ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЛЕКЦИЯ Подготовила к.х.н., доц. Иванец Л.Н.

Нанотехнология - это новая область науки, которая занимается созданием, производством и применением структур, устройств и систем, размеры и формы которых контролируются в нанометровой области.

Классификация объектов в соответствии с характерными размерами

Классификация наноматериалов наночастицы, фуллерены, нанотрубки и нановолокна, нанопористые структуры, нанодисперсии, наноструктурированные поверхности и пленки, нанокристаллические материалы.

Нано означает одну миллиардную долю Нанометр - одна миллиардная доля метра. Для сравнения, человеческий волос приблизительно в шестьдесят тысяч раз толще одной молекулы. Наночастицы - это частицы, размеры которых не превышают 100 нм и состоят из 106 или меньшего количества атомов.

Именно размер частиц (линейный размер, а не вес и не число частиц атомов в частице!) является важнейшим количественным показателем дисперсных систем, определяющим их качественные особенности. По мере изменения размеров частиц изменяются все основные свойства дисперсных систем: реакционная, адсорбционная способность; оптические, каталитические свойства и т. д

Фрактальный кластер, полученный в процессе диффузионно-ограниченной агрегации. Кластеры - минимальные строительные «кирпичики» наночастиц.

Последовательность структур при образовании кластеров инертных газов. Цифрами показано число атомов в кластере

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ КЛАСТЕР БЕЛКА ФЕРРИДОКСИНА Молекулярные кластеры- кластеры, состоящие из молекул. Большинство кластеров являются молекулярными. Их число и разнообразие огромно. Молекулярный кластер белка ферредоксина

Области применения кластеров Примеры областей применения – медицина, в частности - диагностика раковых опухолей – электроника – производство принципиально новых материалов и покрытий – парфюмерия

Нанопористые вещества Нанопористые вещества представляют собой пористые вещества с нанометровым размером пор. Размеры нанопор находятся в пределах нм. Выделяют микро, мезо- и макропористые материалы. Пористость: Модельное представление пористого кремния

Процесс получения нового материала проходит при температуре 500 К; после нагревания органическое вещество образует на поверхности двумерную «сеть» с гексагональными ячейками нанометровых размеров. Взаимодействие двумерного электронного газа меди с этой сетью приводит к захвату электронов в ячейки с образованием так называемых квантовых точек. При этом наблюдается формирование электронной зонной структуры.

Варьируя параметры (высоту и диаметр ячеек) создаваемой сети, можно изменять характеристики материала. Кроме того возможно заполнить ячейки разными молекулами, что должно позволить управлять теми свойствами материала, которые зависят от электронной структуры (проводимостью, отражательной способностью).

Наноструктуры, возникающие в растворах с участием ПАВ: 1 –мономеры, 2 – мицелла, 3 – цилиндрическая мицелла, 4 – гексагонально упакованные цилиндр мицеллы, 5 – ламеллярная мицелла, 6 –гексагонально упаков обратные мицеллы

Графен - слой атомов углерода, соединенных посредством sp2-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решетку. Графен самый тонкий и прочный материал

Квантовая физика развивает теорию таких объектов, а их практические применения обещают быть поистине впечатляющими. Материалы на основе графена могут перевернуть мир электроники: в частности, ученые предполагают, что графеновые транзисторы будут работать на порядки быстрее, чем современная кремниевая техника. Графен можно использовать для производства прозрачных сенсорных экранов, световых панелей или даже солнечных батарей. В смеси с пластиками графен дает возможность создавать композитные проводящие материалы, более устойчивые к действию высоких температур. Прочность графена позволяет конструировать новые механически устойчивые материалы, сверхтонкие, эластичные и легкие. В будущем из композитных материалов на основе графена, возможно, будут делать спутники, самолеты и автомобили.

Ферромагнитная жидкость на стекле под воздействием магнита под стеклом. Ферромагнитная жидкость - жидкость, способная принимать определенную форму под действием электромагнитного поля

Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные растворы, состоящие из ферромагнитных или ферримагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода. Для обеспечения устойчивости такой жидкости ферромагнитные частицы связываются с поверхностно-активным веществом (ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующем их слипанию из-за Ван-дер-ваальсовых или магнитных сил.

В медицине биологически совместимые ферромагнитные жидкости могут быть использованы для диагностики рака и для удаления опухолей. Предполагается, что ферромагнитная жидкость вводится в опухоль и подвергается воздействию быстро меняющегося магнитного поля, и выделяющееся от трения тепло может разрушить опухоль.

«Умные» наноматериалы - материалы, активно реагирующие на изменения окружающей среды и изменяющие свои свойства в зависимости от обстоятельств

В планы ученых входит разработка «умных» лекарств, которые будут сами находить больную клетку, и действовать на нее, не задевая остальные. Благодаря ним получится, наконец, победить СПИД.

Наночастицы оксида цинка Наночастицы оксида цинка защищают от вредного воздействия УФ лучей. Их можно использовать при производстве очков, одежды, солнцезащитных кремов и пр. Кроме того, ими можно модифицировать ткани для камуфляжей и покрытий типа «стелс», невидимых в широком диапазоне частот.

ДИОКСИД КРЕМНИЯ Наночастицы диоксида кремния обладают удивительным свойством: если их нанести на какой-либо материал, то они присоединяются к его молекулам и позволяют поверхности отторгать грязь и воду. Нанопокрытия на основе этих частиц защищают стекла, плитку, дерево, камень и т.д. Частицы грязи не могут прилипнуть или проникнуть в защищаемую поверхность, а вода легко стекает с нее, унося любые загрязнения.

НАНОРОБОТЫ В КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЕ

Электровзрывной метод получения наночастиц Большие тугоплавкие электроды (чтобы они сами не сгорели вместе с проволочкой) Сначала металлическая проволочка закрепляется между электродами Всё происходит в атмосфере инертного газа (чтобы частицы не окислились) При подачи тока проволочка разлетается на наночастицы

МЕТОД ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ПАРА Это наиболее практичный и массовый способ получения углеродных нанотрубок основан на термохимическом осаждение углеродсодержащего газа на поверхности горячего металлического катализатора. Данный метод также получил название метода каталитического разложения углеводородов.

Получение углеродных наноструктур Высокотемпературные методы выращивания УНТ: а) в дуговом разряде; б) лазерным испарением а) б)

Нанопокрытия -покрытия, состоящее из полимерных слоев и наночастиц кварца (автомобильные стекла, зеркала для ванных комнат, линзы цифровых фотоаппаратов, спортивные очки и пр.) -покрытия на основе золь/гель – технологий (могут сделать лобовые стекла машин устойчивыми к появлению царапин) -краска для внешних стен домов, которая «отталкивает» грязь и влагу -многослойная бумага для струйных принтеров Нанопокрытие для автомобильного стекла. На верхнем рисунке обработана левая половина лобового стекла, на нижнем – правая

Катализаторы и фильтры Наночастицы золота на пористом материале-носителе являются хорошим катализатором в автомобилях: даже при запуске холодного двигателя они разлагают оксиды азота и моноксид углерода до безвредных веществ. Наночастицы золота могут также стать достойными катализаторами для топливных батарей. В настоящее время испытываются свойства наночастиц золота предотвращать появление запахов. В небольших системах кондиционирования, например, в автомобилях, они могут предотвращать запахи, появляющиеся из-за присутствия в системе бактерий. Наночастицы золота уже используются в туалетах. Исключительно важными в обработке жидкостей, а также в снабжении чистой питьевой водой становятся керамические мембраны с нанопорами. Такие мембраны позволят легко отфильтровывать бактерии и вирусы.

Нанотехнологии в медицине О беззараживание наночастицами серебра Например, выпущены повязки для обеззараживания ран, содержащие наночастицы серебра. Наночастицы убивают даже те микроорганизмы, которые малочувствительны к стандартным антисептикам. Наночастицами серебра компания Samsung покрывает некоторые модели сотовых телефонов. Покрытие этими наночастицами барабана стиральной машины обеззараживает белье при стирке. Немецкие ученые ввели ионы серебра в одежду и постельное белье, которые рекомендуют использовать при экземе и других нарушениях кожного покрова. Создание надмолекулярных лекарственных капсул При помощи таких капсул большие дозы лекарств могут доставляться прямо в источник заболевания, не подвергая воздействию весь организм и сводя к минимуму побочные эффекты

Нанотехнологии в парфюмерии и пищевой промышленности Нанокапсулы, в которых содержатся полезные для кожи вещества, легко проникают внутрь клеток эпидермиса. Аналогично действуют кремы против болей в суставах и мышцах, появляющихся при интенсивных занятиях спортом. Малые размеры нанокапсул в некоторых дезинфицирующих средствах позволяют им проникать через клеточные мембраны микроорганизмов, обеспечивая высокую эффективность при отсутствии побочных эффектов для человека. В пищевой промышленности нанотехнология прежде всего поможет с помощью различных сенсоров контролировать качество и безопасность пищи. Наномембраны обеспечивают эффективную фильтрацию воды от примесей и микроорганизмов.

Демонстрация одного из опытных образцов костюма-невидимки… Материалы будущего

При этом процессор моделирует траекторию луча таким образом, как если бы между принимающим датчиком и светоизлучающим элементом ничего не было. Это позволяет наблюдателю видеть предметы, которые фактически находятся за обладателем костюма. Технологией заинтересуются хирурги, которым собственные руки и инструменты часто мешают видеть оперируемые органы. Летчики также будут не против «прозрачного» пола в кабине самолета, показывающего все детали посадки

Коллоидное серебро это коллоидный раствор частиц серебра в воде Коллоидное серебро – это отличная альтернатива антибиотикам. Ни одна известная болезнетворная бактерия не выживает в присутствии даже минимального количества серебра, тем более в коллоидном состоянии. Коллоидное Серебро помогает организму бороться с инфекцией не хуже, чем с помощью антибиотиков, но абсолютно без побочных эффектов. Молекулы серебра блокируют размножение вредных бактерий, вирусов и грибков, снижают их жизнедеятельность. При этом спектр действия коллоидного серебра распространяется на 650 видов бактерий (для сравнения – спектр действия любого антибиотика – лишь 5-10 видов бактерий). Коллоидное серебро представляет собой коллоидный раствор сверхмалых частиц серебра, находящихся во взвешенном состоянии. Хотя механизм бактерицидного действия серебра пока детально неизвестен, полагают, что ионы серебра угнетают специфический фермент, который участвует в процессах метаболизма многих видов бактерий, вирусов и грибков. Получить коллоидное серебро в домашних условиях можно с помощью генератора коллоидных ионов серебра Невотон

Коллоидный раствор минералов Описание: Полный набор минеральных веществ в легко усваиваемой форме. Участвует в формировании костной ткани и создании клеток крови. Необходим для нормального функционирования сердечно-сосудистой и нервной систем. Регулирует мышечный тонус и состав внутриклеточной жидкости.