ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего
"МАТИ" - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
университет им.
Кафедра "Технология производства приборов и систем управления
летательных аппаратов"
РЕФЕРАТ
на тему: «Конструктивно-технологические свойства и технологии получения наноматериалов» по дисциплине «Введение в специальность»
Студент гр.3АСУ-1ДС-160 ___________________
Руководитель, к. т.н., проф. _________________
Москва 2008г.
Содержание
Введение
1 Нанотехнологии, основные понятия.
1.1 Наночастицы.
1.2 Нанотрубки.
1.3 Ассемблер и Репликатор.
1.4 Историческая справка.
2 Применение наноматериалов
2.1 Сверхпрочные материалы
2.2 Высокопроводящие материалы
2.3 Нанокластеры
3 Получение наноматериалов
4Возможности нанотехнологий, их роль в жизнедеятельности человека.
5 Общие выводы.
Литература:
Журнал “Техника-Молодёжи”.
Журнал “Нано - и микросистемная техника”.
”Википедия”-универсальная энциклопедия.
, , “Наноматериалы и нанотехнологии // Микросистемная техника” 2003. №8. С. 3-13.
Интернет.
ВВЕДЕНИЕ
ЗНАЧЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
В последнее время часто встречается такое понятие, как «нанотехнологии». В конце августа 2007 года правительство Российской Федерации приняло федеральную целевую программу по развитию наноиндустрии в России. Слово «нанотехнологии» в одночасье стало модным, средства массовой информации живо обсуждают перспективы страны в свете развития этой многообещающей научной отрасли. Это слово стало настолько популярным, что его можно услышать практически повсюду: вокруг нанотехнологий поднялся настоящий ажиотаж.
Но, несмотря на такую распространённость, значение слова «нанотехнологии» известно далеко не всем. Подтвердил это состоявшийся в сентябре 2007 года опрос (см. «приложения»). 1800 экономически активным гражданам из разных регионов Российской Федерации был задан вопрос: «Знаете ли вы, что такое нанотехнологии?» В ходе данного опроса выяснилось, что достаточно хорошо знакомы с темой лишь 24% опрошенных, 49% респондентов ответили, что лишь приближённо знакомы с понятием, остальные опрашиваемые либо абсолютно не знали значение слова «нанотехнологии», либо отвечали неверно.
Почему же так важно знать, что же такое «нанотехнологии»? Почему государство выделяет большие средства из бюджета на их развитие? Почему следует привлечь к этому внимание широкой общественности?
Нано – это мельчайшая частица, нанотехнология – это техника манипуляции на атомном уровне, то есть технология, оперирующая с объектами величиной порядка нанометра. Нанометр – миллиардная часть метра, сопоставимая с размерами атомов. Поэтому переход от «микро» к «нано» - это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.
Дело в том, что применение нанотехнологий и развитие наноиндустрии открывает огромные перспективы перед человечеством. Медицина, биология, экология, промышленность, сельское хозяйство, освоение космоса – далеко не все сферы научной и хозяйственной жизни человека, уровень которых можно значительно повысить с помощью нанотехнологий. Мало кто знает, что, используя нанотехнологии, возможно уничтожить раковые опухоли, предотвратить многие, в том числе и глобальные (например, разрушение озонового слоя) проблемы в области экологии, создать новые виды источников энергии, при этом заставив человечество не заботиться о добыче нефти и других видов топлива… Но всё это существует пока что только теоретически: не хватает научной базы. Разработки в этой области и подготовка квалифицированных специалистов чрезвычайно важны.
В современном мире развитием наноиндустрии занимаются правительства многих развитых стран. Наиболее успешны в этой области
США и Япония, которые тратят огромные деньги из государственного бюджета на развитие нанотехнологий. Также большие инвестиции в развитие данной сферы вносят страны Европейского Союза и Россия (см. «приложения»). Наша страна планирует выделить 300-400 миллиардов
рублей в течение пяти лет, часть необходимого оборудования приобретается уже сейчас.
Программа развития нанотехнологий является одной из ведущих в мире, её сравнивают с программой ядерного и космического проекта. Специалисты по всему миру работают в сфере нанотехнологий уже около 15 лет. Сейчас готовится мощный проект с обязательным внедрением в производство.
