PROJEKTI KAART
Vanuserühm: 8-10 klassi.
Asjakohasus: Nanotehnoloogia on tihedalt seotud tänapäeva inimese eluga.
Sihtmärk: nanotehnoloogiate ja nende rakendusvaldkondade mõistmise laiendamine.
Projekti asukoht: bioloogia, füüsika, keemia, meditsiin, sõjateadus.
Projekti tüüp: Grupp.
Projektiga töötamise kestus: alates 2 nädalast.
Probleemne olukord
Teaduse ja tehnoloogia valdkond nimega nanotehnoloogia on tekkinud suhteliselt hiljuti. Selle teaduse väljavaated on tohutud. Osake "nano" ise tähendab ühte miljardindikku kogusest. Näiteks nanomeeter on üks miljardik meetrist. Need suurused on sarnased molekulide ja aatomite suurustega. Nanotehnoloogia täpne määratlus on järgmine: nanotehnoloogia on tehnoloogia, mis manipuleerib ainega aatomite ja molekulide tasemel (seetõttu nimetatakse nanotehnoloogiat ka molekulaartehnoloogiaks). Nanotehnoloogia arengu tõukejõuks oli teaduslik idee, et füüsika seisukohalt pole takistusi asjade loomisel otse aatomitest.
Täna saame ära kasutada nanotehnoloogia eeliseid ja uusi võimalusi:
- ravim;
- farmakoloogia;
- ökoloogia;
- arvutiteadus, infoturbesüsteemid;
- sidesüsteemid;
- auto-, traktori- ja lennuseadmed;
- liiklusohutus;
- uued navigatsioonisüsteemid.
Järgmisena kutsuvad erinevate ainevaldkondade õpetaja või õpetajad õpilasi kognitiivsete huvide järgi rühmadesse jagama ja uurima nanotehnoloogiat valitud teadmistevaldkonnas.
Projekti ülesanne: uurida nanotehnoloogia ajalugu, nanotehnoloogia ideed, nanotehnoloogia rakendamist erinevates teadmiste valdkondades, unistada ja pakkuda rohkem võimalusi nanotehnoloogia kasutamiseks.
Võimalik projektitoode:
- abstraktne;
- aruanne;
- artikkel;
- esitlus.
Õpilastele mõeldud teabeallikad:
- Kobayashi N. Sissejuhatus nanotehnoloogiasse. M.: Binom, 2005.
- Chaplygin A. Nanotehnoloogiad elektroonikas. M.: Tehnosfäär, 2005.
Projektiülesande täitmiseks vajalikud ressursid: haugisoomuse proovid, skanner, mikroskoobid.
Projekti tegevuste korraldamine(taotluses).
| Peamised etapid | Õpilaste tegevused selles etapis | Õpetaja tegevused selles etapis | Kasutatud õppetehnoloogiad |
| 1. Ligikaudne | Teemavaldkonnas orienteerumine, projekti teema määramine, probleemi otsimine ja analüüs, projekti eesmärgi seadmine, projekti nime valimine | Konsulteerimine | Probleemõpe, juhtumiuuring, loovtöötubade tehnoloogia |
| 2. Peamine | Arendus, võimalike projektivariantide arutelu, info kogumine ja uurimine, vastutuse jaotus grupiprojektis | Konsulteerimine | Projektimeetod, probleemipõhine õpe |
| 3. Refleksiivne | Projekti tulemuste analüüs, projekti kvaliteedi enesehinnang, vajalike muudatuste tegemine | Retsensentide, “välisekspertide” rühmade moodustamine | Projekti meetod |
| 4. Kokkuvõtete tegemine, esitlus | Teksti koostamine ja projekti kaitsmine. Klassikaaslaste projektide läbivaatamine |
Individuaalsed ja grupikonsultatsioonid projekteerimistööde sisu ja reeglite osas. Ekspertarvamus. Kokkuvõtete tegemine, tehtud tööde analüüsimine |
Arutelu, seminar, ümarlaud |
Tulemuslikkuse hindamine. Toimub kollektiivse arutelu ja enesehindamise teel. Õpetaja tuletab õpilastele meelde kriteeriume, mille järgi nad oma ja teiste tööd hindavad: argumenteeritus, veenvus, aktiivsus, oma arvamuse omamine.
Laadige alla kõik projekti materjalid
Tänu uuenduslikele tehnoloogiatele on inimkonnal võimalus uurida meid ümbritsevat maailma “väiksemal” tasemel. Nanotehnoloogiat kasutatakse erinevates tegevusvaldkondades. Mikroskoopilised osakesed või nagu neid praegu tavaliselt nimetatakse nanoosakesed, saab sünteesida erinevatest materjalidest. Nende osakeste suurus ei ületa 100 nm.
Inimkond on nanomaailma ainulaadseid võimalusi kasutanud iidsetest aegadest peale. Näiteks ajaloolise meistriteose Lycurgus Cupi lõid Vana-Rooma meistrid. Klaaspokaali ainulaadne struktuur üllatab isegi kaasaegseid meistreid. Kui tass on väljastpoolt valgustatud, on see roheline ja seestpoolt valgustatud oranžikaspunane. Mis on põhjus? Asi on selles, et väärismetallide (hõbe ja kuld) nanoosakesed on sisestatud klaasi struktuuri.
Nanoosakesed ja ravim
Esimest nanoosakest kirjeldas A. Einstein juba 1905. aastal. Ta tõestas, et sahharoosi molekuli suurus on umbes 1 nm. Nanoosakesed ületavad kergesti rakumembraane, nii et nad on võimelised tungima kõikjale meie kehas. Seda ainulaadset omadust kasutatakse praktilises meditsiinis erinevate haiguste diagnoosimiseks.
Näiteks kasutatakse nanoosakesi vähi diagnoosimiseks, mikroosakesed kinnituvad vähirakkudele, nende suurenenud kontsentratsiooni abil saab määrata kantserogeensete rakkude asukohta organismis. Nanotehnoloogia võimaldab toimetada ravimeid täpselt määratletud kohta. Nanoosakeste abil saate kiirendada haavade paranemisprotsessi ja pärssida kasvajate kasvu.
Nagu näeme, on meie elu nende mikroskoopiliste osakestega tihedalt seotud. On tõestatud, et nanoosakesed võivad toimida katalüsaatorite ja adsorbentidena. Juba praegu kasutatakse nanotehnoloogiat üliõhukeste ja ülikestvate kaitsekatete loomisel. Siiski on enamik teadlasi arvamusel, et nanoosakeste mõju inimkehale pole veel piisavalt uuritud, mistõttu on veel vara edu tähistada ja timpanist üle lüüa.
Nanoosakesed ja nende uurimine
Ülaltoodud materjali kõigi võimaluste uurimise aluseks on kvaliteetne laboriseadmed Horiba (osakeste suuruse analüsaatorid). Praegu saab kõiki nanoosakesi klassifitseerida mitme näitaja järgi:
Vastavalt põhiainele;
Päritolu järgi (looduslik, tehislik);
Mitmemõõtmelisuse tüübi järgi.
Horiba kaasaegsed laboriseadmed võimaldavad teil määrata nanoosakeste kõik omadused. Meie ettevõte esitleb teie tähelepanu järgmised tuntud firma Horiba laseranalüsaatorite mudelid - SZ-100V2, LA-960V2 ja LA-300. Niisiis kasutatakse laseranalüsaatorit SZ-100 0,3 nm kuni 8 mikroni suuruse, ζ-potentsiaali ja molekulmassiga mikroosakeste uurimiseks. Mõõtmispõhimõte põhinebl. Laseranalüsaator LA-950 on ainulaadne seade, mis suudab töötada suurel kiirusel. Selle seadme abil on võimalik läbi viia uuringuid, kasutades vedelas keskkonnas ringikujulist süsteemi. Laseranalüsaator LA-300 on varustatud automaatse pumbaga ja võib töötada laserdifraktsiooniga.
RVS LLC on Horiba kaubamärgi püsipartner. Ettevõtte spetsialistid läbivad regulaarselt täiendkoolitusi. Vajadusel nõustavad asjatundlikult ja aitavad otsustada laseranalüsaatori mudeli üle. Müüme ainult kvaliteetseid tooteid.
Iga päevaga jõuame nanotehnoloogia endaga kaasnevale vältimatule revolutsioonile lähemale. Loome uusi seadmeid, hangime unikaalseid materjale, mille peale me varem polnud mõelnud. Nanotehnoloogia kasutamine igapäevaelus on võimaldanud muuta meile tuttavate esemete kuju. Selle tulemusena saime aine täiesti erinevad, kuid kasulikud omadused. Meid ümbritsev reaalsus muutub vähem ohtlikuks ja mugavamaks eluks. Hea näide: kasutatud elektriseadmete tavaliste mõõtmete vähendamine inimsilmale nähtamatuks nanoosakeste suuruseks. Arvutid muutuvad väiksemaks, kuid palju võimsamaks. Nanotehnoloogiad igapäevaelus ja tööstuses on võimaldanud oluliselt muuta kõike meid ümbritsevat.
Kas on võimalik luua tehisintellekti vorm, mis suudab rahuldada kõik meie vajadused? Vastus peitub viimaste arengute ratsionaalses rakendamises. Nanotehnoloogia on tulevikutee, kuna see puudutab meie elu kõiki aspekte. Nanotehnoloogia kasutamine pakub palju võimalusi, kuid tekitab ka mitmeid probleeme.
