Перспективы развития мирового сообщества Глобальные проблемы XXI

Перспективы развития мирового сообщества

Глобальные проблемы XXI века

НБИК-глобальные инновационные технологии XXI века

«Нано» , от греческого «Нанос» - карлик приставка для образования наименований дольных единиц, по размеру равных одной миллиардной доле исходной единицы НАНОДИАПАЗОН 1 нм (нанометр) – 10 -9 (одна миллиардная доля метра) § Длина волны электронов в полупроводниках § Длина пробега электронов в металле между двумя столкновениями § Длина волны света

Изучение явлений и манипуляция веществом на атомном, молекулярном и макромолекулярном масштабах, где его свойства значительно отличаются от тех, что наблюдаются на больших шкалах. Конструирование, характеристика, производство и применение структур, приборов и систем путем контроля формы и размера на нанометровой шкале» .

Термин "нанотехнология" был введен в 1974 году профессором ‑ материаловедом из Токийского университета Норио Танигучи , 1 нм. . . ". который определил его как "технология производства, позволяющая достигать сверхвысокую точность и ультрамалые размеры. . . порядка 1 нм. . . ". На Западе отцом нанотехнологий считают американского физика Ричарда Фейнмана, высказавшего в 1959 г. мысль, что «принципы физики не говорят о 1 нм. . . ". невозможности манипулирования веществом на уровне атомов и что вполне возможно собирать устройства и работать с объектами, которые имеют наноразмеры»

Свойства вещества, изменяемые на наноуровне • Электронные проводимость, зависимость тока от напряжения • Оптические окраска, прозрачность, цвет люминесценции • Химические способность к участию в определенных реакциях • Механические прочность, твердость, упругость • Тепловые теплопроводность, температура плавления

Нанотехнологии «СУХИЕ» • Создание нанопокрытий • Использование углеродных структур • Использование металлов и полупроводников «МОКРЫЕ» • Генетические материалы • Биомембраны • Ферменты • Клеточные структуры

Нанотехнологии из списочного определения, принятого в Австралии Наноматериалы Нанопроизводство Наномедицина Нанотоксикология Наноэлектроника Наноэкология Молекулярная электроника Нанобиология Органическая электроника Квантовые компьютеры Нанофотоника Наноэнергетика Нанобиотехнология Наноуправление Нанофабрикация Нанороботы Нанометрология Нановооружение

Основные области применения нанотехнологий • Наноэлектроника и нанофотоника • Медицина и фармацевтика • Генно-модифицированные продукты • Конструкционные и функциональные материалы • Машиностроение • Энергетика • Военные применения и безопасность

Наноэлектроника Область электроники, занимающаяся разработкой физических и технологических основ создания интегральных электронных схем с характерным топологическими размерами менее 100 нм Основные задачи наноэлектроники § разработка физических основ работы активных приборов с нанометровыми размерами, в первую очередь квантовых; § разработка физических основ технологических процессов; § разработка самих приборов и технологий их изготовления; § разработка интегральных схем с нанометровыми технологическими размерами и изделий электроники на основе наноэлектронной элементной базы.

Крупные компании в ядре мировой электронной промышленности Наименование компании Intel Samsung IBM AMD Analog Devices Texas Instrument Fujitsu Микрон (Citronics) Ангстрем (AMD) Tochiba Освоенная технология, нм. 45 40 40 65 – 90 95 – 120 130 90 180 95 – 130 95

Нанофотоника Направление, связанное с созданием новых оптических материалов и функциональных устройств, построенных на основе наноразмерных структур (тонких плёнок, молекулярных агрегатов, кластеров, наночастиц и т. д. ) Основная задача разработка фотонных устройств и материалов для эффективного управления фотонами, преобразования световой энергии в другие формы энергии и обратно, обработки и хранения информации.

Основные направления развития наноэлектроники и нанофотоники Светодиоды Наноэлектромеханические MEMS - системы СВЧ- электроника Лазерная техника Молекулярная электроника Квантовые компьютеры Спинтроника

Нанобиотехнологии Раздел нанотехнологии, занимающийся изучением и воздействием объектов нанодиапазона на биологические объекты и их использованием для развития наномедицины • • • Инженерия живых тканей и регенеративная медицина; Биологические наноструктуры; Инкапсуляция лекарств и адресная доставка лекарств; Молекулярная визуализация; Биофотоника; Биосовместимые имплантанты; Биоаналитические мембраны; Молекулярные биосенсоры; Биочипы и лаборатории на чипе (lab-on-a-chip); Функциональные молекулы: переключатели, насосы, транспортные средства

Ожидается создание молекулярных роботов-врачей, которые могут "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая их возникновение. Манипулируя отдельными атомами и молекулами, нанороботы смогут осуществлять ремонт клеток. на фото наноробот «делает укол» эритроциту.

Воплощение в жизнь данных нанопроектов в конечном итоге позволит отменить старение Молекулярные роботы смогут участвовать в перепроектировке генома клетки, в изменении генов для усовершенствования функций клетки

Но для достижения этих целей человечеству необходимо решить три основных задачи: 1. Разработать и создать молекулярных роботов, которые смогут ремонтировать молекулы. 2. Разработать и создать нанокомпьютеры, которые будут управлять наномашинами. 3. Создать полное описание всех молекул в теле человека, т. е. , карту человеческого организма на атомном уровне. медицинские нанороботы

Нанобиотехнологии в сельском хозяйстве Растениеводство Генетически-модифицированные организмы: • Трансгенные растения • Цисгенные растения Животноводство • Искусственное осеменение • Эмбриональный трансфер • Генная селекция • Клонирование

Конструкционные и функциональные материалы Углеродные наноматериалы § Фуллерены § Углеродные нанотрубки § Графен Многофункциональные композиты §Полимерные §Керамические §Нанопорошки §Конструкционные материалы

Энергетика • Солнечная энергетика • Наноэнергетика − термоэлектрические преобразователи прямого действия с к. п. д. до 70% − термоэлектрические преобразователи обратного действия с к. п. д. 50 -70% − фотоэлектрические преобразователи с к. п. д. 5070% − аккумуляторы электрической энергии с плотностью 1. 6 МДж/кг • Водородная энергетика • Термоэлектрическая энергетика

Немаловажная роль отводится разработке экипировки и вооружения для повышения 1 нм. . . ". возможностей "солдата будущего"

На фото самый тонкий в мире провод из углеродных нанотрубок толщиной всего около 10 атомов. Увеличение 500 000 Ключевыми материалами для перспективного костюма военнослужащего будут 1 нм. . . ". нановолокна на основе полиуретана, а также нанополимеры. на фото изображено нановолокно

Израильские специалисты работают над несколькими военными проектами с использованием нанотехнологий. 1 нм. . . ". Один из самых амбициозных - боевой робот - шершень. Фото модели боевого робота - шершня.

Кроме того, израильские ученые разрабатывают систему микродатчиков, которые можно будет разбрасывать на территории противника, чтобы 1 нм. . . ". с их помощью в режиме реального времени получать всевозможную информацию о происходящем на месте. нанотехнологии военного назначения

Ученые, которые занимаются созданием нанооружия, утверждают, что станет возможным 1 нм. . . ". создание невидимых видов вооружения, в десятки раз мощнее обычного оружия. «Умная пыль» Часть системы видеонаблюдения и анализа