Презентація на тему Нанотехнології
Подібні презентації
Презентація на тему: "Нанотехнології. Цілі: розглянути поняття терміна нанотехнологія; вивчити застосування нанотехнологій у хімії; зупинитися на розгляді пристрою нанотрубки" - Транскрипт:
2 Цілі: розглянути поняття терміна нанотехнологія; вивчити застосування нанотехнологій у хімії; зупинитися на розгляді пристрою нанотрубки, її застосування в медицині, епігенетики для нового підходу до відстеження змін ДНК; використання нової наноструктури для фіксації діоксиду вуглецю; вивчити застосування нанотехнологій у текстильній промисловості.
3 Завдання: вивчити поняття «нанотехнологія»; розглянути застосування нанотехнологій у хімії; розібрати пристрій нанотрубки, зупинитись на її застосуванні в медицині; ознайомитись з останніми новинками у відстеженні змін до ДНК; розглянути роль наноструктур у питаннях екології; заглибитись у значення нанотехнологій у текстильній промисловості.
4 Поняття нанотехнологій Нанотехнологія область науки і техніки, що має справу з методами дослідження, аналізу та синтезу, а також методами виробництва та застосування продуктів із заданою атомною структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами та молекулами. Перша поява нанотехнологій пов'язана з виступом Річарда Фейнмана "У тому світі повно місця", зробленим ним 1959 року в Каліфорнійському технологічному інституті на щорічній зустрічі Американського фізичного товариства. Річард Фейнман припустив, що можна механічно переміщати одиночні атоми, за допомогою маніпулятора відповідного розміру, принаймніпринаймні такий процес не суперечив би відомим на сьогоднішній день фізичним законам. Цей маніпулятор він запропонував робити у такий спосіб. Необхідно побудувати механізм, який би створював свою копію, тільки на порядок меншу. Створений менший механізм повинен знову створити свою копію, знову на порядок меншу і так до тих пір, поки розміри механізму не будуть порівняти з розмірами одного атома. Термін "нанотехнологія" або "нанотехнології" був запроваджений професором токійського університету Норіо Танігучі у 1974 р. у контексті обробки матеріалів шляхом додавання або видалення атома чи молекули. Основною одиницею виміру є нанометр (нм); 1 нм = 0 м.
5 Нанотехнології у хімії Основні застосування нанотехнології у хімії пов'язані з розробкою каталізаторів нового покоління. Ключовою проблемою при спробах використання наноструктурних матеріалів є складність стабілізації форми та розмірів нанокристалічних частинок. Причому в галузі хімічних технологій необхідно враховувати постійну зміну складу самої наночастки, її геометричних розмірів, будови, утворення продуктів взаємодії поверхні з навколишнім середовищем, яке також не залишається постійною в ході технологічного процесу. Виявили, що дуже перспективним каталізатором може виявитися золото. Якщо ділити шматок золота на дрібні фрагменти до того щоб отримати наночастинки розміром всього кілька атомів, то золото стає хімічно надзвичайно активним. І перед нами відкривається зовсім новий, невідомий світ реакцій, які здатні прискорювати. Насамперед це реакції окислення, в яких золото допомагає молекулі одного з реагентів приєднати атом кисню. Досі хімікам-технологам доводилося використовувати для цього дужеагресивні, а нерідко ще й отруйні субстанції – наприклад, сполуки хрому. Золото ж як «зелений» каталізатор дозволяє здійснювати нешкідливі реакції окислення з використанням атмосферного кисню.
6 Основні наноматеріали: Вуглецеві нанотрубки Фулерени Графен Нанокристали Самоочисні поверхні Аерогель на основі ефекту лотоса
7 Нанотрубка Нанотрубки протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і довжиною до кількох сантиметрів, що складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональних графітових площин (графенов) і зазвичай напівсферичною головкою, що закінчуються.
8 Застосування нанотрубок: Механічні застосування: надміцні нитки, композитні матеріали, нановаги. Застосування в мікроелектроніці: транзистори, нанопроводи, прозорі провідні поверхні, паливні елементи. Для створення сполук між біологічними нейронами та електронними пристроями у новітніх нейрокомп'ютерних технологіях. Капілярні застосування: капсули для активних молекул, зберігання металів та газів, нанопіпетки. Мініатюрні датчики для виявлення молекул у газовому середовищі або у розчинах з ультрависокою чутливістю. Такі нанодатчики можуть використовуватися для моніторингу навколишнього середовища, у військових, медичних та біотехнологічних застосуваннях.
[9] Дослідникам вдалося створити штучні м'язові волокна, які можуть з великою швидкістю скручуватися вздовж своєї осі в обох напрямках, несучи при цьому значне навантаження. Група дослідників під керівництвом Рея Баугмана з Університету Техасу сплели нитку тисяч вуглецевих нанотрубок, діаметр кожної з яких становив близько 10 нм. Дослідникам вдалося створити спіралеподібні нитки пряжі діаметром 10 мкм.і завдовжки кілька сантиметрів. При використанні такої нитки як електрод і приміщенні її в електроліт, що містить другий електроліт і додатку електричного струму до системи, нитка починає обертатися, скручуючись в одному напрямку з великої швидкості до досягнення граничної величини скрутки; при зміні значення різниці потенціалів починається розкручування у протилежному напрямку. Дослідники продемонстрували, що джгут здатний до обертання у різні боки, при цьому обертанні він робить понад 40 повних обертів із середньою швидкістю обертання близько 600 обертів на хвилину. Джгут зберігає здатність обертатися навіть у тому випадку, якщо з ним пов'язане корисне навантаження, маса якого у 2000 разів перевищує масу самого джгута. Вважають, що незабаром ця система зможе знайти застосування у мікро капілярних системах.
