Нанотехнологии. Возможности и опасности

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курский институт социального образования

(филиал) РГСУ 

Факультет «Социальная работа, педагогика и  психология»

Кафедра философии и социологии 

Нанотехнологии. Возможности и опасности

(контрольная  работа)

по  дисциплине «Концепции современного естествознания» 

Специальность: 050711

 «Социальная  педагогика»

2 курс

Заочная форма обучения 
 
 

Выполнила:________________________

                                                                                                                                                                 (подпись)                 

Студентка группы 0313000 (050711.65)-

Социальная  педагогика 

Работа  проверена___________________

                                                                                                                                                                  (дата)

Оценка___________________________ 

Проверил_________________________                     

                                                                                                                                                                       (подпись) 
 
 

Курск

2011 

     Содержание

Введение……………………………………………………………….…………..3

1. Понятие «нанотехнологии»……………………………………......…...4
2. Возможности нанотехнологий и области их применения.……….…..6
3. Потенциальная опасность, связанная с использованием нанотехнологий………………………………………….......………...10

Заключение…………………………………………………………………...…..15

Список  литературы………………………………………………………………17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Появившись  совсем недавно, нанотехнологии все  активней входят в область научных  исследований, а из нее – в  нашу повседневную жизнь. Разработки ученых все чаще имеют дела с объектами  микромира, атомами, молекулами, молекулярными цепочками. Создаваемые искусственно нанообъекты постоянно удивляют исследователей своими свойствами и имеют самые неожиданные перспективы своего применения.

     Основной  единицей измерения в нанотехнологических  исследованиях является нанометр – миллиардная доля метра. В таких единицах измеряются молекулы и вирусы, а теперь и элементы компьютерных чипов нового поколения. Именно в наномасштабе протекают все базовые физические процессы, определяющие макровзаимодействия.

     Природа сама наталкивает человека на идею создания нанообъектов. Любая бактерия, по сути, представляет собой организм, состоящий из наномашин: ДНК и РНК копируют и передают информацию, рибосомы формируют белки из аминокислот, митохондрии вырабатывают энергию. Очевидно, что на данном этапе развития науки ученым приходит в голову копировать и совершенствовать эти явления.

     Создание  сканирующего туннельного микроскопа в 1980 году позволило ученым не только различать отдельные атомы, но и  двигать их и собирать из них конструкции, в частности, компоненты будущих наномашин – двигатели, манипуляторы, источники питания, элементы управления. Создаются нанокапсулы для прямой доставки лекарств в организме, нанотрубки в 60 раз прочней стали, гибкие солнечные элементы и множество других удивительных устройств.

     По  всей видимости, в будущем нанотехнологии станут неотъемлемой частью повседневной жизни, однако о грядущих изменениях, которые могут произойти в  результате внедрения таких технологий в жизнь общества, можно только предполагать.

     1. Понятие «нанотехнологии»

     Один  нанометр (от греческого «нано» – карлик) равен одной миллиардной части  метра. На этом расстоянии можно вплотную расположить примерно 10 атомов. Пожалуй, первым ученым, использовавшим эту  единицу измерения, был Альберт  Эйнштейн, который в 1905 г. теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру. Но только через 26 лет немецкие физики Эрнст Руска, получивший Нобелевскую премию в 1986 г., и Макс Кнолл создали электронный микроскоп, обеспечивающий 15-кратное увеличение (меньше, чем существовавшие тогда оптические микроскопы), он и стал прообразом нового поколения подобных устройств, позволивших заглянуть в наномир.

     Одним из основных видов нанообъектов являются наночастицы. При разделении вещества на частицы размером в десятки нанометров общая суммарная поверхность частиц в веществе увеличивается в сотни раз, а вследствие этого усиливается взаимодействие атомов материала с внешней средой, ведь теперь они почти все на поверхности. Это явление используется в современной технике. Например, в медицине применяется нанопорошок серебра, которое обладает антисептическими свойствами. Наночастицы диоксида титана отталкивают грязь и позволяют создать самоочищающиеся поверхности. Нанопророшок алюминия ускоряет сгорание твердого ракетного топлива. Новые литиево-ионные аккумуляторы, содержащие наночастицы заряжаются буквально за пару минут. Подобных примеров уже сейчас много. Еще одним элементом, открытым в восьмидесятых годах стали фуллерены. Эти конструкции напоминают мячи, состоящие из атомов углерода.

     Другим  хорошо известным наноэлементом  является углеродная нанотрубка. Это  одноатомный слой углерода, свернутый  в цилиндр диаметром в несколько  нанометров. Впервые эти объекты  был получены в 1952 году, но лишь в 1991 году они привлекли внимание ученых. Прочность этих трубок превышает прочность стали в десятки раз, они выдерживают нагрев до 2500 градусов и давление в тысячи атмосфер. Эта прочность свойственна и изготовленным на их основе материалам. В электронике нанотрубки могут применяться как хорошие проводники, а также и полупроводники. Это станет прорывом в электронике, позволив микросхемам уменьшаться.

     Еще одним наноматериалом является графен – двумерный углеродный слой, плоскость, состоящая из атомов углерода. Этот материал был впервые получен русскими физиками, работающими в Англии. Многие ученые полагают, что этот материал, обладающий уникальными свойствами, в будущем станет основой микропроцессоров, вытеснив современные полупроводники. Кроме того, этот материал также невероятно прочен.

     Все эти наноэлементы все чаще находят  применение в различных областях технологии – от медицины до космических  исследований.

     Все эти и многие другие идеи находятся  сейчас не только на стадии разработок, но и на этапе практического применения. Результаты некоторых тестов потрясают воображение, некоторые заканчиваются провалом. Вместе с тем растет энтузиазм ученых по поводу приближения эры воплощения самых фантастических идей, например, полного контроля над всеми природными процессами или нанофабрик, собирающих любые предметы непосредственно из атомов. Создано множество сценариев развития будущего нанотехнологий, включая и те, которые не сулят человечеству ничего хорошего. Однако можно сказать, что интерес к нанотехнологиям сейчас настолько велик, что именно он подчас и определяет направление, которое они принимают.  
 
 

2. Возможности нанотехнологий  и области их применения

     Текущие достижения пока весьма разрозненны  и не систематизированы. Наиболее значительных прикладных успехов добились, конечно, производители микроэлектроники. Ведущие косметические и фармацевтические фирмы также начинают переход к нанотехнологиям. Правда, изготавливаемые с их помощью препараты пока остаются самыми дорогими в своих категориях.

     И в других областях промышленности достижения единичны, хотя нет никаких принципиальных препятствий к масштабному использованию нанорешений – дело только за совершенствованием технологических процессов.

     Электроника. Собственные нанопрограммы развивают практически все ведущие разработчики электроники – IBM, Hewlett-Packard, Hitachi, Lucent, Mitsubishi, Motorola и др. Специалисты Intel совместно с учеными университета Беркли продемонстрировали одноэлектронный транзистор на базе открытых нобелевскими лауреатами Ричардом Смэлли, Робертом Карлом и Хэрольдом Крото фуллеренов (молекул углерода С60), служащих сегодня основой углеродных нанотрубок.

     Нобелевский лауреат Герд Бинниг, автор сканирующего туннельного микроскопа и сотрудник  исследовательского института IBM, предложил  технологию миллипедов (millipede). Он обратил внимание на способность силового микроскопа формировать в полимерах ямки наноразмера, наличие которых в определенных точках вещества можно трактовать как единичное значение бита. Бинниг, стараясь приспособить миллипеды к нуждам промышленности, научился одновременно сканировать множество таких ямок. В результате нынешнюю плотность записи данных на жестких дисках (100 Гб на 1 кв. см) IBM обещает повысить в десятки раз с помощью нескольких сотен параллельно работающих нанозондов.

     Военное научное агентство DARPA готовит микросамолет длиной 15 см и массой 50 г, способный  держаться в воздухе 60 мин, подниматься  на высоту 10 км и двигаться со скоростью 30 км/ч. Он оборудован видео- и инфракрасной камерами и радаром, а его бортовой микрокомпьютер обеспечивает самостоятельное движение по заданному маршруту.

     Энергетика. Ученые университета г. Тулса (шт. Оклахома) изобрели батареи размером 1 мкм, которые прекрасно подойдут для питания крохотных роботов. В научных институтах ряда стран проходят финальные стадии экспериментов по созданию углеродных электродов на основе одностенных нанорожков (особой разновидности нанотрубок) для метаноловых топливных элементов, способных обеспечивать десятки часов непрерывной работы ноутбуков и мобильных телефонов.

     Наночастички  разных материалов служат отличным катализатором. Так, добавленное в сырую нефть  нанозолото значительно повышает качество процесса ее очистки. А присадка к  топливу на основе углеродных трубок приводит к его более полной утилизации, снижая к тому же уровень вредных выбросов.

     Медицина. На смену проекту «Геном человека» пришел проект «Геном эпитаксиального слоя человека», фиксирующий химические процессы, способные запускать или останавливать работу различных человеческих генов. Такую работу можно выполнить только на базе современных нанодостижений. А Минздраву России с помощью нанотехнологий удалось расшифровать генетический код вируса атипичной пневмонии, полученного у единственного заболевшего ею российского гражданина.

     В университете Лос-Анджелеса создан зонд, состоящий из одной молекулы длиной 20 нм и способный образовывать временные связи с отдельными участками молекулы ДНК. Структуру ДНК можно при этом фиксировать в процессе томографического сканирования образцов растворов, содержащих такие молекулярные комплексы. Институт аналитического приборостроения РАН разработал ДНК-анализатор «Нанофор 03-С», определяющий последовательности молекул и выполняющий фрагментный анализ ДНК с разрешением в один нуклеотид.

     Компания Rutgers трудится над наномотором для устройства, перемещающегося по кровеносной системе человека и восстанавливающего поврежденную клеточную структуру. Сегодня все крупнейшие фармацевтические компании занимаются созданием систем клеточной доставки лекарств, подразумевающих перенос нанороботами целебных молекул прямо к вредоносным бактериям.

     Промышленность. Концерн BMW разрабатывает на базе нанопорошков самоочищающиеся автомобильные поверхности, а в Audi такие порошки применяются для создания прочных зеркал и отражателей, стойких к царапинам. Процессоры Intel и AMD полируются нанопорошком, что позволяет избежать загрязнения поверхности микроскопическими пылинками. Активно используются нанопорошки при изготовлении DVD-дисков.

     В Калифорнийском университете создана  легкая пена, содержащая наночастички стекла и превращающаяся после затвердевания в высокопрочный материал. Другая находка этих ученых, – материал, поверхность которого представляет собой множество игл длиной несколько нанометров, – будет применяться для покрытия корпусов подводных лодок. Он позволит снизить уровень трения корпуса о воду и сделает субмарины бесшумными. А еще одно достижение калифорнийцев, источник когерентного излучения на базе одного атома цезия, упростит управление будущими квантовыми компьютерами.