XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

ВВЕДЕНИЕ

В настоящий период не все понимают, что же такое нанотехнология, хотя за данной наукой стоит завтрашний день. Сфера этой дисциплины и техники, называемая нано-технологией, возникла относительно не так давно. Возможности этой науки колоссальны. «Нано» - обозначает одну миллиардную часть той или иной величины. К примеру, нанометр – 1-а биллионная доля метра. Данные масштабы, похоже, с размерами молекул и атомов.

Более точное определение нанотехнологий звучит так, что это технологии, которые манипулируют элементом на уровне молекул и атомов, по - другому нанотехнологии можно назвать молекулярной технологией. Большой толчок к формированию нано технологий оказала лекция Ричарда Фейнмана, где он научно подтверждает, что сточки зрения физики отсутствуют все преграды к тому, чтобы формировать вещи прямо из атомов.

Для указания ресурса результативного манипулирования атомами был установлен термин – ассемблера молекулярной наномашины, который способен создать любую молекулярную структуру. Образец естественного ассемблера – рибосома, синтезирующая протеин в живых организмах.

Несомненно, нанотехнологии – это не просто отдельная часть познаний, а глубокая, многосторонняя сфера исследований, сопряженных с базовыми науками. Можно отметить, что почти любой предмет, который изучается в школе, университете, так или иначе будет связан с предстоящими технологиями [1].

Наиболее явной представляется связь «нано» с физикой, химией и, конечно, биологией. Очевидно, именно эти приобретут наибольший стимул к развитию в связи с надвигающейся нанотехнической революцией.

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЙ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Впервые использовал слово «атом» греческий философ Демокрит, с целью отображения небольшой частицы вещества. В течение 20 столетий общество стремилось проникнуть в секрет структуры данной частицы. Для многих поколений физиков эта задача была нерешаема. Но уже в первой половине XX века Макс Кнолл и Эрнст Руской создали электронный микроскоп, который предоставил возможность исследовать подобные нанообъекты.

Многочисленный список источников, в первую очередь британские, первое затрагивание методов, которые в дальнейшем станут, наименованы нано-технологией, объединяют с известной речью Ричарда Фейнмана: « There’s Plenty of Roo at the Bottom », что в переводе означает, « Там внизу много места », произведённым им в Калифорнии на встрече Американской физической организацией в 1959 году. Р. Фейнман рекомендовал, что допустимо механически передвигать единичные атомы, при поддержке манипулятора соответствующего размера, во всяком случае, такая процедура не противоречила бы известным в настоящий период физическим законам.

Данный манипулятор философ предложил сделать следующим методом. Следует создать систему, которая создавала бы свою копию, но на порядок меньше. Сформированный меньший механизм обязан вновь сформировать копию, в очередной раз на порядок меньше и так до тех пор, пока масштабы системы не будут пропорциональны с размерами порядка одного атома. В то же время здесь следует совершать перемены в устройстве данного механизма, потому что силы гравитации, функционирующие в макромире, станут оказывать наименьшее воздействие, а силы межмолекулярных взаимодействий станут оказывать значительное влияние на работу устройства.

Завершающий этап – приобретенная система соберет собственную копию из отдельных атомов. Очевидно, количество схожих копий безгранично, можно будет за непродолжительный период создать случайное количество подобных машин. Иные машины сумеют таким же способом собирать макровещи. Это даст возможность сделать вещи более экономичными – подобным нанороботам необходимо будет дать нужное число молекул и энергию, и составить план, с целью установки необходимых вещей. Вплоть до наших времен ни один человек не сумел оспорить данную вероятность, также никому не удалось сформировать подобные механизмы. Главный минус такого робота составляет неосуществимость создания устройства из одного атома [2].

Я думаю о формировании концепции с электрическим управлением, в которой применяются произведённые простым методом «обслуживающие роботы» в виде уменьшенных в 4 раза копий. Подобные микромеханизмы смогут непринужденно осуществлять процедуры в уменьшенном масштабе. Речь идёт о маленьких роботах, которые снабжены серводвигателями и небольшими «руками», имеющие все шансы закручивать мизерные болты и гайки. Одним словом, они сумеют осуществлять все без исключения работы в масштабе 1:4. Для этого нужно создать требуемые механизмы, приборы и ручки манипуляторы, размером на ¼ обыкновенной величины.

