на тему: «Прикладные нанотехнологии» (стр. 2 из 3)
Следующим по распространённости является фуллерен C70, отличающийся от фуллерена C60 вставкой пояса из 10 атомов углерода в экваториальную область C60, в результате чего молекула C70 оказывается вытянутой и напоминает своей формой мяч для игры в регби.
Рис.5 Фуллерен С70
Так называемые высшие фуллерены, содержащие большее число атомов углерода (до 400), образуются в значительно меньших количествах и часто имеют довольно сложный изомерный состав. Среди наиболее изученных высших фуллеренов можно выделить Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 и 84.
Рис.6 Фуллерен С540
Молекулярные кристаллы, состоящие из молекул фуллеренов, называются фуллеритами. Наиболее изученная система такого рода — кристалл С60, менее — система кристаллического С70. Исследования кристаллов высших фуллеренов затруднены сложностью их получения.
Молекулярный кристалл фуллерена является полупроводником и его свойства во многом аналогичны свойствам других полупроводников. Поэтому ряд исследований был связан с вопросами использования фуллеренов в качестве нового материала для традиционных приложений в электронике: диод, транзистор, фотоэлемент и т. п.
Глава 2. Применение нанотехнологий в нашей жизни.
Нанотрубки
Теперь же поподробнее расскажем о применении нанотрубок в нашей жизни. Нанотрубки используют в производстве сверхпрочных нитей, композитных материалов, нановесов, транзисторов, прозрачных проводящих поверхностей, топливных элементов, капсул для активных молекул, нанопипеток, дисплеев и светодиодов. Их используют для создания соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в новейших нейрокомпьютерных разработках.
Нанотрубки используют как точные весы для измерения массы предельно малых объектов, типа вирусов. Взвешиваемая частица распологается на конце нанотрубки, которая колеблется в электрическом поле. Из-за веса частицы частота колебаний изменяется, и по её изменению можно судить о весе частицы.
Нанотрубки проводят тепло лучше, чем алмаз, который раньше считался самым эффективным проводником тепла. Их используют как «теплосмазку» для овода тепла от компьютеров.
Также получена прозрачная ткань из нанотрубок толщиной в несколько десятков атомов. За счет сочетания высокой проводимости, гибкости и большой прочности эта ткань перспективна для применения во многих областях – от солнечного паруса до светодиодов.
Американские ученые применили нанотрубки для создания нового типа памяти для компьютера. Новые чипы не только более емкие, но и более быстрые и долговечные.
Так же калифорнийские ученые заявляют, что скоро можно будет подзарядить мобильное устройство от собственной одежды. С помощью нанотехнологий обычный хлопок и полиэстер может превратиться в электропроводную ткань, которая будет работать в роли аккумулятора.
В основе создания электропроводной ткани лежит пропитка хлопковой или полиестеровой ткани краской, насыщенной углеродными нанотрубками. После этого ткань приобретает необычное свойство – способность накапливать электрический ток. При этом ткань не теряет своей эластичности и, как показали опыты, сохраняет новое свойство после многократных стирок.
Фуллерены
Теперь поподробнее о способах применения фуллеренов в нашей жизни. Фуллерены используют в создании аккумуляторов и электрических батарей. Основой этих аккумуляторов являются литиевые катоды, содержащие фуллерены.
Фуллерены могут быть также использованы в фармации для создания новых лекарств.
Кроме того, фуллерены нашли применение в качестве добавок в огнезащитные краски. За счёт введения фуллеренов краска под воздействием температуры при пожаре вспучивается, образуется достаточно плотный пенококсовый слой, который в несколько раз увеличивает время нагревания до критической температуры защищаемых конструкций.
Также фуллерены применяются в качестве красителей для копировальных машин, что позволяет существенно повысит качество получаемых копий и снизить расход красителей.
Из фуллеренов могут быть собраны молекулы в форме разнообразных нанодеталей. Японские ученые создали микроскопический «подшипник», в котором потери на трение настолько незначительны, что даже самые точные современные приборы не смогли их зарегистрировать. Материалом для такого «вечного» мини-подшипника послужили фуллерены состоящие из 60-ти атомов углерода.
Заключение.
Перспективы и проблемы нанотехнологии.
В конце XX века стала очевидной неизбежность развития нанотехнологии и наступления третьей научно-технической революции. Нанотехнология открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики и т.д. Предполагается использование наноматериалов для увеличения производительности компьютеров, восстановления человеческих органов. Ожидаются новые открытия в химии и физике, способные оказать революционное воздействие на развитие цивилизации.
Использование нанотехнологий позволит в будущем решить ряд важных для человечества проблем, например, энергетическую проблему. Это связано с применением наноматериалов для создания более эффективных топливных элементов, водородных аккумуляторов и т.д.
Однако развитие нанотехнологии может привести и некоторым проблемам, которые придется решать:
1. Социальные проблемы. Создание наноустройств может быть использовано для слежки, перехвата информации и т.д. Это может стать проблемой не только для коммерческих организаций, но и для отдельных граждан. Может усилиться социальное неравенство при использовании нанотехнологий, например, в медицине. Это связано с тем, что стоимость новых лекарств и методов будет вначале достаточно велика.
2. Политические и экономические проблемы. Предполагается, что развитие нанотехнологий может существенно изменить баланс сил между государствами в экономической и военно-политической области.
3. В промышленности увеличится доля наукоемкой продукции, что потребует увеличения числа высококвалифицированных работников. В связи с этим придется решать рад проблем, связанных с образованием. Может возникнуть безработица для малоквалифицированных рабочих.
4. Экологические проблемы. Они связаны прежде всего с влиянием нанопродуктов и наноустройств на человека. Высказываются опасения по поводу высокой химической активности наночастиц. Они могут влиять на животных, растения, бить аллергенами для людей.
При этом положительное влияние нанотехнологий на все сферы жизни людей перевешивают те опасности, которые сопутствуют развитию нанотехнологий и которые требуют определенных предосторожностей.
В заключение приведем оптимистический прогноз писателя-фантаста Артура Кларка, предсказания которого сбываются одно за другим: «2040 год: будет усовершенствован «универсальный репликатор», основанный на нанотехнологиях; может быть создан объект любой сложности при наличии сырья и информационной матрицы. Бриллианты и деликатесная еда могут быть созданы в буквальном смысле слова из грязи… После чего последует взрывное развитие искусств, развлечений, образования».
Словарь
IBM (произносится: ай-би-эм, аббр. от англ. International Business Machines, NYSE: IBM) — транснациональная корпорация со штаб-квартирой в Армонке, штат Нью-Йорк (США), один из крупнейших в мире производителей и поставщиков аппаратного и программного обеспечения, а также ИТ-сервисов и консалтинговых услуг.
Агломерация (от лат. agglomero — присоединяю, накопляю) — образование относительно крупных пористых кусков (агломератов) из мелкой руды или пылевидных материалов благодаря спеканию, адгезии, холодной сварке, смачиванием жидкой фасой; агломерация может происходить при отжиге металлических порошков, при различных способах их производства; агломерированный порошок, как правило, измельчают для изменения гранулометрического состава и технологических свойств. При агломерации легкоплавкая часть материала, затвердевая, скрепляет между собой твердые частицы.
Диффузия — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей.
Икосаэдр — правильный выпуклый многогранник, двадцатигранник, одно из платоновых тел. Каждая из 20 граней представляет собой равносторонний треугольник. Число ребер равно 30, число вершин — 12.
Квантовая эффективность – физическая величина, характеризующая фоточувствительные приборы и материалы.
Ксенон — элемент главной подгруппы восьмой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon). Простое вещество ксенон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Монослой — единичный, плотно упакованный слой атомов, молекул или клеток.
Оптоэлектроника — раздел физики и техники, связанный с преобразованием электромагнитного излучения оптического диапазона в электрический ток и обратно.
Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ, англ. SPM — Scanning Probe Microscope) — класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трехмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением.