کارت پروژه
گروه سنی:کلاس 8-10.
ارتباط:فناوری نانو ارتباط تنگاتنگی با زندگی بشر مدرن دارد.
هدف:گسترش درک نانوتکنولوژی ها و حوزه های کاربرد آنها.
محل پروژه:زیست شناسی، فیزیک، شیمی، پزشکی، علوم نظامی.
نوع پروژه:گروه
مدت زمان انجام پروژه:از 2 هفته
وضعیت مشکل
حوزه علم و فناوری به نام فناوری نانو نسبتاً اخیراً ظهور کرده است. چشم انداز این علم بسیار زیاد است. ذره نانو به خودی خود به معنای یک میلیاردیم مقدار است. مثلاً یک نانومتر یک میلیاردم متر است. این اندازه ها شبیه به اندازه مولکول ها و اتم ها هستند. تعریف دقیق نانوتکنولوژی به این صورت است: نانوتکنولوژی فناوری است که ماده را در سطح اتم ها و مولکول ها دستکاری می کند (به همین دلیل است که نانوتکنولوژی را فناوری مولکولی نیز می نامند). انگیزه توسعه نانوتکنولوژی این ایده علمی بود که از دیدگاه فیزیک، هیچ مانعی برای ایجاد اشیا به طور مستقیم از اتم وجود ندارد.
امروزه می‌توانیم از مزایا و فرصت‌های جدید فناوری نانو در موارد زیر استفاده کنیم:
- دارو؛
- فارماکولوژی؛
- بوم شناسی؛
- علوم کامپیوتر، سیستم های امنیت اطلاعات؛
- سیستم های ارتباطی؛
- تجهیزات خودرو، تراکتور و هوانوردی؛
- ایمنی جاده؛
- سیستم های ناوبری جدید
در مرحله بعد، معلم یا معلمان حوزه‌های موضوعی مختلف، دانش‌آموزان را دعوت می‌کنند تا بر اساس علایق شناختی خود به گروه‌هایی تقسیم شوند و فناوری نانو را در حوزه دانش انتخابی خود بررسی کنند.
تکلیف پروژه:مطالعه تاریخچه فناوری نانو، ایده فناوری نانو، کاربرد فناوری نانو در زمینه های مختلف دانش، رویاپردازی و پیشنهاد گزینه های بیشتری برای استفاده از فناوری نانو.
محصول احتمالی پروژه:
- خلاصه؛
- گزارش؛
- مقاله؛
- ارائه.
منابع اطلاعاتی دانش آموزان:
- Kobayashi N. مقدمه ای بر نانوتکنولوژی. M.: Binom، 2005.
- Chaplygin A. نانوتکنولوژی در الکترونیک. M.: Tekhnosphere، 2005.
منابع مورد نیاز برای انجام پروژه:نمونه های مقیاس پایک، اسکنر، میکروسکوپ.
سازماندهی فعالیت های پروژه(در برنامه).
| مراحل اصلی | فعالیت های دانشجویی در این مرحله | فعالیت های معلم در این مرحله | فناوری های آموزشی مورد استفاده |
| 1. تقریبی | گرایش در زمینه موضوعی، تعیین موضوع پروژه، جستجو و تجزیه و تحلیل مسئله، تعیین هدف پروژه، انتخاب نام پروژه | مشاوره | یادگیری مبتنی بر مسئله، مطالعه موردی، فناوری کارگاه خلاق |
| 2. اصلی | توسعه، بحث در مورد گزینه های احتمالی پروژه، جمع آوری و مطالعه اطلاعات، توزیع مسئولیت ها در یک پروژه گروهی | مشاوره | روش پروژه، یادگیری مبتنی بر مسئله |
| 3. بازتابی | تجزیه و تحلیل نتایج پروژه، خود ارزیابی کیفیت پروژه، ایجاد تغییرات لازم | تشکیل گروه‌هایی از داوران، کارشناسان «خارجی». | روش پروژه |
| 4. جمع بندی، ارائه | تهیه متن و دفاع از پروژه. بررسی پروژه های همکلاسی ها |
مشاوره انفرادی و گروهی در مورد محتوا و قوانین کار طراحی. نظر متخصص. جمع بندی، تجزیه و تحلیل کار انجام شده |
بحث، سمینار، میزگرد |
ارزیابی عملکرد.از طریق بحث جمعی و خودارزیابی رخ می دهد. معلم معیارهای ارزیابی کار خود و دیگران را به دانش آموزان یادآوری می کند: استدلال، متقاعدسازی، فعالیت، داشتن نظر خود.
دانلود تمامی مواد پروژه
به لطف فناوری های نوآورانه، بشریت این فرصت را دارد که دنیای اطراف ما را در سطح "کوچکتر" مطالعه کند. نانوتکنولوژی در زمینه های مختلف فعالیت مورد استفاده قرار می گیرد. ذرات میکروسکوپی، یا همانطور که در حال حاضر آنها را معمولا نامیده می شود نانو ذرات، می تواند از مواد مختلفی سنتز شود. اندازه این ذرات بیش از 100 نانومتر نیست.
بشریت از زمان های قدیم از قابلیت های منحصر به فرد جهان نانو استفاده کرده است. به عنوان مثال، شاهکار تاریخی جام لیکورگوس توسط استادان روم باستان ساخته شده است. ساختار منحصر به فرد جام شیشه ای حتی استادان مدرن را شگفت زده می کند. اگر فنجان از بیرون روشن شود سبز و اگر از داخل روشن شود نارنجی مایل به قرمز است. دلیل ش چیه؟ موضوع این است که نانوذرات فلزات نجیب (نقره و طلا) در ساختار شیشه جاسازی شده است.