На последней стадии данные приборы станут, оборудованы серводвигателями и будут присоединены к обыкновенной концепции гальванического управления. Область использования таких микророботов и микромашин способна являться достаточно обширной – от хирургических операций – транспортирования радиоактивных используемых материалов. Думаю, что принцип предлагаемого проекта и связанные с ним внезапные трудности достаточно понятны. Можно задуматься о возможности последующего значимого уменьшения масштабов, что, безусловно, потребует конструкционных перемен и вариантов, однако даст возможность сделать новейшие, более совершенные приборы описанного вида. Так размышлял философ Ричард Фейнман.

 ЧТО ТАКОЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Возникнув совсем недавно, нанотехнологии все без исключения энергично вступают в сферу академических исследований, а затем и в нашу настоящую жизнь. Исследования экспертов все чаще имеют дела с предметами микромира, молекулами, атомами и молекулярными цепочками. Неестественные сформированные нанообъекты регулярно восхищают экспертов собственными свойствами и заверяют наиболее внезапные перспективы собственного использования.

Главной единицей замеров в нанотехнологических изучениях считается нанометр – миллиардная часть метра. В подобных единицах фиксируются значения молекул и атомов, а сейчас и компоненты компьютерных чипов новейшего поколения. Только в нано-масштабе проходят все фундаментальные физические развития, которые характеризуют макровзаимодействия [3].

Мир самостоятельно подсказывает людей на мысль формирования нанообъектов. Каждый микроб, согласно сущности, представляет собой тело, которое состоит из наномашин: ДНК(рис.1) и РНК (рис.2) воспроизводят и передают сведения, рибосомы формируют коллаген из аминокислот, хондриосома добывают энергию. Несомненно, именно на этой стадии формирования науки ученым поступает в голову повторять и улучшать данные явления.

Рис.2. Структура ДНК

Рис.2. Структура РНК

Составление сканирующего микроскопа разрешило гелертерам отличать единичные атомы (рис.3), передвигать их, собирать из них схемы, в частности, элементы предстоящих нано-машин: манипуляторы, моторы, компоненты управления и источники питания.

Рис.3. Атом

Создаются нанокапсулы, с целью непосредственной доставки медикаментов в организме, эластичные солнечные компоненты и большинство подобных поразительных приборов.

Одним из ключевых разновидностей нанообъектов считаются наночастицы. При делении элемента на частички величиной в десятки нанометров общая суммарная плотность частиц в материале возрастает в сотни раз, а из-за этого усиливается связь атомов материала с наружной сферой, так как они практически уже на плоскости. Данное явление применяется в нынешние техники. К примеру, в медицине используется нано-порошок серебра, который владеет дезинфицирующими свойствами. Нано – порошок алюминия стимулирует сгорание твердого ракетного карболеина. Ещё одним ярким примером считаются – фуллерены, конструкции которых напоминают мячи, которые состоят из атомов углерода.

Иным, хорошо популярным наноэлементом считается углеродная нанотрубка (рис.4). Это одноатомный слой углерода, сжатый в цилиндр диаметров в несколько нанометров.

Рис.4. Нанотрубка

В первый раз эти предметы были разработаны в 1952г, а в 1941г заинтересовали внимание экспертов. Надёжность этих трубок превосходит прочность стали в несколько десятков раз, они выдерживают нагревание вплоть до 2500 градусов и p (давление) в тысячи атмосфер. Эта надежность характерна и произведенным на их базе материалам. В электронике нанотрубки имеют все шансы использоваться в роль хороших проводников и полупроводников [4].

Ещё одним наноматериалом считается углерод (рис.5) – двухмерный слой, область, которая состоит из атомов органогена. Исходная проба впервые была получена в Англии. Многие эксперты считают, что этот материал обладает редкими особенностями, что в перспективе станет базой микропроцессоров, вытеснив инновационные полупроводники. Помимо этого, данный материал невероятно прочен.

Выше перечисленные элементы все больше находят область применения, к примеру, от медицины и до космических изучений.

Рис.5. Строение атома углерода

Конечно, самой известной, считается область медицины. Эксперты всегда анализируют, работают над вопросом доставки фармацевтических препаратов напрямую к клеткам, которые поражены какой- либо инфекцией. Главная система транспорта такая, мембрана с биоматериала, в которой пребывают молекулы лекарства. Внешне капсула обтянута полимерными цепочками, с помощью которой обуславливается, когда мембрана дойдёт до целевых тканей, и уже после этого случится вбрасывание медицинских препаратов и расщепление оболочки. Последний этап можно отложить, а осуществлять контроль по мере их наступления, например, дистанционно (нагревом или ультразвуком).

