Нанотехнологии. Документ Microsoft Word. Нанотехнологии это наше будущее! Введение
 Скачать 25.43 Kb.
|
|
Нанотехнологии- это наше будущее! Введение Работа посвящена новому перспективному направлению – нанотехнологии, а именно изучению возможностей, сфер применения и перспектив развития нанотехнологий. Возможности этого направления очень велики, благодаря уникальным свойствам наноматериалов. «Нано» - это приставка, которая показывает, что исходная величина должна быть уменьшена в миллиард раз. Например, 1 нанометр — это миллиардная часть метра (1 нм = 10–9 м). С помощью этой приставки обозначают новую эру в развитии технологий, называемых иногда четвертой промышленной революцией, — эру нанотехнологий. Нас заинтересовала эта тема, потому что в будущем нам жить и работать с нанотехнологиями, а на сегодняшний день нам очень мало, что известно об этом. Мы считаем, что сегодня – это самая актуальная проблема, потому что она направлена на наше с вами будущее. И мы решили начать изучать и исследовать технологии будущего уже сегодня и делиться нашими исследованиями на нашем сайте. Данный учебно-исследовательский проект состоит из трёх частей: Введение; Основная часть; Заключение; Актуальность работы: будущее за нанотехнологиями, их применение востребовано и незаменимо. Гипотеза исследования: нанотехнологии используются во всех сферах, давая новые возможности и помогая решать самые сложные задачи. Цель: показать неограниченные возможности современной науки и техники в развитии нанотехнологий,познакомиться с современными достижениями и пробудить интерес к проблеме нанотехнологий. Задачи проекта: - познакомится с историей развития нанотехнологий; ‐ изучить основные направления и методы исследований в области нанотехнологий и с основными направлениями ее развития; ‐ изучить практическое значение разработок нанотехнологий в области медицины, косметологии, строительства, информационных технологий, робототехники; ‐ провести тестирование среди учителей, старшеклассников и учеников основной школы с целью выявления уровня осведомленности по данной теме. Объект исследования: нанотехнологии. Предмет исследования: сферы применения, возможности и перспективы нанотехнологий. Методы исследования: сбор материала по теме, его анализ и обработка, оформление работы, тестирование, создание презентации, создание сайта. Выход проектного продукта: стенд в школе и сайт «Юные исследователи». Практическая значимость работы заключается в том, что работающие над этой темой ученики и слушатели узнают много нового из этой сферы. Данная работа позволит расширить кругозор в данной области, познакомиться с новейшими достижениями науки и техники. История развития нанотехнологий. Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "неделимый", для описания самой малой частицы вещества. В 1661 году ирландский химик Роберт Бойль опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха. Бойль утверждал, что все состоит из "корпускул" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы. Стартовой точкой в борьбе за покорение наномира считается лекция Ричарда Фейнмана в 1959 г. «Там внизу — много места». Основной постулат этой лекции заключался в том, что с точки зрения фундаментальных законов физики автор не видит никаких препятствий к работе на молекулярном и атомном уровнях, манипулировании отдельными атомами или молекулами. Фейнман говорил, что с помощью определенных устройств можно сделать еще меньшие по размеру устройства, которые в свою очередь способны сделать еще меньшие устройства, и так далее вплоть до атомного уровня, т. е. при наличии соответствующих технологий можно манипулировать отдельными атомами. То, что теперь называют нанообъектами, нанотехнологиями человек давно использовал в своей жизни. Египтяне, греки и римляне использовали наночастицы для создания красителей ещё несколько тысяч лет назад. В исследованиях проведённых в Центре исследований и реставрации французских музеев, установлено, что древние косметологи использовали соединения на основе свинца, из которых делали частички диаметром всего в 5 нанометров! Вот еще один из наиболее ярких примеров (в прямом и переносном смыслах) — это разноцветные стекла. Например, созданный еще IV веке н.э. кубок Ликурга, хранящийся в Британском музее, при освещении снаружи — зеленый, но если освещать его изнутри — то он пурпурно-красный. Как показали недавние исследования с помощью электронной микроскопии, этот необычный эффект обусловлен наличием в стекле наноразмерных частиц золота и серебра. Сначала люди изучали обычный мир, для наблюдения которого не надо было особых приборов. Благодаря появлению микроскопа в конце XIX века ученые стали проникать внутрь атома, изучать его строение. В 1909 г. используя альфа-частицы (ядра гелия, имеющие размер порядка 10–13 м) Резерфорду удалось «увидеть» ядро атома золота. Созданная на основе этих опытов планетарная модель атома Бора—Резерфорда дает наглядный образ огромности «свободного» места в атоме, вполне сравнимого с космической пустотой Солнечной системы. В последние годы темпы научно-технического прогресса стали зависеть от использования искусственно созданных объектов нанометровых размеров (греческий термин «нанос» означает «гном»). Созданные на их основе вещества и объекты размером 1 – 100 нм называют наноматериалами, а способы их производства и применения - нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров. Свойства материалов в наномасштабе отличаются от крупных масштабов из-за того, что в наномасштабе площадь поверхности на единицу объема чрезвычайно велика. В самом широком смысле нанотехнологии – это исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают существенно новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале расстояний. Нанотехнологии в различных областях деятельности человека. В медицине Нанотехнологии в области здравоохранения имеют давние корни. Ярким примером являются разработки американских ученых. Умные лекарства давались космонавтам, чтобы проверить их состояние и регулировать температуру тела. Что представляют собой умные лекарства? Создатели первых вариантов внедрили в них специальные датчики из магния или меди, которые совершенно безвредны для людей и их здоровья. Датчики проникают в желудок и начинают функционировать, взаимодействуя с желудочной кислотой. Умные лекарства станут настоящими помощниками при диагностике и наблюдении за больными. Перед их применением к больному прикрепляется специальное устройство, которое необходимо для принятия сигналов датчиков. Датчики передают на него важную информацию, например, температуру тела, равномерность дыхания, скорость сердечного ритма и другие показатели. Ученые даже предлагают разработать специальную программу, которая будет обрабатывать собранные данные, структурировать их и отправлять в виде файла на мобильный телефон больного. Благодаря совместному труду учёных из Америки и Италии наука смогла подняться на ступень выше в области регенерации тканей позвоночника после повреждений. Как правило, после перелома в месте травмы образуется рубец, который не пропускает нервные импульсы. Из-за этого человек может быть полностью или частично парализован. Учёные предложили идею по выращиванию клеток спинного мозга при помощи опорных наноструктур большого количества маленьких параллельных трубочек. По идее исследователей в этих нанотрубках должны нарастать новые нервные клетки, образующие нервную ткань. Ещё одним открытием поделились с миром исследователи в области наномедицины из Института технологий Италии. Учёные нашли возможность восстанавливать поврежденную сетчатку глаза. Операция по восстановлению сетчатки проводится с использованием светочувствительного пластика. Помочь решить вопрос создания искусственной сетчатки глаза смогли специальные гибкие полупроводники. Возможно, в скором времени многие незрячие люди и люди с проблемами зрения смогут в полной мере наслаждаться окружающим миром. В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т.е. осуществлять "молекулярную хирургию" с помощью наноботов. Прогнозируемый срок создания роботов-врачей, первая половина XXI века. Наноботы или молекулярные роботы могут участвовать (как наряду с генной инженерией, так и вместо нее) в перепроектировке генома клетки, в изменении генов или добавлении новых для усовершенствования функций клетки. Учёные из Кореи открыли миру новую технологию по управлению медицинскими нанороботами в человеческом организме. Двигаясь вместе с потоком крови, микророботы смогли бы помочь человечеству, выполняя сложнейшую задачу по доставке лекарственных препаратов, уничтожению онкологических новообразований и бактерий, разрушению тромбов и прочих образований, до которых врачам не удаётся добраться никакими средствами. Когда-то весь мир потрясло то, что искусственно выращивать кусочки кожи возможно в специальной чашке (чашка Петри). Исследователи из университета Райса придумали совершенно другую идею выращивания органов. Для этого нужно, чтобы органы находились в подвешенном состоянии, и с помощью магнитного поля будет происходить их развитие. В клетку, с применением вирусов, добавляют смесь наночастиц. Попадая внутрь клетки, наночастицы подвергаются воздействию магнитного поля. Это даёт возможность производить контроль роста клеток ткани в трёх измерениях. Именно в подвешенном состоянии эти клетки могут функционировать и размножаться, при этом образуя многослойные структуры, которая является точной копией ДНК программы. В косметологии Нанотехнологии используются во всех сферах, давая новые возможности и помогая решать самые сложные задачи. Косметология не исключение. При помощи нанотехнологии можно реально выглядеть на 15-20 лет моложе. Их суть заключается в том, что в состав косметических средств включены наносферы, которые обладают способностью проникать в глубокий подкожный слой. В этих своеобразных микросферах заключены активные компоненты. При помощи нанотехнологии разглаживаются морщины, прыщи, угри, рубцы и пр. Для того чтобы качественно улучшить состояние кожи, убрать глубокие морщины, добиться эффективного увлажнения кожи, вернуть зрелой коже красоту и свежесть необходимо улучшить доставку питательных компонентов в глубокие слои кожи. Чтобы проникнуть вглубь кожи, активные вещества «используют обходные пути» - межклеточные промежутки и выводные протоки кожных желез. Пройти через межклеточные промежутки не так-то просто. Это стало возможным лишь благодаря высоким био- и нанотехнологиям. Одним из решений этой проблемы стало создание искусственных контейнеров, которые способны проникнуть в кожу на более глубокий уровень за счет своих маленьких размеров. Осуществляется это благодаря липосомам - транспортным молекулам, которые могут переносить лекарственные вещества в более глубокие слои кожи. Далее, по мере развития биотехнологий появилась возможность использовать еще более мелкие транспортные частицы - наносомы, которые можно было «начинять» различными биологическими веществами. Это стало началом нанокосметики. Однако наносомы являются транспортным средством для доставки исключительно одного какого-либо биологически активного вещества. Сейчас в косметологии началась эпоха нанокомплексов. Это означает, что появилась возможность в лабораторных условиях создавать вещества с заранее запрограммированными свойствами. Нанокомплексы содержат измельченные до размера нано биологически активные вещества, каждый из которых доставляется в строго определенном количестве в строго определенные слои кожи в строго определенное время. Зная, в каких питательных веществах нуждается кожа разных людей в разных состояниях, можно создавать нанокомплексы, содержащие именно те компоненты, в которых нуждается кожа, и которые отвечают за поддержание обмена веществ в клетках кожи на должном уровне. Например, в формуле Нано Пьюр используется эксклюзивная ионизированная нанокосметика, созданная на основе натуральной плаценты и полярно-кристаллической минеральной пудры турмалина. Такая пудра, размельченная до наночастиц, обладает мощным эффектом ионизации и поляризации. Она кардинально решает возрастные проблемы кожи, восстанавливает механизм саморегуляции, ионы молодости полярно-кристаллической пудры обеспечивают мгновенное проникновение полезных веществ в клетки кожи, ускоряя процесс их обновления. Результат - реальное омоложение на 10-15 лет. Турмалин считается драгоценным камнем и в Японии называется электрическим, так как при соприкосновении с кожей способен вырабатывать слабый электрический ток, а при нанесении в виде пудры, может давать специфическое инфракрасное излучение, благотворно воздействующее на кожу. Вывод: люди хотят использовать товары для красоты, и компании их производят. Проблема лишь в том, что никто в точности не знает, будут ли безопасными новые нанопродукты. Производители косметики не информируют покупателей о том, содержатся ли в ней наночастицы или нет. Так что многие люди и не подозревают, что насчет безопасности их здоровья существуют серьезные опасения. Нанокосметика, обещающая исцеление от морщин и целлюлита, может искусить любого. Но стоит ли рисковать здоровьем, ради гладкой кожи или белых зубов? В строительстве. Строительный сектор имеет дело с огромным количеством сырья и различные инновационные материалы уже находят применение в современном строительстве и начинают вносить свою долю в формирование архитектуры будущего. Будущее строительного материаловедения во многом связано с применением нанотехнологических подходов — внедрения процессов формирования структуры современных строительных материалов, предусматривающих их сборку или самосборку «снизу-вверх», то есть дизайн материала или изделия, который заключается в контролируемом и управляемом воздействии на процесс структурообразования, начиная с наноразмерного уровня. Результатом такого подхода будет получение новых по составу и качественно отличающихся по структуре и свойствам конструкционных, теплоизоляционных, отделочных и других материалов, в полной мере отвечающих современным тенденциям развития архитектурных форм, конструктивных решений и технологии возведения объектов. Наноматериалы для строительства, автономные источники энергии на мощных солнечных батареях, нанофильтры для очистки воды и воздуха – эти достижения нанотехнологий должны сделать наши дома удобнее, надежнее, безопаснее. Добавление наночастиц различных материалов в бетон делает его в несколько раз прочнее. Разрабатываются нанопокрытия, защищающие бетонные конструкции от воды. Сталь, важнейший строительный материал, тоже становится гораздо прочнее при добавлении наночастиц ванадия и молибдена. Самоочищающееся стекло с наночастицами двуокиси титана уже выпускается промышленностью. Нанопленочные покрытия для стекла будут оптимально регулировать потоки света и тепла, идущие через окна. Для защиты зданий от огня нанотехнологии предлагают как новые негорючие материалы (например, изоляцию кабелей, содержащую наночастицы глины), так и «умные» сети сверхчувствительных нанодатчиков возгорания. Обои с покрытием из наночастиц окиси цинка помогут очистить помещение от бактерий. Социологический опрос. Мы слышим о нанотехнологиях с экранов телевизоров и по радио, читаем о них в газетах, журналах и сети Интернет. А что мы знаем о них на самом деле? Мы решили сросить три поколения людей в нашей школе: это наши учителя – старшее поколение, ученики 10-11 классов – среднее поколение и ученики 8-9 классов – младшее поколение. Количество опрашиваемых были равны, по 10 человек. Мы составили 7 вопросов. Результаты ответов вы видите на экране. Наши выводы таковы: все 100% опрашиваемые знакомы с какими-либо нанотехнологиями или слышали о них. Около 27% всех опрашиваемых не интересуются нанотехнологиями, а 37% - все равно. Но 43% - интересуются и посещают сайты, на которых рассказывается о достижениях современных нанотехнологий. А вот 80% учеников 8-9 классов не привлекают данные сайты. Но вот, что интересно, именно младшее поколении в 100% считают, что нанотехнологии помогут им в жизни, а старшее поколение – всего лишь 30%. Но ученики 8-9 классов не догадываются, что новые технологии помогут им не только в повседневной жизни, но и в профессии, только 1(10%) человек из 10 твердо заявил, что за нанотехнологиями стоит будущее во всех профессиях. А вот большинство из среднего поколения (60%) уверены, что нанотехнологии «перекроят» все будущие профессии. Из старшего поколения только 20% уверены в этом. Но самое главное, что 90% всех опрошенных хотели бы получать больше информации о нанотехнологиях. И поэтому мы создали свой сайт, на котором будем размещать информацию о наших исследованиях в области нанотехнологий, а так как интерес возрастает к нашей теме проекта, то мы будем продолжать изучать и исследовать достижения нанотехнологий по различным направлениям. Заключение Наноуровень представляет собой переходную область от уровня молекулярного, образующего базис существования всего живого, состоящего из молекул, к уровню Живого, уровню существования самовоспроизводящихся структур, а наночастицы, представляющие собой супрамолекулярные структуры, стабилизированные силами межмолекулярного взаимодействия, представляют собой переходную форму от отдельных молекул к сложным функциональным системам. Природа давно придумала и использует в живых системах супрамолекулярные структуры. Мы же далеко не всегда можем понять, а тем более повторить то, что Природа делает легко и непринужденно. Нанотехнологии перевернут мир, как раньше перевернули его информационные технологии. Сначала человек превратил цифру в информацию, что привело к появлению компьютеров. Теперь мы превратим с помощью нанотехнологий в цифру саму материю. Материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет. Ученые, которые работают в области нанотехнологий, неизбежно уйдут от узкой специализации и станут натурфилософами, как во времена Ньютона, когда науки еще не были разъединены, но существовала их интеграция. Но нельзя ждать от нее милостей, надо у нее учиться. |