Государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования Башкирский архитектурно-строительный колледж
Введение История Фундаментальные положения v Атомно-силовая микроскопия v Нанообъекты v Самоорганизация наночастиц Индустрия нанотехнологий Параметрон - новый элемент будущих нанокомпьютеров Реакция мирового сообщества на развитие нанотехнологий Реакция российского общества на развитие нанотехнологий Новейшие достижения Заключение 2
К высоким технологиям можно отнести множество направлений к примеру компьютеры, машины, КПК, сотовые телефоны, ноутбуки и другие сложные по строению технологии, но я решила рассказать про Нанотехнологии. Хотя про нанотехнологии многие знают, но полностью эти технологии еще не внедрили и вскоре я думаю многие технологии будут строиться на основе нанотехнологий. К примеру, в компьютерах компания Intel и AMD с поддержкой IMD используют Intel AMD IMD Нанотехнологии при создании процессоров. Высокие технологии Нанотехнологии Машиностроение и многое другое Наномедицина Наноматериалы Компьютеры КПК ПК Нанороботы ноутбуки Нанокомпьютеры И другая техника 3
Рис. 1 Нанотехнология — область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами размером менее 100 нанометров (1 нанометр равен 10− 9 метра). Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто не применимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты. Нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Нанотехнология и, в особенности, молекулярная технология — новые области, очень мало исследованные. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств. Нанотехнология ‑ совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм. Наноструктуры характеризуются новыми физическими, химическими и биологическими свойствами и связанными с ними явлениями. В связи с этим возникли понятия нанонауки, нанотехнологии и наноинженериии (см. рис. 1). 4
Научные основы и объекты нанотехнологии 5
Идею о том, что возможно создавать нужные нам устройства и другие объекты, собирая их "молекула за молекулой" и, даже, "атом за атомом" обычно возводят к знаменитой лекции одного из крупнейших физиков ХХ века Ричарда Фейнмана «Там внизу — много места» [1]. Эта лекция была прочитана им в 1959 году; большинство современников восприняли её как фантастику или шутку. Современный вид идеи молекулярной нанотехнологии начали приобретать в 80 -е годы XX века в результате работ К. Э. Дрекслера [2, 3], которые также сначала воспринимались как научная фантастика. В данном курсе мы будем опираться на представления, сформировавшиеся в более поздних работах Дрекслера [4]и его последователей - таких, как Р. А. Фрейтас, Р. Меркле и др. При этом фундаментальная монография "Наносистемы. Молекулярная техника, производство и вычисления" [4] имеет, несомненно, основополагающее значение. 6
• • Одним из методов, используемых для изучения нанообъектов, является атомносиловая микроскопия. С помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) можно не только увидеть отдельные атомы, но также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Учёным уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод. Например, в исследовательском центре компании IBM, последовательно перемещая атомы ксенонa на поверхности монокристалла никеля, сотрудники смогли выложить три буквы логотипа компании, используя 35 атомов ксенонa. При выполнении подобных манипуляций возникает ряд технических трудностей. В частности, требуется создание условий сверхвысокого вакуума (10− 11 тор), необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур (4 -10 К), поверхность подложки должна быть атомарно чистой и атомарно гладкой для чего применяются специальные методы её приготовления. Охлаждение подложки производится с целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов. 7
Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы, размерами от 1 до 1000 нанометров обычно называют «наночастицами» . Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дешевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства. Нанообъекты делятся на 3 основных класса: трёхмерные частицы получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок итд, двумерные объекты — плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, CVD, ALD, методом ионного наслаивания и т. д, одномерные объекты — вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т. д. Также существуют нанокомпозиты — материалы полученные введением наночастиц в какие-либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, применяется он в электронике. метод CVD и ALD в основном применяется для создания микронных плёнок. Прочие методы в основном используются в научных целях. В особенности следует отметить методы ионного и молекулярного наслаивания, поскольку с их помощью возможно создание реальных монослоёв. 8
