MIOO MPGU функционалдық және наноматериалдар оқу-ғылыми орталығы орта мектептерде нанотехнологиялар туралы оқушылардың түсініктерін қалыптастыру әдістемесі
Ғасырлар аттары... Қолданылған материалдар қоғамның техникалық мәдениетінің негізгі көрсеткіштерінің бірі болып табылады. Бұл «тас дәуірі», «қола дәуірі», «темір дәуірі» ғасырлар атауларында көрініс тапты. 20 ғасыр көп функциялы нано- және биоматериалдар ғасыры деп аталуы мүмкін.
a – трек мембранасы (AFM); b – электронды микроскоптағы микрон өлшемді сымдар (екінші құрылымдар).
Сол жақта нанокристалды материал құрылымының диаграммасы; оң жақта сәулетші Фрэнк Оуэн Герридің үйлер кешені (Дюссельдорф)
Металл шынылар Аморфты күйдегі алғашқы қорытпаны 1960 жылы Калифорния технологиялық институтында П.Дэвеза (эвтектикалық күйдегі Au 75 Si 25 алтын кремний қорытпасы) алды.
Сусымалы аморфты металдар қорытпалары Zr, Ti негізіндегі қорытпалар, сонымен қатар La және өтпелі металдар қосылған Al және Mg. Төмен салқындату жылдамдығы (1 – 500 К/с) салыстырмалы қалың (40 мм-ге дейін) өнімдер алуға мүмкіндік береді.
Нанокристалды материалдарды пайдалану Нанокристалды ыстыққа төзімді қорытпалар реактивті қозғалтқыштардың газ турбиналарының жаңа буынының қалақтарын жасау үшін перспективалы болып табылады. Керамикалық наноматериалдар аэроғарыштық техникада да, ортопедия мен стоматологияда протез жасау үшін де қолданылады.
Нанокристалды материалдарды пайдалану Зымыран отынына нанокристалды алюминийді қосу жану процесін 15 есе жылдамдатуы мүмкін.
Нанофазалық (нанокристалды) қорытпалар алғаш рет Айдағы топырақ үлгілерінде табылды. Олар әлі де аз мөлшерде шығарылады
Композиттер Композиттік материал, композит, екі немесе одан да көп компоненттерден (компоненттерден) тұратын гетерогенді материал болып табылады және компоненттер арасында анық дерлік интерфейс бар. Бөлек алынған құрамдастардың ешқайсысы иеленбейтін қасиеттермен сипатталады
НАНОКОМПОЗИТТЕР Нанокомпозиттерде кем дегенде бір компоненттің наноөлшемдері бар.Матрица-толтырғыш интерфейсінің классикалық мағынасы жоғалады.
Функционалды материалдар (суретте жапондық күн желкені) Функционалды материалдарды қасиеттері басқарылатын түрде белгілі бір мақсатты (атқарушы функцияны) қанағаттандыра алатындай реттелген немесе жобаланған материалдар ретінде анықтауға болады. Бұл және келесі фотода жапондық күн желкендері көрсетілген
Металдандырылған полимерлі жабындар Металлданған жұқа қабықшалы бұйымдар ауыр айна құрылымдарын ауыстыруға арналған. Мұндай материалдар ғарыш аппараттарында термиялық тотығуды тұрақтандырушы жабындар, жарық энергиясын шағылдырғыштар немесе коллекторлар ретінде және оптикалық ақпаратты беру үшін кеңінен қолданылады. Полимид негізіндегі материалдар матрицалық пленка ретінде бірқатар артықшылықтарға ие
Химиялық металдандырылған PI қабықшалары Химиялық металдандырылған қабыршақтарды олардың жоғары шағылысу қабілеті мен жақсы беттік өткізгіштігін ескере отырып, жаңа функционалдық материалдарға жатқызуға болады. Мұндай фильмдердің қасиеттері НАТО Sf халықаралық ғылыми гранты аясында зерттелді. P (Бейбітшілік үшін ғылым) No 978013 Химиялық металдандыру кезінде металл нанобөлшектерінің құрамындағы беткі қабат градиенті түзіледі. Іс жүзінде бұл полимер/металл нанокомпозиті
«Ақылды» материалдар Функционалды материалдар класынан белсенді немесе «ақылды» материалдарды ажыратуға болады. «Ақылды» немесе «ақылды» материалдар күтпеген жағдайларда немесе құрылғының жұмыс режимі өзгерген кезде олардың қасиеттерін тиімді және тәуелсіз өзгертуі керек.
Болашақтың функционалдық материалдары Адамдар әзірлеген «ақылды» материалдарға қатысты футурологиялық міндет кейбір аспектілерде жеке биологиялық органдардың мүмкіндіктерінен асатын гиперфункционалды материалдарды жасау болып табылады.
«Ақылды» материалдар мен құрылғылардың пайда болу себептері Смарт материалдарға қажеттілік қазіргі заманғы механизмдер мен құрылғылардың, бір жағынан, күрделілігіне байланысты, екінші жағынан, барған сайын қатал жұмыс жағдайларына байланысты осал болуымен байланысты. : әртүрлі орта, радиация, қозғалыстың жоғары жылдамдығы және т.б. Әскери техника мамандары адам операторын «жылдамдығы төмен және психофизиологиялық мүмкіндіктерінің айтарлықтай шектелген объектісі» ретінде құрғақ сипаттайды.
Метаматериалдар Функционалды материалдардың ішінде қасиеттері химиялық құрамымен емес, негізінен конструкциялық ерекшеліктерімен анықталатын метаматериалдар ерекше орынды алады. Оң жақта бос стакандағы таяқша, су және теріс сыну көрсеткіші бар материал.
Алғашқы теріс индексті метаматериал 2000 жылы Сан-Диегодағы Калифорния университетінің қызметкері Дэвид Смит қабаттарда орналасқан мыс тор парақтарынан 10 гигагерц электромагниттік толқындар үшін алғашқы теріс индексті материалды жасады.
Көрінбеу мәселесі 2006 жылы британдық ғалым Джон Пендри теориялық тұрғыда егер объект теріс сыну көрсеткіші бар материалдан жасалған арнайы жасалған суперлентаның ішіне қойылса, онда бұл нысан сырттан бақылаушыға көрінбейтін болады.
2008 жылдың тамызында ғалымдардың екі тобы теріс сыну көрсеткіші бар екі жаңа метаматериал жасады.Бірінші материал күміс пен магний фторидінің бірнеше ауыспалы қабаттарынан тұрады, онда нанометрлік тесіктер жасалады. Екіншісі кеуекті алюминий оксидін пайдаланады, оның қуыстарында арнайы процесс арқылы күміс нанопиндер өсіріледі, олар жарық толқынының ұзындығынан аз қашықтықта орналасқан.
Жылу оқшаулағыш материал Aspens Pyrogel AR 5401 [N]. Төмендегі газ оттығы алауының температурасы 1000 0 С
Polecat ұшқышсыз ұшу аппараты, ұшатын қанаты 28 метр, Lockheed Martin, 3D басып шығарылған
Мыс бетіндегі антрахинон молекулаларынан жасалған нанофильтр. Әрбір жасушада 200-ге жуық молекула болады
ГИБРИД НАНОМАТЕРИАЛДАР Гибридті наноматериалдар, бейорганикалық, органикалық және биологиялық компоненттерден тұратын молекулалық деңгейдегі композиттер өте перспективалы. Соңғыларының арасында ДНҚ ерекше көзге түседі
КОМПЛЕМЕНТАРЛЫҚ Биологиялық наноқұрылымдардың ерекшелігі – комплементарлық, молекулалық деңгейде тану қабілеті (ДНҚ, антиденелер және т.б.). Бұл қабілет биосенсорлардың жұмысының негізі болып табылады, бірақ ол төменнен жоғарыға бағытталған процестердің негізгі нүктесі болып табылатын наноқұрылымдарды өздігінен құрастыру үшін де пайдаланылуы мүмкін.
Ақуыз «серіппелері» Нирин қайталануы шамамен 33 аминқышқылдарының тандемдік модульдерінен тұрады. Олардың атомдық құрылымы өте ерекше және спиральға өздігінен жиналатын қысқа антипараллель альфа айналымдарынан тұрады. Осы құрылымның арқасында анкириннің қайталануы созылғаннан кейін тез қалпына келеді. О адам ағзасындағы 400-ден астам белокта кездеседі. Олар ішкі құлақтың шаш жасушаларында кездеседі, онда олар акустикалық сигналдарды электрлік сигналдарға түрлендіруде маңызды рөл атқарады. Анкирин белоктары жүрек бұлшықетінің мембранасындағы ион алмасуды да реттейді.
Супрамолекулалық құрылымдар, супрамолекулалық химия Терминді 1978 жылы көрнекті француз химигі, 1987 жылғы Нобель сыйлығының лауреаты Ж.-М. Лен және ол «молекуладан тыс химия, молекулааралық күштермен байланысқан екі (немесе одан да көп) химиялық бөлшектердің байланысының нәтижесі болып табылатын күрделі түзілістерді сипаттайтын химия» деп анықтады. Супрамолекулалық химияның дамуы көбінесе оның пәнаралық сипатымен (органикалық және координациялық химия, физикалық химия, биология, конденсацияланған заттар физикасы, микроэлектроника және т.б.) байланысты.
Супрамолекулалық жүйелер Иерархия былай тұрғызылған: атомдар - молекулалар - супрамолекулалық жүйелер - биологиялық жүйелер. Супрамолекулалық жүйелер жансыз және тірі заттар арасындағы көпір болып табылады.
Жоғарғы жағында – супрамолекулалық құрылымдардың түрлері; төменде алты сызықты молекуладан және тоғыз күміс ионынан тұратын тордың өздігінен жиналу диаграммасы берілген.
БИОМИМЕТИКАЛЫҚ ГИБРИДТІ ПОЛИМЕРЛЕР, «МОЛЕКУЛАЛЫҚ ХИМЕРЛЕР» Макромолекулаларында табиғи және синтетикалық блоктар бар полимерлер. Мұндай полимерлер бірқатар спецификалық функционалдық қасиеттері бар күрделі супрамолекулалық жинақтарды құруға қабілетті. Оларды жасау «ақылды» наноматериалдарды жобалаудың стратегиялық тәсілі ретінде қарастырылады
Компьютерлік модельдеудің жаңа рөлі «...заманауи эксперименттің шегінен тыс жатқан қасиеттерді болжау үшін модельдердің әлеуеті жүзеге асады» Академик М.В.Альфимов
Компьютерлік модельдеу Барлық осы есептеулердегі негізгі мәселе нанобөлшектердің қасиеттерінің кванттық механикалық табиғаты болып табылады. Жеке атомдар мен молекулаларға қолданылғандай, сәйкес теориялық аппарат пен сандық әдістер жасалды. Макроскопиялық жүйелер үшін статистикалық әдіс қолданылды. Бірақ нанобөлшектердің атомдарының саны әдетте статистикалық әдістер үшін тым аз, ал қарапайым кванттық модельдер үшін тым үлкен.
Жаңа материалдарды өндіру Болжам бойынша, 20015-2020 жылдардағы нанотехнологиялық өнімдердің жылдық жалпы нарығынан (2 триллион доллар) 340 миллиард доллар дәстүрлі әдістермен өндірілмейтін жаңа материалдардан түседі.
Мамандардың сараптамалық бағалауын талдаудан келесі 20 жылда өнеркәсіпте қолданылатын қазіргі заманғы материалдардың 90% жаңаларымен, атап айтқанда «интеллектуалды» материалдармен ауыстырылады, бұл құрылымдық элементтерді жасауға мүмкіндік береді. 21 ғасырдағы техникалық прогресті анықтайды.
Әдебиет М.В.Альфимов, Нанотехнология. Компьютерлік модельдеудің рөлі, редакциялық, орыс нанотехнологиялары журналы, 2-том, № 7-8, 2007. Д.Диксон, П.Каммингс, К.Хесс, Наноқұрылымдардың теориясы мен моделі, кітапта. Алдағы онжылдықта нанотехнология. Зерттеу бағыттарының болжамы, ред. M. K. Roko, R. S. Williams, P. Alivasatos, M., MIR, 2002, 48-беттер
Әдебиет (жалғасы) А.И.Гусев, Наноматериалдар, наноқұрылымдар, нанотехнологиялар, М., Физматлит, 2005, 416 б.б. 73, № 5, 2003 ж., б. 422 Д.И.Рыжонков, В.В.Левина, Е.Л.Дзидзигури, Наноматериалдар, М., БИНОМ. Білім зертханасы, 365 б.б.
студент 1 1 - В сыныбы
Жалпы білім беретін мектеп //-/// деңгейлері No41
Колосов Никита Жетекшісі: физика мұғалімі Минаева И.А.
Нанотехнология: басқа ғылымдар арасындағы орны
НАНОТЕХНОЛОГИЯ
Химия, атом және ядролық физика
Астрономия
Шаш
шаң кенесі
ұяшық
континент
планеталар
Жер
атомдар
Адам
Әлеуметтік ғылымдар
Геология
Биология
Біз наноәлемді өзіміз үшін жұмыс істей аламыз !!!
«Нанотехнология» неліктен қызықты?
бактериофаг
бактериофаг
БөлшекАу , кішіректерімен қоршалған
БөлшекАу , кішіректерімен қоршалған
Тұмау вирусы
Тұмау вирусы
Наноәлем біздің ішімізде өмір сүреді және біз үшін жұмыс істейді !!!
Мозаика 1 нм C 60
Нанотехнологияның дамуының негізгі кезеңдері:
1959 жылғы Нобель сыйлығының лауреаты Ричард Фейнман болашақта жеке атомдарды басқаруды үйрену арқылы адамзат кез келген нәрсені синтездей алатынын мәлімдеді. 1981 Биниг пен Рорер сканерлеуші туннельдік микроскопты - атом деңгейіндегі затқа әсер етуге мүмкіндік беретін құрылғыны жасады. 1982-85 жж Атомдық рұқсатқа қол жеткізу. 1986 Туннельдік микроскоптан айырмашылығы, тек өткізгіш материалдармен ғана емес, кез келген материалдармен әрекеттесу мүмкіндігін беретін атомдық күштік микроскопты құру. 1990 ж. Бір атомды манипуляция. 1994 Нанотехнологиялық әдістерді өнеркәсіпте қолданудың басталуы.
Дәрі .
Адам ағзасының ішінде «өмір сүретін» молекулярлық робот-дәрігерлерді құру, барлық зақымдануларды, соның ішінде генетикалық зақымдануларды жою немесе болдырмау. Іске асыру мерзімі – 21 ғасырдың бірінші жартысы.
Эритроциттер мен бактериялар – нанокапсулаларды препараттармен тасымалдаушылар
Нанобөлшектерді препараттармен немесе жасушаны емдеуге арналған ДНҚ фрагменттерімен (гендермен) жеткізу әдісі
Нанокапсулалары жабыстырылған, тек белгілі бір жасушалар түрлеріне (науқас) жабысуға қабілетті қызыл қан жасушалары бұл капсулаларды алушы жасушаларға жеткізеді.
Геронтология.
Жасушаның қартаюына жол бермейтін молекулалық роботтарды ағзаға енгізу, сондай-ақ адам ағзасының тіндерін қайта құрылымдау және жақсарту арқылы адамдардың жеке өлместігіне қол жеткізу. Қазіргі уақытта крионика әдістерімен мұздатылған үмітсіз науқастарды қалпына келтіру және емдеу. Іске асыру мерзімі: 21 ғасырдың үшінші – төртінші ширегі.
Өнеркәсіп.
Дәстүрлі өндіріс әдістерін тұтыну тауарларын тікелей атомдар мен молекулалардан құрастыратын молекулалық роботтармен алмастыру. Іске асыру мерзімі: 21 ғасырдың басы
Нанотүтіктер полимерлі материалдарды берік етеді
- Автокөлік өнеркәсібінде нанотехнологияны қолданудың болашағы бүгінгі күні толық анық емес. Дегенмен, наноматериалдардың автомобиль өнеркәсібінде қазірдің өзінде қолданылып жатқаны қуантады, бірақ олардың көпшілігі әлі дизайнды әзірлеу сатысында. Автокөлік өндірушілері бұл салада айтарлықтай тәжірибе жинақтады.
Нано шаштар бетті таза етеді.
Сол жақта – тамшы нанотүктерден тұратын бетті суламайды, сондықтан оның үстіне таралмайды. Оң жақта массаж щеткасына ұқсас беттің схемалық көрінісі; тета – жанасу бұрышы, оның мәні беттің суланғыштығын көрсетеді: тета неғұрлым жоғары болса, соғұрлым суланғыштық төмен болады.
Ауыл шаруашылығы.
Табиғи тағам өндірушілерді (өсімдіктер мен жануарларды) молекулалық роботтардың функционалдық ұқсас кешендерімен ауыстыру. Олар тірі организмде болатын химиялық процестерді, бірақ қысқарақ және тиімдірек қайта жасайды.
Мысалы, тізбектен «топырақ – көмірқышқыл газы – фотосинтез – шөп – сиыр – сүт» барлық қажетсіз сілтемелер жойылады. Қалатыны «топырақ – көмірқышқыл газы – сүт (сүзбе, май, ет)».Мұндай «ауыл шаруашылығы» ауа райы жағдайына тәуелді болмайды және ауыр физикалық еңбекті қажет етпейді.Ал оның өнімділігі азық-түлік мәселесін біржолата шешуге жетеді.
