Нанотехнології: поняття і сутність

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Ноября 2011 в 13:30, реферат

Описание

В цьому ж нормативно-правовому акті зазначається, що в найближчі десять років саме розвиток нанотехнологій та виготовлення нових наноматеріалів стане одним з основних рушіїв стимулювання істотних змін у таких галузях промисловості, як машинобудування, оптоелектроніка, мікроелектроніка, автомобільна промисловість, а також сільське господарство, медицина та екологія.

Работа состоит из  1 файл

Нанотехнології.doc

— 102.50 Кб (Скачать документ)

Нанотехнології: поняття і сутність

 

Згідно з Розпорядженням КМУ від 2 квітня 2009 р. № 331 „Про схвалення  Концепції Державної цільової науково-технічної  програми "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010-2014 роки” нанотехнології визначаються як міждисциплінарні технології, які розроблені для об'єктів розмірами менш як один мікрон і дають змогу проводити дослідження, маніпуляції та обробку речовин у діапазоні розмірів від 0,1 до 100 нанометрів (1 нанометр - одна мільярдна метра).

В цьому ж  нормативно-правовому акті зазначається, що в найближчі десять років саме розвиток нанотехнологій та виготовлення нових наноматеріалів стане одним з основних рушіїв стимулювання істотних змін у таких галузях промисловості, як машинобудування, оптоелектроніка, мікроелектроніка, автомобільна промисловість, а також сільське господарство, медицина та екологія.

Термін «нанотехнологія» (процес розподілу, обробки і зміни  матеріалів шляхом впливу на них одним  атомом або однією молекулою) був  запропонований в 1974 р. Норіо Танігуччі.

Наноматеріали займають проміжне положення між  окремими атомами (молекулами) та макротілами. Завдяки малому розміру, формі, хімічному  складу, заряду, структурі частинки, великій площі поверхні наночастинки мають унікальні властивості, що робить їх перспективним матеріалом для застосування у різних галузях народного господарства. Це підтверджується високими темпами вивчення властивостей наноматеріалів, розробками нових нанотехнологій, швидким впровадженням їх у виробництво, а також обсягами фінансування нанотехнологій. Так, 2004 року у світі було виділено 8,6 мільярдів доларів США на розвиток нанотехнологій, а до 2012 року прогнозується витратити на ці потреби 1 трильйон доларів США.

Нанотехнології  - сукупність прийомів і методів, які застосовуються при вивченні, проектуванні, виробництві та використанні наноструктур, пристроїв і систем, що включають цілеспрямований контроль і модифікацію форми, розміру, взаємодії та інтеграції складових елементів нанорозміру (близько 1-100 нм), для отримання об'єктів з новими хімічними, фізичними та біологічними властивостями.

Основою сьогоднішньої  наноіндустрії є керований механосинтез, тобто складання молекул з  атомів за допомогою їхнього зближення  доти, поки не вступлять у дію  відповідні хімічні зв'язки. Для  забезпечення механосинтезу необхідний маніпулятор, здатний захоплювати окремі атоми і молекули та маніпулювати ними в радіусі до 100 нм. Наноманіпулятор повинен управлятися або макрокомп'ютером, або нанокомп'ютером, вмонтованим у робота збирача (асемблера), керуючого маніпулятором. Створення подібних маніпуляторів справа майбутнього. Зондова мікроскопія, за допомогою якої

сьогодні здійснюється переміщення окремих молекул  і атомів, обмежена в діапазоні  дії, у зв'язку з чим сама процедура  зборки об'єктів з молекул на нанорівні,  поки ще, не може бути автоматизована, через наявність інтерфейсу «Людина - комп'ютер - маніпулятор».

Завдяки розвитку нанотехнологій, які почали активно  розвиватися наприкінці 80х років  ХХ століття, синтезована значна кількість  наноматеріалів. За цей період вченими світу розроблені такі наноматеріали: фулерени, ліпосоми, дендримери, наносфери, наностержні, наноплівки, нанотрубки, нанокомпозити, нанокристали, нанодротинки, нанопорошки, нанороботи, нанокапсули, нанобіосенсори, нанопристрої, нанобіоматеріали, наноструктурні рідини (колоїди, міцели, гелі, полімери), фармакологічні нанопрепарати, засоби захисту від куль (спеціальні жилети) тощо.

У медицині наночастинки мають перспективу застосування в ультрачутливому визначенні біомолекул, діагностичній візуалізації, для фотодинамічної терапії, цільової доставки лікарських речовин до органів мішеней, фототермічного лікування тощо.

Важко переоцінити  значення досягнень нанотехнологій у різних галузях промисловості: електроніки та інформаційних технологій, напівпровідниковій промисловості, енергетики, оптики, автомобілебудуванні, хімії, біології, фармацевтики і медицині. Багато споживчих товарів і виробів, до яких відносяться деякі продукти харчування (шоколад, морозиво, креми та ін.), мийні засоби, предмети парфумерії та особистої гігієни (зубні пасти, креми від засмаги, тональні креми, помади, лаки, фарби), напилювання на одязі, взутті, побутових предметах містять мікро- або наноструктури. У харчовій промисловості наноматеріали застосовуються у фільтрах для очищення води, використовуються в якості різних емульгаторів, а також при отриманні більш легких, міцних, термічно стійких і пакувальних матеріалів, при збагаченні харчових продуктів мікронутрієнтами. Наночіпи використовуються для ідентифікації умов і строків зберігання харчової продукції та виявлення патогенних мікроорганізмів. Для отримання різноманітних структур і матеріалів даного призначення розроблена складна технологія одержання сумішей з поверхнево-активних речовин і полімерних матеріалів. Ця область створення наноматеріалів та способів їхньої обробки отримала назву "м'якої нанотехнології".

Відповідно до Розпорядження КМУ від 2 квітня 2009 р. N 331-р „Про схвалення Концепції  Державної цільової науково-технічної  програми "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010-2014 роки” головною метою цієї Програми є створення сучасної національної наноіндустрії. 

Основними завданнями цієї Програми визначено:

формування інфраструктури для проведення ефективних фундаментальних  досліджень у галузі нанотехнологій;

координація робіт із створення і застосування нанотехнологій та наноматеріалів;

розроблення нових  підходів до підготовки кваліфікованих спеціалістів з питань розв'язання наукових, технологічних і виробничих проблем розвитку нанотехнологій і  виготовлення нових наноматеріалів шляхом лібералізації податкової політики, оптимізації   фінансової політики і системи захисту прав інтелектуальної власності.

Серед низки  очікуваних результатів, від впровадження Програми, зокрема передбачається:

- в сфері охорони здоров'я - за рахунок створення високоефективних засобів   доставки ліків, виготовлених з використанням нанопрепаратів, до місць виникнення захворювання. Широка перспектива відкривається у галузі медичної техніки (розроблення засобів діагностики, виконання нетравматичних операцій, створення штучних органів).  Буде започаткований новий напрям – нанобезпека та захист від можливого негативного впливу нанооб'єктів (дослідження потенційних ризиків для людини під час взаємодії з наночастинками);

- в сфері охорони навколишнього природного середовища – за рахунок використання фільтрів і мембран, виготовлених на основі наноматеріалів, для очищення води і повітря, опріснення морської води та новітніх нанодатчиків для охорони навколишнього природного середовища під час зберігання та переробки відпрацьованого ядерного палива та моніторингу всіх технологічних процедур керування якістю монтажу та експлуатації ядерних систем. Для потреб радіаційної безпеки буде визначено новий напрям матеріалознавства – створення об'ємних сцинтиляційних матеріалів на нанорозмірних люмінофорах.

В Постанові  КМУ від 28 жовтня 2009 р. N 1231 „Про затвердження Державної цільової науково-технічної  програми «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010-2014 роки” зазначається, що виконання Програми дасть змогу розробити нанотехнології для    хімічної промисловості, енергетики, лікування найпоширеніших і найнебезпечніших хвороб, а також виготовлення біологічно активних речовин та багатофункціональних пристроїв наноелектроніки. Також передбачається:

підготувати нормативно-правові акти, стандарти та сертифікати, що регламентують розроблення і впровадження нанотехнологій та виготовлення наноматеріалів;

підготувати підручники та навчальні посібники для вищих  навчальних закладів з питань щодо розроблення нанотехнологій та виготовлення наноматеріалів;

утворити у  вищих   навчальних   закладах   науково-навчальні 

центри.

Серед низки основних завдань  і заходів з  виконання Державної  цільової науково-технічної  програми «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010-2014 роки фігурують у тому числі наступні:

-  утворення центру сертифікації наноматеріалів, наноструктур та приладів, у тому числі для забезпечення екологічної безпеки;

-  вивчення питання щодо впливу наноматеріалів на біологічні системи різного рівня організації;

- розроблення нанобіотехнологій для захисту навколишнього природного середовища;

- розроблення порядку проведення оцінки впливу наноматеріалів та нанотехнологій на людину та навколишнє природне середовище. 
 

Коротка історія нанотехнології 
 

Батьком нанотехнології можна вважати грецького філософа Демокріта. Близько 400 р. до н. е. він уперше для опису найменшої частки речовини почав використовувати слово “атом”, що в перекладі з грецької означає “неподільний”.

1905 рік. Швейцарський  фізик Альберт Айнштайн опублікував працю, в якій доводив, що величина молекули цукру становить приблизно 1 нанометр.

1931 рік. Німецькі  фізики Макс Кнолл і Ернст  Руска створили електронний мікроскоп,  що вперше дозволив досліджувати  наноб'єкти.

1959 рік. Американський  фізик Ричард Фейнман уперше опублікував працю, у якій оцінювалися перспективи мініатюризації.

1968 рік. Альфред  Чо і Джон Артур, співробітники  наукового підрозділу американської  компанії Bell, розробили теоретичні  основи нанотехнології при обробці  поверхонь.

1974 рік. Японський фізик Норіо Танігучі ввів у науковий обіг слово “нанотехнології” (від грецького слова “нанос”), яким запропонував називати механізми, розміром менші за один мікрон.

1981 рік. Німецькі  фізики Герд Бінніг і Генріх  Рорер створили мікроскоп, здатний  показувати окремі атоми.

1985 рік. Американські  фізики Роберт Керл, Гарольд Крото  і Ричард Смайлі створили технологію, що дозволяє точно вимірювати  предмети, діаметром в один нанометр.

1986 рік. Нанотехнологія  стала відома широкому загалові. Американський футуролог Ерк Дрекслер опублікував книгу, в якій передбачав, що нанотехнологія незабаром почне активно розвиватися.

1989 рік. Дональд  Ейглер, співробітник компанії IBM, виклав  назву своєї фірми атомами  ксенону.

1998 рік. Голландський  фізик Сез Деккер створив транзистор на основі нанотехнологій.

1999 рік. Американські  фізики Джеймс Тур і Марко  Рід визначили, що окрема молекула  здатна поводитися так само, як  молекулярні ланцюжки.

2000 рік. Адміністрація  США підтримала Національну ініціативу  в галузі нанотехнології (National Nanotechnology Initiative). Нанотехнологічні дослідження одержали державне фінансування. Тоді з федерального бюджету було виділено 500 млн. доларів. У 2002 сума асигнувань була збільшена до 604 млн. доларів. Цього року в “Ініціативу” заплановано вкласти 710 млн. доларів. 

Нанотехнології - революція майбутнього 
 

Нанотехнології  можуть привести світ до нової технологічної  революції і цілком змінити не тільки економіку, але й навколишнє середовище.

Нанотехнології -- це технології, що оперують величинами, порядку нанометра. Це мізерно мала величина, співмірна з розмірами атомів. На частку США нині припадає близько третини всіх світових інвестицій у нанотехнології. Інші провідні гравці на цьому полі -- Європейський Союз (приблизно 15%) і Японія (20%). Дослідження в цій сфері активно ведуться також у країнах колишнього СССР, Австралії, Канаді, Китаї, Південній Кореї, Ізраїлю, Сінгапуру і Тайваню. Якщо в 2000 році сумарні витрати країн світу на подібні дослідження становили близько 800 млн. доларів, то в 2001 році вони збільшилися вдвічі. За прогнозами Національної Ініціативи в галузі нанотехнології США (National Nanotechnology Initiative), розвиток нанотехнологій через 10--15 років дозволить створити нову галузь економіки з обігом у 15 млрд. доларів і близько 2 млн. робочих місць.

Ряд нанотехнологій використовується на практиці -- приміром, при виготовленні цифрових відеодисків (DVD). В галузі медицини можливе створення  роботів-лікарів, здатних “жити” всередині  людського організму, усуваючи всі  виникаючі ушкодження, або запобігаючи їх виникненню. Теоретично нанотехнології здатні забезпечити людині фізичне безсмертя, за рахунок того, що наномедицина зможе нескінченно регенерувати клітини, що відмирають. За прогнозами журналу Scientific American вже в найближчому майбутньому з'являться медичні пристрої, розміром з поштову марку. Їх досить буде накласти на рану і цей пристрій самостійно проведе аналіз крові, визначить, які медикаменти необхідно використовувати і впорсне їх у кров.

Информация о работе Нанотехнології: поняття і сутність