• Одним из важнейших вопросов, стоящих перед нанотехнологией — как заставить молекулы группироваться определенным способом, самоорганизовываться, чтобы в итоге получить новые материалы или устройства. Этой проблемой занимается раздел химии — супрамолекулярная химия. Она изучает не отдельные молекулы, а взаимодействия между молекулами, которые, организовываясь определенным способом, могут дать новые вещества. Обнадеживает то, что в природе действительно существуют подобные системы и осуществляются подобные процессы. Так, известны биополимеры, способные организовываться в особые структуры. Один из примеров — белки, которые не только могут сворачиваться в глобулярную форму, но и образовывать комплексы — структуры, включающие несколько молекул протеинов (белков). Уже сейчас существует метод синтеза, использующий специфические свойства молекулы ДНК. Берется комплементарная ДНК, к одному из концов подсоединяется молекула А или Б. Имеем 2 вещества: ----А и ----Б, где ---- — условное изображение одинарной молекулы ДНК. Теперь, если смешать эти 2 вещества, между двумя одинарными цепочками ДНК образуются водородные связи, которые притянут молекулы А и Б друг к другу. Условно изобразим полученное соединение: ====АБ. Молекула ДНК может быть легко удалена после окончания процесса. 9
В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки нанотехнологий почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров — корпораций и фондов — пришлось примерно $6. 6 млрд инвестиций, на долю государственных структур — около $3. 3 млрд. Мировыми лидерами по общему объему капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых нанотехнологий на 126 % по сравнению с 2003 годом (общий объем инвестиций составил $4 млрд. ), США — на 122 % ($3. 4 млрд. ). В настоящее время (2008 год) финансирование России на развитие нанотехнологий достигло уровня США примерно, 1945 -1955 гг. • Центры нанотехнологий • Нанотехнологии в России 10
• • Германия Creavis — исследовательское подразделение корпорации Degussa. США Центры развития нанотехнологий, финансируемые Национальным научным фондом (NSF): – Национальная сеть нанотехнологической инфраструктуры, включающая 13 организаций, занимающихся нанотехнологиями. Ведущей организацией является Корнелльский университет. – Центр иерархического производства (Center for Hierarchical Manufacturing, CHM) при Университете Массачусетса — Амхерст. – Центр наномасштабных химических, электрических и механических производственных систем(Center for Nanoscale Chemical-Electrical-Mechanical Manufacturing Systems, Nano-CEMMS) при университете Иллинойса. – Центр скоростного нанопроизводства (Center for High Rate Nanomanufacturing, CHN), базирующийся в Северо-Восточном университете. – Центр масштабируемого и интегрированного нанопроизводства (The Center for Scalable and Integrated Nanomanufacturing, SINAM) при Калифорнийском университете в Беркли. Подразделения университетов – Калифорнийский институт наносистем (California Nano. Systems Institute ) Калифорнийского университета Компании – Наномикс (NANOMIX) 11
ГК «Роснанотех» Государственная корпорация Российская корпорация нанотехнологий создана в РФ в соответствии с Федеральным законом «О Российской корпорации нанотехнологий» от 19 июля 2007. Корпорация должна содействовать реализации государственной политики в сфере нанотехнологий, развитию инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии. ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии» Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ на 2008 -10 г. » утверждена Постановлением Правительства РФ от 2007. Цель программы: создание в РФ современной инфраструктуры национальной нанотехнологической сети для развития и реализации потенциала отечественной наноиндустрии Объём финансирования в рамках программы — 27, 7 млрд. руб. Программой назначены организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий: • Наноэлектроника— ФГУП «НИИ физических проблем им. Ф. В. Лукина» . • Наноинженерия — Московский государственный институт электронной техники. • Функциональные наноматериалы для энергетики • Функциональные наноматериалы для космической техники • Нанобиотехнологии — ФГУП Российский научный центр ФГУП «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» . • Композиционные наноматериалы - ФГУП «Всероссийский НИИ авиационных материалов» . • Нанотехнологии для систем безопасности - ФГУП «Центральный НИИ химии и механики» . • Петрик Виктор Иванович — Академик РАЕН, автор «Явление образования наноструктурных углеродных комплексов» 12
Ученым из Японии удалось сделать еще один шаг в разработке наномеханического компьютера. Теоретически разработанный еще пятьдесят лет назад логический узел «параметрон» воплотился в жизнь благодаря последним достижениям в области нанотехнологий и НЭМС в частности. Имран Махбуб (Imran Mahboob) и его коллега Хироши Ямагучи (Hiroshi Yamaguchi) из лаборатории NTT Basic Research Lab в Канагаве представили новый способ механической интерпретации компьютерной логики на основе созданной ими НЭМС. Согласно общепринятому определению, параметрон, элемент автоматики и вычислительной техники, принцип действия которого основан на особенностях параметрического возбуждения и усиления электрических колебаний. Основные понятия: 1) параметрон 2) нанокомпьютер 13
Простейший параметрон – колебательный контур, настроенный на частоту f__0__. При периодическом изменении под воздействием сигнала накачки с частотой f__n__, равной примерно 2 f__0__, одного из энергоёмких параметров контура в нём возникает колебание с частотой, когерентное по отношению к возбуждающему колебанию. Логические состояния параметрона При этом фаза возбуждённых в устройстве колебаний может принимать одно из двух отличающихся на 180° значений, условно обозначаемых (0, p), и сколь угодно долго находиться в этом состоянии. Именно эта способность параметрона называется свойством квантования фазы. Параметрон как логический элемент или ячейка запоминающего устройства был запатентован в 1954 Э. Гото (Япония). На его основе были созданы счётчики, регистры, сумматоры, запоминающие устройства и системы управления ЭВМ. 14
Компьютеры-монстры прошлого содержали около 5000 электрических осцилляторов-параметронов, работали медленно и занимали достаточно много места. Поэтому неудивительно, что с появлением транзистора о параметронах надолго забыли. В основе нано- «параметрона» лежит электромеханический осциллятор. Два стабильных состояния параметрона могут играть роль логического нуля и логической единицы. Махбуб и Ямагучи решили вернуть параметрон из забытья и миниатюризовать наномеханические осцилляторы до наноразмерного диапазона. При малых размерах логическая ячейка потребляет существенно меньше энергии, а, значит, благодаря тому область применения «параметронов» существенно расширяется. 15
Миниатюризованный параметрон состоит из тонкой нити микронных размеров, закрепленной между двумя электродами. Нить может свободно изгибаться в двух фиксированных положениях – « 1» и « 0» при прохождении тока между электродами. При этом положение, когда нить поднимается вверх, соответствует « 0» , а опускание нити вниз – « 1» . Переключение логических состояний выполняется остановкой осциллятора и подачей на него «переключающего» колебания. При этом управляющая процедура не отличается от использованной в параметронах 50 летней давности, говорит Ямагучи. Пока ячейка параметрона достаточно большая, поэтому скорость ее работы низка. Однако Ямагучи сообщил, что планирует уменьшить размер устройства, достигнув рабочей частоты в 100 МГц. Кандидатами в будущие осцилляторы могут быть нанотрубки – так думают исследователи. Пока еще рано говорить об электронных устройствах на основе параметронов, так как логическая ячейка представлена пока в виде прототипа. Но планы у Ямагучи и Махбуба достаточно оптимистичные – через три года они продемонстрируют 8 -битную ячейку нанопараметронов. 16
Параметрон - элемент автоматики и вычислительной техники, принцип действия - которого основан на особенностях параметрического возбуждения и усиления электрических колебаний. Простейший П. представляет собой колебательный контур, настроенный на частоту f 0. При периодическом изменении под воздействием сигнала накачки с частотой fн, равной примерно 2 f 0, одного из энергоёмких параметров контура в нём возникает колебание с частотой, когерентное по отношению к возбуждающем колебанию. При этом фаза возбуждённых в П. колебаний может принимать одно из двух отличающихся на 180° значений, условно обозначаемых (0, p), и сколь угодно долго находиться в этом состоянии. Эта способность П. выбирать одну из двух стабильных фаз называется свойством квантования фазы. П. как логический элемент или ячейка запоминающего устройства был запатентован в 1954 Э. Гото (Япония). На основе П. созданы счётчики, регистры, сумматоры, запоминающие устройства и системы управления ЭВМ. По типу нелинейного элемента различают индуктивные П. , ёмкостные П. и резистивные П. . Скорость (тактовая частота fт) переключения П. пропорциональна частоте накачки и меньше её примерно в 20— 50 раз. Наиболее надёжными и дешёвыми являются одноконтурные индуктивные (на ферритовых сердечниках) П. с потребляемой мощностью 15— 50 мвт, fт £ 100 кгц; более экономичные (3— 6 мвт) ёмкостные П. на конденсаторах имеют более высокое быстродействие (fт " 5 Мгц); ещё больше быстродействие резистивных П. , т. к. продолжительность процесса установления колебаний в них соизмерима с периодом собственных колебаний контура. В индуктивных П. на тонких магнитных плёнках или в ёмкостных П. на полупроводниковых диодах тактовая частота достигает 150 Мгц. В связи с разработкой параметрических усилителей и генераторов света появляется принципиальная возможность перехода к частотам оптического диапазона, что должно привести к существенному повышению быстродействия П. 17
Нанокомпьютер — вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. Теория нанокомпьютеров до сих пор не имеет под собой логических обоснований. 18
C 2005 года функционирует организованная CRN международная рабочая группа, изучающая социальные последствия развития нанотехнологий. В октябре 2006 года Международным Советом по нанотехнологиям выпущена обзорная статья в которой, в частности, говорилось о необходимости ограничения распространения информации по нанотехнологическим исследованиям в целях безопасности. Организация «Гринпис» требует полного запрещения исследований в области нанотехнологий. Тема последствий развития нанотехнологий становится объектом философских исследований. Так, о перспективах развития нанотехнологий говорилось на прошедшей в 2007 году международной футурологической конференции Transvision, организованной WTA. 19
26 апреля 2007 года Президент России Владимир Путин в послании Федеральному Собранию назвал нанотехнологии «наиболее приоритетным направлением развития науки и техники» По мнению Путина В. В. , для большинства россиян нанотехнологии сегодня — «некая абстракция вроде атомной энергии в 30 -е годы» Приставка «нано-» , по мнению первого вице-премьера Сергея Иванова, все чаще используется «ушлыми торговцами» в рекламных целях. О риске использования «популярной» терминологии для получения дополнительных финансовых средств некоторыми компаниями также говорил бывший министр образования и науки А. Фурсенко. По мнению ряда депутатов ГД РФ, одной из причин сегодняшней «популярности» нанотехнологий является желание чиновников создать для себя дополнительную «нанокормушку» О необходимости развития нанотехнологий заявляет ряд российских общественных организаций. По сообщениям СМИ, представители Российского трансгуманистического движения акцентировали внимание на развитии нанотехнологического производства на круглом столе «Влияние науки на политическую ситуацию в России. Взгляд в будущее» , состоявшегося 21 марта 2007 года в Государственной Думе РФ. 8 октября 2008 года было создано "Нанотехнологическое общество России", в задачи которого входит "просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны" 20
• • Наноматериалы • Наномедицина и химическая промышленность • Противопожарная обработка Компьютеры и микроэлектроника • Нанокомпьютер размером 0. 2 * 10 -4 Робототехника Самоочищающиеся окна авто 21
Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих. Углеродные нанотрубки - протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и заканчиваются обычно полусферической головкой. Фуллерены - молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Графен - монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO 2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах. Наноаккумуляторы - в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li 4 Ti 5 O 12 электродами имеют время зарядки 10 -15 минут. В феврале 2006 года компания начала производство аккумуляторов на своём заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных 22 аккумуляторов для электромобилей.