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В одной из сфер, где нанотехнологии формируются усиленно, считается строительная индустрия. Главные исследования в этом секторе должны быть ориентированы на создание новых, наиболее крепких, простых и недорогих строительных материалов. В этой сфере раннее достигнут конкретный рост.

К примеру, Отечественные эксперты с Москвы, Санкт-Петербурга и Новочеркасска создают нанобетон. Специализированные добавки – нано-инициаторы – существенно совершенствуют его механические свойства. Если сравнивать обычный бетон с нанобетоном, то можно сказать, что порог стабильности нанобетона в 1,5 раза выше, морозоустойчивость на ½ от 100% выше и возможность растекания в 3 раза ниже. Причем вес бетонных конструкций, созданных с применением наноматериалов, уменьшается в 6 раз. Создатели заявляют, что применение подобного бетона уменьшает конечную цену систем в 3 раза.

Иным курсом фактического использования нанотехнологий в строительстве считаются разнообразные виды защитных покрытий на базе осуществления лотосного эффекта и фунгицидных материалов. В Испании проходила выставка, где был показан ещё один продукт – покрытие для плитки, которое создано вследствие стратегического партнерства с испанской командой. Одним из основных всемирных производителей удобрения (фритт) глиняных сплавов и глазурей для керамической индустрии. В настоящий период разрабатывается продукт для душевых кабин.

В сфере красок появились современные материалы, которые разработаны на базе нанотехнологий - фронтальная силикатная краска с неповторимыми свойствами. Впервые она была показана в Кельне на выставке 2005 года. Материал с наноструктурой гарантирует значительную адгезию покрытия, как к минеральным, так и органическим формированиям. Вследствие весьма малого размера частиц покрытие также доходит до высокой стабильности к наружным воздействиям [5].

Сочетание пигментных наполнителей в комбинации наноструктурной поверхностью обладает решающим значением для фотокаталитического результата покрытия - грязь на плоскости покрытия разлагается при влиянии освещения. Совокупность наноструктуры гарантирует высокую интенсивность тона, единую устойчивость краски к ультрафиолетовому излучению. Только благодаря этому фасады строений и сооружений удерживают свой первоначальный вид на протяжении многих лет. Показатель влагопоглощения составляет 0,09 кг/м2 обеспечивает охрану от ливня. Это качество весьма распространенно в климатических условиях России. Показатель паропроницаемости тона - 0,001 м, что обеспечивает наибольшую степень «дыхания» стенки при полном присутствии природного режима влажности.

Одним из ярких примеров применения нанотехнологий считается разработка новых эмульсионных материалов для поездов, которые предусмотрены для защиты поверхности вагонов от краски и граффити, а также предания ей такой гладкости, что практически никакая иная краска не сумеет пристать к ней.

НАНОТЕХНОЛОГИИ В КОСМОСЕ

Создана система микроспутников, она не в такой мере уязвима при попытках её ликвидирования. Юные учёные полагают, что к основным вопросам микроминиатюризации спутников из прочих необходимо отнести формирование новых технологий в сфере оптики, методов передачи, концепций связи, получение и обрабатывания информации. Мысль идёт о нанотехнологиях и наноматериалах, которые дают возможность на 2 порядка снизить массу и размеры устройств, выводимых в космическое пространство. К примеру, если сравнивать обычный никель с наноникелем, то прочность наноникеля в 6 раз выше, что позволяет при его применении в ракетных двигателях сократить массу на 25-30%. Снижение массы космической техники решает много задач: продлевает период нахождения агрегата в космосе, даёт возможность улететь намного дальше и утащить на себе большей полезной аппаратуры с целью выполнения исследования. В тоже время решается вопрос энергообеспечения. Маленькие устройства скоро станут использоваться для исследования множества явлений, такие как, влияние солнечных лучей на Земле и приземном пространстве.

На сегодняшний день, космос – это вопрос государственной защищенности и национальной конкурентоспособности нашей страны. Только формирование сверхсложных наносистем способно стать национальным превосходством государства. Наноматериалы ровно, как и нанотехнологии предоставляют нам возможность всерьез говорить о пилотируемых полетах к разным планетам СС (солнечной системы).