Іске асыру мерзімі: 21 ғасырдың екінші – төртінші ширегі.
Биология
Наноэлементтерді тірі ағзаға атомдық деңгейде енгізу мүмкін болады. Салдары мүлдем басқаша болуы мүмкін - жойылып кеткен түрлерді «қалпына келтіруден» тірі тіршілік иелері мен биороботтардың жаңа түрлерін жасауға дейін. Іске асыру кезеңі: 21 ғасырдың ортасы.
Сот сараптамасындағы нанотехнология.
Қағаздағы саусақ ізі қағазда қалған майлы ойық іздеріне жабысып қалған алтын нанобөлшектермен контрасттан кейін бірдей.
Экология
Адам әрекетінің қоршаған ортаға зиянды әсерін толық жою.
- Біріншіден, экосфераның молекулалық роботты медбикелермен қанықтыруына байланысты адам қалдықтарын шикізатқа айналдыру;
- Екіншіден, өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығын қалдықсыз нанотехнологиялық әдістерге көшіру арқылы. Іске асыру кезеңі: 21 ғасырдың ортасы.
Ғарышты зерттеу
Шамасы, ғарышты «әдеттегі» тәртіппен зерттеу оны нанороботтармен зерттеуден бұрын болады.
Робот-молекулалардың үлкен армиясы Жерге жақын ғарыш кеңістігіне шығарылады және оны адамдар қоныстануға дайындайды - Айды, астероидтарды және жақын маңдағы планеталарды өмір сүруге жарамды етеді және «тіршілік материалдарынан» (метеориттер, кометалар) ғарыш станцияларын салады.
Бұл қазіргі әдістерге қарағанда әлдеқайда арзан және қауіпсіз болады.
Кибернетика
Қазіргі уақытта бар жазық құрылымдардан көлемдік микросұлбаларға көшу болады, ал белсенді элементтердің өлшемдері молекулалардың өлшеміне дейін азаяды. Компьютерлердің жұмыс жиілігі терагерц мәндеріне жетеді. Нейрон тәрізді элементтерге негізделген схемалық шешімдер кеңінен таралады. Ақуыз молекулаларына негізделген жоғары жылдамдықты ұзақ мерзімді жады пайда болады, оның сыйымдылығы терабайтпен өлшенеді. Ол мүмкін болады адам интеллектінің компьютерге «орнын ауыстыруы». Іске асыру мерзімі: 21 ғасырдың бірінші – екінші ширегі.
Икемді нанотүтік дисплей.
нанотүтіктерге негізделген икемді дисплей матрицасы;
Леонардо де Винчи бейнеленген икемді дисплей.
Нанотехнологияның қауіпсіздігі?
Күннен қорғайтын кремдер, тіс пасталары мен сусабындар сияқты тұтыну өнімдерінің кем дегенде 300 түрі нанотехнология арқылы жасалады. Қазіргі уақытта FDA оларды арнайы «Құрамында нанобөлшектері бар» белгісінсіз сатуға рұқсат береді. Сонымен қатар, көптеген зерттеушілер мұндай нанобөлшектердің ішіне енген кезде қабыну немесе иммунологиялық реакциялар тудыруы мүмкін деп санайды. Сондықтан, белгілі бір дәрежеде нанотехнология дәуіріне қадам басқан кезде біз өзімізді тәжірибелік теңіз шошқаларының орнына қойдық.
Нанотехнология бізге бұрыннан бар
TiO2 және Ag нанобөлшектерінің микробқа қарсы жабыны
Бактерицидтік және зеңге қарсы әсері бар Ag нанобөлшектері бар парақтар
Бактерицидтік әсері бар Ag нанобөлшектері бар микробқа қарсы жара таңғыштары
ZnO нанобөлшектері бар күннен қорғайтын крем – жабыспайтын және мөлдір
Ag нанобөлшектерінің зарарсыздандыратын суспензиясын шашатын банка
Нанотехнологияны 1 – 100 нм масштабтағы молекулалар мен атомдарды манипуляциялауға байланысты техникалық процестердің жиынтығы ретінде анықтауға болады.
Слайд 2
3-слайд: Нанонысандардың қасиеттері
Физика, химия және биологияның көптеген объектілері нанодеңгейге өту жеке қосылыстардың және олардың негізінде алынған жүйелердің физика-химиялық қасиеттерінің сапалық өзгерістеріне әкелетінін көрсетті. Біз оптикалық кедергі коэффициенті, электр өткізгіштік, магниттік қасиеттер, беріктік және ыстыққа төзімділік туралы айтып отырмыз.
Слайд 4
Сонымен қатар, бақылауларға сәйкес, нанотехнологияларды қолдану арқылы алынған жаңа материалдар физикалық, механикалық, жылулық және оптикалық қасиеттері бойынша микрометрлік аналогтарынан айтарлықтай асып түседі.
Слайд 5
Слайд 6: Нанохимия
Зат құрылымын зерттеудің жаңа әдістерінің дамуымен құрамында ұсақ (< 100) количество атомов. Подобные частицы с размером около 1 нм (10 -9 м) обнаружили необычные, трудно предсказуемые химические свойства. Оказалось, что такие наночастицы обладают высокой активностью и с ними возможно осуществление реакций, которые не идут с частицами макроскопического размера. Изучением химических свойств таких частиц и занимается нанохимия.
7-слайд: Мысалы, өлшемдері ≤ 1 нм металдардың бөлшектерінде 10-ға жуық атом бар, олар көлемі жоқ және химиялық белсенділігі жоғары беттік бөлшекті құрайды.