Центральные процессоры - 15 октября 2007 года компания Intel заявила о разработке нового процессора, содержащего наименьший структурный элемент размерами примерно 45 нм. В дальнейшем компания намерена достичь размеров структурных элементов до 5 нм. Основной конкурент Intel, компания AMD, также давно использует для производства своих процессоров нанотехнологические процессы, разработанные совместно с IBM. Характерным отличием от разработок Intel является применение дополнительного изолирующего слоя SOI, препятствующего утечке тока за счет дополнительной изоляции структур, формирующих транзистор. Уже существуют рабочие образцы процессоров с транзисторами размером 32 нм. Жесткие диски - в 2007 году Питер Грюнберг открыл GMR-эффекта, позволяющего производить запись данных на жестких дисках с атомарной плотностью информации. Антенна-осциллятор - 9 февраля 2005 года в лаборатории Бостонского университета была получена антенна-осциллятор размерами 1 мкм. С способно осциллировать с частотой 1, 49 гигагерц, что позволяет передавать с ее помощью огромные объемы информации. Плазмоны — коллективные колебания свободных электронов в металле. Характерной особенностью возбуждения плазмонов называется плазмонный резонанс, впервые предсказанный Ми в начале XX века. Длина волны плазмонного резонанса, для сферической частицы серебра диаметром 50 нм составляет примерно 400 нм. В начале 2000 -го года, благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии — наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазмонных 23 колебаний.
Направление в современной медицине основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне. • ДНК-нанотехнологии - используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур. • Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды). Наночастицы 1 – липосома (внизу) и аденовирус (вверху); 2 – полимерная наноструктура; 3 – дендример; 4 – углеродная нанотрубка. 24
Молекулярные роторы - синтетические наноразмерные двигатели, способные генерировать крутящий момент приложении к ним достаточного количества энергии. Нанороботы - роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, т. е. самовоспроизводству, называются репликаторами. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер. В настоящее время уже созданы электромеханические наноустройства, ограниченно способные к передвижению, которые можно считать прототипами нанороботов. Молекулярные пропеллеры - наноразмерные молекулы в форме винта, способные совершать вращательные движения благодаря своей специальной форме, аналогичной форме макроскопического винта. С 2006 года в рамках проекта Robo. Cup появилась номинация "Nanogram Competition", в которой игровое поле представляет из себя квадрат со стороной 2. 5 мм. Максимальный размер игрока ограничен 300 мкм. 25
Fire Protection Wood – натуральная огнезащитная краска на основе воды, образующая изолирующий слой на твердой древесине, доске и фанере в условиях сухого помещения. Средство абсолютно безвредно для окружающей среды (не имеет запаха, галогенов, тяжелых металлов и растворителей), прозрачно и просто в использовании (наносится кисточкой, валиком или распылителем). Основной компонент – натуральный углевод из крахмала или картофельного крахмала. В случае пожара или сильного нагрева, поверхностное покрытие выделяет негорючие газы (без значительного объема дыма) и защищает древесину от воздействия огня путем образования термоизоляционного пенного угольного слоя. Fire Protection Textile – натуральное противопожарное средство для защиты текстиля, выполненного из целлюлозного волокна (хлопок), для использования в помещениях, например, для защиты декоративных материалов, штор и стенных и потолочных покрытий из текстиля в залах для совещаний и выставочных комнатах. Средство безвредно для окружающей среды (не имеет запаха, галогенов, тяжелых металлов и растворителей), просто в использовании (наносится путем окунания или распылителем). Изолирующие агенты содержат высоко активное сочетание почти или полностью натурального азота и фосфорных составов. В случае пожара выделяются невозгораемые газы, текстиль обугливается, что ведет к самогашению. 26
Токио, Март 13 (Новый Регион, Рустам Галеев) – Японские ученые изобрели нанокомпьютер, представляющий собой машину, который состоит всего из 17 молекул органического вещества и имеет размер 0, 00000002 метра. По мнению ученых, на этом принципе может быть создан искусственный интеллект, способный к самопознанию и саморазвитию. Компьютер представляет собой собранные на золотой пластине 16 молекул дурохинона, каждая из которых имеет форму зубчатого колеса с четырьмя выступающими спицами. Подавляющее большинство логических устройств имеет сегодня два логических состояния 0 ( «выключено» ) и 1 ( «включено» ). Таким образом, нанокомпьютер способен обрабатывать за одно действие 4 в 16 -й степени бит информации. Притом что современные компьютеры могут обрабатывать за раз не более одного бита. Иное дело, что делают они это очень быстро, совершая миллионы операций в секунду. Для управления компьютером используется специальный туннельный сканирующий микроскоп, который одновременно является и считывающим устройством. Для проверки работы устройства к нему были присоединены 8 наномеханизмов, включая самый маленький в мире элеватор – микроплатформу, которая может передвигаться вверх и вниз на 1 нанометр. В ходе эксперимента удалось заставить работать все 8 наномеханизмов при помощи одной-единственной команды, заключает «Взгляд» . 27
И снова нанотехнологии, только на этот раз уже немного в другой сфере. Итальянский дизайнер автомобилей Леонардо Фьораванти (из дизайнерского ателье Pininfarina) разработал прототип автомобиля с лобовым стеклом, которое может обходиться без дворников. Оно способно самоочищаться от воды и загрязнений самостоятельно. Этому будет способствовать, во-первых, аэродинамическая форма автомобиля (который носит название Hidra), и во-вторых, четырехслойное покрытие самого стекла, каждый из слоев которого будет выполнять свою задачу. Первый слой имеет водоотталкивающие и солнцезащитные свойства, второй состоит из нано-пыли, которая будет отталкивать грязь к краям стекла. Активироваться этот слой будет следующим слоем, который сможет обнаруживать наличие грязи и только в этом случае будет активировать нано-пыль. Ну и самый последний, верхний слой является проводником электричества, так что он и будет питать всю эту систему электричеством. Фьораванти считает, что эта технология может быть реализована в автомобилях уже через пять лет, но в концепткаре Hidra она уже успешно функционирует. Еще несколько фото самого автомобиля далее. 28
Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров. По мнению многих экспертов, XXI в. будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни. Главная надежда нанотехнологий связана с тем, что удастся двигаться не «сверху вниз» , а «снизу вверх» , т. е. выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты. Нанотехнологии требуют больших объемов материалов и собирать их атом за атомом невозможно. Поэтому есть два основных ключа к нанотехнологиям: • Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформирования и самосборки. • Решение многих проблем нанотехнологий требует совместной деятельности физиков, химиков, математиков, биологов — общего языка, понятий и моделей — междисциплинарного подхода. Список литературы Выхо. Д 29
Список литературы 1. Малинецкий Г. Г. Нанотехнологии. От алхимии к химии и дальше. 2. Марк Ратнер, Даниэль Ратнер Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи Nanotechnology. 3. http: //www. nanoware. ru/ - новости о последних новинках наноиндустрии 4. http: //world-of-nano. blogspot. com/ - мир нанотехнологий 5. Сокращенный перевод лекции «Там внизу полно места» (1959) 6. Nano. News. Net — новости нанотехнологий 7. Сайт нанотехнологического сообщества «Нанометр» 8. Журнал Nanotechnology 9. Центр Нанотехнологий Росатома 10. Официальный сайт потребителей нанотоваров и наноуслуг в России 11. Нано Дайджест — интернет-журнал о нанотехнологиях 12. Журнал Nano Letters на английском языке 13. infuture. ru Наноитоги 2007 года 14. nano-forum. ru Нано-форум Выхо. Д 30
Скачать презентацию Государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования Башкирский
0a3934d268155fdda1eab1eedef3362b.ppt