XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

ВВЕДЕНИЕ

 

В данной статье обсуждается широкое использование нано устройств для записи и хранение информации. Рассказывается как были открыты нано частицы. Что такое Нано частица и ее виды. Приводится примеры использования нано технологий. Дается понятия нано устройства. Так же рассказывается о хранении информации ( Нано память) и ее записи ( Нано диспей).

1. ОТКРЫТИЕ НАНО ЧАСТИЦЫ. ПОЯВЛЕНИЕ НАНО ТЕХНОЛОГИЙ.
Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана «Внизу полным-полно места», сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире, будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап — полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать произвольное число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой, собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле — таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы. Вот как Р. Фейнман описал предполагаемый им манипулятор:

В ходе теоретического исследования данной возможности появились гипотетические сценарии конца света, которые предполагают, что нанороботы поглотят всю биомассу Земли, выполняя свою программу саморазмножения (так называемая «серая слизь» или «серая жижа»).

Первые предположения о возможности исследования объектов на атомном уровне можно встретить в книге «Opticks» Исаака Ньютона, вышедшей в 1704 году. В книге Ньютон выражает надежду, что микроскопы будущего когда-нибудь смогут исследовать «тайны корпускул».

Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В 1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер в своих книгах: «Машины создания: Грядущая эра нанотехнологии» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology») и «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation». Центральное место в его исследованиях играли математические расчёты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размерами в несколько нанометров.

2.ЧТО ТАКОЕ НАНО ЧАСТИЦА И ЕЕ ВИДЫ.
Нано частицы — один из наиболее общих терминов для обозначения изолированных ультрадисперсных объектов, во многом дублирующий ранее известные термины (коллоидные частицы, ультрадисперсные частицы), но отличающийся от них чётко определёнными размерными границами. Твёрдые частицы размером менее 1 нм обычно относят к кластерам, более 100 нм — к субмикронным частицам.

В то же время, в некоторых областях знания, в частности, в биомедицинских нано технологиях нано частицами зачастую условно называют и объекты диаметром до нескольких сотен нанометров, малый размер которых также играет значительную роль в их свойствах и применении (в частности, обеспечивая повышенную всасываемость слизистой при пероральном введении и EPR-эффект как «пассивную» адресацию системно вводимых противоопухолевых препаратов). В медицине наночастицы помогают бороться с раком, улучшают качество лекарственных препаратов, а также помогают доставить их в нужные клетки организма. Нанотехнологии используются так же и в протезировании.

В широкой трактовке к наночастицам можно отнести следующие наноразмерные объекты: крупные молекулы органических макроциклических соединений; нековалентные макроциклические структуры (катенаны, ротаксаны, узлы); молекулы полимеров и дендримеров; фуллерены, нанотрубки, наносферы, наноцилиндры, нановолокна, нанопроволоки, нанодиски, нанолуковицы и т.п.; недавно открытый графен, лежащий в основе строения углеродных наночастиц; всевозможные комбинации из нанотрубок, фуллеренов и других наночастиц; ансамбли из наночастиц.

Нанаочастицы Фуллерен и нанотрубка

3.ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНО ТЕХНОЛОГИЙ

Перечислить все области, в которых эта глобальная технология может существенно повлиять на технический прогресс, практически невозможно. Можно назвать только некоторые из них:

‑ элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры;
‑ фотодетекторы; солнечные элементы; различные сенсоры);
‑ устройства сверхплотной записи информации;
‑ телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии; суперкомпьютеры;
‑ видеотехника — плоские экраны, мониторы, видеопроекторы;
‑ молекулярные электронные устройства, в том числе переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне;
‑ нанолитография и наноимпринтинг;
‑ топливные элементы и устройства хранения энергии;
‑ устройства микро‑ и наномеханики, в том числе молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы;
‑ нанохимия и катализ, в том числе управление горением, нанесение покрытий, электрохимия и фармацевтика;
‑ авиационные, космические и оборонные приложения;
‑ устройства контроля состояния окружающей среды;
‑ целевая доставка лекарств и протеинов, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническая и медицинская диагностика, создание искусственных мускулов, костей, имплантация живых органов;
‑ биомеханика; геномика; биоинформатика; биоинструментарий;
‑ регистрация и идентификация канцерогенных тканей, патогенов и биологически вредных агентов;
‑ безопасность в сельском хозяйстве и при производстве пищевых продуктов.

4.ЧТО ТАКОЕ НАНО УСТРОЙСТВО
Наноустройство - механизм, конструкция, или конструктивно законченная часть искусственно созданного объекта наноразмерного масштаба (около 1 - 100 нм), имеющая определенное функциональное назначение. Например, мембрана, имеющая наноразмерный диаметр пропускных каналов; одноэлектронный транзистор. К этой же подгруппе относятся элементы электронной базы устройств, имеющие наноразмерные масштабы. Например, полупроводниковые наногетероструктуры (квантовые точки и квантовые проволоки); спинтронные устройства (на основе магнитных и немагнитных гетероструктур); криоэлектроника и флуксонные устройства на основе сверхпроводящих (джозефсоновских) наноструктур; одноэлектронные квантовые устройства (нано-электрометры, микрокллеры, болометры)..."
Мембрана и одноэлектронный транзистор

5.НАНО ПАМЯТЬ

Неудивительно, что многие фирмы, занятые наноразработками, нацелены на рынок запоминающих устройств, - пожалуй, именно эти изделия сегодня более всех нуждаются в радикальном обновлении. При этом большое значение имеет внедрение новых альтернативных технологий, а не только использование ставшего уже привычным масштабирования. Дело в том, что масштабирование затрудняется такими хроническими недостатками традиционных запоминающих устройств, как утечка накопительных конденсаторов, а также все возрастающей сложностью структуры, чувствительностью к случайным сбоям, вызванным космическими лучами. Другие извечные проблемы заключаются в больших размерах ячеек памяти статических запоминающих устройств, трудностях интеграции динамических запоминающих устройств и флэш-памяти с логическими схемами, а также связаны с медленной скоростью считывания данных из флэш-памяти и ограниченным сроком ее службы

Аналитики насчитали около двадцати альтернативных технологий, нацеленных на рынок запоминающих устройств. Это, в частности, магнитные, ферроэлектрические, молекулярные, MEMS-технологии, а также память на нанотрубках. Объем рынка запоминающих устройств в настоящее время составляет около 48 млрд долл., а к 2008 г., по прогнозу компании iSuppli, он достигнет почти 57 млрд долл.

Молодая американская компания Nantero активно занимается разработкой новой технологии создания энергонезависимой оперативной памяти на основе углеродных нанотрубок - NRAM (Nanotube-based Random Access Memory). По словам разработчиков, такая память будет сочетать в себе лучшие качества запоминающих устройств - дешевизну (DRAM) и энергонезависимость (флэш-память), а также будет обладать высокой стойкостью к воздействию температуры и магнитных полей. Само запоминающее устройство состоит из двух кремниевых подложек, на которых особым образом размещены массивы нанотрубок. Напомним, что толщина углеродной нанотрубки составляет примерно 1/10000 диаметра человеческого волоса, а толщина ее стенки сравнима с размерами атома. Технология массачусетской компании использует два таких свойства, как эластичность (гибкость) нанотрубок и притягивание атомов углерода друг к другу под воздействием ван-дер-ваальсовых сил.

Одним из самых известных нано устройств для хранения памяти является sd-card

6.НАНО ДИСПЛЕИ

Не секрет, что дисплеи, выполненные с использованием нанотехнологий, уже активно осваивают рынок. Не остался в стороне и рынок "электронной бумаги". Так, в прошлом году малоизвестная пока ирландская компания Ntera представила свой продукт NanoChromics Display (NCD). В частности, на конференции DEMO 2005 компания продемонстрировала образцы устройств с NCD-дисплеями - модифицированную версию MP3-плеера Apple iPod и электронную книгу eBook reader.

Одно из названий нового дисплея, разработанного компанией, - "дисплей типа чернила на бумаге" (ink-on-paper display). Как объясняют представители Ntera, назван он так потому, что изображение, сформированное на дисплее, похоже на бумажный рисунок, выполненный чернилами. Эксперты отмечают, что изображение действительно довольно контрастно, а угол обзора для данного экрана составляет 180 град. Это соответствует максимальному значению данного параметра для любых дисплеев вообще. Скорость отклика матрицы в NCD-экранах также достаточно высока. Например, как заверяют представители фирмы, продающиеся сегодня устройства с данными дисплеями могут обеспечивать частоту 60 кадров в секунду.

Изображение остается на дисплее даже тогда, когда питание отключается. Этот эффект достигается благодаря переключению пигментных слоев, которые формируют пикселы. Так как изображение формируется пигментом, дисплей не нуждается в дополнительной подсветке, что существенно снижает его энергопотребление. Стоит также отметить, что для прорисовки начального изображения экран потребляет довольно много энергии. Однако полученное изображение остается на экране в течение многих дней или недель, не нуждаясь в дополнительном электропитании.

Список литературы
1. Наноматериалы, Рыжонков Д.И., Лёвина В.В., Дзидзигури Э.Л., 2017
2. Основы нанотехнологии, Учебник, Кузнецов Н.Т., Новоторцев В.М., Жабрев В.А., Марголин В.И., 2017
3. Нанотехнологии и наноматериалы в агропромышленном комплексе, Федоренко В.Ф., Ерохин М.Н., Балабанов В.И., Буклагин Д.С., Голубев И.Г., Ищенко С.А., 2011
4. Физические основы нанотехнологий, учебное пособие, Смирнов А.Н., Абабков Н.В., 2012

Код для цитирования: Скопировать