робот-конструктор, способный на атомном уровне контролировать молекулы и производить новые материалы (например, делать воду или кислород), то люди смогут поставить любой производственный процесс на наноуровень. Самое сложное – это непосредственно спроектировать производство объекта, то есть создать всю необходимую информацию о том, как из груды мусора, содержащей необходимые элементы в нужном количестве (ядерный синтез наномашинам будет не под силу), построить объект. После этого производство не будет требовать никаких затрат, кроме подвода энергии, мусора и откачки энтропии в виде тепла.

Итак, самые распространённые фантазии о нанотехнологиях.

В промышленности ожидается настоящая революция: произойдет постепенная замена традиционных методов производства на более прогрессивный вид сборки молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул, вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Поя­вится возможность создания твердых тел и поверхностей с измененной молекулярной структурой, что на практике даст сверхпрочные металлы, ткани и пластмассы. Здесь уже можно на полном серьезе вспомнить о самовосстанавливающихся материалах, разговоры о которых до сегодняшнего момента велись лишь в фантастических романах. Такой ма­териал больше не будет нуждаться в ремонте, умные нанороботы, живущие в нем, сами распознают «поломку» и тут же приступят к исправлению дефекта.

В сельском хозяйстве также произойдет замена «естественных машин» для производства пищи (растений и животных) их искусствен­ными аналогами — 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 — все что угодно)». Стоит ли говорить о том, что подобное «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.