Впервые это научное направление обозначил Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман в своей лекции с образным названием «внизу полным-полно места», - презентация

1

2 Впервые это научное направление обозначил Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман в своей лекции с образным названием «внизу полным-полно места», прочитанной в 1969 году, в которой он обосновал практически неограниченные перспективы материалов и устройств, построенных на частицах с размерами, соизмеримыми с размерами единичных атомов или молекул, а интенсивное развитие этого направления уже в настоящее время привело к целому ряду открытий в естествознании и технологии. В 1983 году один из пионеров наноразмерных компьютеров Ф. Картер предсказал, что микроэлектронные интегральные схемы пересекут нанометровую границу около 2020 года. Однако начало практической нанотехнологии было ознаменовано изобретением в 1982 году сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Так, с помощью СТМ оказалось возможным перемещение индивидуальных атомов и молекулярных фрагментов по поверхности подложки в заранее определенные места.

3 Нано (обозначение н или n) одна миллиардная часть единого целого. Дольная приставка в системе единиц СИ, означающая множитель 10^9 (одна миллиардная). Нанометр (нм, nm) единица измерения длины в метрической системе, равная одной миллиардной части метра (т.е. 10^9 метра). Устаревшее название миллимикрон (10^3 микрона; обозначения: ммк, mμ) Нанотехнология междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, методов применения и создания объектов путём контролируемого манипулирования отдельными атомами, молекулами и компонентами с размерами от 1 до 100 нм (в одном или нескольких направлениях). Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых, хотя бы в одном измерении, не превышают 100 нм, и, вследствие чего, обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

4 Нанотехнология - междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют множество методов «классических» наук: биологии, химии, физики. Однако есть и более новый, специфичный для данной науки метод- сканирующая зондовая микроскопия. Работа сканирующего зондового микроскопа основана на взаимодействии поверхности образца с зондом (кантилевер, игла или оптический зонд). При малом расстоянии между поверхностью и образцом действие сил взаимодействия (отталкивания, притяжения,и других сил) и проявление различных эффектов (например, туннелирование электронов) можно зафиксировать с помощью современных средств регистрации. Основные типы сканирующих зондовых микроскопов: Сканирующий атомно-силовой микроскоп Сканирующий туннельный микроскоп Ближнепольный оптический микроскоп Кантилевер в сканирующем электронном микроскопе (увеличение 1000×)

5 Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих. В ряде работ используется следующая классификация объектов нанотехнологии: Углеродные нанотрубки Фуллерены Графен Нанокристаллы Аэрогель Наноаккумуляторы Самоочищающиеся поверхности на основе эффекта лотоса И т.д. Но необходимо помнить, что деление объектов весьма условно.

6 Это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена. Возможные применения нанотрубок: Механические применения: сверхпрочные нити, композитные материалы, нановесы. Применения в микроэлектронике: транзисторы, нанопровода, прозрачные проводящие поверхности, топливные элементы. Для создания соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в новейших нейрокомпьютерных разработках. Капиллярные применения: капсулы для активных молекул, хранение металлов и газов, нано пипетки. Миниатюрные датчики для обнаружения молекул в газовой среде или в растворах с ультравысокой чувствительностью. Такие нанодатчики могут использоваться для мониторинга окружающей среды, в военных, медицинских и биотехнологических применениях.

7 Фуллерены, баки было или букиболы молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Области применения: Аккумуляторы и электрические батареи Добавки для получения искусственных алмазов методом высокого давления(выход алмазов увеличивается на 30 %) Создание новых лекарств Огнезащитные краски Изготовление солнечных элементов Химические свойства фуллеренов: К каждой такой молекуле можно привить другие атомы и молекулы. Можно поместить чужеродный атом в центральную полость такой молекулы как в суперпрочный контейнер. Раскрыв внутренние связи (высоким давлением, интенсивным освещением и т.п.), можно соединить две фуллереновые молекулы в димер. водный раствор C 60 HyFn

8 Аэрогели (от лат. aer воздух и gelatus замороженный) класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность и т. д. Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода. Применение: 1. Газовых и жидкостные фильтры 2. Аэрогель на основе оксида железа с алюминиевыми наночастицами может служить взрывчаткой 3. Радиатор в черенковских детекторах заряженных частиц 4. Используется в проекте «Стардаст» в качестве материала для ловушек космической пыли. Блоки аэрогеля

9 Наноаккумуляторы – это аккумуляторы, использующие технологию нано пластин (менее 100 нм). Для сравнения, традиционные литиево-ионная технология использующая такие материалы, как оксиды лития с кобальтом или марганцем, чьи частицы имеют размер 5-20 мкм. Устройство: Анод – обычно либо графит, либо сердечник из нержавеющий стали, покрытый нано слоем кремния. Катод Электролит Преимущества: 1) Более быстрое время зарядки аккумулятора, чем у литиево- ионных аналогов. 2) Более сильное создаваемое напряжение, и значительно увеличенная плотность заряда. 3) Меньший вес 4) Увеличенный срок эксплуатации

10 Эффект лотоса эффект крайне низкой смачиваемости поверхности, который можно наблюдать на листьях и лепестках растений рода Лотос и других растений, как например настурция и тростник обыкновенный. Только с изобретением электронного микроскопа секрет лотоса стал известен. Его раскрыл немецкий биолог Вильгельм Бартлотт в 1975 году. Все дело в микроскопических бугорках, которыми покрыты листья. А бугорки, в свою очередь, покрыты еще более мелкими «нано волосиками». Капля воды, попадая на такую бугристую поверхность, не может равномерно расположиться на ней, т.к. этому мешают силы поверхностного натяжения. Поэтому капли скатываются с поверхности листа, не оставляя следа и смывая грязь, пыль и бактерии. Ученые стремятся создать супер гидрофобный материал с использованием нанотехнологий. Область применения: 1. Лаки,краски 2. Специальные покрытия стен высотных зданий 3. Незапотевающие окна Эффект лотоса

11 Получение наноматериалов, содержащих неорганические кластеры, образованные чистыми металлами, сплавами металлов, состоящих из элементов переходных групп, оксидами, карбидами и сульфидами металлов, а также углеродными и органическими молекулярными кластерами. Получение материалов, представляющих собой молекулярное сито с точно заданными размерами пор. К подобным материалам в настоящее время относятся нанокрасталлы ситаллов, гидроксилапатита, пористый кремний и т.д. Получение нано замкнутых атомных оболочек, в первую очередь углеродных, типа фуллеренов и их производных: нанотрубок разного строения, диаметра и хиральности. Получение пленок, в которых наноразмеры фиксируются, создаются с одном направлении. Это могут быть металлические, полупроводниковые и диэлектрические пленки толщиной в несколько атомных молекулярных слоев. Получение наноразмерных катализаторов. Данные катализаторы обеспечивают высокую избирательную способность и высокий выход продуктов реакций. Это достигается изменением функциональных свойств поверхности катализатора, её элементного состава или числа атомов в отдельных наночастицах катализатора.