Для поиска темы - пользуйтесь СИСТЕМОЙ ПОИСКА


Стоимость дипломной работы


Home Материалы для работы Нанотехнологія

Нанотехнологія
загрузка...
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Нанотехнологія

Нанотехнологія — галузь молекулярної технології, орієнтована на створення нових об’єктів  шляхом маніпуляцій з об'єктами розміром нанометр (10-9) манометричних розмі¬рів, пристроїв, речовин та матеріалів із спеціальною структурою та комплексом фізичних, хімічних і біологічних властивостей.
Усі варіанти нанотехнологій засновані на локальному, з точністю до нанометрів і навіть до окремих атомів, управлінні атомно-молеку¬лярними реакціями. Той, хто раніше оволодіє нанотехнологіями, займе провідне місце у техносфері майбутнього. Термін "нанотехнологія" введено в 1974 році Н. Танігучі для маніпуляцій з об'єктами розміром менше 1 мкм. Практична ж реалізація деяких нанотехноло-гічних процесів стала можливою лише після винаходів скануючих ту¬нельного та атомно-силового мікроскопів у 1981 та 1986 роках .
Основні етапи в розвитку нанотехнології:
1959 р. Лауреат Нобелівської премії Ричард Фейнман робить заяву, що в майбутньому, навчившись маніпулювати окремими атомами, людство зможе синтезувати будь яку речовину, продукт тощо.
1981 р. Створення Бинігом і Рорером сканирующего тунельного мікроскопа - приладу, що дозволяє здійснювати вплив на речовину на атомарному рівні.
1982-85 р. Досягнення атомарного дозволу.
1986 р. Створення атомно-силового мікроскопа, що дозволяє, на відміну від тунельного мікроскопа, здійснювати взаємодія з будь-якими матеріалами, а не тільки із провідними.
1990 р. Маніпуляції одиничними атомами.
1994 р. Початок застосування нанотехнологічних методів у промисловості.
Скануючий тунельний мікроскоп — був запропонований Нобелівськими лауреатами (1986 р.) Г. Біннігом і Г. Рорером в 1981 році, але як засіб нанотехнологій він розвинувся в 90-і роки і зараз може виконувати десятки конкретних видів спостереженнь, конструювання і контроль наноструктур атомарного масштабу. Загальним для цих микроскопів є наявність атомного гострого інструменту — зонда, який здатний виконувати декілька функцій. Такий зонд за допомогою трьохкоординатного п'зоманіпулятора можна з високою точністю переміщувати в безпосередній близькості від досліджуваної поверхні. Ця точність в деяких приладах досягає тисячних часток нанометра. Вістря, підведене до поверхні на відстань порядку розміру атома, починає взаємодіяти з окремими атомами.
Історично першим був тунельний мікроскоп. Його створіння стимулювало бажанням мати атомний дозвіл при дослідженні поверхні. Оптична мікроскопія не дозволяє цього зробити у принципі.
Інший спосіб вивчення поверхні заснований на реєстрації сили тяжіння (це частіше всього сили Ван-дер-Ваальса, магнітні або електростатичні сили) між кінчиком вістря і невеликою областю поверхні. Зонд при цьому розташований на мікроскопічній балці, вигин якої реєструється за допомогою лазерного пучка світла. Такий вид мікроскопії називають атомно-силовим.
Нанотехнологічні процеси можуть проводитися в різних середовищах: вакуумі, газах і рідинах. У вакуумі, в основному, проводяться процеси польового випару матеріалу з голки на підкладку й навпаки. Значно більші технологічні можливості відкриваються в установках з напуском технологічних газів. У газових середовищах проводять локальні хімічні реакції, що дозволяють, у порівнянні з вакуумними установками, розширити діапазон використовуваних матеріалів, підвищити продуктивність технологічних установок.
Напуск технологічного газу або пару речовини, що використовується у технологічній реакції, приводить до утворення на поверхні підкладки адсорбованого шару. Зонд скануючого тунельного мікроскопа наближається до поверхні підкладки й практично входить в адсорбований шар. Додаток напруги між зондом і підкладкою стимулює проходження декількох процесів:
•    поверхневої міграції полярних молекул адсорбованої речовини до зонда;
•    поляризації речовини під зондом;
•    видалення речовини з-під зонда за рахунок нагрівання;
•    виникнення й поглинання плазмонних коливань;
•    міжатомної взаємодії зонда, підкладки й речовини;
•    локальних хімічних реакцій.
Дані процеси в ряді випадків є конкуруючими, і остаточний результат сильно залежить від типу застосовуваної речовини.
У рідких середовищах також здійснюють локальні хімічні реакції, хоча відведення продуктів реакції складніше, ніж у попередньому випадку.
Синтезуючи підкладку з певними властивостями в газових середовищах спеціального складу, можна створювати наноструктури різних типів.