Предвидится, что скоро возникнут ведущие программы, которые созданы на базе нанотехнологий. Абстрактно вероятно, что они будут иметь возможность проектировать из готовых атомов абсолютно любой предмет. Стоит только спланировать на компьютере какой - либо продукт, и он будет собран и скопирован сборочным комплексом нанороботов. Это ещё не самые сложные возможности нанотехнологий. Из доктрины известно, что ракетные двигатели работали бы лучше, если бы имели возможность изменять свою форму в зависимости от режима. Данное станет реальностью только с помощью нанотехнологий. Структура более прочная, по сравнению со сталью, более невесомая, чем дерево, сможет увеличиваться, сжиматься и гнуться, меняя силу и курс тяги. Например, космический корабль сможет видоизмениться за какой-то час. Нанотехника, встроенная в комический скафандр и снабжающая вихрь веществ, разрешит синантропу присутствовать в нём безграничный период. Нанороботы способны материализовать мысли мечтателей о заселении иных планет. Данные устройства осилят сформировать на них среду обитания, которая необходима для жизни человека. Эксперты выяснили, что всё это случится в 2025 году [6].

 НАНОТЕХНОЛОГИИ В ВОЕННОМ ДЕЛЕ

Нанотехнологии разрешат изготавливать сильные взрывчатые вещества. Величину взрывчатки можно урезать в десятки раз. Налёт координируемых снарядов с нанозрывчаткой на заводы по восстановлению ядерного гидразина способно отнять в стране физическую возможность производства оружейного актинида. Инъекция малоразмерных роботизированных устройств в электронную технику, возможно, сорвать работу электрических контуров и механики. Повреждение работы центров управления и групповых станций невозможно предотвратить, если не отграничить наноустройства.

Роботы для разработки материалов, станут сильным оружием, превращающим в пылинку броню танков, корпуса ядерных реакторов и тела солдат. Это пока лишь будущее нанотехнологий. На данный момент ведется анализ в сфере нейронных технологий, прогресс которых приведёт к возникновению боевых наноустройств, которые будут следить или перехватывать контроль над функциями человеческого организма, применяя подключение с помощью наноустройств к системе нервных тканей.

В лабораториях NASA уже основаны действующие модели оборудования для перехвата внутреннего голоса. Фотонные элементы на наноструктурах практичные получать и обрабатывать большое количество информации, станут главной концепцией космического мониторинга, наземного шпионажа. При помощи наноустройств внедренных в мозг человека можно получить техническое зрение с широким спектром восприятия, а сравнении с биологическим зрением. Теория подавления боли у солдат, имплантируемая в тело и мозг, разрабатываются нейрочипы [7].

Нанотехнология дала развитие в изготовлении бронежилетов. Боевую спецтехнику считают нужным оборудовать специальным колоритом, который имеет название «электромеханическая краска». Она имеет способность изменять тон и предотвращать разрушения. Нанокраска будет задерживать небольшие повреждения на корпусе машины и будет построена из немалого числа наномеханизмов, которые разрешат осуществить все выше сказанные задачи. Можно отметить, что проникновение нанотехнологий в сферу вооружения – перспектива образования глобального общества, которое способно осуществлять контроль гонку вооружения. Данное стремление определяется осмысленностью техногенной цивилизации, а также показывает увлеченность и пользу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нанотехнология – юная дисциплина, оценка прогресса которой могут до неузнаваемости поменять Вселенную. И какие именно они будут, пригодными или сокрушительными, упрощающие жизнь, или опасные для всего человечества, зависит только от разумности публики. А разумность начистую подчиняется уровню гуманности. Только рассудительные и цивилизованные личности смогут превратить НТ в ступеньку к изучению всего мира.

Список литературы

1. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию/Н. Кобаяси. – М.:Бином, 2005 - 134с

2. Рыбалкина М. «Нанотехнологии для всех». М.: УРСС. 2005. 444с.

3. Первый Балабанов, В.И. Нанотехнология. Наука будущего. — М.: Издательский дом «Эксмо», 2007.

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

5. Интернет-ресурсы: http://www.nanonewsnet.ru/

6. WWW «ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ», https://pandia.ru/text/80/032/1859.php

7. Википедия - свободная энциклопедия.

Код для цитирования: Скопировать