Бөлшектердің өлшемдері бойынша жіктелуі Физика-химиялық қасиеттері атомдар санымен сипаттала бастайды
8-слайд: Нанохимия - кем дегенде бір өлшемде өлшемі ≤ 10 нм болатын бөлшектер мен олардан түзілген жинақтардың алынуын, құрылымын, қасиеттерін және реактивтілігін зерттейтін сала
Өлшем әсерлері туралы түсінік пайда болады; қасиеттер бөлшектердегі атомдар немесе молекулалар санына байланысты. Нанобөлшектерді бір жағынан жеке атомдар, екінші жағынан қатты дене арасындағы аралық түзілімдер ретінде қарастыруға болады. Нанобөлшектерден түзілген құрылымдағы атомдардың орналасуы маңызды. Фаза ұғымы онша анық емес.
Слайд 9
10
Слайд 10: Нанохимияда терминологияға байланысты сұрақтар туындайды
Наноқұрылымды материалдар бойынша 7-ші халықаралық конференция (Висбаден, 2004) келесі классификацияны ұсынды: нанокеуекті қатты заттар, нанобөлшектер, нанотүтіктер және наноталшықтар, нанодисперсиялар, наноқұрылымды беттер мен пленкалар, нанокристалды материалдар
11
Слайд 11
12
Слайд 12
13
13-слайд: 10-кестенің жалғасы
Қышқыл жаңбырлар Баламалы энергия көздерін іздеу (қазбалы отынды жағудан бас тарту, табиғи көздерді пайдалану); күн энергиясымен жұмыс істейтін құрылғылардың тиімділігін арттыру жаңа отын элементтері Көлік және өнеркәсіптік қондырғылардан күкірт пен азот оксидтерінің шығарындыларын азайту немесе жою
14
Слайд 14
15
Слайд 15
Наноэнергия күн энергиясын түрлендіру және сақтау жүйелерінің тиімділігін айтарлықтай арттырады деп күтілуде.Нанобөлшектерге негізделген катализаторлар.Нанокеуекті материалдарды пайдалану. Кеуекті көміртекті материалдар молекулалық електер, сорбенттер және мембраналар ретінде қолданылады. Мақсаты - газдарды (атап айтқанда, сутегі немесе метан) сіңіру қабілеті жоғары құрылымдарды алу. Бұл экологиялық таза көлік пен электр станцияларын қамтамасыз ететін отын ұяшықтарының жаңа түрін жасауға негіз болып табылады.
16
Слайд 16: Наноөлшемді катализаторлар мен сорбенттер
Наноөлшемді катализ катализатордың белсенділігі мен оның селективтілігін арттыруға да, химиялық реакция процестерін және соңғы өнімнің қасиеттерін реттеуге әкеледі. Бұл мүмкіндік катализаторға кіретін нанокластерлердің көлемін және меншікті бетінің ауданын өзгерту арқылы ғана емес, сонымен қатар жаңа өлшемдік қасиеттердің және беттің химиялық құрамының пайда болуына байланысты туындайды.
17
Слайд 17
18
Слайд 18
19
Слайд 19
20
Слайд 20: TiO 2 фотокаталитикалық белсенділігі. Ерітілген оттегінің қатысуымен өтетін процестер
21
Слайд 21: Алтын нанокластерлер
Мысал ретінде 3–5 нм өлшемдегі алтын шоғырларының каталитикалық белсенділігінің пайда болуын қарастыруға болады, ал сусымалы алтын белсенді емес. Осылайша, алюминий оксиді субстратында тұндырылған алтын нанокластерлері төмен температурада –70 °C дейін CO тотығуын тиімді катализдейді, сонымен қатар бөлме температурасында азот оксидтерінің тотықсыздану реакцияларында жоғары селективтілікке ие. Мұндай катализаторлар жабық кеңістіктегі иістерді жоюда тиімді.
22
Слайд 22
23
Слайд 23
24
Слайд 24
Америка Құрама Штаттарында жақын арада химиялық соғыс агенттерін залалсыздандыруға, террористік шабуылдар кезінде армия мен халықты қорғауға арналған металл оксиді нанокластерлерінің коммерциялық өндірісі, сондай-ақ таблеткалар немесе түйіршіктер түріндегі өте кеуекті нанокомпозиттер күтілуде. ауаны тазарту және дезинфекциялау, мысалы, ұшақтарда, казармаларда және т.б. d.
25
Слайд 25: Полимерлі наноталшықтар
Диаметрі 100 нм-ден аспайтын полимерлі наноталшықтарды өндіру кеңінен таралуда. Бұл талшықтар жаралардың өзін-өзі емдеуіне ықпал ететін және сырттан келген командаларды қабылдау арқылы жағдайларды диагностикалауды қамтамасыз ететін белсенді киім деп аталатын киімдерді жасау үшін қолданылады, яғни. сенсорлық режимде де жұмыс істейді.
26
Слайд 26: Биоактивті сүзгілер
Наноталшықтар негізінде биоактивті сүзгілер жасалады. Осылайша, американдық Argonide және NanoCeram компаниялары минералды бемиттен (AlOOH) диаметрі 2 нм және ұзындығы 10-100 нм талшықтар өндіруді бастады. Гидроксил топтарының көп санының арқасында үлкенірек агрегаттарға біріктірілген бұл талшықтар теріс зарядталған бактерияларды, вирустарды, әртүрлі бейорганикалық және органикалық фрагменттерді белсенді түрде сіңіреді және сол арқылы судың тиімді тазартылуын, сондай-ақ медициналық сарысулар мен биологиялық орталарды зарарсыздандыруды қамтамасыз етеді.
27
Слайд 27: Нанотехнологияның даму болжамы
Ағымдағы қолданбалар: термиялық қорғаныс, оптикалық қорғаныс (көрінетін және УК), өзін-өзі тазартатын көзілдірік, түрлі-түсті көзілдірік, күн экрандары, пигменттер, принтер сиялары, косметика, абразивті нанобөлшектер, жазу құралдары.
28
Слайд 28
2) Перспективалық 1-5 жыл: банкноттардың, құжаттардың, әртүрлі тауарлардың этикеткаларының, автомобильдер мен механизмдердің бөлшектерінің және т.б. арасында контрафактілік фактілерді анықтау және анықтау, жарықтандыру, химиялық және биологиялық датчиктер арқылы анықталған ашық және жасырын түсті белгілерді қолдану, диагностикалау. аурулар және генетикалық терапия, дәрі-дәрмектерді мақсатты тасымалдау, биологиялық скринингке арналған люминесцентті белгілер, медициналық киім, арнайы кодтарды қолдану, тасымалдауға арналған нанокомпозиттік материалдар, авиация өнеркәсібіне арналған жеңіл және коррозияға қарсы материалдар, тамақ өнімдерін өндіруге арналған нанотехнология, жарықпен реттелетін және сәуле шығару лазерлер, соның ішінде фотоэлектрохимиялық диодтар, электромеханикалық активаторлар.
29
Слайд 29
3) Перспективалық 6–10 жыл: жалпақ панельді дисплейлер, күн батареялары мен батареялар, микророботтар мен нанороботтарға арналған термионды құрылғылар, ақпаратты сақтау құрылғылары, объектілер мен қоршаған ортаны бақылау және дезинфекциялауға арналған құрылғылар, өнімділігі мен селективтілігі жоғары нанокатализаторлар, нанотехнологияларды пайдалану протездер мен жасанды мүшелерді жасау. 4) Перспективалық 10–30 жыл: бір электронды құрылғылар, кванттық компьютерлер.
30
Слайд 30: Көміртек негізіндегі нанобөлшектер
Аллотропты модификациялар бір элементтің әртүрлі құрылымдық формалары болып табылады. Көміртектің кең таралған модификациялары графит пен алмаз болып табылады, сонымен қатар карбин де белгілі. Көміртектің үш өлшемді әлемде қалыңдығы бір атомды құрайтын химиялық тұрақты екі өлшемді мембраналар жасау мүмкіндігі бар. Көміртектің бұл қасиеті химия және жалпы технологиялық даму үшін маңызды.
31
Слайд 31: Фуллерендер – көміртектің жаңа аллотропты модификациялары
1985 жылы химияда ең көп зерттелген элементтердің бірі - көміртегі маңызды жаңалық болды. Авторлар тобы: Крото (Англия), Хит, О'Брайен, Керл және Смолли (АҚШ), қатты дененің лазерлік сәулеленуімен (импульстік эксимерлі лазер ArF, λ = 193 нм, энергиясы 6,4 эВ) алынған графит буының массалық спектрін зерттейді. сынама, 720 және 840 массаларына сәйкес шыңдарды тапты. Олар бұл шыңдар жеке C 60 және C 70 молекулаларына сәйкес келеді деп есептеді.
32
Слайд 32: Фуллерен С 60 ең жоғары нүктелік симметрияға, атап айтқанда икосаэдр симметриясына ие сирек кездесетін химиялық құрылымдарға жатады I h
60 атомнан тұратын сфералық қабық бес және алты мүшелі сақиналардан тұрады. Әрбір бес мүшелі цикл бес алты мүшеліге қосылады. Молекулада бір-бірімен байланысқан бес мүшелі сақиналар болмайды. Молекулада барлығы 12 бесбұрыш және 20 алтыбұрыш бар. 1996 жылы Крото, Керл және Смолли фуллерендерді ашу, өндіру әдістерін дамыту және зерттеу үшін химия бойынша Нобель сыйлығын алды, ал Нобель комитеті бұл жаңалықты маңыздылығы жағынан Колумбтың Американың ашқан ашылуымен салыстырды.
33
Слайд 33
Күріш. 2. С 60 изомері «коб» түріндегі. Көлеңкеленген аймақтар құрылымның бүйір бетін құрайтын молекула атомдарына қатысты -электрондық бұлттың жылжуын көрсетеді.
34
Слайд 34: Молекулалар торлы ажурлы құрылымдардың авторы сәулетші Фуллердің құрметіне фуллерендер деп аталды (Монреальдағы EXPO 67 Дүниежүзілік көрмесіндегі АҚШ павильоны және т.б.)
35
Слайд 35: Массалық спектрлердің кластерлену жағдайларына тәуелділігі
C60 шыңының салыстырмалы қарқындылығы температураның жоғарылауымен өсетін жағдайларға байланысты екені анықталды. Сондықтан жоғары шыңға жауапты изомер (немесе изомерлер) соқтығыстардың санының өсуіне «аман қалу» үшін жоғары химиялық тұрақтылыққа ие болуы керек. Салбырап тұрған көміртегі байланыстары бар изомерлер жоғары реактивті болады және соқтығысудан аман қалмайды. Химиялық белсенді соқтығыстардың рөлі массалық спектрлерде көміртегі атомдарының жұп саны бар фуллерендер ғана (С 60, С 70 және т.б.) байқалуында көрінеді.
Наноғылым - нанометрлік* масштабтағы заттың қасиеттері туралы білімдер жиынтығы; наноматериалдар - кем дегенде бір өлшемдегі геометриялық өлшемдері 100 нм-ден аспайтын және сапалы жаңа қасиеттері, функционалдық және өнімділік сипаттамалары бар құрылымдық элементтері бар материалдар; нанотехнология - шамамен нм * 1 нанометр (нм) = 10 -9 м диапазонында объектілерді (құрамы, өлшемі және құрылымы алдын ала анықталған) мақсатты түрде жасау мүмкіндігі
«Нанотехнология - кем дегенде бір өлшемде өлшемі 100 нм-ден аз құрамдас бөліктерді қоса алғанда, объектілерді бақыланатын түрде жасау және өзгерту мүмкіндігін қамтамасыз ететін әдістер мен әдістердің жиынтығы және осының нәтижесінде түбегейлі жаңа сапаларды алуға мүмкіндік береді. толық жұмыс істейтін ауқымды жүйелерге біріктіруге мүмкіндік береді; кең мағынада бұл термин диагностика әдістерін, сондай-ақ осындай объектілерді сипаттау және зерттеу әдістерін қамтиды ». Ғылым және инновациялар жөніндегі федералдық агенттік «Ресей Федерациясында 2010 жылға дейін нанотехнология саласындағы жұмысты дамыту тұжырымдамасында»
1959 - Ричард Фейнман: «Төменде көп орын бар...» - атомдық және молекулалық деңгейде материалдар мен құрылғыларды өндіру уәде беретін фантастикалық перспективаға нұсқады 1974 - жапон ғалымы Танигучи «нанотехнология» терминін алғаш рет қолданды 1986 - Американдық Дрекслер «Жаратылыс машиналары: нанотехнология дәуірінің келуі» кітабын басып шығарды.
1985 жыл – көміртектің жаңа түрі анықталды – фуллерендер деп аталатын С60 және С70 кластерлері (Нобель сыйлығының лауреаттары Н.Крото, Р.Керлу, Р.Смоллидің еңбектері) – жапон ғалымы С.Исима электр доғасының булану өнімдерінен көміртекті нанотүтіктерді ашты. графиттен
...Егер атомдарды рет-ретімен, жолдан-жолдан, бағаннан бағанға ретке келтірудің орнына, тіпті олардан күлгін иістің күрделі молекулаларын құрастырудың орнына, олардың мозайкасын әртараптандырып, әр жолы жаңаша орналастырсақ. бұрын болған нәрсені қайталау - олардың мінез-құлқында қанша ерекше, күтпеген нәрселер пайда болуы мүмкін екенін елестетіп көріңіз. Р.П.Фейнман
Нанотехнологияны дамытуға келгенде әдетте үш бағыт назарға алынады: молекулалар мен атомдармен салыстырылатын өлшемдердің белсенді элементтері бар электрондық схемаларды (оның ішінде көлемді) өндіру; наномашиналарды әзірлеу және өндіру, яғни. молекуланың өлшеміндегі механизмдер мен роботтар; атомдар мен молекулалардың тікелей манипуляциясы және олардан бар барлық нәрселердің жиналуы.
Фотондық кристалдар, жарықтың әрекеті жартылай өткізгіштердегі электрондардың әрекетімен салыстырылады. Олардың негізінде олардың жартылай өткізгіш аналогтарынан жоғары өнімділігі бар құрылғыларды жасауға болады; o Лазерді генерациялауға және жоғары жарықтығы (әдеттегі жарықдиодты шамдардан 2-3 рет жоғары) және үлкен көру бұрышы бар лазерлік дисплейлерді өндіруге арналған ретсіз нанокристалды орта; o Қатты күйдегі отын элементтеріне арналған литий қосылыстары негізіндегі функционалды керамика, қайта зарядталатын қатты күйдегі қуат көздері, қатал технологиялық жағдайларда жұмыс істеуге арналған газ және сұйық ортаның сенсорлары; o жоғары беріктіктің, үйкелістің төмен коэффициентінің және термиялық тұрақтылықтың бірегей үйлесімі бар квазикристалды наноматериалдар, бұл оларды машина жасауда, баламалы және сутегі энергетикасында пайдалану үшін перспективалы етеді; o Наноматериалдар мен наноқұрылымдардың негізгі кластары
Тозуға төзімділігі және соққыға төзімділігі жоғары кескіш құралдарға арналған құрылымдық наноқұрылымды қатты және берік қорытпалар, сондай-ақ наноқұрылымды қорғаныс термиялық және коррозияға төзімді жабындар; o беріктігі жоғары және төмен тұтанғыштығы бар нанобөлшектерден және нанотүтіктерден жасалған толтырғыштары бар полимерлі композиттер; o жасанды теріні жасауға арналған биоүйлесімді наноматериалдар, микробқа қарсы, вирусқа қарсы және қабынуға қарсы белсенділігі бар таңғыштардың принципті жаңа түрлері; o қорытпаларды дисперсиялық күшейтуге, аудио және бейне жүйелерге жады элементтерін жасауға, тыңайтқыштарға, жемдерге, магниттік сұйықтықтарға және бояуларға арналған қоспаларды жасауға арналған магнитті қоса алғанда, беттік энергиясы жоғары нано өлшемді ұнтақтар;
О бейорганикалық заттарға қол жетпейтін көптеген қасиеттері бар органикалық наноматериалдар. Өзін-өзі ұйымдастыруға негізделген органикалық нанотехнология органикалық наноэлектрониканың негізі болып табылатын қабатты органикалық наноқұрылымдарды жасауға және олардың қызмет ету процестерін (молекулалық архитектура) іргелі зерттеулер үшін тірі организмдер жасушаларының биомембраналары модельдерін құруға мүмкіндік береді; o сызықты емес оптикалық және магниттік жүйелер, газ датчиктері, биосенсорлар, көп қабатты композиттік мембраналар үшін полимерлік нанокомпозит және пленкалық материалдар; o қорғаныс пассивациялау, үйкеліске қарсы, селективті, шағылыстыруға қарсы жабындарға арналған жабын полимерлері; o икемді экрандарға арналған полимерлік наноқұрылымдар; o ұшпайтын сақтау құрылғыларына арналған екі өлшемді ферроэлектрлік пленкалар; o дисплейлердің жоғары ақпараттық және эргономикалық түрлеріне арналған сұйық кристалды наноматериалдар, сұйық кристалды дисплейлердің жаңа түрлері (электрондық қағаз).
Заттардың көптеген қасиеттері (балқу температурасы, жартылай өткізгіштердегі жолақ ені, қалдық магнетизм) негізінен нанометрлік диапазондағы кристалдардың өлшемдерімен анықталады. Бұл қасиеттері компоненттердің химиялық құрамын өзгерту арқылы емес, олардың өлшемі мен пішінін реттеу арқылы өзгеретін материалдардың жаңа буынына көшу мүмкіндігін ашады.
Презентацияны алдын ала қарауды пайдалану үшін Google есептік жазбасын жасаңыз және оған кіріңіз: https://accounts.google.com
Слайдтағы жазулар:
Нанотехнологиялар және олардың қолданылуы
Ғылыми жұмыстың мақсаты – қолданбалы ғылымның осы саласының ерекшеліктері мен барлық ерекшеліктерін ескере отырып, нанотехнологияны жан-жақты сипаттау.
Бұл зерттеудің объектісі нанотехнология ғылым мен техника саласы ретінде, ал пәні нанотехнологияны қолдану ерекшеліктері болып табылады.
Жұмыстың негізгі міндеттеріне мыналар жатады: 1. «Нанотехнология» ұғымына анықтама беру. 2. Жалпы әлемде және оның ішінде Ресейде нанотехнологияның даму тарихын қарастыру. 3. Нанотехнологияның қолданбалы аспектісін, яғни әртүрлі салаларда қолдану ерекшеліктерін нақтылау. 4. Нанотехнологияны қолдану мүмкіндіктерін, әдістерін және әдістерін талдау. 5. Нанотехнологияларды қолданудың технологиялық ерекшеліктерін анықтау. 6. Ресейде нанотехнологияның даму перспективаларын көрсету және болжау.
Нанотехнология - өлшемдері 100 нм-ден аз құрамдас бөліктерді қоса алғанда, объектілерді басқарылатын түрде жасау және өзгерту мүмкіндігін қамтамасыз ететін, түбегейлі жаңа сапаға ие және оларды толық жұмыс істейтін кең ауқымды жүйелерге біріктіруге мүмкіндік беретін әдістер мен әдістердің жиынтығы.
Грек философы Демокритті нанотехнологияның атасы деуге болады. 400 жж. Ол ең алғаш заттың ең кішкентай бөлігін сипаттау үшін грек тілінен аударғанда «үзілмейтін» деген мағынаны білдіретін «атом» сөзін қолданған. Нанотехнологияны алғаш рет қолданудың мысалы ретінде 1883 жылы кейіннен атақты Kodak компаниясының негізін қалаған Джордж Истманның фотопленканы ойлап табуын айтуға болады.
Нанотехнологияларды қолдану. Наноэлектроника және нанофотоника Нанотехнологияларды қолданудың ең перспективалы бағыттарының бірі компьютерлік технология болып табылады. Нанофотоника компаниялары нанооптика мен наноабрикация технологияларын пайдалана отырып, жоғары интеграцияланған оптикалық байланыс компоненттерін жасауда. Оптикалық компоненттерді өндіруге мұндай көзқарас олардың прототиптерін өндіруді тездетуге, техникалық сипаттамаларын жақсартуға, өлшемдерін азайтуға және өзіндік құнын төмендетуге мүмкіндік береді.
Наноэнергетикалық күн батареялары.
Батареялар мен аккумуляторлар Toshiba кәдімгі батареядан шамамен 60 есе жылдам зарядталатын наноматериалдар негізіндегі литий-ионды аккумуляторды әзірледі. Бір минут ішінде оны 80% толтыруға болады.
Наномедицина Наноқұрылымды материалдар. Қазіргі уақытта табиғи сүйек тінін имитациялайтын наноматериалдарды өндіруде прогреске қол жеткізілді. 2. Нанобөлшектер. Мүмкін болатын қолданбалардың ауқымы өте кең. Ол тұмау мен АҚТҚ сияқты вирустық аурулармен, онкологиялық және қан тамырлары ауруларымен күресті қамтиды.
3. Микро- және нанокапсулалар. Нанокеуектері бар миниатюралық (~1 мкм) капсулаларды дәрілерді дененің қалаған жеріне жеткізу үшін пайдалануға болады. 4. Нанотехнологиялық сенсорлар мен анализаторлар. Сөзбе-сөз жеке молекулаларды анықтауға қабілетті мұндай құрылғыны ДНҚ негіздерінің немесе аминқышқылдарының ретін анықтауға, жұқпалы аурулардың қоздырғыштарын және улы заттарды анықтауға болады.
5. Сканерлеуші микроскоптар – мүмкіндіктері бойынша бірегей құрылғылар тобы. Олар жеке молекулалар мен атомдарды көру үшін жеткілікті үлкейтуге қол жеткізуге мүмкіндік береді. 6. Наноқұралдар. Мысал ретінде кез келген нысандарды атомдарға дейін жылжытуға мүмкіндік беретін сканерлеуші зондты микроскоптарды келтіруге болады.
Нанокосметика Бірнеше жыл бұрын L'Oreal құрамында Pro-Retinol A наносомалары бар әйгілі Revitalift кремін шығарды және компанияның айтуынша, бұл крем арнайы микробөлшектердің арқасында басқа брендтердің кремдеріне қарағанда теріге жақсы сіңеді.
Жеңіл өнеркәсіпке арналған нанотехнологиялар Тоқымадағы наноматериалдар. Наноматериалдар негізінде жасалған тоқыма бұйымдары бірегей су өткізбейтін, кірден қорғайтын, жылу өткізгіштік, электр тогын өткізу қабілеті және басқа да қасиеттерге ие болады.
Кіріктірілген сенсорлары бар тоқыма бұйымдарын өндіру адам ағзасының жағдайын бақылауға мүмкіндік береді. Бұл, әрине, медициналық тәжірибеде, спортта және экстремалды жағдайларда өмірді қамтамасыз етуде жаңа мүмкіндіктер ашады.
Ауыл шаруашылығына және тамақ өнеркәсібіне арналған нанотехнологиялар Нанотехнологиялар ауаны және әртүрлі материалдарды, соның ішінде жемшөп пен соңғы мал өнімдерін дезинфекциялау үшін қазірдің өзінде қолданылады; тұқымдар мен дақылдарды сақтау мақсатында оларды өңдеу. Олар өсімдіктердің өсуін ынталандыру үшін қолданылады; жануарларды емдеу; жем сапасын жақсарту