У тунельному скануючому мікроскопі, акуратно наближаючи зонд до досліджуваної поверхні й подавши на нього невелика напруга (звичайно одиниці вольтів), можна домогтися, щоб через зазор між вістрям і поверхнею пішов слабкий ( ~ 1 на ) тунельний струм. Він фіксується електронікою й запам'ятовується комп'ютером. Сканування за допомогою прецизійного п'єзоманіпулятора по поверхні зразка дає можливість зібрати інформацію про неї від точки до точки. Потім по певній програмі комп'ютер конструює із цих точок зображення поверхні. Слово «зображення» тут треба розуміти як умовний візуальний образ, що узагальнює великий обсяг інформації про властивості поверхні (геометричних, електричних, хімічних, емісійних й ін.) у зручній і звичній для людини формі. Різні структури, отримані за допомогою зондової мікроскопії, представлені на рисунку 3.25.
а) доріжка CD-диска;
б) площина графіту;
в) нанокристалічний метал;
г) германієва піраміда з декількох десятків атомів, вирощена методом самозбирання.

Інший спосіб вивчення поверхні заснований на застосуванні атомно-силового мікроскопа. Однак вони не дозволяють робити локальну активацію атомів і молекул під зондом, тобто при їхній допомозі неможливо осадити провідний матеріал на діелектричну підкладку. Що ж стосується сучасної техніки на базі тунельних мікроскопів, то з їхньою допомогою можна активувати лише матеріал, розташований між вершиною зонда й провідною підкладкою, а не діелектричної, як це потрібно для практичних цілей.
Тому головний напрямок розвитку технології створення провідних елементів на ізолюючих матеріалах, це створення принципово нових типів активаторів нанотехнологічних процесів.
Зондові мікроскопи можуть працювати не тільки у високому вакуумі, якого вимагає електронна мікроскопія, але й на повітрі, і в рідинах, і в електролітах. З більшим успіхом зондові методи застосовують для дослідження сухого тертя, ступеня зношування й т.п. на атомарному рівні. Але й це ще не всі їх переваги. Досить швидко було виявлено, що їх можна використати в якості «атомних пінцетів», тобто активного інструмента маніпулювання й переміщення окремих атомів і молекул. Для цього зонд підводять до потрібного атома й потім «перекочують» його в заздалегідь задане місце або переносять, відірвавши від поверхні шляхом подачі на голку підвищеної напруги.
Таким способом можна поатомно побудувати діод, транзистор або навіть цілий електричний ланцюг і реалізувати мету фізиків й працівників електронної промисловості: перейти від багатоелектронних пристроїв до одноелектроніки.
В Інституті нанотехнологій Міжнародного фонду конверсії створені різноманітні типи нанотехнологічних установок ("Промінь-1", "Промінь-2") [1]. Характерна відмінність установок "Промінь-1" - це наявність убудованих систем зберігання, формування газових потоків і віброзахисту. Установка "Промінь-2" призначена для використання в стандартних лабораторних шафах. Установки використовувалися для експериментальних досліджень, а також для навчання фахівців і студентів у підрозділах Інституту й у Центрі колективного користування.
Зовнішній вигляд моделі наноконструктора зі спеціалізованим блоком керування газовим середовищем (кожух піднятий) і системою відеоспостереження.

Наноконструктор створений зусиллями об'єднаного колективу вчених і фахівців - розроблювачів нанотехнологического встаткування серії "Промінь" й "Литскан". У цей час готується до випуску пилотна партія комплексу.
Основні особливості/
Переваги наноконструктора є:
•    блоковий принцип комплектації, що дозволяє гнучко змінювати його конфігурацію й характеристики;
•    відкрита архітектура програмного забезпечення, що дозволяє замовникові включати власні програмні блоки;
•    можливість роботи в мультипроцесорному режимі;
•    надійність; низька вартість;
•    можливість експлуатації фахівцями невисокої кваліфікації.
Вартість продукту Вартість базової моделі наноконструктора дорівнює 30 000 доларів США. Вартість комплексу з додатковими блоками й системами залежить від їхньої вартості.
Представимо характеристику деяких товарів - світових лідерів нанопродуктів 2005 року/
За рубежем 1 місце зайняло новий мультимедійний пристрій для перегляду відео, зображень і прослуховування  музики від компанії Apple Apple iPod. Незважаючи на те, що iPod по товщині зіставимо з олівцем, він зберігає 4 Гб інформації на твердотільній флеш нано-пам'яти NAND від фірм Samsung й Toshiba. Окремі компоненти цієї пам'яті (в основному транзистори-ключі) зроблені з точністю менш 100 нанометрів, що дозволило вмістити в пристрій цілих 4 Гб інформації. Наноплеєр вже можна купити в електронному магазині.
У Росії по кількості продажів лідирує комплекс продуктів від компанії Samsung з використанням технологии Silver Nano. Ця універсальна технологія заснована на використанні наночасток срібла, які є сильними антисептиками.
В основі нової технології нано-частицы срібла – вони в 75 тисяч разів менше діаметра людського волосся. Така мікроскопічна частка з легкістю проникає як у волокна тканини, так й у зухвалі хвороби мікроорганізми. Проникаючи в мікроорганізми, нано-частки впливають на їхню структуру, змінюють ДНК. Тим самим заважають їм ростити чи розмножуватися, або зовсім знищують. Сьогодні технологія Silver Nano використовується в чотирьох видах побутової техніки.
1) у холодильниках, де срібне напилювання на пластикові внутрішні покриття допомагає довше зберігати продукти свіжими й знищує всі неприємні запахи.
2) у кондиціонерах - хто не чув про те, що в будинках із центральним кондиціонером різні віруси поширюються миттєво.
3) у пилососах.
4) у пральних машинах.
Срібна пластина розрахована на прання протягом 8 років. Ціна пральної машини з Silver Nano на Вего 10-15 відсотків вище, ніж машини тієї ж, моделі, але без срібла. Самоочисні нанопокриття для тканин - один з перших нанопродуктів. Колектив Nanotechnology News Network провела серію досвідів, щоб з'ясувати, на що ж усе таки здатно ці покриття 

