Нанотехнологии и наноустройства Нанотехнологии – совокупность теории,

Нанотехнологии и наноустройства

Нанотехнологии – совокупность теории, методов и приемов контролируемого манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровнях (в диапазоне от 1 до 100 нанометров). Ц ель – производство и применение объектов с принципиально новыми химическими, физическими, биологическими свойствами. «Нано» + «технологии» Нано материалы Нано компоненты Продукция с использованием нанотехнологий

Примеры применения нанотехнологий сегодня: • В энергетике – солнечные батареи, аккумуляторы, топливные элементы, экономичные источники света. • В медицине — экспресс-диагностика, нанолекарства и нановакцины • В электронике — уменьшение размеров микропроцессоров • В автомобилестроении – добавки в топливо и масло, покрытия для деталей двигателя и новые лакокрасочные покрытия. Что дают нанотехнологии? Использование новых свойств вещества – это новые возможности для развития электроники, энергетики, химии, информационных технологий, фармацевтики и многих других областей науки и индустрии. Идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований — квантовые компьютеры, недорогая генетическая диагностика — через 10 -15 лет будут реализованы в коммерческих продуктах

1. Основы метода сканирующей туннельной микроскопии Исторически первым в семействе зондовых микроскопов появился сканирующий туннельный микроскоп. Принцип работы СТМ основан на явлении туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между металлическим зондом и проводящим образцом во внешнем электрическом поле. Рис. 40. Схема туннелирования электронов через потенциальный барьер в туннельном микроскопе

Рис. 42 Упрощенная схема организации обратной связи по туннельному току По методу постоянного туннельного тока (рис. 43 (а)) зонд перемещается вдоль поверхности, осуществляя растровое сканирование; при этом изменение напряжения на Z — электроде пьезоэлемента в цепи обратной связи (с большой точностью повторяющее рельеф поверхности образца) записывается в память компьютера в виде функции Z = f ( x, y ), а затем воспроизводится средствами компьютерной графики. Изображение рельефа поверхности в СТМ формируется двумя методами.

По методу постоянного туннельного тока (рис. 43 (а)) зонд перемещается вдоль поверхности, осуществляя растровое сканирование; при этом изменение напряжения на Z — электроде пьезоэлемента в цепи обратной связи (с большой точностью повторяющее рельеф поверхности образца) записывается в память компьютера в виде функции Z = f ( x, y ), а затем воспроизводится средствами компьютерной графики. Рис. 43, а. Формирование СТМ изображений поверхности по методу постоянного туннельного тока.

Фуллерены – молекулярная форма углерода По имени американского инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который построил конструкцию купола из сочленённых пяти- и шестиугольников.

Виды молекул фуллеренов: чётное число атомов углерода в молекуле С 60 , С 72 , С 74 , С 76 , С 108 , С 960 и т. д. Поверхность «мяча» образована пяти- и шестиугольниками с общими рёбрами. Простейший фуллерен – бакминтерфуллерен – состоит из 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Форма близка к сфере.

Свойства • Кристаллические вещества чёрного цвета с металлическим блеском. • Полупроводники • При высоком давлении и комнатной температуре легко превращаются в алмаз.

Применение • Получение полимерных материалов и металлофуллеренов. • Фторированные фуллерены используют как катоды в гальванических элементах • Запоминающие устройства. • Сверхпроводники. • Лекарства с противоопухолевой активностью. • Красители.

Молекулярные шестерни

Ассемблером (с англ. assembler — конструктор, составитель, сборщик) в нанотехнологии называют машину молекулярных размеров, способную к саморепликации (самовоспроизведнию, саморазмножению) и конструированию других устройств, с наперед заданной структурой. Работать ассемблеры будут с помощью нанокомпьютера , который обеспечивает работу всех систем ассемблера — работу позиционных механизмов, манипуляторов, систем подачи и преобразовывания энергии, систем связи, молекулярных насосов и др. Ассемблеры и дизассемблеры

Нанотехнологии в медицине Доставка лекарственных соединений • Нанокапсулы с помещенным в них препаратом могут осуществлять его адресную доставку, «настраиваясь» на определенные виды клеток, не задевая остальные. • При наноразмере частиц серьёзно возрастает биодоступность препаратов в их составе, качественно изменяется их всасывание и распределение в организме, что способствует повышению эффективности их действия и снижению побочных проявлений. Развитие нанотехнологий в медицине позволяет успешно реализовать качественно новый уровень диагностики и лечения заболеваний.

Нанотехнологии в медицине • Диагностика • Лечение многих серьезных заболеваний гораздо проще, если они выявляются в начальной стадии, однако ранняя диагностика является очень сложной задачей. • Диагностика in vivo : наночастицы могут использоваться в качестве контрастирующих элементов для томографии. • Диагностика in vitro : – высокопроизводительный мультиплексный метод анализа крови основан на применении наноточек в качестве рецепторных частиц; – биочипы на основе наночастиц используются при диагностике в онкологии и микробиологии.

Нанотехнологии в медицине • Протезирование • Нанотехнологии в протезировании включают в себя наноструктурирование поверхности, наномодифицированные покрытия и объемное наноструктурирование материала. • Применение данных технологий позволяет улучшить физико-механические свойства протезов, включая износостойкость, био- и гемосовместимость. Наноструктурирование поверхности биополимера

Нанотехнологии в автомобилестроении датчики ускорения микропереключатели газовые датчики самозатягивающееся покрытиелобовое стекло — поляроид БМВ пятой серии

Нанотехнологии в электронике • Современная микроэлектроника уже не «микро» , а давно «нано» , т. к. производимые сегодня транзисторы, основа всех электронных схем, имеют размеры порядка 100 нм. Только сделав их размеры такими малыми, можно разместить в процессоре компьютера около 100 млн транзисторов. • Внутреннее устройство современной электронной схемы. Увеличено в 50 000 раз. Транзисторы образованы кристаллами кремния (голубые столбики). Зелёный слой – оксид кремния.

Гибкий дисплей из нанотрубок • Расположив матрицу нанотрубок внутри плёнки из гибкого пластика, учёным удалось сделать гибкую электронную матрицу. Гибкие сверхчёткие цветные экраны, сделанные на основе плёнок с нанотрубками, могут стать логичной заменой современных газет, а может быть, даже и книг. • Слева – матрица гиб кого дисплея на основе нанотрубок, пронизывающих тонкую полимерную плёнку; справа – гибкий дисплей с изображением Леонардо де Винчи

СС ПП АА СС ИИ ББ ОО за внимание