Как сделать нанотехнологии дома

Обновлено: 06.07.2024

Нанотехнолигий в быту
9 нанотехнологий, которые мы используем в быту ( и даже об
этом не подозреваем)
Нанотехнологии…
Звучит футуристично.
Но истина в том, что,
очевидно, вы их
использовали трижды,
выйдя сегодня утром
из дома. Более 800
бытовых
коммерческих
изделий
современности

Лейкопластырь
Кусочек лейкопластыря, которым вы заклеиваете порез на ручке вашего
ребенка, имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать
рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства,
которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что
обеспечивается наночастицами.

Зубная паста
Почистьте свои белоснежные
зубы определенной пастой, и
наночастицы минералов на
основе гидроксиапатитов
кальция заполнят
микротрещины в эмали и
сохранят зубы от кариозных
полостей.

iPhone
В смартфонах используются
самые разные нанотехнологии, и
одной из самых гениальных является
нанодатчик вибраций,
фиксирующий движения телефона
в игровых целях и для безопасности.
Да, ваш iPhone знает, когда вы его
уронили, и закрывает части своей
системы для защиты. Даже если
лопнет стекло с повышенной
сопротивляемостью к ударам и
царапинам, наночипы внутри
продолжат работать. Один аппарат
в 2011 году даже пережил падение
в кармане скайдайвера.

Шоколадный коктейль
Представьте шоколадный коктейль без сахара с усиленным вкусом
шоколада. Такой напиток уже есть. Содержащиеся в нем
наноразмерные кластеры какао имеют большую площадь поверхности,
и как только они сталкиваются с вкусовыми сосочками на языке, то
производят громадное вкусовое воздействие. При этом нет
необходимости добавлять подсластители.

Теннисные мячи
Теннисные мячи теряют упругость, так как их резиновая основа пористая и
пропускает газ, вследствие чего они со временем выпускают воздух
(кстати, именно потому сдуваются шарики). Чтобы решить эту проблему,
ученые покрывают резиновую основу нанослоем глиняного композита, что
делает мячики герметичнее и позволяет им дольше оставаться на корте.

Автомобильная
краска
Владельцам
мерседесов
больше не нужно
бояться царапин на
кузове автомобиля,
так как
наночастицы
краски действуют,
как слой
микроскопических
шариков, заполняя
любые полости на
поверхности.

Грязезащитная одежда
Даже самые неаккуратные люди могут легко решить проблему пятен на
одежде при помощи специального нанопокрытия. Оно представляет собой
совершенно невидимое грязе- и водоотталкивающее средство для одежды
из шерсти, шелка или синтетики. При этом воздухопроницаемость ткани
остается прежней, на вид и на ощупь она остается совершенно без
изменений.

Солнцезащитный крем
Оксид алюминия –
активный ингредиент в
солнцезащитных
средствах, поглощающих
ультрафиолетовые лучи –
распадается при
смешивании с другими
молекулами, такими как
пот на коже. Поместите
эти активные ингредиенты в
наноэмульсию, и они
останутся отделенными от
окружающей среды и
смогут выполнять свою
поглощающую функцию.

Каноловое масло
Многие белки и витамины не растворяются в воде, а потому их сложно
добавлять в еду. Но если разбить их на нанокапли, проблема будет
решена. Каноловое масло содержит нанокапли фитостеролов, которые
позволяют держать на низком уровне содержание холестерина, а потому
можно есть жареных цыплят круглые сутки и при этом не страдать от
последствий накопления холестерина в организме.

Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

А предложил их использовать знаменитый американский ученый, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман, который известен не только своими выдающимися открытиями в квантовой физике, но и необычными для физика увлечениями. Ричард Фейнман предложил использовать атомы как некий строительный материал, вроде мельчайших кирпичиков или крохотных деталек, невидимых невооруженным глазом – наночастиц. Ричард Фейнман

Александра: Нанотехнологии используются в молекулярной медицине, сельском хозяйстве, строительстве, электронике, энергетике, оптике, в других отраслях экономики, а также в быту!

Например в нанопокрытиях. Такие покрытия существенным образом упрощают обыденную жизнь множества людей и сберегают их имущество. Суть заключается в том, что созданные благодаря нанотехнологиям гидрофобные жидкости обладают уникальными качествами, одно из них — образование специальной полимерной пленки с грязеотталкивающим и водоотталкивающим эффектом. Окнам гидрофобная жидкость помогает не запотевать.