а) основний принцип дії, що очищає нанопокріття
б) покриття, яке самоочищується

Покриття, що самоочищується - це водний розчин наночасток Si2, що глибоко проникають у волокна природних і штучних тканин (1 літра вистачить для обробки 5-30 кв. м).
Продукт прозорий і не привносить у виріб будь яких видимих змін. Покриття надійно й надовго захищає волокна від бруду, відштовхує воду й захищає від багатьох хімікатів. Покриття стійке до тертя, гнучке, не псується від сонячного світла й температури, від прання навіть із застосуванням звичайних мийних засобів (із кислотністю до pН 9).
Це не шар герметика або якої-небудь гуми, а модифікація поверхні на молекулярному рівні для одержання ультратонкої стійкої поверхні, що легко очищується. Завдяки тому, що наночастки покривають поверхню волокон, а не забивають пори між ними, оброблена тканина вільно пропускає повітря, але не вологу.
Підбиваючи підсумок, можна зробити наступні висновки про основні напрямки розвитку нанотехнологій:
-    виготовлення електронних схем і нанокомп'ютерів з активни¬ми елементами атомно-молекулярних розмірів;
-    розробка і виготовлення нанороботів, здатних працювати з об'єктами молекулярних розмірів;
-    створення матеріалів з комплексом потрібних властивостей шляхом маніпуляцій атомами чи молекулами при перебудові існуючих структур або методом молекулярного збирання;
-    розробка і виготовлення легких, композиційних, надміцних і високопровідних матеріалів;
-    створення наноматеріалів для високоефективного виробницт¬ва і контролю якості продуктів харчування.
Вже зараз для технологічного контролю при виготовленні цифрових відеодисків використовують нанотехнології, а С. Деккер на основі нанотехнологій у 1998 році створив транзистор. Розвиток нанотехнологій приведе до корінної перебудови прак¬тично всіх високотехнологічних галузей: кібернетики, електроніки, ядерної та лазерної техніки, біології, медицини, хіміндустрії, сіль¬ського господарства, екології.
Нанотехнології можуть привести світ до третьої НТР — нової наноіндустріальної революції, яка радикально змінить не лише еко¬номіку, а й життєве середовище людини. За науковими прогноза¬ми, їх розвиток через 10—15 років дасть змогу створити нову галузь економіки з річним оборотом близько 15 млрд доларів США та 2 млн робочих місць.
Ідеологія нової НТР буде пов'язана з інтелектом людини, її ін¬тересами і підвищеними потребами в освіті, свободі та самовира¬женні. Впровадження нанотехнологій, без сумніву, вплине на на¬уково-технічний та соціальний розвиток світової спільноти.
Узагальнимо прогнози основних напрямів застосування нанотехнологій.
1.    Створення новітніх промислових технологій на атомарному й молекулярному рівнях.
2.    Створення твердих тіл і поверхонь (матеріалів і плівок) зі зміненою молекулярною структурою, що дасть надміцні метали, тканини, пластмаси; матеріали, що самовідновлюються.
3.    Створення нових хімічних речовин за допомогою складання з молекул, тобто без хімічних реакцій.
4.    Створення логічних наноелементів і нанокомп'ютерів (мініатюризація й підвищення обчислювальної потужності комп'ютерів), і надпровідників нового типу (надхолодних).
5.    Створення обчислювальних пристроїв на білкових молекулах.
6.    Створення штучних аналогів живих організмів (рослин і тварин).
7.    Розробка систем, що саморозмножуються, на базі біоаналогов - бактерій, вірусів, найпростіших.
8.    Створення нанороботів, наномашин (нанодвигунів), прецизійних (точних) наноманіпуляторів та ін.


Похожие материалы:

 
загрузка...

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить