Предмет, цели и основные направления в нанотехнологии
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева
Инженерно – технический факультет
Кафедра энергетики и радиоэлектроники
Реферат на тему: «Наноматериалы и наноустройства»
по дисциплине – «Основы нанотехнологий»
Выполнил Лукьянов И.А
Проверил Латыпов С.И.
Петропавловск 2016
Содержание
Введение. 3
1. Предмет, цели и основные направления в нанотехнологии. 5
2. Сканирующая туннельная микроскопия. 7
3. Наноматериалы.. 10
3.1 Фуллерены.. 10
3.2 Фуллериты.. 10
3.3 Углеродные нанотрубки. 10
3.4 Сверхпрочные материалы.. 12
3.5 Высокопроводящие материалы.. 12
4. Наноустройства. 13
4.1 Молекулярные шестерни и насосы.. 13
4.2 Алмазная память для компьютеров. 13
4.3 Ассемблеры и дизассемблеры.. 13
4.4 Медицинский наноробот. 14
Заключение. 15
Список использованной литературы.. 15
Введение
Развитие цивилизации неразрывно связано с совершенствованием технологий получения и использования материалов. На этом пути было несколько качественных скачков: бронза, сталь, полимеры, композиты... Сегодня наступил следующий этап в области материаловедения, обусловленный накоплением знаний об определяющем влиянии наноструктуры на свойства материалов.
Перед материаловедением наносистем стоит целый комплекс научно-технических проблем, решение которых должно быть направлено не только на изучение масштабного фактора (уменьшение величины частиц, элементов или структур), но и на исследование принципиально новых явлений, присущих наномасштабу.
Развитие технологий, связанных с исследованием, созданием и использованием наноматериалов, в ближайшие годы приведет к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности – в электронике, информатике, материаловедении, энергетике, машиностроении, биологии, медицине, сельском хозяйстве, экологии.
Нанотехнологии рассматриваются ведущими странами как рычаг для приобретения мирового экономического, финансового, политического и военного господства. Развивающиеся страны рассматривают государственную поддержку развития нанотехнологий как наиболее эффективный способ подъема своего промышленного производства и вхождения в мировой рынок с конкурентоспособной продукцией широкого применения. Всеобщий интерес к развитию нанотехнологий подтверждается принятием в 35 странах национальных программ по развитию этого перспективного научно-технического направления, а также объемами выделяемых бюджетных средств. Основным объектом исследований в этих странах является целый комплекс наноматериалов конструкционного и функционального классов, наноматериалов электронной техники, биотехнологии и медицины и т.д.
Например, в США приоритетными направлениями развития наноматериалов в рамках Национальной программы "Нанотехнологическая инициатива" являются нанокатализаторы, тонкая конструкционная керамика, высокопрочные сплавы, магнитные наносистемы, материалы с особыми электрофизическими свойствами, наноструктурированные покрытия и углеродные наноматериалы. В странах ЕС (Германия, Великобритания, Италия, Швеция, Швейцария) – нанокатализаторы, полимерные и металлополимерные нанокомпозиты, жаропрочные сплавы, сплавы сверхбыстрого затвердевания. В Японии – конструкционная тонкая керамика, нанокомпозиты, углеродные и магнитные наноматериалы.
К научным и прикладным разработкам в области нанотехнологий подключены все ведущие университеты мира. За последние годы создано свыше 1600 нанотехнологических компаний и научных центров, и число их удваивается каждые 1,5–2 года [8].
Президент утвердил "Приоритетные направления развития науки, технологий и техники РК", к числу которых принадлежит и "Индустрия наносистем и материалы". В рамках этого направления реализуется сразу несколько критически важных технологий, в том числе:
· нанотехнологии и наноматериалы;
· технологии водородной энергетики;
· технология создания и обработки кристаллических материалов со специальными свойствами;
· технологии создания композиционных и керамических материалов;
· технологии создания биосовместимых материалов;
· технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ресурсов;
· базовые и критические военные, специальные и промышленные технологии;
· технологии атомной энергетики с замкнутым топливным циклом.
Промышленное освоение конструкционных и функциональных материалов на основе наноматериалов и нанотехнологий создаст реальный экономический эффект за счет создания новых конкурентоспособных изделий в реальном секторе экономики и выхода этих изделий на отечественный и мировой рынки. Качественно новые эксплуатационные и потребительские свойства таких изделий позволяют достичь увеличения безаварийного срока службы деталей и устройств, снижения расходов на замену вышедшего из строя оборудования и уменьшения сроков простоя оборудования, расширения области применения наноматериалов. Особого эффекта следует ожидать при создании новых видов вооружений и специальной техники. Будущее функциональных и конструкционных наноматериалов – реально и перспективно. Но очень важно уже сегодня начать эффективно реализовывать имеющиеся у нас заделы, иначе завтра это сделают другие [8].
Предмет, цели и основные направления в нанотехнологии
Согласно Энциклопедическому словарю, технологией называется совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.
Особенность нанотехнологии заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров. "Сырьем" являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии для нанотехнологии характерен "индивидуальный" подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как "бездефектные" материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометровыми размерами. Понятие "нанотехнология" еще не устоялось. По-видимому, можно придерживаться следующего рабочего определения.
Нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустроиств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.
Анализ текущего состояния бурно развивающейся области позволяет выделить в ней ряд важнейших направлений:
· Молекулярный дизайн. Препарирование имеющихся молекул и синтез новых молекул в сильно неоднородных электромагнитных полях.
· Материаловедение. Создание "бездефектных" высокопрочных материалов, материалов с высокой проводимостью.
· Приборостроение. Создание сканирующих туннельных микроскопов, атомно-силовых микроскопов, магнитных силовых микроскопов, многоострийных систем для молекулярного дизайна, миниатюрных сверхчувствительных датчиков, нанороботов.
· Электроника. Конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем.
· Оптика. Создание нанолазеров. Синтез многоострийных систем с нанолазерами.
· Гетерогенный катализ. Разработка катализаторов с наноструктурами для классов реакций селективного катализа.
· Медицина. Проектирование наноинструментария для уничтожения вирусов, локального "ремонта" органов, высокоточной доставки доз лекарств в определенные места живого организма.
· Трибология. Определение связи наноструктуры материалов и сил трения и использование этих знаний для изготовления перспективных пар трения.
· Управляемые ядерные реакции. Наноускорители частиц, нестатистические ядерные реакции.