Алла Анатольевна Салий,
преподаватель физики
СПБ ГБПОУ «Академия танца Бориса Эйфмана»
Ученическая конференция «Нанотехнологии. Взгляд в будущее»
Вступление.
Ведущие: (2) Самолеты, ракеты, телевизоры и компьютеры изменили окружающий мир в 20веке. Ученые утверждают, что в 21- м веке стержнем новой технической революции станут материалы, лекарства, устройства, средства связи и доставки, сделанные с использованием нанотехнологий. Идея о том, что вполне возможно собирать устройства и работать с объектами, которые имеют наноразмеры, была впервые высказана в речи лауреата Нобелевской премии Ричарда Фейнмана в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте, с докладом «Там, внизу, полно места!». Слово «внизу» в названии лекции означало в «мире очень малых размеров». Тогда Фейнман сказал, что когда-нибудь, например в 2000 году, люди будут удивляться тому, что до 1960 года никто не относился серьезно к исследованиям наномира. По словам Фейнмана человек очень долго жил, не замечая, что рядом с ним живет целый мир объектов, разглядеть которые он не в состоянии. Ну, а если мы не видим эти объекты, то мы не можем и работать с ними.
Сообщение на тему: «История нанотехнологий» (Прил.1).
Ведущие: (1) Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии часто не применимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: это свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты. Именно этим новым свойствам и использованию их в производстве посвящается сообщение, тема которого «Современная наноэлектроника» (Прил.1).
Ведущие: (1) Очень важной в современном мире становится проблема получения энергии, так как ресурсы ископаемого топлива быстро исчерпываются и не возобновляются.
Сообщение на тему «Наноэнергетика. Водородное топливо» (Прил.1).
Ведущие: Нанотехнологии могут привести мир к новой технологической революции и полностью изменить не только экономику и энергетику, но и среду обитания человека, саму жизнь человека и ее длительность. В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне с помощью нанороботов. Сообщением о медицине будущего. (Прил.1)
Ведущие: Подскочило давление? Тогда вам срочно надо скушать вон тот стейк зеленого цвета – он снизит вам давление. Скажите фантастика? Вовсе нет – применение в производстве нанотехнологий позволит получить еду не только вкусную и полезную, но и улучшающую состояние организма, уверяют ученые. У потребителей перспективы перехода на наноеду вызывает, скорее, тревогу. Эта тема для нас – будущих специалистов в сфере приготовления пищи – очень интересна. Что же идет на смену инномодифицированным продуктам и что скоро появится на российском столе?
Сообщение на тему: «Наноеда: полезная или опасная» (Прил.1).
Ведущие: Нанотехнология стала самостоятельной областью науки и превратилась в долгосрочный технический проект, после длительного анализа, проведенного американским ученым Эриком Дрекслером в начале 1980-х годов. На наших глазах фантастика становится реальностью – люди научились перемещать отдельные атомы и складывать из них, как из кубиков, механизмы и устройства необычно малых размеров и поэтому невидимых обычным глазом. О том, что может нанотехнология уже сейчас, и что будет уметь в ближайшем сообщение «Нанотехнологии вокруг нас» (Прил.1).
Ведущие: Все мы хорошо знаем, математика – наука прикладная. Развитие нанотехнологий тоже трудно представить без математики. Ее расчеты, ее теоретические положения необходимы и в наноэлектронике, и в энергетике, в косметологии и в приготовлении пищи. Ведь недаром говорят: «Математика – царица всех наук». Чем же занимаются математики в 21 веке, что было открыто и сделано ими в 20 веке.
Сообщение «Математика на рубеже веков» (Прил.1).
Ведущие: Как хорошо будет жить человек совсем скоро: через каких-нибудь 20-30 лет нанодоктора будут следить за его здоровьем, что позволит человеку прожить долгую интересную и здоровую жизнь, окруженную сказочными материалами, приборами, но развитие нанотехнологий ставит и ряд очень важных вопросов. В первую очередь философского характера. Нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Возможности ее поражают воображение, мощь – вселяет страх. Может нанотехнология таит в себе и опасность для человечества?
Сообщение «Осторожно, нанотехнологии!» (Прил.1).
Закрытие конференции – выступление
Приложение 1
Сообщения учащихся
1. История развития нанотехнологий:
«Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н. э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества. 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. 1959 год. Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы миниатюризации».
1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.
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. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.
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 футуролог Эрк Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.
1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.
1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.
2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование!».
2. Наноэлектроника:
«Наноэлектроника — область электроники, занимающаяся разработкой физических и технологических основ создания интегральных электронных схем с характерными топологическими размерами элементов менее 100 нанометров.