Значение нанотехнологий в жизнедеятельности человека трудно переоценить. Несмотря на то, что в основном все проекты, связанные с этой областью пока что существуют лишь теоретически, всё же нанотехнологии уже нашли своё применение в некоторых сферах жизни человека. Яркий пример – жидкокристаллические экраны, DVD-диски, производство которых было бы невозможно без нанотехнологического контроля матриц, а также, светодиоды. Замена ламп накаливания на светодиоды даст экономию в энергетике 10% по самым скромным оценкам.
Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией.
Нанотехнологии признаны основной движущей силой науки и техники XXI века.
Вот почему так важна отрасль нанотехнологий, которые, предполагается, могут воплотить в реальность мечту фантастов о колонизации и заселении иных планет, так как, возможно, устройства-нанороботы смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека.
Все это пока что лишь догадки ученых, но все-таки, нанотехнологии – та область науки, к которой следует привлечь внимание общества, так как нанотехнологии – это технологии будущего.
Остановимся подробней на самом понятии слова «нанотехнология».
ГЛАВА 1
НАНОТЕХНОЛОГИЯ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Нанотехнология является логическим продолжением и развитием микротехнологии. Микротехнология, совокупность науки, изучающей микрообъекты, и технологий работы с объектами порядка микрометра (тысячная доля метра), стала основой для создания современной микроэлектроники. Сотовые телефоны, компьютеры, Интернет, разнообразная бытовая и потребительская электроника – всё это неузнаваемо изменило как мир, так и человека. Столь же сильно изменит мир и нанотехнология.
Нанотехнология – междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования атомами и молекулами.
Название «нанотехнология» происходит от слова «нанометр» - миллиардная часть метра. Иными словами, под названием «нанотехнология» следует понимать комплекс научных и инженерных дисциплин, исследующих процессы, происходящие в атомном и молекулярном масштабе. Нанотехнология предполагает манипуляции с материалами и устройствами настолько маленькими, что ничего меньшего быть не может (см. «приложения»). Говоря о наночастицах, обычно подразумевают размеры от 0,1 нанометра до 100 нанометров. Заметим, что размер большинства атомов лежит в интервале от 0,1 до 0,2 нанометров, ширина молекулы ДНК примерно 2 нанометра, характерный размер клетки крови приблизительно 7500 нанометров, человеческий волос – 80000 нанометров. Получается, что нанотехнология работает уже не с веществом, а с его составными частицами – атомами.
Объекты нанотехнологий, с одной стороны, могут иметь характеристические размеры указанного диапазона:
- наночастицы, нанопорошки (объекты, у которых три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нанометров);
- нанотрубки, нановолокна (объекты, у которых два характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нанометров);
- наноплёнки (объекты, у которых один характеристический размер находится в диапазоне до 100 нанометров).
Почему же маленькие объекты приобретают столь специфические свойства на уровне наномасштабов? К примеру, небольшие группы атомов золота и серебра демонстрируют уникальные каталитические свойства, в то время, как большие по размеру образцы обычно инертны. А наночастицы серебра демонстрируют отчётливо выраженные антибактериальные свойства и потому обычно используются в новых типах перевязочных материалов. Всё
дело в том, что при уменьшении размера частиц возрастает отношение поверхности к объёму. По этой причине наночастицы существенно легче вступают в химические реакции. В дополнение к этому, на уровне менее 100 нанометров появляются эффекты квантовой физики. Квантовые эффекты могут влиять на оптические, электрические или магнитные свойства материалов непредсказуемым образом. Маленькие кристаллические образцы некоторых веществ становятся прочнее, поскольку они просто достигают
состояния, при котором не могут раскалываться так, как это происходит у больших кристаллов, когда на них воздействуют с усилием.
Для исследования свойств нанообъектов, несомненно, нужны особо сильные микроскопы. Одним из методов, используемых для их изучения, является атомно-силовая микроскопия. С помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) можно не только увидеть отдельные атомы, но также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Учёным уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности материала, используя данный метод. Например, в исследовательском центре компании IBM, последовательно перемещая атомы ксенона на поверхности монокристалла никеля, сотрудники смогли выложить три буквы логотипа компании, используя 35 атомов ксенона.
1.1 НАНОЧАСТИЦЫ
Частицы, размерами от 1 до 1000 нанометров называют наночастицами, хотя частицы размером свыше 100 нанометров наночастицами можно назвать лишь условно. Оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дешевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров – белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