10 Хіміки із США розробили новий метод виявлення хімічної модифікації однониткової молекули ДНК, зв'язавши її з парою вуглецевих нанотрубок. Розроблена методика полягає в тому, що спочатку в одностінній вуглецевій нанотрубці протравлюється зазор, після чого в цей зазор міститься однониткова ДНК, яка прикріплюється до двох кінців розірваної нанотрубки; на завершальному етапі отримана система підключалася до джерела струму. Кріс Шофілд з Оксфорда, який вивчає хімічні механізми епігенетики, зазначає, що методика, розроблена американськими колегами, дуже зручна, і є дуже перспективним підходом до відстеження змін у ДНК, що, у свою важливість для проведення досліджень в області епігенетики. При зміні хімічної ДНК змінюється провідність системи нуклеїнова кислота/нанотрубки, ці зміни провідності відстежуються за допомогою нового пристрою.
12 Наноматеріали вТекстиль на основі наноматеріалів набуває унікальні за своїми показниками водонепроникність, бруд відштовхування, теплопровідність, здатність проводити електрику та інші властивості. Наноматеріали можуть мати у своєму складі наночастки, нановолокна та інші добавки. Наприклад, компанія Nano-Tex успішно виготовляє тканини, покращені за допомогою нанотехнологій. Одна з таких тканин забезпечує абсолютну водонепроникність: завдяки зміні молекулярної структури волокон краплі води повністю скочуються з полотна, яке при цьому «дихає». А американська компанія NanoSonic розробила унікальну технологію, що дозволяє створювати матеріали з неможливими в природі властивостями, зокрема, листи полімеру, гнучкі та пружні, як гума, та струм, що проводять, як метал. Новий продукт назвали Metall Rubber-металізована гума. З «гарячих новинок» текстильного ринку нано слід відзначити утеплювальний матеріал Aspen's Pyrogel AR5401, виготовлений на основі полімерного матеріалу з нанопорами. Завдяки їм матеріал поводиться як добрий утеплювач. Нанопокриття Нанотехнології також застосовуються для покращення властивостей традиційного текстилю та виробів із нього. В цьому випадку на текстиль наносяться покриття, що модифікують його в мікронному та субмікронному розмірних діапазонах. Енергозберігаюча технологія очищає поверхню текстилю без застосування хімікатів та енергії виключно під впливом нанокаталізаторів, нанесених з використанням традиційного текстильного обладнання, сонячного світла та води. Прикладами таких покриттів можуть бути знезаражувальні покриття на основі наночастинок срібла та оксиду цинку, а також покриття, що створюють стійкий шар, який не пропускає ультрафіолет.
13 Електроніка Інтеграція в текстиль мікро- тананоелектроніки істотно розширює можливості повсякденного одягу, який можна використовувати як засіб зв'язку і навіть персонального комп'ютера. А виготовлення текстилю із вбудованими датчиками дозволить вести моніторинг стану тіла людини. Це, безумовно, відкриє нові можливості у медичній практиці, спорті та життєзабезпеченні в екстремальних умовах. Меггі Орт, дослідник з Массачусетського технологічного інституту, намагається зробити одяг-дисплей. Її компанія, International Fashion Machines, виробляє тканину із запатентованої «електронної пряжі» - набору провідних та непровідних ниток, покритих чорнилом, що змінює колір залежно від температури ниток. Нагрівання ниток, викликане протіканням по них електричного струму низької напруги, змушує чорнило змінювати колір, і нанесений раніше «шаблон» (у вигляді конфігурації ниток) починає проявлятися на тканині. Меггі стверджує, що вже в 2006 р. технології "електронної пряжі" спільно з технологією "текстильного сенсора" буде використовуватися в цілій низці продуктів: від великих екранів, вмонтованих в килими, до абажур ламп, що змінюють колір від дотику. Використання цієї технології в одязі, за оцінкою самої Меггі, передчасно до розробки нових електрохромних чорнил, які дозволять споживати менше енергії. Поки одяг з такого текстилю можна носити тільки вдома - завжди можна «зарядитися». Одна з улюблених ідей Меггі - створення одягу, що передбачає погоду. Плащ, оснащений дисплеєм, змінюватиме колір залежно від того, яка погода на носі. І якщо прогноз несприятливий, господареві варто сходити додому за парасолькою. Дізнаватись погоду плащ буде через Інтернет за допомогою бездротових технологій. Дослідники з університету штату Арізона під керівництвом професораФредеріка Ценгаусерна намагаються створити біометричний одяг, інтегрувавши у звичайне трико, яким часто користуються спортсмени, гнучкий дисплей, набір сенсорів для детекції шкідливих речовин, мікроскопічний паливний елемент, мікронасоси тощо. Не дивно, що такий «наворочений» костюм призначається для військового застосування, але може використовуватися і в мирних галузях, наприклад, у медицині, де він сам перевірить стан хворого (наприклад, діабетика) і вчасно зробить необхідні ін'єкції.
14 Висновок: Нанотехнології мають значення у житті. Вони застосовуються всюди: у хімії, біології, фізиці, медицині. В наш час з їх допомогою розробляються нові методи вивчення молекул ДНК, створюються нові матеріали (нанопокриття, утеплювальні матеріали, металізована гума), підвищується рівень екології у навколишньому середовищі (губка – фіксатор вуглекислого газу), досягаються нові відкриття в медицині (штучні м'язи з нанотрубок ). Цей комплекс областей науки та технологій стрімко змінюється під впливом нових відкриттів, що відбуваються практично щомісяця. Світ не стоїть на місці, і в майбутньому ми побачимо ще чимало нових відкриттів та винаходів у сфері нанотехнологій.