Термин «наноэлектроника» логически связан с термином «микроэлектроника» и отражает переход современной полупроводниковой электроники от элементов с характерным размером в микронной и субмикронной области к элементам с размером в нанометровой области. Этот процесс развития технологии отражает эмпирический закон Мура, который гласит, что количество транзисторов на кристалле удваивается каждые полтора-два года.
Однако принципиально новая особенность наноэлектроники связана с тем, что для элементов таких размеров начинают преобладать квантовые эффекты. Появляется новая номенклатура свойств, открываются новые заманчивые перспективы их использования. Если при переходе от микро - к наноэлектронике квантовые эффекты во многом являются паразитными, (например, работе классического транзистора при уменьшении размеров начинает мешать туннелирование носителей заряда), то электроника, использующая квантовые эффекты, — это уже основа новой, так называемой наногетероструктурной электроники.
Основные задачи наноэлектроники:
· разработка физических основ работы активных приборов с нанометровыми размерами, в первую очередь квантовых;
· разработка физических основ технологических процессов;
· разработка самих приборов и технологий их изготовления;
· разработка интегральных схем с нанометровыми технологическими размерами и изделий электроники на основе наноэлектронной элементной базы».
3. Нанотехнологии вокруг нас:
«Наномир сложен и пока еще сравнительно мало изучен, и все же не столь далек от нас, как это казалось несколько лет назад. Большинство из нас регулярно пользуются теми или иными достижениями нанотехнологий, даже не подозревая об этом. Например, современная микроэлектроника уже не микро-, а нано: производимые сегодня транзисторы - основа всех чипов - лежат в диапазоне до 90 нм. И уже запланирована дальнейшая миниатюризация электронных компонентов до 60, 45 и 30 нм.
Более того, как недавно заявили представители компании "Хьюлетт-Паккард", транзисторы, изготавливаемые по традиционной технологии, будут заменены наноструктурами. Один такой элемент - это три проводника шириной в несколько нанометров: два из них параллельны, а третий расположен под прямым углом к ним. Проводники не соприкасаются, а проходят, как мосты, один над другим. При этом с верхних проводников на нижние спускаются молекулярные цепочки, сформированные из материала нанопроводников под воздействием приложенного к ним напряжения. Построенные по этой технологии схемы уже продемонстрировали способность хранить данные и выполнять логические операции, то есть - заменять транзисторы.
С новой технологией размеры деталей микросхем опустятся существенно ниже планки в 10-15 нанометров, в масштабы, где традиционные полупроводниковые транзисторы просто физически не могут работать. Вероятно, уже в первой половине следующего десятилетия появятся серийные микросхемы (пока еще традиционные, кремниевые), в которые будет встроено некоторое количество наноэлементов, созданных по новой технологии.
Компания "Кодак" в 2004 году выпустила бумагу для струйных принтеров Ultima. Она имеет девять слоев. Верхний слой состоит из керамических наночастиц, которые делают бумагу более плотной и блестящей. Во внутренних слоях расположены пигментные наночастицы размерами 10 нм, улучшающие качество печати. А быстрой фиксации краски способствуют включенные в состав покрытия полимерные наночастицы.
Директор Института нанотехнологий США Чэд Миркин считает, что "нанотехнологии перестроят все материалы заново. Все материалы, полученные с помощью молекулярного производства, будут новыми, так как до сих пор у человечества не было возможности разрабатывать и производить наноструктуры. Сейчас мы используем в промышленности только то, что нам дает природа. Из деревьев мы делаем доски, из проводящего металла - проволоку. Нанотехнологический подход состоит в том, что мы будем перерабатывать практически любые природные ресурсы в так называемые "строительные блоки", которые составят основу будущей промышленности».
4. Осторожно, нанотехнологии!:
«В научных кругах понимание того, что такое риск и как к нему относиться, застыло во времени. А мир не стоит на месте, развиваются всё новые технологии, соответственно, появляются риски, о которых до этого мы даже не догадывались.
Возьмите, к примеру, наночастицы. Они разных размеров, форм, и если вы возьмёте ведёрко наночастиц, все они будут отличаться друг от друга. А мы традиционно считаем, что все частицы одинаковы.
То же и с риском. Он бывает разным: нанолекарства могут послужить причиной болезни человека или животного, нанопестициды способны нарушить экосистему, или мощность одной из наночастиц, возможно, лишит работы многих людей.
Надо признать: мы ещё не до конца понимаем риски, которые представляют собой нанотехнологии».