Aken nanomaailma
Elektronmikroskoop võimaldab teil vaadata mikromaailma. Ilma eriseadmeteta on nanotehnoloogiat igapäevaelus väga raske kohe märgata, kuna need on nii väikesed, et neid ei saa palja silmaga eristada. Just sellistel kaaludel on ainetel kõige ebatavalisemad ja ootamatumad omadused. Selliste omaduste kasutamine tõotab ainulaadset tehnoloogilist revolutsiooni. Need pakuvad radikaalselt uusi võimalusi, näiteks inimkeha ja keskkonna kontrolli all hoidmine.
Nanotehnoloogia ajalugu
Kõik sai alguse 20. sajandi 80. aastatel skannimise (STM) nimelise tööriista leiutamisest. Professor James Dzimzewski on kogu oma tööelu veetnud nanomõõtmelises maailmas. Ta on üks esimesi inimesi maailmas, kellel on võimalus uurida ainet uskumatult väikeste koguste, miljondikmillimeetrite tasemel. Need mikroskoobid võimaldavad pinda uurida samamoodi, nagu pimedad loevad.Siis poleks keegi osanud arvata, kui kasulik on nanotehnoloogia igapäevaelus ja tööstuses.
Nanoosakestega töötamise põhimõte
Skaneerivas mikroskoobis kasutatakse sondi, mis on nõela paksusega 1 aatom. Kui see jõuab proovist vaid mõne nanomeetri kaugusele, vahetatakse elektronid lähima nanoosakesega. Seda nähtust nimetatakse tunneliefektiks. Juhtsüsteem fikseerib tunnelivoolu suuruse muutused ning selle info põhjal teostatakse uuritava proovi pinna topograafia täpsem konstrueerimine. Tarkvara võimaldab saadud andmed teisendada pildiks, mis annab teadlastele võtme uude, igapäevaelus ja muudes tööstusharudes nanotehnoloogiat kasutavasse maailma.
James Dzimzewski sõnul said teadlased tänu skaneerivale elektronmikroskoobile esimest korda pilte aatomitest ja molekulidest ning said uurida nende kuju. See oli tõeline revolutsioon teaduses, sest teadlased hakkasid paljusid asju vaatama täiesti erinevalt, pöörates tähelepanu üksikute aatomite, mitte miljonite ja miljardite osakeste omadustele, nagu varem.
Esimesed avastused
Uute tehnoloogiate kasutamine on viinud hämmastava avastuseni. Kui seade jõudis aatomist 1 nanomeetri kaugusele, tekkis selle ja aatomi vahel side. See funktsioon võimaldas leida viisi üksikute mikroosakeste liigutamiseks. Tänu sellele avastusele sai võimalikuks nanotehnoloogia kasutamine mugavaks eluks.
Nagu selgitas California ülikooli professor James Dzhimzewski, võimaldas tunneli skaneeriva mikroskoobi abil molekule ja aatomeid praktiliselt puudutada. Esimest korda suutsid teadlased manipuleerida aine pinnal olevate aatomitega ja luua struktuure, mida varem polnud võimalik ette kujutada.
See äsja leitud avastus (võime jälgida ja manipuleerida kõige väiksemate osakestega, millest aine koosneb) on võimaldanud eranditult kasutada nanotehnoloogiat kõigis tööstusharudes.
Nanotehnoloogia areng
Füüsik ja filosoof Etin Klin usub, et tehnoloogilise läbimurde võimalus nanotehnoloogia kaudu on üsna reaalne, kuid paljuski põhineb see teadlase entusiasmil.
Nagu ütleb füüsik ja filosoof Etin Klin, on aatomite olemasolu eksperimentaalsest kinnitusest hetkeni, mil sai võimalikuks nendega manipuleerida, möödunud vähem kui 100 aastat. Teadlastele avanevad võimalused, millele nad poleks varem mõelnud. Alles tänu sellele hakkas kõigi arenenud riikide valitsus vastavate teaduste vastu huvi tundma. Kõik sai alguse Ameerika algatusest 2002. aastal, mille käivitasid füüsikud Roca ja Benbridge. Need teadlased tulid välja hullumeelse ideega, et tänu nanotehnoloogiale suudab inimkond lahendada kõik tema ees seisvad probleemid.
See väide oli ajendiks arvukate uuringute alustamiseks, mis võimaldasid rakendada selliseid arenenud teaduse ja tehnoloogia valdkondi nagu mikroelektroonika, arvutiteadus, tuumaenergia uuringud, mikrobioloogia, lasertehnoloogia, meditsiin ja palju muud.
Nanotehnoloogia: näited
Igapäevaelus on nii palju nähtamatuid, kuid väga olulisi aineid, mille olemasolu me isegi ei kahtlusta! Vaatame kõige silmatorkavamaid näiteid:
- Hambapasta. Varem ei mõelnud keegi, miks hambapuhastusvahendid erinevad. Seda kõike seletatakse teatud nanoosakeste olemasoluga. Näiteks kaltsiumhüdroksüapatiit, mis on silmale nähtamatu, aitab taastada kahjustatud emaili ja kaitsta hambaid kaariese eest.
- Auto värvimine. Tänapäevased autovärvid suudavad tänu nanoosakestele katta madalaid kriimustusi ja muid kerele tekkinud õõnsusi. Need sisaldavad mikroskoopilisi palle, mis tagavad selle efekti.
NANOTEHNOLOOGIA MEIE ELUS
Museridze K., Ajawi E., Musina K., Simonyan R. Ya.
GBOU Keskkool nr 1005 “Scarlet Sails”, Moskva, Venemaa
Selle teema aktuaalsuse tingib nanotehnoloogia “toomine” meie ellu, sest tänapäeval ei saa ükski teadus ilma nanotehnoloogiata hakkama. Praegu areneb nanotehnoloogia teadus dünaamiliselt ja kogub hoogu. Materjalide tootmiseks täiustuvad molekulaarsel tasemel aine uurimise ja kontrollimise meetodid, seadmetel ja süsteemidel on uued tehnilised, funktsionaalsed ja tarbijaomadused. Nanotehnoloogia on sisenenud igapäevaellu. Elektroonika, meditsiin, kosmetoloogia, ehitus – see pole sugugi täielik loetelu nende tehnoloogiate rakendustest tavainimese tasemel. Ja pole inimest, kes poleks neist vähemalt pool kõrva kuulnud, aga kas kõik inimesed teavad, mis see on?
Nanotehnoloogia on fundamentaal- ja rakendusteaduse ja -tehnoloogia valdkond, mis tegeleb teoreetiliste põhjenduste, praktiliste uurimis-, analüüsi- ja sünteesimeetoditega, samuti meetoditega teatud aatomistruktuuriga toodete tootmiseks ja kasutamiseks indiviidi kontrollitud manipuleerimise teel. aatomid ja molekulid.
Meie uurimistöö eesmärk on välja selgitada nanotehnoloogia rakendamise kõige arenenumad valdkonnad, näidata nanotehnoloogia olulisust inimelus ning rääkida neist lihtsas ja kõigile arusaadavas keeles, populariseerida Venemaa teadlaste saavutusi selles vallas. .
Esiteks räägime nanotehnoloogia rakendamisest meditsiinis. Nanomeditsiin on üks aktiivselt arenevaid teadusvaldkondi ning hõlmab inimkeha bioloogiliste süsteemide jälgimist, korrigeerimist, geneetilist korrigeerimist ja kontrollimist molekulaarsel tasandil, kasutades nanoseadmeid, nanostruktuure ja infotehnoloogiaid.
Nanoelektroonika on teaduse ja tehnoloogia valdkond, mis hõlmab inimtegevuse vahendite, meetodite ja meetodite kogumit, mis on suunatud teoreetilisele ja praktilisele uurimistööle, modelleerimisele jne. .
Tekstiilis aitab nanotehnoloogia rõivastel muutuda veekindlaks, plekikindlaks, soojust juhtivaks jne. Näiteks võivad nanomaterjalid kombineerida nanoosakesi ja nanokiude teiste lisanditega, et aidata teie T-särgile kõiki neid omadusi pakkuda.
"Funktsionaalsed" toidud on looduslikud lihavalgud ja peptiidid, mis on tegelikult uue põlvkonna kõrgtehnoloogilise toidu kõige iseloomulikum näide.
Nanotehnoloogia. – URL :
Semyachkina, Yu. A., Klochkov A. Ya. Meie aja nanotehnoloogiad: toiduainetööstus [Tekst] // Tehnikateadused: traditsioonid ja uuendused: rahvusvahelised materjalid. teaduslik konf. (Tšeljabinsk, jaanuar 2012). - Tšeljabinsk: kaks komsomoli liiget, 2012. - Lk 166-167.
Funktsionaalsed toidud on multifunktsionaalsed toidud // Food News Time [Elektrooniline ressurss] Juurdepääsurežiim:
Y. SVIDINENKO, insener-füüsik
Nanostruktuurid asendavad traditsioonilised transistorid.
Kompaktne hariduslik nanotehnoloogiline installatsioon "UMKA" võimaldab teil manipuleerida üksikute aatomirühmadega.
Installatsiooni "UMKA" abil on võimalik uurida DVD pinda.
Juba on ilmunud õpik tulevastele nanotehnoloogidele.
Kahekümnenda sajandi viimasel veerandil ilmunud nanotehnoloogia areneb kiiresti. Peaaegu iga kuu tuleb teateid uute projektide kohta, mis tundusid veel aasta-kaks tagasi täieliku fantaasiana. Selle valdkonna teerajaja Eric Drexleri definitsiooni kohaselt on nanotehnoloogia "eeldatav tootmistehnoloogia, mis keskendub etteantud aatomistruktuuriga seadmete ja ainete odavale tootmisele". See tähendab, et see töötab üksikutel aatomitel, et saada aatomi täpsusega struktuure. See on fundamentaalne erinevus nanotehnoloogia ja tänapäevaste "mahuliste" masstehnoloogiate vahel, mis manipuleerivad makroobjekte.
Tuletame lugejale meelde, et nano on eesliide, mis tähistab 10 -9. Ühe nanomeetri pikkusel segmendil võib paikneda kaheksa hapnikuaatomit.
Nanoobjektidel (näiteks metalli nanoosakesed) on tavaliselt füüsikalised ja keemilised omadused, mis erinevad samast materjalist suuremate objektide omadest ja üksikute aatomite omadustest. Oletame, et 5-10 nm suuruste kullaosakeste sulamistemperatuur on sadu kraadi madalam kui 1 cm 3 suuruse kullatüki sulamistemperatuur.
Nanomõõtmetes tehtavad uuringud asuvad teaduste ristumiskohas, sageli puudutavad materjaliteaduse valdkonna uuringud biotehnoloogia, tahkisfüüsika ja elektroonika valdkondi.
Maailma juhtiv nanomeditsiini valdkonna ekspert Robert Freitas ütles: "Tuleviku nanomasinad peavad koosnema miljarditest aatomitest, nii et nende projekteerimine ja ehitamine nõuab spetsialistide meeskonna pingutusi. Iga nanoroboti kujundus nõuab mitme inimese ühiseid jõupingutusi. Boeing 777 lennuki projekteerisid ja ehitasid paljud meeskonnad üle kogu maailma. Tuleviku nanomeditsiiniline robot, mis koosneb miljonist (või isegi enamast) töötavast osast, ei ole oma disainilt lihtsam kui lennuk. "
NANOTOOTED MEIE ÜMBER
Nanomaailm on keeruline ja veel suhteliselt vähe uuritud, kuid mitte meist nii kaugel, kui paar aastat tagasi tundus. Enamik meist kasutab regulaarselt üht või teist nanotehnoloogia edusamme, ise sellest teadmata. Näiteks kaasaegne mikroelektroonika pole enam mikro-, vaid nano: tänapäeval toodetavad transistorid – kõigi kiipide alus – jäävad vahemikku kuni 90 nm. Ja elektroonikakomponentide edasine miniaturiseerimine 60, 45 ja 30 nm-ni on juba plaanis.
Veelgi enam, nagu Hewlett-Packardi ettevõtte esindajad hiljuti teatasid, asendatakse traditsioonilise tehnoloogiaga toodetud transistorid nanostruktuuridega. Üks selline element on kolm mitme nanomeetri laiust juhti: kaks neist on paralleelsed ja kolmas asub nendega täisnurga all. Juhtmed ei puutu kokku, vaid läbivad nagu sillad, üksteise kohal. Sel juhul laskuvad nanojuhtmaterjalist neile rakendatud pinge mõjul moodustunud molekulaarsed ahelad ülemistest juhtidest alumistesse. Selle tehnoloogia abil ehitatud vooluringid on juba näidanud võimet salvestada andmeid ja teha loogilisi toiminguid, st asendada transistore.
Uue tehnoloogiaga langevad mikroskeemide osade mõõtmed oluliselt alla 10-15 nanomeetri taseme, ulatudes mastaapi, kus traditsioonilised pooljuhttransistorid lihtsalt füüsiliselt toimida ei saa. Tõenäoliselt ilmuvad juba järgmise kümnendi esimesel poolel jadamikroskeemid (ikka traditsioonilised, räni), millesse ehitatakse sisse teatud hulk uue tehnoloogia abil loodud nanoelemente.
2004. aastal andis Kodak välja paberi Ultima tindiprinteritele. Sellel on üheksa kihti. Pealmine kiht koosneb keraamilistest nanoosakestest, mis muudavad paberi tihedamaks ja läikivamaks. Sisemised kihid sisaldavad pigmendi nanoosakesi mõõtmetega 10 nm, mis parandavad trükikvaliteeti. Ja värvi kiiret fikseerimist hõlbustavad kattekompositsioonis sisalduvad polümeeri nanoosakesed.
USA nanotehnoloogia instituudi direktor Chad Mirkin usub, et "nanotehnoloogia ehitab kõik materjalid nullist uuesti üles. Kõik molekulaarse tootmise teel saadud materjalid on uued, kuna seni pole inimkonnal olnud võimalust nanostruktuure arendada ja toota. Nüüd me kasutada ainult seda tööstuses "Mida loodus meile annab. Valmistame puudest lauad, juhtivast metallist juhtmed. Nanotehnoloogiline lähenemine on see, et töötleme peaaegu igasuguse loodusressursi nn "ehitusplokkideks", mis on tulevase tööstuse aluseks ."
Nüüd näeme juba nanorevolutsiooni algust: need on uued arvutikiibid ja uued kangad, mis ei määri, ja nanoosakeste kasutamine meditsiinilises diagnostikas (vt ka “Teadus ja elu” nr, , 2005). Nanomaterjalidest on huvitatud isegi kosmeetikatööstus. Nad võivad luua kosmeetikas palju uusi mittestandardseid suundi, mida varem polnud.
Nanomõõtmelises vahemikus on peaaegu igal materjalil ainulaadsed omadused. Näiteks on teada, et hõbeioonidel on antiseptiline toime. Hõbeda nanoosakeste lahusel on oluliselt suurem aktiivsus. Kui ravida selle lahusega sidet ja määrida see mädasele haavale, taandub põletik ja haav paraneb kiiremini kui tavalisi antiseptikume kasutades.
Kodumaine kontsern Nanoindustry on välja töötanud tehnoloogia lahustes ja adsorbeeritud olekus stabiilsete hõbeda nanoosakeste tootmiseks. Saadud ravimitel on lai antimikroobse toime spekter. Nii sai olemasolevate toodete tootjate tehnoloogilises protsessis tehnoloogilises protsessis väiksemate muudatustega võimalikuks luua terve hulk antimikroobsete omadustega tooteid.
Hõbeda nanoosakeste abil saab modifitseerida traditsioonilisi ja luua uusi materjale, katteid, desinfektsiooni- ja pesuvahendeid (sh hambapastad ja puhastuspastad, pesupulbrid, seebid) ja kosmeetikat. Hõbeda nanoosakestega modifitseeritud katteid ja materjale (komposiit, tekstiil, värv ja lakk, süsinik jt) saab kasutada ennetava antimikroobse kaitsena kohtades, kus suureneb nakkuste leviku oht: transpordis, ühiskondlikes toitlustusasutustes, põllumajandus- ja loomakasvatushooned, laste-, spordi- ja meditsiiniasutustes. Hõbeda nanoosakesi saab kasutada vee puhastamiseks ja patogeenide hävitamiseks kliimaseadmete filtrites, basseinides, duširuumides ja muudes sarnastes avalikes kohtades.
Sarnaseid tooteid toodetakse välismaal. Üks ettevõte toodab hõbeda nanoosakestega katteid krooniliste põletike ja lahtiste haavade raviks.
Teine nanomaterjalide tüüp on süsinik-nanotorud, millel on kolossaalne tugevus (vt “Teadus ja elu” nr 5, 2002; nr 6, 2003). Need on omapärased silindrilised polümeerimolekulid, mille läbimõõt on ligikaudu pool nanomeetrit ja pikkus kuni mitu mikromeetrit. Need avastati esmakordselt vähem kui 10 aastat tagasi fullereeni C60 sünteesi kõrvalsaadusena. Sellegipoolest luuakse juba nanomeetri suurusi elektroonikaseadmeid süsiniknanotorude baasil. Eeldatavasti asendavad need lähitulevikus palju elemente erinevate seadmete, sealhulgas kaasaegsete arvutite elektroonikalülitustes.
Nanotorusid ei kasutata aga ainult elektroonikas. Müügil on juba saadaval tennisereketid, mis on tugevdatud süsinik-nanotorudega, et piirata keerdumist ja pakkuda suuremat löögijõudu. Neid kasutatakse ka mõnedes sportrataste osades.
VENEMAA NANOTEHNOLOOGIATURUL
Kodumaine ettevõte Nanotechnology News Network esitles hiljuti Venemaal teist uut toodet - isepuhastuvaid nanokatteid. Piisab, kui pritsida autoklaasi spetsiaalse ränidioksiidi nanoosakesi sisaldava lahusega ning mustus ja vesi ei kleepu sellele 50 000 km jooksul. Klaasile jääb läbipaistev üliõhuke kiht, millel lihtsalt pole veel millegi külge kinni jääda ja see veereb koos mustusega maha. Esiteks tekkis uue toote vastu huvi pilvelõhkujate omanikel - nende hoonete fassaadide pesemisele kulub palju raha. Selliseid kompositsioone on keraamika, kivi, puidu ja isegi rõivaste katmiseks.
Peab ütlema, et mõned Venemaa organisatsioonid tegutsevad rahvusvahelisel nanotehnoloogia turul juba edukalt.
Näiteks Nanoindustry kontserni portfellis on mitmeid nanotehnoloogilisi tooteid, mis on rakendatavad erinevates tööstusvaldkondades. Need on redutseeriv koostis "RVS" ja hõbeda nanoosakesed biotehnoloogiale ja meditsiinile, tööstuslik nanotehnoloogiline installatsioon "LUCH-1,2" ja hariduslik nanotehnoloogiline installatsioon "UMKA".
"RVS" koostis, mis kaitseb kulumise eest ja taastab peaaegu kõik hõõrduvad metallpinnad, on valmistatud adaptiivsete nanoosakeste baasil. See toode võimaldab teil luua metallpindade intensiivse hõõrdumise piirkondades (näiteks sisepõlemismootorites hõõrdepaarides) modifitseeritud kõrge süsinikusisaldusega raudsilikaadist kaitsekihi paksusega 0,1-1,5 mm. Valates sellise koostise õli karterisse, võite mootori kulumise probleemi pikaks ajaks unustada. Töötamise ajal kuumenevad mehaanilised osad hõõrdumisest, see kuumenemine põhjustab metalli nanoosakeste kinnitumist kahjustatud piirkondadele. Liigne kasv põhjustab intensiivsemat kuumenemist ja nanoosakesed kaotavad kinnitumisvõime. Seega säilib hõõrdeseadmes pidevalt tasakaal ja osad praktiliselt ei kulu.
Erilist huvi pakub nanotehnoloogiliste seadmete kompleks UMKA, mis on ette nähtud näidis-, uurimis- ja laboritööde läbiviimiseks aatom-molekulaarsel tasemel füüsika, keemia, bioloogia, meditsiini, geneetika ning teiste alus- ja rakendusteaduste valdkonnas. Näiteks pildistas see hiljuti DVD-plaadi pinda eraldusvõimega 0,3 mikronit ja see pole piir. Unikaalne pikoampervooluga töötamise tehnoloogia võimaldab skaneerida ka nõrgalt juhtivaid bioloogilisi proove ilma eelneva metalli sadestamiseta (tavaliselt on vajalik, et proovi pealmine kiht oleks juhtiv). "UMKA"-l on kõrge temperatuuristabiilsus, mis võimaldab pikaajalist manipuleerimist üksikute aatomirühmadega, ja suur skaneerimiskiirus, mis võimaldab jälgida kiireid protsesse.
UMKA kompleksi peamiseks kasutusvaldkonnaks on nanosuuruses struktuuridega töötamise kaasaegsete praktiliste meetodite väljaõpe. UMKA kompleks sisaldab: tunnelmikroskoopi, vibratsioonikaitsesüsteemi, prooviproovide komplekti, kulumaterjalide ja tööriistade komplekte. Seadmed mahuvad väikesesse korpusesse, töötavad tubastes tingimustes ja maksavad alla 8 tuhande dollari. Saate juhtida katseid tavalisest personaalarvutist.
2005. aasta jaanuaris avati Venemaa esimene nanotehnoloogiatooteid müüv veebipood. Poe alaline aadress Internetis on www.nanobot.ru
TURVAKÜSIMUSED
Hiljuti avastati, et sfäärilised C60 molekulid, mida nimetatakse fullereenideks, võivad põhjustada tõsiseid haigusi ja kahjustada keskkonda. Riisi ja Georgia ülikoolide (USA) teadlased tegid kindlaks vees lahustuvate fullereenide toksilisuse kahe erineva inimrakkudega kokkupuutel.
Keemiaprofessor Vicki Colvin Rice'i ülikoolist ja tema kolleegid leidsid, et fullereenide vees lahustamisel tekivad C 60 kolloidid, mis inimese naharakkude ja maksakartsinoomirakkudega kokku puutudes põhjustavad nende surma. Samas oli fullereenide kontsentratsioon vees väga madal: ~ 20 C 60 molekuli 1 miljardi veemolekuli kohta. Samal ajal näitasid teadlased, et molekulide toksilisus sõltub nende pinna modifikatsioonist.
Teadlased viitavad sellele, et lihtsate C60 fullereenide mürgisus on tingitud asjaolust, et nende pind on võimeline tootma superoksiidi anioone. Need radikaalid kahjustavad rakumembraane ja põhjustavad rakusurma.
Colvin ja tema kolleegid väitsid, et seda fullereenide negatiivset omadust saab kasutada hea meelega – vähikasvajate raviks. On vaja ainult üksikasjalikult selgitada hapnikuradikaalide moodustumise mehhanismi. Ilmselgelt on võimalik luua fullereenidel põhinevaid ülitõhusaid antibakteriaalseid ravimeid.
Samas tundub fullereenide tarbekaupades kasutamise oht teadlastele üsna reaalne.
Ilmselt seetõttu teatas Ameerika toidu- ja ravimiohutuse komisjon (FDA) hiljuti vajadusest litsentsida ja reguleerida laia valikut tooteid (toit, kosmeetika, ravimid, seadmed ja veterinaarmeditsiin), mis on toodetud nanotehnoloogia abil ning kasutades nanomaterjale ja nanostruktuure.
NANOTEHNOLOOGIAD VAJAVAD RIIGI TUGE
Kahjuks pole Venemaal endiselt riiklikku nanotehnoloogia arendamise programmi. (2005. aastal sai USA nanotehnoloogia programm, muide, viis aastat vanaks.) Kahtlemata aitaks tsentraliseeritud valitsusprogrammi olemasolu nanotehnoloogia arendamiseks suuresti kaasa uurimistulemuste praktilisele rakendamisele. Kahjuks saame välisallikatest teada, et riigis on nanotehnoloogia vallas käimas edukad arengud. Näiteks suvel teatas USA standardiinstituut maailma väikseima aatomkella loomisest. Nagu selgus, töötas nende loomisega ka Venemaa meeskond.
Riiklikku programmi Venemaal ei ole, kuid teadlasi ja entusiaste on: Noorte Teaduslik Selts (Youth Scientific Society, YSS) on viimase aasta jooksul ühendanud üle 500 oma riigi tulevikule mõtleva noore teadlase, magistrandi ja üliõpilase. Nanotehnoloogia küsimuste üksikasjalikuks uurimiseks loodi 2004. aasta veebruaris MNO baasil analüütiline ettevõte "Nanotechnology News Network (NNN)", mis jälgib sadu avatud maailma allikaid selles valdkonnas ja on praegu töötlenud üle 4500 teabesõnumi. välis- ja Venemaa meediast, artiklitest ja pressiteadetest ning ekspertide kommentaaridest. Loodi veebilehed www.mno.ru ja www.nanonewsnet.ru, mida vaatas üle 170 000 Venemaa ja SRÜ kodaniku.
NOORTEPROJEKTIDE KONKURSS
2004. aasta aprillis peeti koos Nanoindustry kontserniga Uniastrum Banki toel edukalt läbi esimene ülevenemaaline noorteprojektide konkurss kodumaise molekulaarse nanotehnoloogia loomiseks, mis äratas Venemaa teadlastes elavat huvi.
Konkursi võitjad esitlesid silmapaistvaid arenguid: esikoha pälvis Venemaa Keemiatehnoloogia Ülikooli noorteadlaste meeskond. D.I. Mendelejev keemiateaduste kandidaadi Galina Popova eestvedamisel, kes lõi biomimeetilisi (biomimeetikume – looduses eksisteerivate struktuuride imitatsioone) materjale optiliste nanosensorite, molekulaarelektroonika ja biomeditsiini jaoks. Teise koha saavutas Taškendi Riikliku Pedagoogikaülikooli magistrant. Nizami Marina Fomina, kes töötas välja süsteemi ravimite sihipäraseks toimetamiseks haigetesse kudedesse, ja kolmas on Tomski koolipoiss Aleksei Khasanov, ainulaadsete omadustega nanokeraamiliste materjalide loomise tehnoloogia autor. Võitjad said väärtuslikud auhinnad.
Panga toel on välja töötatud ja ilmumiseks ettevalmistamisel populaarteaduslik õpik “Nanotehnoloogiad kõigile”, mis on pälvinud juhtivate teadlaste kõrget kiitust.
Aastaga nanotehnoloogia valdkonna juhtivaks analüütiliseks agentuuriks saanud ettevõte NNN kuulutas 2004. aasta detsembris välja II ülevenemaalise noorteprojektide konkursi, mille peasponsoriks oli taaskord Uniastrum Bank. esimese võistluse tulemused. Lisaks sai seekord sponsoriks ka rahvusvaheline katkematute toiteallikate tootja Powercom. Ajakiri "Teadus ja Elu" võtab aktiivselt osa konkursi ettevalmistamisest ja kajastamisest.
Konkursi eesmärk on meelitada andekaid noori nanotehnoloogia arendamisse oma riigis, mitte välismaal.
Konkursi võitja saab auhinnaks nanotehnoloogia labori "UMKA". Teise ja kolmanda koha võitjaid autasustatakse kaasaegsete sülearvutitega; Parimad osalejad saavad tasuta ajakirja Teadus ja Elu tellimuse. Auhindadeks on nanoosakestel põhinevad sõidukite remondi- ja restaureerimiskomplektid, ajakirja Universum tellimus ja igakuised CDd "Nanotehnoloogiate maailm".
Projektide fookus on äärmiselt mitmekesine: alates paljulubavatest nanomaterjalidest auto- ja lennutööstusele kuni implantaatide ja neurotehnoloogiliste liidesteni välja. Konkursi üksikasjalikud materjalid on veebilehel www.nanonewsnet.ru.
2004. aasta detsembris toimus Fryazino linnas (Moskva piirkond) esimene nanotehnoloogia tööstuslikule kasutamisele pühendatud konverents, kus teadlased esitlesid kümneid arendusi, mis on valmis tootmises kasutusele võtma. Nende hulgas on uusi nanotorudel põhinevaid materjale, ülitugevaid katteid, hõõrdevastaseid ühendeid, juhtivaid polümeere painduva elektroonika jaoks, suure võimsusega kondensaatoreid jne.
Nanotehnoloogia Venemaal kogub hoogu. Kui aga teadusuuringuid ei koordineeri riik või terviklik föderaalne programm, ei muutu tõenäoliselt midagi paremuse poole. Juba on ilmunud õpik tulevastele nanotehnoloogidele.