А еще в коктейле и каноловом масле. Многие белки и витамины не растворяются в воде, а потому их сложно добавлять в еду. Но если разбить их на нанокапли, проблема будет решена. Каноловое масло содержит нанокапли фитостеролов, которые позволяют держать на низком уровне содержание холестерина, а потому можно есть жареных цыплят круглые сутки и при этом не страдать от последствий накопления холестерина в организме. Представьте шоколадный коктейль без сахара с усиленным вкусом шоколада. Такой напиток уже есть. Содержащиеся в нем наноразмерные кластеры какао имеют большую площадь поверхности, и как только они сталкиваются с вкусовыми сосочками на языке, то производят громадное вкусовое воздействие. При этом нет необходимости добавлять подсластители.

Можно чистить белоснежные зубы определенной пастой, и Наночастицы минералов на основе гидроксиапатитов кальция заполнят микротрещины в эмали и сохранят зубы от кариозных полостей. Кусочек лейкопластыря, которым вы заклеиваете порез на руке, имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства, которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что обеспечивается наночастицами. В зубной пасте и лейкопластыре.

Дизайнерская мастерская во Франции под названием Influx Studio объединила свои усилия со специалистами Колумбийского университета Нью-Йорка, благодаря их совместному труду были созданы искусственные растения. В нанодеревьях, которые сами выделяют кислород.

Нанопокрытие представляет собой совершенно невидимое грязе- и водоотталкивающее средство для одежды из шерсти, шелка или синтетики. При этом воздухопроницаемость ткани остается прежней, на вид и на ощупь она остается совершенно без изменений. Оксид алюминия – активный ингредиент в солнцезащитных средствах, поглощающих ультрафиолетовые лучи – распадается при смешивании с другими молекулами, такими, как пот на коже. Поместите эти активные ингредиенты в наноэмульсию, и они останутся отделенными от окружающей среды и смогут выполнять свою поглощающую функцию. В солнцезащитном креме и одежде.

Владельцам мерседесов больше не нужно бояться царапин на кузове автомобиля, так как наночастицы краски действуют, как слой микроскопических шариков, заполняя любые полости на поверхности. В автомобилях и сотовых телефонах. В смартфонах используются самые разные нанотехнологии, и одной из самых гениальных является нанодатчик вибраций, фиксирующий движения телефона в игровых целях и для безопасности. Да, ваш iPhone знает, когда вы его уронили, и закрывает части своей системы для защиты. Даже если лопнет стекло с повышенной сопротивляемостью к ударам и царапинам, наночипы внутри продолжат работать.

Александра: Нет! Нанотехнологии встречались и раньше. В Средние века алхимики пытались превратить один металл в другой, точнее говоря, свинец в золото, научиться изменять состав химических элементов. Известно, что аборигены, коренные жители Австралии, люди почти первобытные, для раскрашивания своих лиц устрашающими боевыми узорами использовали краски, в которых, как показали современные исследования, содержались наночастицы. Именно они делали краски яркими и стойкими. Древние египтяне и греки несколько тысяч лет назад использовали вещество с наночастицами — минерал галенит, соединение на основе свинца. Это вещество древнеегипетские и древнегреческие красавицы применяли для окрашивания волос. Наночастицы галенита легко проникают внутрь волос и окрашивают их в черный цвет.

Александра: Нанотрубки — хранители энергии. Уже сейчас они используются для изготовления крохотных, наноразмерных транзисторов. Чудо – трубки могут служить идеальными проводами. По ним, сверхпроводникам, электрический ток огромной силы будет протекать не встречая сопротивления и не выделяя тепла. Обычный провод при таком токе от сильнейшего нагрева мгновенно превратился бы в пар.

Китайские нанотехнологи изготовили из нанотрубок необыкновенно прочные нитки. Английские — получили сверхпрочную бумагу. Есть у этих замечательных наночастиц еще одно очень важное свойство: они могут хранить в своих внутренних полостях газообразные вещества, например водород.

Японские компании работают над созданием легкового автомобиля с водородным баком из нанотрубок. Конечно, кроме машин, работающих на водороде, нужно построить еще и водородные заправочные станции. И они уже тоже строятся.

Фуллерены являются уникальным функциональным материалом электроники и оптики, энергетики, биохимии и молекулярной медицины. Одна из показательных областей применения фуллеренов, это косметология. Известно, что состояние кожи, волос, ногтей - именно то, что наглядно показывает наш возраст и состояние здоровья организма. Фуллерены выступают как новейшие и лучшие борцы со свободными радикалами. Попадают ли они к нам с новейшими и очень дорогостоящими кремами и сыворотками или, что еще лучше, с выпитой водой, они начинают делать свою работу по уничтожению свободных радикалов, омоложению и оздоровлению нашего организма.

Они обладают противовоспалительным эффектом; Значительно уменьшают пигментацию кожи; Способствуют быстрому восстановлению клеток кожи; Значительно сужают поры кожи, выравнивают цвет; Помогают избавиться от акне; Прекрасно работают как защита от вредного воздействия ультрафиолета солнечных лучей. Что очень важно, в отличии от других антиоксидантов, таких, как витамины Е, С, каротины и некоторые другие, фуллерены работают магнитом для свободным радикалов неделями. Притягивая их к себе, они нейтрализуют их, Что же, конкретно, делают фуллерены для косметического и эстетического эффекта?

Александра: Для этого существует специальный прибор – наноэдьюкатор. Это атомно – силовой микроскоп для практических занятий по нанотехнологиям. На этом наша пресс – конференция окончена. Спасибо за внимание!

1. Самоподпитываемый жидкий металл

Роботы из жидкого металла из фильма "Терминатор", похоже, не такая уж фантастика. Ученые из китайского университета Цинхуа создали жидкий металлический сплав из галлия, иридия и олова, который может двигаться. Для управления им используется электричество, а вот энергия для движения сплаву не нужна — он умеет вырабатывать ее сам. Как заявили ученые, металл способен сам трансформироваться в различные формы и является биомиметическим. Это означает, что металл имитирует биохимические реакции, хотя сам не является биологическим.

2. Пластырь Nanopatch

Ученые из Университета Йорка работают над пластырем, который сможет обеспечить человека всеми необходимыми препаратами без необходимости инъекций. Обычный пластырь, прикрепленный на руку, оснащен наночастицами, которые достаточно малы, чтобы проникнуть в организм через обычные поры кожи. Наночастицы размером в 20 нанометров проникают в организм, прикрепляются к клеткам-возбудителям болезни или пораженным клеткам, убивают их, а затем выводятся вместе с мертвыми клетками в результате естественных процессов организма.

3. Фильтр-пленка для воды

Разливы нефти в океане случаются достаточно часто. Чтобы избежать подобных экологических катастроф, ученые из штата Огайо изобрели специальное нанопокрытие. При нанесении его на мелкоячеистую сетку из нержавеющей стали, оно не пропускает нефть, позволяя воде свободно проходить через сеть. На создание такого нанопокрытия ученых вдохновила природа. Листья лотоса имеют свойства, которые противоположны нанопокрытию — они отталкивают воду, а не нефть. При создании нанопокрытия ученые имитировали поверхность листа лотоса, "оснастив" его молекулами моющего средства. В результате покрытие начало отталкивать нефть, как лист лотоса отталкивает воду.

4. Освежитель воздуха для подводных лодок

Экипажи подводных лодок во время длительных погружений чем-то должны дышать. Из воздуха постоянно удаляется двуокись углерода с помощью химического вещества под названием амин. Но это вещество добавляет неприятный запах в воздух. Ученые разработали "самоорганизующийся мезопористый монослой" или SAMMS, который может выполнять работу по очистке воздуха ничуть не хуже амина, при этом не обладая отвратительным запахом. Новый материал настолько пористый, что одна чайная ложка вещества по своей площади примерно равна футбольному полю.

5. Нанопроводник электричества

Исследователи Северо-Западного университета выяснили, как создать проводник электричества на основе нанотехнологий. Эти наночастицы могут быть настроены так, чтобы пропускать ток одновременно в различных, противоположных направлениях. Стоит ли говорить об огромном потенциале этого изобретения и о том, что можно создать идеальные электропроводники.

6. Нано-губка — зарядное устройство для телефона

Если это изобретение запустят в массовое производство, то надобность в классических зарядках для телефонов отпадет навсегда. Это нанотехнология работает как губка — она впитывает излишки кинетической энергии из окружающей среды и направляет их в аккумулятор телефона. Материал губки вырабатывает электроэнергию при его механической деформации.

7. Искусственная сетчатка

В будущем, наверняка многие незрячие люди смогут снова видеть. В Израиле была разработана нанопленка, которая предназначена для имитации сетчатки глаза. Она непосредственно подключается к нейронам глаз, чтобы передать нейронной моделирование изображения в мозг. Это поможет незрячим людям вновь обрести зрение.

8. Светящаяся одежда

В Шанхае разрабатывают светоизлучающие волокна, которые могут быть вплетены в предметы одежды. Наконец, появится возможность носить соответствующую одежду в ночные клубы с неоновым освещением. Каждое волокно состоит из нержавеющей стальной проволоки в своей основе, которая затем покрывается определенными наночастицами, слоем полимера, электролюминесцентного материала и прозрачными нанотрубками. Полученные волокна легкие и гибкие, а также могут светиться при помощи электрохимических реакций. Работают эти волокна на меньшей мощности, чем обычные светодиодные фонари. Недостатком является то, что свечение длится всего в течение нескольких часов.

