Лекция 15. Перспективы развития нанотехнологи.

План лекций:

1. Познакомиться с историей возникновения нанотехнологий.

2. Сделать прогноз развития рынка нанотехнологий в Казакстане.

3. Систематизировать научные исследования в области нанотехнологий

4. Разобраться в сущности понятия «нанотехнология», раскрыть суть нанонауки, рассмотреть историю ее развития, выделить объекты ее изучения.

Вскоре в недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы самые радужные. Некоторые рассматривают ее как панацею от всех бед, другие грозят бедами при неосторожном ее использовании. Тем не менее, нанотехнологии – это уже настоящее.

Краткая пояснительная записка: Нанотехнологии – детище современной фундаментальной науки, междисциплинарная область деятельности, основанная на достижениях химии, физики, биологии, механики и других классических наук, а также на связанном с закономерной эволюцией этих и других областей исследований прорыве в разработке методов синтеза и анализа веществ и материалов. В этом плане нанотехнологии – зачастую существенное улучшение свойств многих практически важных устройств, но не всеобъемлющий переворот наших знаний, как иногда полагают. Линия опережающего развития наиболее важна и наиболее приемлема для нашей страны, поскольку базируется не на уже известных и, как правило, запатентованных в других странах приемах улучшения качества существующих изделий и продуктов за счет использования нанотехнологий, а на генерации новых знаний в наиболее перспективных областях науки и техники и создании принципиально инновационных разработок, реализующих новые для промышленности физические или физико-химические принципы функционирования материалов и устройств. Осуществление этой линии, в свою очередь, невозможно без развития системы нанотехнологического образования на уровне как вновь поступающих в вузы студентов, так и магистратуры, аспирантуры, докторантуры, поддержки перспективных исследований молодых ученых. И в этом плане ведущие вузы РФ способны сохранить то лучшее, что было заложено в отечественной системе образования и пополнить последнее междисциплинарностью, а также способностью владеть современным синтетическим и диагностическим инструментарием.

2. Актуальность темы обусловлена значимостью нанотехнологий в нашей жизни, в глобальных масштабах мирового общества. Нанотехнологии – самые современные, но в тоже время наименее развитые технологии. На их развитие современные экономические державы ежегодно тратят миллиарды долларов.

II. Теоретическая часть

Возникновение и развитие нанонауки

Нанотехнологии- это технологии сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи.

Слово «нано» (от греческого nanos – карлик) это приставка, означающая одну миллиардную долю чего-либо (в нашем случае речь идет о размере, поэтому будем говорить о нанометре – одной миллиардной доле метра).

Атом (греч. atomos – неделимый) – мельчайшая частица химического элемента. Однако вопреки названию атом не является неделимым, так как сам состоит из ядра и электронов. Для удобства ученые считают, что атом имеет форму шара. Объединяясь, несколько атомов создают молекулу. Молекулу можно представить как совокупность шариков (атомы) и соединяющих их палочек (межатомные связи). Все вещества в природе, включая нас с вами, состоят из атомов и молекул.
Все атомы, а также некоторые маленькие молекулы, имеют размеры порядка 1 нм (нанометра). Нанотехнологии – это совокупность методов производства продуктов заданной атомарно-молекулярной структуры путем манипулирования атомами и молекулами.

В «золотые века» человечество достигло таких высот, которые даже при современном развитии техники и науки мы не можем повторить. Наши предки оставили нам множество загадок. Это загадки прочной дамасской стали, состава красок, позволяющего им сохранять свою сочность и не выцветать. На многие из них дают ответ нанотехнологии.

Некоторые ученые говорят о применении «нанотехнологии» еще в древности.

Например,ученые из Центра исследований и реставрации французских музеев под руководством доктора Филиппа Вальтера при исследовании образцов волос древних египтян выяснили, что для окраски волос в черный цвет использовался естественный минеральный краситель – галенит или сульфид свинца. Древние косметологи добились измельчения окрашивающих частиц до размеров в 5 нанометров и равномерного проникновения их в ткань волоса по всей его толщине. Даже самые современные технологии не дают такого результата.

В средние века ремесленники-гончары из провинции Умбрия использовали нанотехнологии : керамические предметы они покрывали радужной или металлической глазурью. Образцы переливались на солнце, сверкали золотым блеском, меняли свой цвет под разными углами. В результате итальянскими учеными было установлено, что причина таких свойств краски в наличии крошечных частичек металла от 5· 10-9 до 10-7 метра в поперечнике. В эпоху Ренессанса достаточно широко использовались наночастицы золота и серебра при изготовлении витражных стекол, красота и богатство красок, которых восхищают нас до сих пор. Нанотехнологии использовались для получения «рубиновых» звезд на башне Кремля. С мая 1937 года пять башен Кремля – Спасскую, Никольскую, Троицкую, Боровицкую и Водовзводную украшают рубиновые звёзды. «Рубины» для звезд получают путем добавления наночастиц золота в высококачественное стекло. Первым ученым, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать Альберта Эйнштейна, который в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен 1 нм. Первые теоретические исследования, положившие начало разработке инструментального обеспечения нанотехнологий, - это труды российского физика Г.А. Гамова. Идею же создания специальных приборов, способных проникнуть в глубину материи до границ наномира, выдвинул выдающийся американский физик сербского происхождения Никола Тесла. Именно он предсказал создание электронного микроскопа. Днем рождения нанотехнологий считается 29 декабря 1959 г. Вообще мысль о том, что в будущем человечество сможет создавать объекты, собирая их "атом за атомом", восходит к знаменитой лекции "Там внизу много места" одного из крупнейших физиков XX века, профессора Калифорнийского технологического института Ричарда Фейнмана. Опубликованные в феврале 1960 года материалы лекции были восприняты большинством современников как фантастика или шутка. Сам же Фейнман говорил, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все что угодно, т.е. использовать атомы как обыкновенный строительный материал.