Возможности и перспективы нанохимии Автор: ученик 10 «А» класса МОУ СОШ 67 г. Воронежа Борисенко Константин Руководитель: учитель химии высшей квалификационной категории МОУ СОШ 67 г.Воронежа Строчилина Татьяна Владимировна

Цели и задачи работы: Цель работы: рассмотреть нано химию как науку в целом; определить наиболее перспективные отрасли её развития; рассмотреть невероятные достижения нанохимии. Цель работы: рассмотреть нано химию как науку в целом; определить наиболее перспективные отрасли её развития; рассмотреть невероятные достижения нанохимии.

Актуальность науки Нанохимия является одной из самых перспективных наук XXI века. Используя её возможности, человечество вскоре достигнет небывалых высот развития.

«Разум человека творит чудеса. Завтра в области науки и техники откроются ещё более безграничные перспективы. Речь идёт о том, чтобы великие научные достижения нашего века служили бы на благо народов.» (Н.С. Хрущёв)

Основные положения нанохимии Нанохимия, как одна из составляющих нанонауки, занимается разработкой методов синтеза и изучением физико-химических свойств нанообъектов. Основными предметами исследования в нанохимии являются элементы, размеры которых колеблются от 1 до 100 нанометров (один нанометр – это одна миллиардная часть метра, или 0, м). Зависимость физических и химических свойств наночастиц от их размера называют размерным эффектом. Это – один из важнейших эффектов в нанохимии. Он уже нашел теоретическое объяснение с позиций классической науки, а именно – химической термодинамики. Так, зависимость температуры плавления от размера объясняется тем, что атомы внутри наночастиц испытывают дополнительное поверхностное давление. Нанообъекты характеризуются не только малым размером, но и особыми свойствами, которые они проявляют, выступая как составная часть материала. Например, окраска стекла «золотой рубин» вызвана не одной наночастицей золота, а их ансамблем, т.е. большим количеством частиц,расположенных на определенном расстоянии друг от друга.

«Наука необходима народу. Страна, которая ее не развивает, неизбежно превращается в колонию.» (Ф. Жолио-Кюри)

Классификация нанообъектов: Все нанообъекты подразделяют на два больших класса – сплошные («внешние») и пористые («внутренние») Сплошные объекты классифицируют по размерности: 1)объемные трехмерные (3D) структуры, их называют нанокластерами(cluster – скопление, гроздь); 2) плоские двумерные (2D) объекты-нанопленки; 3) линейные одномерные (1D) структуры – нанонити, или нанопроволоки (nanowires); 4) нульмерные (0D) объекты – наноточки, или квантовые точки. К пористым структурам относят нанотрубки и нанопористые материалы,например аморфные силикаты.

Нанокластеры Они состоят из атомов металлов или относительно простых молекул. Поскольку свойства кластеров очень сильно зависят от их размеров (размерный эффект), для них разработана своя классификация – по размерам. Результаты экспериментальных исследований в сочетании с теоретическими расчетами показали, что нанокластеры золота, содержащие 13 и 14 атомов, имеют плоское строение, в случае 16 атомов – трехмерную структуру, а в случае 20 – образуют гранецентрированную кубическую ячейку, напоминающую структуру обычного золота. Казалось бы, при дальнейшем увеличении числа атомов эта структура должна сохраняться. Однако это не так. Частица, состоящая из 24 атомов золота, в газовой фазе имеет необычную вытянутую форму.

Примером одномерных нанообъектов служат нанонити, или нанопроволоки – так называют протяженные наноструктуры с сечением менее 10 нм. При таком порядке величин объект начинает проявлять особые, квантовые свойства. Сравним нано проволоку из меди длиной 10 см и диаметром 3,6 нм с такой же проволокой, но диаметром 0,5 мм. Размеры обычной проволоки во много раз больше расстояний между атомами, поэтому электроны свободно перемещаются во всех направлениях. В нано проволоке электроны способны свободно двигаться лишь в одном направлении– вдоль проволоки, но не поперек, т.к. ее диаметр всего лишь в несколько раз превышает расстояние между атомами. Физики говорят, что в нано проволоке электроны в поперечных направлениях локализованы, а в продольном – делокализованы.

«Наука требует всего человека, без задних мыслей, с готовностью все отдать и в награду получить тяжелый крест трезвого знания.» (А.И. Герцен)

Условное подразделение нанохимии:

Экспериментальная нанохимия развивается в трех направлениях: В рамках первого разрабатываются и используются сверхчувствительные спектральные методы, дающие возможность судить о структуре молекул, включающих десятки и сотни атомов. Второе направление исследует явления при локальных электрических, магнитных или механических воздействиях на нано тела, реализуемых с помощью нано зондов и специальных манипуляторов. В рамках третьего направления определяются макрокинетические характеристики коллективов нанотех и функций их распределения по параметрам состояния.

Теоретическая нанохимия разрабатывает методы расчета поведения нанотех, учитывая такие параметры состояния частиц, как пространственные координаты и скорости, масса, характеристики состава, формы и структуры каждой наночастицы. Прикладная нанохимия включает в себя: разработку теоретических основ применения наносистем в технике и нанотехнологии, поиск оптимальных способов эксплуатации (техническая нанохимия); создание теоретических моделей поведения наносистем при синтезе наноматериалов и поиск оптимальных условий их получения (синтетическая нанохимия); изучение биологических наносистем и создание методов использования наносистем в лечебных целях (медицинская нанохимия); разработку теоретических моделей образования и миграции наночастиц в окружающей среде и методов очистки природных вод или воздуха от наночастиц (экологическая нанохимия).

«Придет время, когда наука опередит фантазию.» (Жюль Верн)

Интересные достижения Демонстрация опытного образца памяти Thinfilm Addressable Memory является большим шагом на пути удешевления электроники и производству недорогих мало потребляющих «умных» устройств.Продемонстрированный образец печатной памяти Thinfilm имеет целый ряд отличительных способностей, эта память является перезаписываемой энергонезависимой памятью, она имеет весьма небольшую стоимость, не составляет никаких проблем ее интеграция с датчиками и другими электронными компонентами, она и процесс ее производства совершенно безвредны для окружающей среды.

Так называемые активные линзы с беспроводным питанием и светодиодным дисплеем в один пиксель разработали и протестировали на животных учёные университетов Вашингтона (UW) и Аалто (Aalto- yliopisto). И хотя эта работа – лишь доказательство концепции, можно с уверенностью сказать, что сделан ещё один важный шаг к отображению электронных писем, текстовых сообщений и показателей здоровья прямо в глазах человека.

«Солдату надлежит быть здорову, храбра, твердую, режиму, правдива, благочестива. Ученье свет, а неученье тьма.» (А.В. Суворов)

В США уже создан Институт солдатских нанотехнологий - для разработки вооружения и экипировки «солдата будущего».Боевой бронежилет толщиной всего несколько миллиметров, названный исследователями «динамическая броня», составляющий одну из основных деталей экипировки солдата, будет облегать его наподобие водолазного костюма. При этом в его тонком слое будут содержаться довольно сложные молекулярные компоненты, с помощью которых новая форма будет и бронежилетом, и универсальным медицинским диагностическим инструментом, и экзоскелетом. Обмундирование солдата, воевавшего в Ираке, весило 48 килограмм. Обмундирование 2010 года будет весить 20 килограмм. Сколько будет весить броня 2020 года, исследователи пока не уточняют. Но вряд ли солдат будет носить на себе броню. Скорее всего, броня сама будет его носить. Все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер, который будет принимать решения о трансформировании костюма в экзоскелет или броню мгновенно и независимо от солдата.

«Страсти вводят нас в заблуждение, так как они сосредоточивают все наше внимание на одной стороне рассматриваемого предмета и не дают нам возможности исследовать его всесторонне.» (К.Гельвеций)

Выводы: Кроме фундаментальных исследований существует множество прикладных направлений, объем которых уже сегодня впечатляет. Нанотехнологические разработки используются в разных отраслях,направленных на развитие человечества Использованная литература: Нанохимия и нанотехнология Лекции(В.В. Ерёмин) Информация,взятая с сайтов: ru Особая благодарность за помощь и наставления Строчилиной Татьяне Владимировне!