Проект на тема "Нанотехнологиите в човешкия живот като двигател на прогреса"
Обяснителна бележка към творческия проект
„Нанотехнологиите в човешкия живот като двигател на прогреса“
Съдържание
Въведение
Цели и задачи
Появата на нанотехнологиите.
Нанотехнологии
Проблеми на нанотехнологиите
Наноматериали в строителството
Наноматериали в катализа
Наноматериали в индустрията
Наноматериали за енергетиката и машиностроенето
Наноматериали в ядрената индустрия
Наномедицина и химическа индустрия
Роботика
Характеристики на нанотехнологиите
Анализ
Видео лаборатория
Списък с референции
Въведение
„Нанотехнологиите ще революционизират манипулирането на материята толкова, колкото компютрите революционизират манипулирането на информацията.“
Нашият век на съвременни нанотехнологии не стои неподвижен, защото всеки ден се правят нови открития.
Уместността на тази тема се дължи на важността на нанотехнологиите в нашия живот и световното общество.
Предмет: физика
Цели и задачи
Целта на работата е да разкрие концепцията за нанотехнологиите, да изучи основите и направленията на науката. За постигане на целта е необходимо да се решат редица задачи:
Разгледайте историята на нанотехнологиите
Определете нанотехнологиите
Анализирайте използването на свойства на предмети и материали
Изучаване на основните задачи на нанотехнологиите
Да изучава приложението на нанотехнологиите в човешкия живот
Извършете анализ на положителните и отрицателните въздействия на тази технология при използването им в строителството, инженерството, енергетиката, ядрената иелектрическа индустрия.
Появата на нанотехнологиите.
Първото споменаване на методите, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, е свързано с известната реч на Ричард Файнман„Има много място там долу“, направена от него през 1959 г. в Калифорнийския технологичен институт на годишната среща на Американското физическо общество. Ричард Фейнман предполага, че би било възможно механично да се движат отделни атоми, като се използва манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на физичните закони, известни днес.
Нанотехнологии
Нанотехнологията е технологията на обекти, чийто размер е около 10 -9 m (атоми, молекули). Нанотехнологичните процеси се подчиняват на законите на квантовата механика. Нанотехнологиите включват атомно сглобяване на молекули, нови методи за запис и четене на информация, локално стимулиране на химични реакции на молекулярно ниво и др.
Проблеми на нанотехнологиите
Най-важната задача на нанотехнологиите е проектирането, създаването, синтезирането на материали и обекти с предварително зададени свойства. Установяването на зависимостта на физичните и химичните свойства от размера на наночастицата или броя на атомите в нея е една от основните задачи на нанотехнологиите.
Следващият етап на нанотехнологиите е целенасоченото създаване не на материали, а на готови продукти с принципно нови качествени характеристики и предназначение.
Наноматериали в строителството
Наноматериали за строителството, автономни енергийни източници на базата на мощни слънчеви батерии, нанофилтри за пречистване на водата и въздуха – тези постижения на нанотехнологиите трябва да бъдат направени – и вече се правят! Домовете ни станаха по-удобни, по-надеждни, по-безопасни.
Добавянето на наночастици (включително въглеродни нанотръби) към бетон правитой е няколко пъти по-силен. Нанопокритията се разработват за защита на бетонни конструкции от вода. Стоманата, най-важният строителен материал, също става много по-здрава с добавянето на наночастици ванадий и молибден. Самопочистващото се стъкло с наночастици от титанов диоксид вече се предлага в търговската мрежа. В бъдеще нанофилмовите покрития за стъкло ще регулират оптимално потока светлина и топлина през прозорците.
За защита на сградите от пожар нанотехнологиите предлагат както нови незапалими материали (например кабелна изолация, съдържаща глинени наночастици), така и „интелигентни“ мрежи от свръхчувствителни противопожарни наносензори. Тапетите, покрити с наночастици от цинков оксид, ще помогнат за почистване на стаята от бактерии.
Що се отнася до битовата техника – хладилници, телевизори, водопроводни инсталации, осветителни тела, кухненско оборудване – тук полето за приложение на нанотехнологиите е неизчерпаемо.
Наноматериали в катализа
Катализа (от гръцки katalysis - разрушаване), ускоряване на химическа реакция в присъствието на вещества - катализатори, които взаимодействат с реагентите, но не се изразходват в реакцията и не са част от продуктите. При хомогенната катализа първоначалните реагенти и катализаторът са в една и съща фаза (газ или течност), докато при хетерогенната катализа газообразните или течните реагенти взаимодействат върху повърхността на твърд катализатор. Катализата причинява високи скорости на реакция при ниски температури; за предпочитане образуването на определен продукт от редица възможни. Каталитичните реакции са в основата на много химични и технологични процеси (например производството на сярна киселина, някои полимери, амоняк). Повечето от процесите, протичащи в живите организми, също са каталитични (ензимни).
Дизайн, синтез иОбработката на наноструктурирани материали постигна голям напредък през последното десетилетие, но наноструктурите от благородни метали привличат особено внимание главно поради техните уникални каталитични свойства, потенциални приложения във фотониката, електрониката и съхранението на информация. В същото време е възможно да се контролира ефективността на устройствата, базирани на тях, чрез промяна на свойствата на такива структури, например размер, форма, състав, порьозност.
Наноматериали в индустрията
В момента наноматериалите са най-малко токсични и най-биосъвместими с жива клетка (човешка, растителна, животинска). Произведените наноматериали намират висококачествено приложение в почти всяка индустрия:
гориво (горивни катализатори, повишаване на октановото число, минимизиране на емисиите);
козметика (обогатяване с микроелементи, бактерицидни свойства);
текстил, обувки (бактерицидни и лечебни свойства на дрехи и обувки);
бои и лакове (бактерицидни лакове и бои, специални покрития);
кожа (противогъбична обработка на кожата);
медицински (лекарства от ново поколение, нановитаминови комплекси от микроелементи, доставка на лекарства в клетките.);
в агропромишления комплекс (наноторове, фуражни добавки, съхранение на продукти);
хранително-вкусовата промишленост (биологично активни добавки, витаминни комплекси);
както и: целулоза и хартия, химическа, комунална, електроника, енергетика, машиностроене като допълнителен суровинен компонент, който придава допълнителни свойства на продуктите. Компанията е получила над 200 патента за нанотехнологии, наноматериали и крайни продукти.
Наноматериали за енергетиката и машиностроенето
Автомобилната индустрия е една от тях. че те първи възприемат иновациите, включително и нанотехнологичните. Дори днес в тази индустрия глобалният оборот на продукти, използващи нанотехнологии, се оценява на повече от 8 милиарда долара. Ето само няколко примера за това как наноиновациите трансформират познатите елементи на автомобила. Композитните материали правят частите на тялото здрави и леки. Добавянето на наночастици към горивото повишава ефективността на изгарянето му, като същевременно намалява количеството вредни вещества, изхвърляни в атмосферата. Наночастиците в маслото допринасят за увеличаване на живота на двигателя: според някои данни използването на такива добавки намалява износването на частите с 1,5-2 пъти. Въглеродните наночастици (т.нар. черен въглерод) се добавят към гумата на гумата и нейната здравина се увеличава значително. Течности, наситени с магнитни наночастици, се тестват за използване в амортисьори с регулируема твърдост. Нанотехнологиите могат да направят една кола напълно различна дори външно.
Наноматериали в ядрената индустрия
Целенасочената работа в областта на създаването на наноматериали и нанотехнологии в ядрената индустрия започва в средата на миналия век, почти едновременно с тестването на първото ядрено оръжие през 1949 г. В момента VNIINM разработва технологии за получаване на функционални вещества и продукти с помощта на нанотехнологии и наноматериали за ядрена, термоядрена, водородна и конвенционална енергетика, медицински препарати, материали и продукти за националната икономика. Едно от условията за развитие на ядрената енергетика е намаляването на специфичния разход на природен уран при производството на енергия, което се постига главно чрез увеличаване на изгарянето на ядреното гориво.
Наномедицина ихимическа промишленост
Направление в съвременната медицина, основано на използването на уникалните свойства на наноматериалите и нанообектите за проследяване, проектиране и промяна на човешките биологични системи на наномолекулно ниво.
ДНК нанотехнологиите използват специфичните бази на ДНК молекулите и нуклеиновите киселини, за да създадат добре дефинирани структури на тяхна основа.
Промишлен синтез на молекули на лекарства и фармакологични препарати с точно определена форма (бис-пептиди).
Роботика
Нанороботите са машини, способни точно да взаимодействат с наномащабни обекти или способни да манипулират обекти в наномащаб. В резултат на това дори големи устройства, като микроскоп с атомна сила, могат да се считат за нанороботи, тъй като те манипулират обекти в наноразмер. Освен това дори обикновените роботи, които могат да се движат с наномащабна прецизност, могат да се считат за нанороботи. Всеки ден броят им в света се увеличава. Може би в близко бъдеще те ще могат напълно или частично да заменят почти цялата човешка дейност.
Характеристики на нанотехнологиите
Особеността на нанотехнологиите се състои в това, че разглежданите процеси и извършваните действия протичат в нанометровия диапазон на пространствени измерения.
Нанотехнологиите са изградени върху работа с изключително малки обекти, състоящи се от единици атоми. Това ви позволява да получите напълно ново качество на материалите, нехарактерно за насипните артикули.
Нанотехнологиите не „стоят на едно място“, а вървят напред всеки ден.
Анализ
Използване:
Нанотехнологиите ще помогнат за създаването на ново поколение лекарства. Благодарение на тях ще се появят нови методи на лечение. Много нелечимиболестите ще бъдат победени
Нанотехнологиите ще се използват за създаване на нови модели оръжия, нови отбранителни системи, което в крайна сметка значително ще подобри отбранителната способност на страната.
Благодарение на развитието на нанотехнологиите ще има революция в компютърните технологии
Нанотехнологиите ще решат енергийните проблеми, внедряването им ще позволи по-ефективно използване на традиционните и ще отвори пътя към нови източници на енергия.
Вреда:
Нанотехнологиите ще предизвикат нови болести, от които дори новите "нанолекарства" няма да спасят
Нови оръжия, базирани на нанотехнологии, могат да попаднат в ръцете на терористи, което да доведе до хаос и война.
Разработването на наносензори, наносензори и други системи за показване и предаване на информация в крайна сметка ще сложи край на поверителността
Развитието на индустрията за наноматериали ще доведе до още по-сериозно замърсяване на околната среда
Изход:
В момента нанотехнологиите са много широка област на изследване, която включва редица области на физиката, химията, биологията, електрониката, медицината и други науки.
С помощта на нанотехнологиите можем да спестим време, да получим повече ползи на по-ниска цена, постоянно да подобряваме нивото и качеството на живот.
След като анализирахме всички свойства на нанотехнологиите и разгледахме предимствата и недостатъците на използването на наноматериали, стигнахме до извода, че не трябва да се страхуваме от негативните последици от нанотехнологиите. Обществото, като променяща се структура, не трябва да стои неподвижно. Човечеството трябва непрекъснато да напредва, да се развива, да се стреми към най-доброто. Нанотехнологиите са пътят към успеха! Те са необходими за подобряване на комфорта на човешкия живот.
Видео лаборатория
Списъкизползвана литература
Balluzek F. V., Sente L. "Нанотехнологии"
Razumovskaya I. V. "Нанотехнологии",
Марк Ратнър, Даниел Ратнър "Уилямс"
C. Joaquim, L. Plewer.Нанонауки. Невидима революция.
Блохинцев Д.И. М.: "Наука". 1983 "Основи на квантовата механика".
Третяков Ю.Д. (Ред.). Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2008. „Нанотехнологии. ABC за всеки.
Видео материали "Лаборатория за нови нанотехнологии"