نانو ذرات و دارو
اولین نانوذره توسط A. Einstein در سال 1905 توصیف شد. او ثابت کرد که اندازه مولکول ساکارز حدود 1 نانومتر است. نانوذرات به راحتی بر غشاهای سلولی غلبه می کنند، بنابراین می توانند به هر نقطه از بدن ما نفوذ کنند. این خاصیت منحصر به فرد در طب عملی برای تشخیص بیماری های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
به عنوان مثال، نانوذرات برای تشخیص سرطان استفاده می‌شوند؛ ریزذرات به سلول‌های سرطانی متصل می‌شوند؛ افزایش غلظت آنها می‌تواند برای تعیین محل سلول‌های سرطان‌زا در بدن استفاده شود. نانوتکنولوژی این امکان را فراهم می کند که داروها را به یک مکان دقیقاً تعریف شده تحویل دهند. با استفاده از نانوذرات می توان روند بهبود زخم ها را تسریع کرد و از رشد تومورها جلوگیری کرد.
همانطور که می بینیم، زندگی ما ارتباط نزدیکی با این ذرات میکروسکوپی دارد. ثابت شده است که نانوذرات می توانند به عنوان کاتالیزور و جاذب عمل کنند. امروزه از فناوری نانو برای ایجاد پوشش‌های محافظ بسیار نازک و فوق‌دوام استفاده می‌شود. با این حال، اکثر محققان علمی بر این عقیده هستند که تأثیر نانوذرات بر بدن انسان هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است، بنابراین برای جشن گرفتن هر موفقیتی و شکست دادن تیمپان خیلی زود است.
نانوذرات و تحقیقات آنها
اساس مطالعه تمامی احتمالات مطالب ارائه شده در بالا با کیفیت بالا می باشد تجهیزات آزمایشگاهیهوریبا (آنالیز اندازه ذرات). در حال حاضر، همه نانوذرات را می توان بر اساس چندین شاخص طبقه بندی کرد:
با توجه به ماده پایه؛
بر اساس منشاء (طبیعی، مصنوعی)؛
بر اساس نوع چند بعدی بودن.
تجهیزات آزمایشگاهی مدرن هوریبا به شما امکان می دهد تمام خواص نانوذرات را تعیین کنید. شرکت ما مدل های زیر از آنالایزرهای لیزری شرکت معروف هوریبا - SZ-100V2، LA-960V2 و LA-300 را به شما تقدیم می کند. بنابراین، تحلیلگر لیزری SZ-100 برای مطالعه ریزذرات در اندازه‌های 0.3 نانومتر تا 8 میکرون، پتانسیل ζ و وزن مولکولی استفاده می‌شود. اصل اندازه گیری بر اساس طیف سنجی همبستگی عکس است. آنالایزر لیزری LA-950 یک دستگاه منحصر به فرد است که می تواند با سرعت بالا کار کند. با استفاده از این تجهیزات می توان با استفاده از سیستم دایره ای در محیط مایع تحقیقات انجام داد. آنالایزر لیزری LA-300 مجهز به پمپ اتوماتیک است و می تواند با پراش لیزری کار کند.
RVS LLC شریک دائمی برند هوریبا است. متخصصان این شرکت به طور منظم تحت آموزش های پیشرفته قرار می گیرند. در صورت لزوم، آنها به درستی به شما مشاوره می دهند و به شما در تصمیم گیری در مورد مدل آنالایزر لیزری کمک می کنند. ما فقط محصولات با کیفیت بالا می فروشیم.
هر روز به انقلاب اجتناب ناپذیری که فناوری نانو به ارمغان می آورد نزدیکتر می شویم. ما دستگاه های جدیدی ایجاد می کنیم، مواد منحصر به فردی را به دست می آوریم که قبلاً هرگز به آنها فکر نکرده بودیم. استفاده از فناوری نانو در زندگی روزمره تغییر شکل اجسام آشنا را ممکن کرده است. در نتیجه، خواص کاملا متفاوت، اما مفید این ماده را به دست آوردیم. واقعیت اطراف ما برای یک زندگی راحت کمتر خطرناک و مطلوب تر می شود. یک مثال خوب: کاهش ابعاد معمول وسایل الکتریکی استفاده شده به اندازه نانوذرات، نامرئی برای چشم انسان. کامپیوترها کوچکتر می شوند، اما بسیار قدرتمندتر می شوند. فناوری نانو در زندگی روزمره و در صنعت این امکان را به وجود آورده است که همه چیز را در اطراف ما به طور قابل توجهی تغییر دهیم.
آیا می توان نوعی از هوش مصنوعی ایجاد کرد که بتواند تمام نیازهای ما را برآورده کند؟ پاسخ در کاربرد منطقی آخرین تحولات نهفته است. نانوتکنولوژی راه آینده است زیرا همه جنبه های زندگی ما را تحت تاثیر قرار می دهد. استفاده از فناوری نانو فرصت های زیادی را ارائه می دهد، اما نگرانی های زیادی را نیز به همراه دارد.
پنجره ای رو به دنیای نانو
یک میکروسکوپ الکترونی به شما اجازه می دهد تا به ریزجهان نگاه کنید. بدون تجهیزات خاص، فناوری نانو در زندگی روزمره بسیار دشوار است، زیرا آنها به قدری کوچک هستند که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص نیستند. در چنین مقیاس هایی است که مواد غیرمعمول ترین و غیرمنتظره ترین خواص را از خود نشان می دهند. استفاده از چنین خواصی نوید یک انقلاب تکنولوژیکی منحصر به فرد را می دهد. آنها امکانات کاملاً جدیدی مانند کنترل بدن انسان و محیط را فراهم می کنند.
تاریخچه فناوری نانو
همه چیز در دهه 80 قرن بیستم با اختراع ابزاری به نام اسکن (STM) شروع می شود. پروفسور جیمز ژیمژوسکی تمام زندگی حرفه ای خود را در دنیای نانو گذرانده است. او یکی از اولین افرادی در جهان است که این فرصت را پیدا کرد تا مواد را در مقادیر بسیار کم، میلیونیم میلی متر مطالعه کند. این میکروسکوپ‌ها به شما اجازه می‌دهند که سطح را به همان روشی که نابینایان می‌خوانند مطالعه کنید، آن‌وقت هیچ‌کس نمی‌توانست شک کند که نانوتکنولوژی چقدر در زندگی روزمره و صنعت مفید است.
اصل کار با نانوذرات
یک میکروسکوپ روبشی از یک کاوشگر با ضخامت یک سوزن 1 اتمی استفاده می کند. هنگامی که تنها چند نانومتر از نمونه می‌رسد، الکترون‌ها با نزدیک‌ترین نانوذره مبادله می‌شوند. به این پدیده اثر تونل می گویند. سیستم کنترل تغییرات بزرگی جریان تونل را ثبت می کند و بر اساس این اطلاعات، ساخت دقیق تری از توپوگرافی سطح نمونه مورد مطالعه انجام می شود. این نرم افزار به داده های به دست آمده اجازه می دهد تا به یک تصویر تبدیل شوند که به دانشمندان کلید دنیای جدیدی را با استفاده از فناوری نانو در زندگی روزمره و سایر صنایع می دهد.
به گفته جیمز ژیمزوسکی، به لطف میکروسکوپ الکترونی روبشی، دانشمندان برای اولین بار تصاویری از اتم ها و مولکول ها دریافت کردند و توانستند شکل آنها را مطالعه کنند. این یک انقلاب واقعی در علم بود، زیرا دانشمندان شروع به نگاه کردن به بسیاری چیزها به طور کاملاً متفاوت کردند و به ویژگی های اتم های منفرد توجه کردند و نه میلیون ها و میلیاردها ذره، همانطور که در گذشته بود.
اولین اکتشافات
استفاده از فناوری های جدید به کشف شگفت انگیزی منجر شده است. هنگامی که دستگاه به فاصله 1 نانومتری یک اتم رسید، پیوندی بین آن و اتم ایجاد شد. این ویژگی امکان یافتن راهی برای جابجایی ریز ذرات را فراهم کرد. به لطف این کشف، استفاده از فناوری نانو برای زندگی راحت ممکن شد.
همانطور که جیمز ژیمزوسکی، استاد دانشگاه کالیفرنیا توضیح داد، یک میکروسکوپ روبشی تونلی امکان لمس عملی مولکول ها و اتم ها را فراهم کرد. برای اولین بار، دانشمندان توانستند اتم ها را روی سطح ماده دستکاری کنند و ساختارهایی ایجاد کنند که قبلا غیرقابل تصور بود.
این کشف جدید (توانایی مشاهده و دستکاری کوچکترین ذرات تشکیل دهنده ماده) امکان استفاده از فناوری نانو را در تمامی صنایع بدون استثنا فراهم کرده است.
توسعه فناوری نانو
اتین کلین، فیزیکدان و فیلسوف معتقد است که امکان پیشرفت فناوری از طریق فناوری نانو کاملاً واقعی است، اما از بسیاری جهات بر اساس اشتیاق دانشمند است.
همانطور که اتین کلین، فیزیکدان و فیلسوف می گوید، کمتر از 100 سال از لحظه تایید تجربی وجود اتم ها تا لحظه ای که امکان دستکاری آنها فراهم شد، می گذرد. فرصت هایی برای دانشمندان در حال باز شدن است که قبلاً هرگز به آن فکر نمی کردند. تنها به لطف این، دولت همه کشورهای توسعه یافته شروع به نشان دادن علاقه به علوم مربوطه کردند. همه چیز با یک ابتکار آمریکایی در سال 2002 آغاز شد که توسط فیزیکدانان روکا و بنبریج راه اندازی شد. این دانشمندان این ایده دیوانه وار را مطرح کردند که به لطف فناوری نانو، بشریت قادر خواهد بود تمام مشکلاتی را که با آن مواجه است حل کند.
این بیانیه انگیزه ای برای شروع مطالعات متعددی بود که امکان اجرای چنین حوزه های پیشرفته علم و فناوری مانند میکروالکترونیک، علوم کامپیوتر، تحقیقات انرژی هسته ای، میکروبیولوژی، فناوری لیزر، پزشکی و موارد دیگر را فراهم کرد.
نانوتکنولوژی: مثالها
بسیاری از مواد نامرئی، اما بسیار مهم در زندگی روزمره وجود دارد که ما حتی به وجود آنها مشکوک نیستیم! بیایید به برجسته ترین نمونه ها نگاه کنیم:
- خمیر دندان.پیش از این، هیچ کس به این فکر نمی کرد که چرا پاک کننده های دندان متفاوت هستند. این همه با حضور نانوذرات خاص توضیح داده می شود. به عنوان مثال، هیدروکسی آپاتیت کلسیم، که با چشم غیرمسلح نامرئی است، به ترمیم مینای آسیب دیده و محافظت از دندان ها در برابر پوسیدگی کمک می کند.
