XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Нанотехнологии представляют собой сравнительное новое направление, стремительно развивающееся в последние десятилетия, которое связывает науку и технологию. В значительной степени это касается естественных наук: химии, биологии, физики. Междисциплинарные исследования в этих областях привели к значительному достижению и прогрессам и несут в себе актуальное развитие в различных областях медицины, сельского хозяйства, экологии и т.д.

Новое направление в конечном итоге становится на слуху у каждого школьника, но далеко не каждый из них понимает его смысл. Проблема состоит в том, что нанотехнологии интенсивно внедряются в современную жизнь общества и соответственно должны с таким же успехом параллельно изучаться и включаться в школьную программу, что к сожалению, пока не предусмотрено базовыми обучающимися программами. В современных школьных программах не выделяется времени на изучении данных тем. Поэтому у большинства школьников – будущих инженеров или ученых отсутствуют знания и представления о направлении нанотехнологий.

Современный школьник, обучаясь в школе, должен получать информацию по основным направлениям развития науки и технологий. Получаемые знания, с одной стороны, должны быть научными и достоверными, а с другой – представлены в доступной и интересной для обучающихся форме. Для успешного развития науки, ее последние достижения непременно должны внедряться в школьный курс старшеклассников. Несмотря на важность включения данного раздела в учебный план, проблема нехватки часов, отводимых на изучение школьной программы по химии, остается такой же острой. Есть несколько путей решения данной ситуации:

- осуществлять и развивать проектную деятельность учащихся;

- согласовывать в базовых школьных программах по естественнонаучным дисциплинам дополнительные элективные курсы, либо внеурочную деятельность;

- проводить мини-конференции, доклады, семинары на внеклассных мероприятиях посвящённым вопросам нанохимии;

- при изучении тем на уроках, включенных в школьную программу, адаптировать информацию и разбирать на уроках примеры, связанные с нанотехнологиями.

Прежде чем школьникам приступать к изучению технологий, необходимо сначала ознакомиться со смыслом и определением этой науки.

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 атомной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. В Техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается знание и управление процессами, как правило в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм, в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений; использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.

Наноплёнки – тонкие слои материала, толщина которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до нескольких микрон. Наноплёнки могут быть твёрдыми или жидкими (реже – газообразными). Состав, структура и свойства наноплёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. Рассмотрев школьную программу, можно включить изучение материалов по нанотехнологиям и нанопленкам в следующих темах:

1. Простые вещества – металлы: серебро, золото и алюминий. Общие физические и химические свойства металлов, применение. Химические и бактерицидные свойства наночастиц серебра и золота. Новые области применения. Особые свойства алюминия.

2. Простые вещества – неметаллы: углерод и кремний. Особая роль углерода и кремния в наномире. Графен – слой графита. Углеродные нанотрубки – трубки из графена. Фуллерены – наношарики из углерода. Нанокерамика.

3. Волокна. Природные, синтетические, искусственные волокна. Виксеры. Например, продемонстрировать уникальные химические свойства наночастиц можно при изучении электрохимического ряда напряжений металлов. В школьной программе на уроках химии изучают, что те металлы, которые расположены в этом ряду правее водорода, являются не активными, то есть слабыми восстановителями и не вступают в реакцию с обычными кислотами. По этой причине соляная кислота с обычным серебром не реагирует. В свою очередь, наночастицы серебра будут реагировать с соляной кислотой, с выделением водорода. Данная реакция будет протекать благодаря наличию поверхностных эффектов. Суть в том, что в маленькой частице значительно увеличивается доля атомов, находящихся на поверхности. Атомы имеют оборванные связи, и в результате этого они обладают более высокой энергией и активностью.

В настоящее время нанотехнологии используются:

- в развитии медицины (при протезировании, лечении онкологии, в хирургии, улучшении лекарственных препаратов);

- в развитии космической области (теплозащитные и износостойкие покрытия, наноспутники, гибкие солнечные батареи, конструирование роботов-астронавтов, аэрогели, космические телескопы, марсоходы и луноходы);

- в энергетике, биотехнологии, оптике, экологии, электронике, сельском хозяйстве.

Благодаря своевременному обучению школьников направлению нанотехнологий, есть все шансы на то, что интерес к данной области науки у школьников возрастёт, и новое поколение будущих специалистов достигнет в данной области перспективных результатов.

Список литературы

Эрлих, Г.В. Нанотехнологии как национальная идея // Химия и жизнь. – 2008. – №3. – С. 32.

Ахметов, М.А. Введение в нанотехнологии. Химия. – СПб.: Образовательный центр «Участие», 2012. – 108 с.