Наноматериалы и нанотехнологии Любой материальный предмет - это всего лишь скопление атомов в пространстве. То, как эти атомы собраны в структуру, определяет, - презентация

1 Наноматериалы и нанотехнологии Любой материальный предмет - это всего лишь скопление атомов в пространстве. То, как эти атомы собраны в структуру, определяет, что это будет за предмет.

2 Нанонаука - совокупность знаний о свойствах вещества в нанометровом* масштабе; наноматериалы материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками; нанотехнология – умение целенаправленно создавать объекты (с заранее заданными составом, размерами и структурой) в диапазоне приблизительно нм *1 нанометр(нм)=10 -9 м

3 "Нанотехнология совокупность методов и приёмов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов". Федеральное Агентство по науке и инновациям в "Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий до 2010 года"

4 История вопроса

5 1959 г.- Ричард Фейнман: «Внизу полным полно места…» - указал на фантастические перспективы, которые сулит изготовление материалов и устройств на атомном и молекулярном уровне 1974 г.- японским ученым Танигучи был впервые использован термин «нанотехнологии» 1986 г.- американец Дрекслер издает книгу «Машины созидания:пришествие эры нанотехнологии»

6 1981 г.- создание сканирующей зондовой микроскопии Начало 80-х – квантовые точки =наноразмерные кристаллы полупроводниковых материалов

7 1985 г.- идентифицирована новая форма углерода – кластеры С60 и С70, названная фуллеренами (работы нобелевских лауреатов Н.Крото, Р.Керлу, Р.Смолли) г. – японский ученый С.Ишима обнаружил углеродные нанотрубки в продуктах электродугового испарения графита

8 1989 г.- Дон Айглер (IBM) реализовал манипуляцию атомами с помошью сканирующего туннельного микроскопа: выложил название фирмы атомами кислорода на поверхности кристалла никеля

9 …Если вместо того, чтобы выстраивать атомы по ранжиру, строй за строем, колонну за колонной, даже вместо того, чтобы сооружать из них замысловатые молекулы запаха фиалок, если вместо этого располагать их каждый раз по-новому, разнообразя их мозаику, не повторяя того, что уже было,- представляете,сколько необыкновенного, неожиданного может возникнуть в их поведении. Р. П. Фейнман

10 Когда речь идет о развитии нанотехнологий, обычно имеются в виду три направления: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов; разработка и изготовление наномашин, т.е. механизмов и роботов размером с молекулу; непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего существующего.

11 Объекты нанонауки и нанотехнологии Научные основы

12 o фотонные кристаллы, поведение света в которых сравнимо с поведением электронов в полупроводниках. На их основе возможно создание приборов с быстродействием более высоким, чем у полупроводниковых аналогов; o разупорядоченные нанокристаллические среды для лазерной генерации и получения лазерных дисплеев с более высокой яркостью (на 2-3 порядка выше, чем на обычных светодиодах) и большим углом обзора; o функциональную керамику на основе литиевых соединений для твердотельных топливных элементов, перезаряжаемых твердотельных источников тока, сенсоров газовых и жидких сред для работы в жестких технологических условиях; o квазикристаллические наноматериалы, обладающие уникальным сочетанием повышенной прочности, низкого коэффициента трения и термостабильности, что делает их перспективными для использования в машиностроении, альтернативной и водородной энергетике; o Основные классы наноматериалов и наноструктур

13 К конструкционные наноструктурные твердые и прочные сплавы для режущих инструментов с повышенной износостойкостью и ударной вязкостью, а также наноструктурные защитные термо- и коррозионностойкие покрытия; o полимерные композиты с наполнителями из наночастиц и нанотрубок, обладающих повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью; o биосовместимые наноматериалы для создания искусственной кожи, принципиально новых типов перевязочных материалов с антимикробной, противовирусной и противовоспалительной активностью; o наноразмерные порошки с повышенной поверхностной энергией, в том числе магнитные, для дисперсионного упрочнения сплавов, создания элементов памяти аудио- и видеосистем, добавок к удобрениям, кормам, магнитным жидкостям и краскам;

14 o органические наноматериалы, обладающие многими свойствами, недоступными неорганическим веществам. Органическая нанотехнология на базе самоорганизации позволяет создавать слоистые органические наноструктуры, являющиеся основой органической наноэлектроники и конструировать модели биомембран клеток живых организмов для фундаментальных исследований процессов их функционирования (молекулярная архитектура); o полимерные нанокомпозитные и пленочные материалы для нелинейных оптических и магнитных систем, газовых сенсоров, биосенсоров, мультислойных композитных мембран; o покровные полимеры для защитных пассивирующих, антифрикционных, селективных, просветляющих покрытий; o полимерные наноструктуры для гибких экранов; o двумерные сегнетоэлектрические пленки для энергонезависимых запоминающих устройств; o жидкокристаллические наноматериалы для высокоинформативных и эргономичных типов дисплеев, новых типов жидкокристаллических дисплеев (электронная бумага).

15 Многие свойства веществ (температура плавления, ширина ЗЗ в полупроводниках, остаточный магнетизм) в основном определяются размерами кристаллов в нанометровом интервале. Это открывает возможность перехода к новому поколению материалов, свойства которых изменяются не путем изменения химического состава компонентов, а путем регулирования их размеров и формы

16 Некоторые преимущества нанотехнологий

17

18 Наноэлектронные приборы достигнут размеров ДНК

19

20

21

22 Прогноз развития рынка продукции нанотехнологии на 2015 г.

23 2040 год: … может быть создан нано объект любой сложности при наличии сырья и информационной матрицы. … Бриллианты и деликатесная еда могут быть сделаны в буквальном смысле слова из грязи. … В результате за ненадобностью исчезнут промышленность и сельское хозяйство, а вместе с ними и недавнее изобретение человеческой цивилизации - работа. …. После чего последует взрывное развитие образования, искусств, развлечений,. Артур Кларк