- رنگ ماشین.رنگ‌های مدرن خودرو، به لطف نانوذرات، می‌توانند خراش‌های کم عمق و دیگر حفره‌های ایجاد شده روی بدنه را بپوشانند. آنها حاوی توپ های میکروسکوپی هستند که این اثر را ایجاد می کنند.
نانوتکنولوژی در زندگی ما
Museridze K.، Ajawi E.، Musina K.، Simonyan R. Ya.
مدرسه متوسطه GBOU شماره 1005 "Scarlet Sails"، مسکو، روسیه
ارتباط این موضوع ناشی از «معرفی» فناوری نانو به زندگی ما است، زیرا امروزه هیچ علمی نمی تواند بدون فناوری نانو کار کند. در حال حاضر علم نانوتکنولوژی به صورت پویا در حال توسعه و شتاب گرفتن است. روش های مطالعه و کنترل مواد در سطح مولکولی برای تولید مواد در حال بهبود است، دستگاه ها و سیستم ها دارای ویژگی های فنی، عملکردی و مصرفی جدید هستند. نانوتکنولوژی وارد زندگی روزمره شده است. الکترونیک، پزشکی، آرایشی و بهداشتی، ساخت و ساز - این به هیچ وجه فهرست کاملی از کاربردهای این فناوری ها در سطح یک فرد معمولی نیست. و هیچ شخصی وجود ندارد که حداقل نیمی از گوش آنها را نشنیده باشد، اما آیا همه مردم می دانند که چیست؟
نانوتکنولوژی رشته‌ای از علم و فناوری بنیادی و کاربردی است که به مجموعه‌ای از توجیهات نظری، روش‌های عملی تحقیق، تجزیه و تحلیل و سنتز و همچنین روش‌های تولید و استفاده از محصولات با ساختار اتمی معین از طریق دستکاری کنترل‌شده افراد می‌پردازد. اتم ها و مولکول ها
هدف از تحقیق ما شناسایی پیشرفته ترین حوزه ها در کاربرد فناوری نانو، نشان دادن اهمیت نانوتکنولوژی در زندگی بشر و صحبت در مورد آنها به زبانی ساده و قابل فهم برای همگان است تا دستاوردهای دانشمندان روسی در این زمینه را رایج کنیم. .
ابتدا در مورد کاربرد فناوری نانو در پزشکی صحبت خواهیم کرد. نانوپزشکی یکی از حوزه‌های علمی در حال توسعه فعال است و شامل ردیابی، تصحیح، اصلاح ژنتیکی و کنترل سیستم‌های بیولوژیکی بدن انسان در سطح مولکولی با استفاده از دستگاه‌های نانو، نانوساختارها و فناوری‌های اطلاعاتی است.
نانوالکترونیک رشته‌ای از علم و فناوری است که شامل مجموعه‌ای از ابزارها، روش‌ها و روش‌های فعالیت انسانی با هدف تحقیقات نظری و عملی، مدل‌سازی و غیره است. .
در منسوجات، فناوری نانو به لباس‌ها کمک می‌کند تا ضد آب، مقاوم در برابر لکه، رسانای حرارتی و غیره شوند. به عنوان مثال، نانومواد می توانند نانوذرات و نانوالیاف را با افزودنی های دیگر ترکیب کنند تا به ارائه تمام این خواص به تی شرت شما کمک کنند.
غذاهای «عملکردی» پروتئین‌ها و پپتیدهای طبیعی گوشت هستند که در واقع بارزترین نمونه از نسل جدید مواد غذایی با فناوری بالا هستند.
فناوری نانو. – URL :
Semyachkina، Yu. A.، Klochkov A. Ya. نانوتکنولوژی های زمان ما: صنایع غذایی [متن] // علوم فنی: سنت ها و نوآوری ها: مواد بین المللی. علمی conf. (چلیابینسک، ژانویه 2012). - چلیابینسک: دو عضو کمسومول، 2012. - ص 166-167.
غذاهای کاربردی غذاهای چند منظوره هستند // Food News Time [منبع الکترونیکی] حالت دسترسی:
Y. SVIDINENKO، مهندس فیزیک
نانوساختارها جایگزین ترانزیستورهای سنتی خواهند شد.
نصب فشرده آموزشی نانوتکنولوژیکی "UMKA" به شما امکان می دهد گروه های جداگانه ای از اتم ها را دستکاری کنید.
با استفاده از نصب "UMKA" امکان بررسی سطح دی وی دی وجود دارد.
قبلاً یک کتاب درسی برای نانوتکنولوژیست های آینده منتشر شده است.
فناوری نانو که در ربع آخر قرن بیستم ظاهر شد، به سرعت در حال توسعه است. تقریباً هر ماه پیام‌هایی درباره پروژه‌های جدید منتشر می‌شود که همین یک یا دو سال پیش مانند یک فانتزی مطلق به نظر می‌رسیدند. طبق تعریف اریک درکسلر، پیشگام این حوزه، فناوری نانو یک فناوری تولید مورد انتظار است که بر تولید ارزان قیمت دستگاه ها و مواد با ساختار اتمی از پیش تعیین شده متمرکز است. این بدان معنی است که بر روی اتم های منفرد عمل می کند تا ساختارهایی با دقت اتمی به دست آورد. این تفاوت اساسی بین فناوری نانو و فناوری‌های حجیم «حجمی» مدرن است که اشیاء کلان را دستکاری می‌کنند.
اجازه دهید به خواننده یادآوری کنیم که نانو پیشوندی است که نشان دهنده 10 -9 است. هشت اتم اکسیژن را می توان بر روی قطعه ای به طول یک نانومتر قرار داد.
نانو اشیاء (به عنوان مثال، نانوذرات فلزی) معمولاً دارای خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که با اجسام بزرگتر از یک ماده و با خواص اتم‌های منفرد متفاوت است. فرض کنید دمای ذوب ذرات طلا به اندازه 5-10 نانومتر صدها درجه کمتر از دمای ذوب یک قطعه طلا با حجم 1 سانتی متر مکعب است.
تحقیقات انجام شده در محدوده نانومقیاس در تقاطع علوم قرار دارد؛ اغلب تحقیقات در زمینه علم مواد بر زمینه های بیوتکنولوژی، فیزیک حالت جامد و الکترونیک تأثیر می گذارد.
رابرت فریتاس، کارشناس برجسته جهان در زمینه نانوپزشکی گفت: نانوماشین های آینده باید متشکل از میلیاردها اتم باشند، بنابراین طراحی و ساخت آنها به تلاش تیمی از متخصصان نیاز دارد. تیم های تحقیقاتی. هواپیمای بوئینگ 777 توسط تیم های بسیاری در سراسر جهان طراحی و ساخته شده است. یک ربات نانوپزشکی آینده، متشکل از یک میلیون (یا حتی بیشتر) قطعه کار، از نظر پیچیدگی طراحی ساده تر از یک هواپیما نخواهد بود. "
محصولات نانو در اطراف ما
نانو جهان پیچیده است و هنوز نسبتاً کمی مطالعه شده است، و در عین حال آنطور که چند سال پیش به نظر می رسید از ما دور نیست. بسیاری از ما به طور منظم از این یا آن پیشرفت‌ها در فناوری نانو استفاده می‌کنیم بدون اینکه حتی بدانیم. به عنوان مثال، میکروالکترونیک مدرن دیگر میکرو نیست، بلکه نانو است: ترانزیستورهایی که امروزه تولید می شوند - اساس همه تراشه ها - در محدوده 90 نانومتر قرار دارند. و کوچک سازی بیشتر قطعات الکترونیکی تا 60، 45 و 30 نانومتر در حال حاضر برنامه ریزی شده است.
علاوه بر این، همانطور که نمایندگان شرکت هیولت پاکارد اخیراً اعلام کردند، ترانزیستورهای تولید شده با فناوری سنتی با نانوساختارها جایگزین خواهند شد. یکی از این عناصر سه هادی به عرض چند نانومتر است: دو تای آنها موازی هستند و سومی در زاویه قائمه با آنها قرار دارد. هادی ها لمس نمی شوند، اما مانند پل ها، یکی از روی دیگری عبور می کنند. در این حالت، زنجیره های مولکولی تشکیل شده از مواد نانورسانا تحت تأثیر ولتاژ اعمال شده به آنها از هادی های بالایی به هادی های پایینی فرود می آیند. مدارهای ساخته شده با استفاده از این فناوری قبلاً توانایی ذخیره داده ها و انجام عملیات منطقی، یعنی جایگزینی ترانزیستورها را نشان داده اند.
با فناوری جدید، ابعاد قطعات ریز مدار به میزان قابل توجهی به زیر سطح 10-15 نانومتر کاهش می یابد، تا مقیاسی که ترانزیستورهای نیمه هادی سنتی به سادگی نمی توانند از نظر فیزیکی کار کنند. احتمالاً در نیمه اول دهه آینده، ریزمدارهای سریالی (هنوز سنتی، سیلیکونی) ظاهر می شوند که تعداد معینی از نانو عناصر ایجاد شده با استفاده از فناوری جدید در آنها ساخته خواهد شد.
در سال 2004، کداک کاغذی را برای چاپگرهای جوهرافشان Ultima منتشر کرد. دارای نه لایه است. لایه بالایی از نانوذرات سرامیکی تشکیل شده است که کاغذ را متراکم تر و براق تر می کند. لایه های داخلی حاوی نانوذرات رنگدانه ای به اندازه 10 نانومتر هستند که کیفیت چاپ را بهبود می بخشد. و تثبیت سریع رنگ توسط نانوذرات پلیمری موجود در ترکیب پوشش تسهیل می شود.
مدیر موسسه نانوتکنولوژی ایالات متحده، چاد میرکین، معتقد است که "فناوری نانو همه مواد را از ابتدا بازسازی خواهد کرد. تمام موادی که از طریق تولید مولکولی به دست می آیند، جدید خواهند بود، زیرا تا کنون بشریت فرصت توسعه و تولید نانوساختارها را نداشته است. در صنعت فقط از آنچه که طبیعت به ما می دهد استفاده کنید. ما تخته ها را از درختان، سیم ها را از فلز رسانا می سازیم. رویکرد نانوتکنولوژی این است که تقریباً هر منبع طبیعی را به اصطلاح به بلوک های ساختمانی تبدیل می کنیم که اساس صنعت آینده را تشکیل می دهد. "
اکنون ما از قبل شروع نانو انقلاب را می بینیم: اینها تراشه های رایانه ای جدید و پارچه های جدیدی هستند که رنگ نمی گیرند و استفاده از نانوذرات در تشخیص پزشکی (همچنین به "علم و زندگی" شماره، 2005 مراجعه کنید). حتی صنعت لوازم آرایشی نیز به نانومواد علاقه مند است. آنها می توانند بسیاری از جهت های غیر استاندارد جدید در لوازم آرایشی ایجاد کنند که قبلا وجود نداشتند.
در محدوده نانومقیاس، تقریباً هر ماده ای خواص منحصر به فردی از خود نشان می دهد. به عنوان مثال، مشخص است که یون های نقره دارای فعالیت ضد عفونی کننده هستند. محلول نانوذرات نقره به طور قابل توجهی فعالیت بالاتری دارد. اگر بانداژ را با این محلول درمان کنید و آن را روی زخم چرکی بمالید، التهاب از بین می رود و زخم نسبت به استفاده از ضد عفونی کننده های معمولی سریعتر بهبود می یابد.
شرکت نانوصنعت داخلی، فناوری تولید نانوذرات نقره را توسعه داده است که در محلول‌ها و در حالت جذب پایدار هستند. داروهای به دست آمده طیف وسیعی از اثر ضد میکروبی دارند. بنابراین، ایجاد طیف وسیعی از محصولات با خواص ضد میکروبی با تغییرات جزئی در فرآیند فن آوری توسط تولید کنندگان محصولات موجود امکان پذیر شد.
نانوذرات نقره را می‌توان برای اصلاح سنتی و ایجاد مواد جدید، پوشش‌ها، ضدعفونی‌کننده‌ها و شوینده‌ها (از جمله خمیر دندان و خمیرهای تمیزکننده، پودرهای لباسشویی، صابون‌ها) و لوازم آرایشی استفاده کرد. پوشش‌ها و مواد (کامپوزیت، منسوجات، رنگ و لاک، کربن و غیره) اصلاح‌شده با نانوذرات نقره می‌توانند به عنوان محافظت ضد میکروبی پیشگیرانه در مکان‌هایی که خطر گسترش عفونت‌ها افزایش می‌یابد استفاده شود: در حمل‌ونقل، موسسات پذیرایی عمومی، کشاورزی و ساختمان های دامداری در کودکان، موسسات ورزشی و پزشکی. از نانوذرات نقره می توان برای تصفیه آب و از بین بردن عوامل بیماری زا در فیلترهای سیستم تهویه مطبوع، استخرهای شنا، دوش ها و سایر مکان های عمومی مشابه استفاده کرد.
محصولات مشابه در خارج از کشور تولید می شود. یک شرکت پوشش هایی با نانوذرات نقره برای درمان التهاب مزمن و زخم های باز تولید می کند.
نوع دیگری از نانومواد، نانولوله های کربنی هستند که دارای قدرت عظیمی هستند (به «علم و زندگی» شماره 5، 2002؛ شماره 6، 2003 مراجعه کنید). اینها مولکولهای پلیمری استوانه ای عجیب و غریب با قطر تقریباً نیم نانومتر و طول تا چندین میکرومتر هستند. آنها برای اولین بار کمتر از 10 سال پیش به عنوان محصولات جانبی سنتز فولرن C60 کشف شدند. با این وجود، دستگاه های الکترونیکی با اندازه نانومتر در حال حاضر بر اساس نانولوله های کربنی ساخته می شوند. انتظار می رود که در آینده قابل پیش بینی آنها جایگزین بسیاری از عناصر در مدارهای الکترونیکی دستگاه های مختلف از جمله رایانه های مدرن شوند.
با این حال، نانولوله ها نه تنها در الکترونیک استفاده می شوند. در حال حاضر راکت‌های تنیس به صورت تجاری موجود هستند که با نانولوله‌های کربنی تقویت شده‌اند تا پیچش را محدود کرده و قدرت ضربه بیشتری را ارائه دهند. همچنین در برخی از قسمت های دوچرخه های ورزشی استفاده می شود.
روسیه در بازار نانوتکنولوژی
شرکت داخلی شبکه خبری نانوتکنولوژی به تازگی محصول جدید دیگری را در روسیه ارائه کرده است - پوشش های نانو خود تمیز شونده. کافی است شیشه خودرو را با محلول مخصوص حاوی نانوذرات دی اکسید سیلیکون اسپری کنید و تا 50000 کیلومتر کثیفی و آب به آن نچسبد. یک لایه شفاف بسیار نازک روی شیشه باقی می ماند که به سادگی چیزی برای چسبیدن آب روی آن وجود ندارد و همراه با کثیفی از بین می رود. اول از همه، صاحبان آسمان خراش ها به محصول جدید علاقه مند شدند - پول زیادی برای شستشوی نمای این ساختمان ها صرف می شود. چنین ترکیباتی برای پوشش سرامیک، سنگ، چوب و حتی لباس وجود دارد.
باید گفت که برخی از سازمان های روسی در حال حاضر با موفقیت در بازار بین المللی فناوری نانو فعالیت می کنند.
به عنوان مثال، کنسرت صنعت نانو، تعدادی از محصولات نانوتکنولوژیکی قابل استفاده در زمینه های مختلف صنعت را در کارنامه خود دارد. اینها ترکیب کاهنده "RVS" و نانوذرات نقره برای بیوتکنولوژی و پزشکی، تاسیسات نانوتکنولوژی صنعتی "LUCH-1،2" و تاسیسات نانوتکنولوژی آموزشی "UMKA" هستند.
ترکیب "RVS" که می تواند در برابر سایش محافظت کند و تقریباً هر سطح فلزی مالشی را بازیابی کند، بر اساس نانوذرات تطبیقی تهیه شده است. این محصول به شما این امکان را می دهد که یک لایه محافظ سیلیکات آهن با کربن بالا با ضخامت 0.1-1.5 میلی متر در مناطق اصطکاک شدید سطوح فلزی (به عنوان مثال، به صورت جفت اصطکاک در موتورهای احتراق داخلی) ایجاد کنید. با ریختن چنین ترکیبی در میل لنگ روغن، می توانید مشکل سایش موتور را برای مدت طولانی فراموش کنید. در حین کار، قطعات مکانیکی از اصطکاک گرم می شوند، این گرما باعث می شود که نانوذرات فلزی به مناطق آسیب دیده بچسبند. رشد بیش از حد باعث گرمای شدیدتر می شود و نانوذرات توانایی چسبندگی خود را از دست می دهند. بنابراین، تعادل به طور مداوم در واحد مالش حفظ می شود و قطعات عملا فرسوده نمی شوند.
مجتمع تجهیزات نانوفناوری UMKA که برای انجام کارهای نمایشی، تحقیقاتی و آزمایشگاهی در سطح مولکولی اتمی در زمینه فیزیک، شیمی، زیست شناسی، پزشکی، ژنتیک و سایر علوم بنیادی و کاربردی در نظر گرفته شده است، مورد توجه ویژه است. به عنوان مثال اخیراً از سطح یک DVD با وضوح 0.3 میکرون تصویربرداری کرده است و این محدودیت نیست. فناوری منحصربه‌فرد کار در جریان‌های پیکوآمپر امکان اسکن حتی نمونه‌های بیولوژیکی با رسانای ضعیف را بدون رسوب اولیه فلز می‌دهد (معمولاً لازم است که لایه بالایی نمونه رسانا باشد). "UMKA" دارای پایداری دمایی بالا است و امکان دستکاری طولانی مدت با گروه های جداگانه اتم ها و سرعت اسکن بالا را فراهم می کند و امکان مشاهده فرآیندهای سریع را فراهم می کند.
حوزه اصلی کاربرد مجموعه UMKA آموزش روش های کاربردی مدرن کار با سازه های نانو است. مجموعه UMKA شامل: میکروسکوپ تونلی، سیستم حفاظت در برابر ارتعاش، مجموعه ای از نمونه های آزمایشی، مجموعه ای از مواد مصرفی و ابزار می باشد. این دستگاه ها در یک کیس کوچک قرار می گیرند، در شرایط اتاق کار می کنند و کمتر از 8 هزار دلار قیمت دارند. می‌توانید آزمایش‌ها را از یک رایانه شخصی معمولی کنترل کنید.
در ژانویه 2005، اولین فروشگاه اینترنتی روسی فروش محصولات نانوتکنولوژی افتتاح شد. آدرس دائمی فروشگاه در اینترنت www.nanobot.ru است
مسائل امنیتی
اخیراً کشف شد که مولکولهای کروی C60 به نام فولرن‌ها می‌توانند باعث بیماری‌های جدی شوند و به محیط زیست آسیب بزنند. سمیت فولرن های محلول در آب هنگام قرار گرفتن در معرض دو نوع مختلف سلول انسانی توسط محققان دانشگاه های رایس و جورجیا (ایالات متحده آمریکا) مشخص شد.
ویکی کالوین، استاد شیمی از دانشگاه رایس و همکارانش دریافتند که وقتی فولرن ها در آب حل می شوند، کلوئیدهای C 60 تشکیل می شوند که وقتی در معرض سلول های پوست انسان و سلول های سرطان کبد قرار می گیرند، باعث مرگ آنها می شوند. در همان زمان، غلظت فولرن ها در آب بسیار کم بود: ~ 20 C 60 مولکول در هر 1 میلیارد مولکول آب. در همان زمان، محققان نشان دادند که سمیت مولکول ها به تغییر سطح آنها بستگی دارد.
محققان پیشنهاد می کنند که سمیت فولرن های ساده C60 به این دلیل است که سطح آنها قادر به تولید آنیون های سوپراکسید است. این رادیکال ها به غشای سلولی آسیب می رسانند و منجر به مرگ سلولی می شوند.
کالوین و همکارانش اظهار داشتند که از این خاصیت منفی فولرن ها می توان برای درمان تومورهای سرطانی استفاده کرد. فقط لازم است مکانیسم تشکیل رادیکال های اکسیژن را با جزئیات روشن کنیم. بدیهی است که ایجاد داروهای ضد باکتری فوق العاده موثر بر پایه فولرن ها امکان پذیر خواهد بود.
در عین حال، خطر استفاده از فولرن ها در محصولات مصرفی برای دانشمندان کاملاً واقعی به نظر می رسد.
ظاهراً به همین دلیل است که کمیسیون ایمنی غذا و داروی آمریکا (FDA) اخیراً اعلام کرده است که نیاز به صدور مجوز و تنظیم مقررات برای طیف وسیعی از محصولات (غذا، لوازم آرایشی، داروها، تجهیزات و داروهای دامپزشکی) تولید شده با استفاده از فناوری نانو و با استفاده از نانومواد و نانوساختارها است.
فناوری نانو به حمایت دولت نیاز دارد
متاسفانه در روسیه هنوز هیچ برنامه دولتی برای توسعه فناوری نانو وجود ندارد. (در سال 2005، برنامه فناوری نانو ایالات متحده، اتفاقاً پنج ساله شد.) بدون شک، وجود یک برنامه متمرکز دولتی برای توسعه فناوری نانو کمک زیادی به اجرای عملی نتایج تحقیقات خواهد کرد. متأسفانه از منابع خارجی مطلع می شویم که پیشرفت های موفقی در حوزه فناوری نانو در کشور وجود دارد. به عنوان مثال، در تابستان مؤسسه استاندارد ایالات متحده ایجاد کوچکترین ساعت اتمی جهان را اعلام کرد. همانطور که مشخص شد، یک تیم روسی نیز روی ایجاد آنها کار کردند.
هیچ برنامه دولتی در روسیه وجود ندارد، اما محققان و علاقه مندان وجود دارند: در سال گذشته، انجمن علمی جوانان (YSS) بیش از 500 دانشمند جوان، دانشجویان فارغ التحصیل و فارغ التحصیلان کارشناسی را متحد کرده است که در مورد آینده کشور خود فکر می کنند. برای مطالعه دقیق مسائل فناوری نانو، در فوریه 2004، شرکت تحلیلی «شبکه خبری نانوتکنولوژی (NNN)» بر اساس MNO ایجاد شد که صدها منبع باز جهان را در این زمینه رصد می کند و در حال حاضر بیش از 4500 پیام اطلاعاتی را پردازش کرده است. از رسانه های خارجی و روسی، مقالات و بیانیه های مطبوعاتی و نظرات کارشناسان. وب سایت های www.mno.ru و www.nanonewsnet.ru ایجاد شدند که بیش از 170000 شهروند روسیه و کشورهای مستقل مشترک المنافع از آنها بازدید کردند.
مسابقه پروژه های جوانان
در آوریل 2004، همراه با نگرانی صنعت نانو با حمایت بانک Uniastrum، اولین مسابقه همه روسی پروژه های جوانان برای ایجاد نانوتکنولوژی مولکولی داخلی با موفقیت برگزار شد که علاقه شدید دانشمندان روسی را برانگیخت.
برندگان مسابقه پیشرفت های برجسته ای را ارائه کردند: مقام اول به تیمی از دانشمندان جوان از دانشگاه فناوری شیمی روسیه تعلق گرفت. D.I. مندلیف تحت رهبری کاندیدای علوم شیمی گالینا پوپووا، که مواد بیومیمتیک (بیومیمتیک - تقلید از ساختارهای موجود در طبیعت) را برای نانوحسگرهای نوری، الکترونیک مولکولی و پزشکی زیستی ایجاد کرد. مقام دوم توسط یک دانشجوی فارغ التحصیل از دانشگاه دولتی آموزشی تاشکند گرفته شد. نظامی مارینا فومینا، که سیستمی را برای تحویل هدفمند دارو به بافت های بیمار ایجاد کرده است، و نفر سوم یک دانش آموز اهل تومسک، Alexey Khasanov، نویسنده فناوری برای ایجاد مواد نانوسرامیکی با خواص منحصر به فرد است. برندگان جوایز ارزنده ای دریافت کردند.
با حمایت بانک، کتاب درسی علوم پرطرفدار با عنوان «فناوری نانو برای همه» تهیه شده و در حال آماده سازی برای انتشار است که مورد تحسین دانشمندان برجسته قرار گرفته است.
شرکت NNN که در عرض یک سال به یک آژانس تحلیلی پیشرو در زمینه فناوری نانو تبدیل شده بود، در دسامبر 2004 آغاز دومین مسابقه سراسری پروژه های جوانان را که حامی عمومی آن بار دیگر بانک Uniastrum بود، اعلام کرد. نتایج اولین مسابقه علاوه بر این، این بار پاورکام، تولید کننده بین المللی منابع تغذیه اضطراری نیز اسپانسر شد. مجله "علم و زندگی" در تهیه و پوشش مسابقه مشارکت فعال دارد.
هدف از برگزاری این مسابقه جذب جوانان مستعد برای توسعه فناوری نانو در کشورشان است و نه در خارج از کشور.
برنده این مسابقه یک آزمایشگاه فناوری نانو "UMKA" دریافت می کند. به برندگان مقام دوم و سوم لپ تاپ های مدرن تعلق می گیرد. بهترین شرکت کنندگان یک اشتراک رایگان مجله علم و زندگی دریافت خواهند کرد. این جوایز شامل کیت های تعمیر و بازسازی وسایل نقلیه مبتنی بر نانوذرات، اشتراک مجله Universum و سی دی ماهانه "دنیای فناوری نانو" است.
تمرکز پروژه ها بسیار متنوع است: از نانومواد امیدوارکننده برای صنایع خودروسازی و هوانوردی گرفته تا ایمپلنت ها و رابط های عصبی. جزئیات این مسابقه در وب سایت www.nanonewsnet.ru موجود است.
در دسامبر 2004، اولین کنفرانس اختصاص داده شده به استفاده صنعتی از فناوری نانو در شهر فریازینو (منطقه مسکو) برگزار شد، که در آن دانشمندان ده ها پیشرفت آماده برای پیاده سازی در تولید را ارائه کردند. از جمله آنها می توان به مواد جدید مبتنی بر نانولوله ها، پوشش های فوق العاده قوی، ترکیبات ضد اصطکاک، پلیمرهای رسانا برای الکترونیک انعطاف پذیر، خازن های با ظرفیت بالا و غیره اشاره کرد.
فناوری نانو در روسیه در حال افزایش است. با این حال، مگر اینکه تحقیقات توسط ایالت یا یک برنامه جامع فدرال هماهنگ شود، احتمالاً هیچ چیز به سمت بهتر شدن تغییر نخواهد کرد. قبلاً یک کتاب درسی برای نانوتکنولوژیست های آینده منتشر شده است.