9. Наноиголки для операций

Исследователи из Лондона и Хьюстона разработали кремниевые наноиглы, которые могут доставлять нуклеиновые кислоты прямо в клетки сквозь их стенки, не повреждая при этом клетки. После того, как иглы выполняют свою миссию, они остаются внутри тела и биоразлагаются в течение нескольких дней. Уже были проведены эксперименты по созданию новых кровеносных сосудов при помощи этих игл. Также ученые полагают, что этот метод пригодится во время трансплантации органов.

10. 3-D принтер химических соединений

Как известно, 3-D принтеры уже способны отштамповать тысячи разных вещей. Химик Мартин Берк из Университета Иллинойса создал 3-D принтер, который при помощи набора "строительных блоков" молекул может создать большое количество различных химических веществ. Он умеет создавать молекулы, необходимые для лекарств, светодиодов и солнечных батарей, а также некоторые химические вещества, на синтез которых у химиков ранее уходили годы.

По и на этом наука не останавливается. 10 самых ожидаемых научных достижений, которые изменят историю человечества могут войти в жизнь человека уже совсем скоро.

Источник: Вячеслав Бернат. Фото: Berkeley Laboratory, California Institute of Technology, IBM, Intech Open Science, Inverstor Intel, Massachusetts Institute of Technology, Nature, Nobel Committee, Wikipedia

Нанотехнологии

_{Иллюстрация размера в 1 нм, собранная из атомов меди инженерами IBM.}

Прежде всего, нанометр (нм) — это одна миллиардная часть метра. Несколько фактов, чтобы ощутить масштаб: щетина растет со скоростью 5 нм в секунду, диаметр двойной спирали ДНК составляет примерно 2 нм, а толщина человеческого волоса — от 20 до 150 тысяч нм в зависимости от цвета. В то же время диаметр атома гелия — 0,1 нм. Таким образом, нанотехнологии подразумевают под собой создание и манипулирование многоатомными структурами, размеры которых хотя бы в одном измерении (длина, ширина или толщина) не превышают 100 нм.

Дело в том, что свойства вещества, состоящего из таких частиц, значительно отличаются от того же вещества в более привычном для нас (компактном) виде. С приближением к атомарному масштабу сильно возрастает удельная поверхность материалов (суммарная площадь поверхности, деленная на массу). Сильно возрастает роль квантово-механических эффектов. Зачастую именно они определяют новые удивительные и часто неожиданные свойства наноструктурированных материалов.

Для примера: в наноразмере существенно возрастает способность веществ вступать в химические реакции. В повседневной жизни алюминий — инертный металл, в фольге из которого можно спокойно запекать мясо в духовке. А вот наночастицы алюминия добавляют в качестве катализатора к твердому ракетному топливу, что сильно увеличивает его тепловыделение и эффективность.

Также значительно изменяются оптические свойства веществ. Например, ничем не примечательный в макромире полупроводник — селенид кадмия — в наномасштабе флуоресцирует всеми цветами радуги, причем цвет зависит лишь от диаметра частиц. Это свойство флуоресцентных наночастиц (так называемых квантовых точек) уже давно используется в лазерах и биологии, а также имеет хорошие шансы найти применение в производстве гибких цветных дисплеев и в медицинской диагностике.

Листья лотоса и многих других тропических растений практически не задерживают воду на своей поверхности. Наноматериалы, копирующие структуру поверхности листа, уже сейчас продаются в качестве супергидрофобного (водоотталкивающего) и суперолеофобного (маслоотталкивающего) покрытия.

Зная исходный принцип, можно разработать покрытие с совершенно противоположными свойствами — супергидрофильное. Такие материалы можно использовать для изготовления мембранных фильтров для глубокой очистки воды. В нашем организме их роль играют белки аквапорины, в большом количестве содержащиеся в почечных канальцах.

Производство наноматериалов

Естественно, какими бы чудесными ни были свойства наноматериалов, главным критерием их массового внедрения является дешевизна производства. Как правило, в лаборатории ученые имеют дело с небольшими образцами. Так, описанный выше наноструктурированный нитрид титана был получен в виде кубика с ребром 1 мм. Этого достаточно, чтобы измерить его характеристики, но согласитесь — говорить о промышленном производстве еще рано.

Ниже перечислены некоторые последние достижения наноматериаловедения, которые, возможно, через несколько лет изменят наш мир до неузнаваемости.

Графен

Это вещество, за открытие которого была выдана Нобелевская премия по физике в 2010 году, является поистине чемпионом по количеству опубликованных о нем научных статей. И заслуженно: спектр уникальных свойств и применений графена поражает воображение. И это несмотря на то, что получить материал можно с помощью всего лишь куска графита и канцелярского скотча! Некоторые оптимисты уже сейчас считают, что XXI век будет веком графена. Что же в нем такого особенного?

В первую очередь, в отличие от всех предметов, окружающих нас, графен — двухмерный материал. По сути это плоскость, состоящая из атомов углерода, образующих шестиугольники, как в пчелиных сотах. Поэтому графен обладает самой высокой удельной поверхностью — он сам по себе лишь поверхность.

Как и его трехмерный прародитель (графит), графен — хороший проводник. При этом благодаря двухмерности его удельное сопротивление при комнатной температуре ниже, чем у серебра, а теплопроводность в 10 раз выше, чем у меди. Стоит ли упоминать, что транзисторы на основе графена намного быстрее кремниевых? И это все при том, что материал прозрачный и гибкий.

Графен обладает также уникальными механическими свойствами: он тверже и прочнее, чем алмаз, но при этом может быть растянут на четверть своей длины. Так, по словам нобелевских лауреатов 2010 года, графеновый гамак площадью в квадратный метр способен выдержать вес 4-килограммового кота и при этом сам будет весить меньше миллиграмма — как кошачий ус.

В довесок ко всем уникальным свойствам графена их можно еще и регулировать, например с помощью магнитного поля, различных подложек либо путем создания композитных материалов. А если проделать в нем нанометровые отверстия, то из графена можно делать эффективные фильтры для опреснения воды!

В отличие от многих других наноматериалов массовое производство графена относительно дешево и уже активно осваивается ведущими производителями электроники.

Топологические изоляторы

Это материалы, являющиеся диэлектриками внутри, но имеющие на поверхности атомы, в которых электроны могут находиться близко к зоне проводимости. Поэтому движение электронов в топологических изоляторах возможно лишь по поверхности. Как следствие, возникающее сопротивление минимально, и электрон может легко разгоняться практически до скорости света без обратного рассеяния и разогревания проводящего слоя.

Принципиальная возможность их существования была предсказана в 2007 году, и уже вскоре были получены материалы, обладающие нужными свойствами: селенид и теллурид висмута.

Благодаря своим свойствам топологические изоляторы могут в недалеком будущем стать заменой полупроводникам. Дополнительным их преимуществом над полупроводниками является малая чувствительность к примесям. К тому же по сути они являются одновременно и проводниками, и собственными изоляторами.

Мемристоры

В 2008 году группа ученых из Hewlett-Packard сообщила в журнале Nature о первом реальном устройстве такого типа. Оно состояло из нанопленки (50 нм) оксида титана, зажатой между титановым и платиновым электродами (каждый в 5 нм толщиной). Уникальным свойством прибора является его способность изменять собственное сопротивление и таким образом хранить информацию, а размеры (к 2010 году инженеры HP довели их до 3×3 нм) и скорость работы (1 ГГц) делают очевидным их огромный потенциал.

Метаматериалы

Создавать что-то новое — в человеческой природе. Если чего-то не существует самого по себе, то почему бы это не сделать. Метаматериалы — это полностью искусственные устройства, обладающие свойствами, которых в природе попросту нет. Они состоят из упорядоченных наноэлементов, например наноэлектрических цепей. Строгая организация усиливает свойства отдельных элементов и позволяет метаматериалам проявлять их в макромире.

Другое применение метаматериалов — это так называемые суперлинзы. Они состоят из искусственного материала, имеющего отрицательный коэффициент преломления. Суперлинзы позволяют фокусировать свет на участке меньше длины волны, открывая тем самым новые горизонты в оптической микроскопии: они позволят непосредственно наблюдать биологические макромолекулы (ДНК и белки) и создавать еще более миниатюрные компьютерные чипы. Акустические аналоги суперлинз в будущем улучшат качество УЗИ-диагностики.

Перечислять достижения нанотехнологий можно долго, так же как и фантазировать на тему нашего нанобудущего. Но нужно четко понимать, что нанотехнологии — это не волшебство и не панацея. Технологическая революция — это непрерывный процесс, от каменного века и до наших дней. Он происходит здесь и сейчас, творится руками движимых любопытством людей и для людей.

Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. db@onliner.by

Читайте также: