Công nghệ nano trong thế giới hiện đại. Bảo vệ dự án

Đặc điểm nổi bật của công nghệ nano Bối cảnh lịch sử Nanorobots Phạm vi ứng dụng của nanorobots (hiện tại) Các điều khoản cơ bản Kính hiển vi lực nguyên tử Hạt nano Tự tổ chức các hạt nano Khoa học tiên tiến Ngành công nghệ nano Công nghệ nano trong y học Bằng sáng chế trong lĩnh vực công nghệ nano và khối lượng đầu tư Quỹ Khoa học Hoa Kỳ và các khoản đầu tư vào công nghệ nano

Sự khác biệt giữa công nghệ nano và phần còn lại là gì? Công nghệ nano là một lĩnh vực liên ngành của khoa học và công nghệ cơ bản và ứng dụng, xử lý sự kết hợp giữa biện minh lý thuyết, phương pháp nghiên cứu, phân tích và tổng hợp thực tế, cũng như các phương pháp sản xuất và sử dụng các sản phẩm có cấu trúc nguyên tử nhất định thông qua thao tác được kiểm soát. của từng nguyên tử và phân tử. Định nghĩa thường được sử dụng về công nghệ nano như một tập hợp các phương pháp làm việc với các vật thể có kích thước nhỏ hơn 100 nanomet không mô tả chính xác cả đối tượng cũng như sự khác biệt giữa công nghệ nano với các công nghệ truyền thống và các ngành khoa học. những quy mô thông thường, vĩ mô, công nghệ xử lý vật chất thường không được áp dụng, và các hiện tượng vi mô, yếu không đáng kể trên quy mô thông thường, trở nên quan trọng hơn nhiều: các tính chất và tương tác của từng nguyên tử và phân tử hoặc tập hợp các phân tử, hiệu ứng lượng tử.

Bối cảnh lịch sử Nhiều nguồn, chủ yếu bằng tiếng Anh, liên kết lần đầu tiên đề cập đến các phương pháp mà sau này được gọi là công nghệ nano với bài phát biểu nổi tiếng của Richard Feynman vào năm 1959 tại Viện Công nghệ California tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Richard Feynman cho rằng có thể di chuyển cơ học các nguyên tử đơn lẻ bằng cách sử dụng một bộ điều khiển có kích thước phù hợp, ít nhất quá trình như vậy sẽ không mâu thuẫn với các định luật vật lý được biết đến ngày nay. Ông đề nghị thực hiện thao tác này theo cách sau. Cần phải xây dựng một cơ chế có thể tạo ra một bản sao của chính nó, chỉ nhỏ hơn một bậc. Cơ chế nhỏ hơn được tạo ra lại phải tạo một bản sao của chính nó, lại nhỏ hơn một cấp độ lớn, v.v. cho đến khi kích thước của cơ chế tương xứng với kích thước cấp của một nguyên tử. Trong trường hợp này, cần phải thực hiện những thay đổi trong cấu trúc của cơ chế này, vì lực hấp dẫn tác dụng trong vũ trụ vĩ mô sẽ ngày càng ít ảnh hưởng, đồng thời các lực tương tác giữa các phân tử và lực van der Waals sẽ ngày càng ảnh hưởng đến hoạt động của cơ chế. Giai đoạn cuối cùng của cơ chế tạo thành sẽ lắp ráp bản sao của nó từ các nguyên tử riêng lẻ. Về nguyên tắc, số lượng bản sao như vậy là không giới hạn, có thể tạo ra bao nhiêu máy như vậy trong thời gian ngắn. Những cỗ máy này sẽ có thể lắp ráp những thứ vĩ mô theo cách tương tự, bằng cách lắp ráp nguyên tử. Điều này sẽ làm cho mọi thứ rẻ hơn nhiều; những robot như vậy (narobot) sẽ chỉ cần được cung cấp số lượng phân tử và năng lượng cần thiết, đồng thời viết chương trình để lắp ráp các vật dụng cần thiết. Cho đến nay, chưa ai có thể bác bỏ khả năng này, nhưng cũng chưa có ai tạo ra được những cơ chế như vậy. Nhược điểm cơ bản của robot như vậy là không thể tạo ra cơ chế từ một nguyên tử. Thuật ngữ “công nghệ nano” được Norio Taniguchi sử dụng lần đầu tiên vào năm 1974. Ông sử dụng thuật ngữ này để mô tả việc sản xuất các sản phẩm có kích thước vài nanomet. Vị trí trung tâm trong nghiên cứu của ông là các phép tính toán học, nhờ đó có thể phân tích hoạt động của các thiết bị có kích thước vài nanomet.

Nanorobots Nanorobots, hay nanobots, là những robot có kích thước tương đương với một phân tử (dưới 10 nm), với các chức năng di chuyển, xử lý và truyền thông tin cũng như thực hiện chương trình. Hiện tại (2009) vẫn chưa thể tạo ra robot nano thực sự. Một số nhà khoa học cho rằng một số thành phần của nanorobots đã được tạo ra. Nanorobots có khả năng tạo ra các bản sao của chính chúng, tức là tự sinh sản, được gọi là máy sao chép. Khả năng tạo ra nanorobots đã được nhà khoa học người Mỹ Eric Drexler thảo luận trong cuốn sách “Máy móc sáng tạo”. Ý tưởng về nanorobots được sử dụng rộng rãi trong khoa học viễn tưởng hiện đại. Các định nghĩa khác mô tả nanorobot là một cỗ máy có khả năng tương tác chính xác với các vật thể có kích thước nano hoặc có khả năng điều khiển các vật thể ở cấp độ nano. Kết quả là, ngay cả những thiết bị lớn như kính hiển vi lực nguyên tử cũng có thể được coi là robot nano, vì chúng thao tác các vật thể ở cấp độ nano. Ngoài ra, ngay cả những robot thông thường có thể di chuyển với độ chính xác ở cấp độ nano cũng có thể được coi là robot nano. Nanorobots chủ yếu đang trong giai đoạn nghiên cứu sáng tạo, tuy nhiên, một số nguyên mẫu thô sơ của máy phân tử đã được tạo ra. Ví dụ, một cảm biến có công tắc khoảng 1,5 nm, có khả năng đếm từng phân tử trong các mẫu hóa học. Ứng dụng hữu ích đầu tiên của máy nano, nếu chúng xuất hiện, sẽ được lên kế hoạch trong công nghệ y tế, nơi chúng có thể được sử dụng để xác định và tiêu diệt các tế bào ung thư. Chúng còn có thể phát hiện các hóa chất độc hại trong môi trường và đo nồng độ của chúng. Đại học Rice gần đây đã trình diễn các thiết bị nano để sử dụng trong việc điều chỉnh các quá trình hóa học trong ô tô hiện đại.

Phạm vi ứng dụng Chẩn đoán sớm ung thư và đưa thuốc có mục tiêu đến tế bào ung thư Dụng cụ y sinh Phẫu thuật Dược động học Theo dõi bệnh nhân tiểu đường Sản xuất thiết bị từ các phân tử riêng lẻ theo bản vẽ của nó thông qua lắp ráp phân tử bằng robot nano Sử dụng trong quân sự như công cụ giám sát và gián điệp, cũng như vũ khí Nghiên cứu và phát triển không gian (ví dụ, tàu thăm dò von Neumann có khả năng mang súng Gauss trên quỹ đạo Trái đất thấp)

Kính hiển vi lực nguyên tử Một trong những phương pháp được sử dụng để nghiên cứu các vật thể nano là kính hiển vi lực nguyên tử. Sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), bạn không chỉ có thể nhìn thấy từng nguyên tử riêng lẻ mà còn tác động có chọn lọc đến chúng, đặc biệt là di chuyển các nguyên tử dọc theo bề mặt. Các nhà khoa học đã tạo ra được cấu trúc nano hai chiều trên bề mặt bằng phương pháp này. Ví dụ, tại trung tâm nghiên cứu IBM, bằng cách di chuyển tuần tự các nguyên tử xenon trên bề mặt của một tinh thể niken, các nhân viên có thể sắp xếp ba chữ cái của logo công ty bằng cách sử dụng 35 nguyên tử xenon. Khi thực hiện các thao tác như vậy, một số khó khăn kỹ thuật sẽ phát sinh. Đặc biệt, cần tạo điều kiện chân không cực cao, phải làm nguội đế và kính hiển vi đến nhiệt độ cực thấp (4-10 K), bề mặt đế phải sạch nguyên tử và nhẵn nguyên tử thì mới có thể sử dụng được. các phương pháp đặc biệt để chuẩn bị nó được sử dụng. Chất nền được làm lạnh để giảm sự khuếch tán bề mặt của các nguyên tử lắng đọng.

Hạt nano Xu hướng thu nhỏ hiện đại đã chỉ ra rằng một chất có thể có những đặc tính hoàn toàn mới nếu chúng ta lấy một hạt rất nhỏ của chất này. Các hạt có kích thước từ 1 đến 1000 nanomet (trên 100 nanomet có thể gọi là hạt nano) nanomet thường được gọi là “hạt nano”. Ví dụ, hóa ra hạt nano của một số vật liệu có đặc tính xúc tác và hấp phụ rất tốt. Các vật liệu khác có đặc tính quang học đáng kinh ngạc, ví dụ, màng vật liệu hữu cơ siêu mỏng được sử dụng để chế tạo pin mặt trời. Những loại pin như vậy, mặc dù có hiệu suất lượng tử tương đối thấp nhưng lại rẻ hơn và có thể linh hoạt về mặt cơ học. Có thể đạt được sự tương tác của các hạt nano nhân tạo với các vật thể có kích thước nano tự nhiên, protein, axit nucleic, v.v. Được tinh chế cẩn thận, các hạt nano có thể tự lắp ráp thành các cấu trúc nhất định. Cấu trúc này chứa các hạt nano được sắp xếp nghiêm ngặt và cũng thường thể hiện những đặc tính khác thường. Các vật thể nano được chia thành 3 loại chính: các hạt ba chiều thu được bằng cách nổ chất dẫn điện, tổng hợp plasma, khử màng mỏng, v.v., các vật thể màng hai chiều thu được bằng phương pháp lắng đọng phân tử, CVD, ALD, phương pháp lắng đọng ion, v.v.. , vật thể râu một chiều, những vật thể này thu được bằng phương pháp phân lớp phân tử, đưa chất vào vi lỗ hình trụ, v.v. Ngoài ra còn có nanocomposite, vật liệu thu được bằng cách đưa hạt nano vào bất kỳ ma trận nào. Hiện tại, chỉ có phương pháp vi thạch được sử dụng rộng rãi, giúp thu được các vật thể đảo phẳng có kích thước 50nm trên bề mặt ma trận; nó được sử dụng trong điện tử.

Sự tự tổ chức của các hạt nano Một trong những câu hỏi quan trọng nhất mà công nghệ nano phải đối mặt là làm thế nào để buộc các phân tử nhóm lại theo một cách nhất định, tự tổ chức để cuối cùng thu được vật liệu hoặc thiết bị mới. Vấn đề này được giải quyết bởi ngành hóa học siêu phân tử. Nó nghiên cứu không phải các phân tử riêng lẻ mà nghiên cứu sự tương tác giữa các phân tử, khi được tổ chức theo một cách nhất định, có thể tạo ra các chất mới. Điều đáng khích lệ là các hệ thống và quy trình tương tự thực sự tồn tại trong tự nhiên. Vì vậy, các polyme sinh học được biết là có thể tổ chức thành các cấu trúc đặc biệt. Một ví dụ là các protein không chỉ có thể gấp lại thành dạng hình cầu mà còn tạo thành các cấu trúc phức tạp bao gồm một số phân tử protein (protein). Hiện đã có một phương pháp tổng hợp sử dụng các đặc tính cụ thể của phân tử DNA. DNA bổ sung được lấy ra, một phân tử A hoặc B được nối với một trong hai đầu. Chúng ta có 2 chất: -- --A và ----B, trong đó ---- hình ảnh thông thường của một phân tử DNA. Bây giờ, nếu bạn trộn lẫn 2 chất này, liên kết hydro sẽ được hình thành giữa hai chuỗi DNA đơn, chúng sẽ thu hút các phân tử A và B lại với nhau. Chúng ta hãy mô tả đại khái kết nối thu được: ====AB. Phân tử DNA có thể dễ dàng được loại bỏ sau khi quá trình hoàn tất.

Các ngành khoa học nổi lên nhờ công nghệ nano Y học nano (theo dõi, điều chỉnh, thiết kế và điều khiển các hệ thống sinh học của con người ở cấp độ phân tử sử dụng các thiết bị nano và cấu trúc nano) Điện tử nano (một lĩnh vực điện tử phát triển nền tảng vật lý và công nghệ để tạo ra các mạch điện tử tích hợp có cấu trúc liên kết đặc trưng) kích thước phần tử nhỏ hơn 100 nm.) Kỹ thuật nano (hoạt động khoa học và thực tế của con người trong việc thiết kế, chế tạo và sử dụng các vật thể hoặc cấu trúc có kích thước nano, cũng như các vật thể hoặc cấu trúc được tạo ra bằng phương pháp công nghệ nano.) Nanoionics (tính chất, hiện tượng, hiệu ứng, các cơ chế xử lý và ứng dụng liên quan đến vận chuyển ion nhanh trong các hệ thống nano ở trạng thái rắn.) Nanorobotics (khoa học ứng dụng liên quan đến sự phát triển của các hệ thống kỹ thuật tự động (robot) trong lĩnh vực công nghệ nano.) Hóa học nano (một ngành khoa học nghiên cứu các tính chất của các cấu trúc nano khác nhau , cũng như sự phát triển các phương pháp mới để sản xuất, nghiên cứu và sửa đổi chúng)

Công nghệ nano ở Nga Tập đoàn nhà nước “Tập đoàn Công nghệ nano Nga” (RUSNANO) được thành lập theo Luật Liên bang 139-FZ vào ngày 19 tháng 7 năm 2007 để “thực hiện chính sách nhà nước trong lĩnh vực công nghệ nano, phát triển cơ sở hạ tầng đổi mới trong lĩnh vực công nghệ nano, thực hiện các dự án để tạo ra các công nghệ nano và ngành công nghiệp nano đầy hứa hẹn.” Tập đoàn giải quyết vấn đề này bằng cách đóng vai trò là nhà đồng đầu tư vào các dự án công nghệ nano có tiềm năng kinh tế hoặc xã hội đáng kể. Việc tập đoàn tham gia tài chính vào giai đoạn đầu của dự án giúp giảm thiểu rủi ro cho các đối tác - nhà đầu tư tư nhân. Tập đoàn tham gia vào việc tạo ra các cơ sở hạ tầng công nghệ nano, ví dụ, các trung tâm sử dụng tập thể, vườn ươm doanh nghiệp và quỹ đầu tư ban đầu. RUSNANO lựa chọn các lĩnh vực đầu tư ưu tiên dựa trên dự báo phát triển dài hạn, trong đó có sự tham gia của các chuyên gia hàng đầu của Nga và thế giới. Chính phủ Liên bang Nga đã phân bổ 130 tỷ rúp cho các hoạt động của Tập đoàn, được góp vào vốn ủy quyền của RUSNANO vào tháng 11 năm 2007. Vào tháng 6 năm 2008, số tiền tạm thời sẵn có đã được chuyển vào tài khoản tại 8 ngân hàng thương mại theo khuyến nghị của Bộ Tài chính Liên bang Nga. Cơ quan quản lý gồm có ban kiểm soát, hội đồng quản trị và tổng giám đốc. Vào tháng 9 năm 2008, Anatoly Borisovich Chubais được bổ nhiệm làm tổng giám đốc của Tập đoàn Công nghệ nano Nga.

Mục đích của nghiên cứu là ứng dụng thực tế của công nghệ nano.

Nhiệm vụ:

Thu thập và nghiên cứu thông tin về công nghệ nano.

Xây dựng bảng câu hỏi khảo sát.

Tiến hành khảo sát học sinh lớp 5, 7, 10 trường THCS Teguldet MKOU

Phân tích kết quả thu được và đưa ra kết luận.

Mục đích của công việc là cho thấy việc sử dụng công nghệ nano trong thực tế.

Mục tiêu:

Thu thập và nghiên cứu thông tin về công nghệ nano.

Để thực hiện một bảng câu hỏi.

Để thực hiện việc thẩm vấn các học sinh từ trường của chúng tôi.

Phân tích kết quả, đưa ra kết luận.

Công nghệ nano là gì?

Trong vài thập kỷ qua, các công nghệ năng lượng mới và tiên tiến hơn đã được phát hiện trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật với mục tiêu cải thiện cuộc sống trên toàn thế giới. Để làm cho các công nghệ tiếp theo đi trước các công nghệ hiện tại, các nhà khoa học và kỹ sư đã phát triển một lĩnh vực khoa học mới gọi là công nghệ nano.

Công nghệ nano được định nghĩa là khoa học và công nghệ phát triển các mạch và thiết bị điện tử từ các nguyên tử và phân tử riêng lẻ; hoặc ngành công nghiệp phát triển xử lý những thứ nhỏ hơn 100 nanomet. Một nanomet (nm) bằng một phần tỷ mét, xấp xỉ chiều rộng của ba hoặc bốn nguyên tử. Để so sánh, chiều rộng trung bình của sợi tóc con người là khoảng 80.000 nanomet và kích thước của một hạt rộng khoảng 100 nanomet. Bảng điều khiểnnano- có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạpnano- có nghĩa là "người lùn". Các nhà khoa học ban đầu sử dụng tiền tố này để chỉ những thứ rất nhỏ, chẳng hạn như sinh vật phù du nano. Thuật ngữ công nghệ nano cũng thường được sử dụng để mô tả các lĩnh vực khoa học liên ngành dành riêng cho việc nghiên cứu và khai thác các hiện tượng có kích thước nano.

Câu chuyện.
Lịch sử của công nghệ nano bắt đầu từ những năm 50 và 60 của thế kỷ 20, khi hầu hết các kỹ sư đều nghĩ lớn. Đó là thời của những chiếc ô tô lớn, những chiếc máy bay lớn, những tàu chở dầu cỡ lớn, những tòa nhà chọc trời lớn và những kế hoạch lớn đưa con người vào vũ trụ. Những tòa nhà chọc trời khổng lồ như Trung tâm Thương mại Thế giới đã được xây dựng ở các thành phố lớn trên thế giới. Trong khi các nhà nghiên cứu khác tập trung vào việc tạo ra những đồ vật nhỏ. Việc phát minh ra bóng bán dẫn vào năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên vào năm 1959 đã mở ra kỷ nguyên của thiết bị điện tử thu nhỏ. Chính những thiết bị nhỏ này đã tạo cơ sở cho sự xuất hiện của những thiết bị lớn như tàu vũ trụ. Sau khi tách thành công nguyên tử trước Thế chiến thứ hai, các nhà vật lý đã cố gắng tìm ra các hạt cấu tạo nên nguyên tử và các lực liên kết chúng lại với nhau. Đồng thời, các nhà hóa học đang nỗ lực kết hợp các nguyên tử thành các loại phân tử mới và đã thành công lớn trong việc chuyển đổi các phân tử dầu mỏ phức tạp thành tất cả các loại nhựa có thể sử dụng được.

Vật liệu nano.

Vật liệu nano là vật liệu có những khả năng đặc biệt, có thể truyền điện, truyền nhiệt theo nhiều cách khác nhau, thay đổi màu sắc (các hạt vàng có thể có màu đỏ, xanh, vàng tùy theo kích thước của chúng). Những đặc tính đặc biệt này đã được sử dụng để tạo ra điện thoại di động và chip máy tính.

Mục tiêu của các nhà khoa học là sử dụng công nghệ nano để tạo ra các thiết bị mới mạnh hơn, nhẹ hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Y học nano.

Y học nano là một lĩnh vực nghiên cứu y học nhằm tìm cách sử dụng các công cụ từ lĩnh vực công nghệ nano cho sức khỏe. Các nhà khoa học cho rằng các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của vật liệu ở cấp độ nano khác biệt về mặt tổng thể so với các tính chất của cùng loại vật liệu ở kích thước lớn (kích thước thông thường). Ví dụ, công nghệ nano có thể cung cấp các công nghệ sản xuất thuốc mới và các con đường mới để đưa thuốc đến những vị trí trước đây không thể tiếp cận được trong cơ thể con người, từ đó mở rộng tiềm năng của chúng. Các cảm biến nhỏ giúp chẩn đoán các bệnh trong cơ thể nhanh hơn nhiều so với các công cụ chẩn đoán hiện có; đây là một số lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn.

Công nghệ nano tốt hay xấu?

Công nghệ nano mang lại những lợi ích tiềm năng cho nhân loại nhưng cũng gây ra những mối nguy hiểm nghiêm trọng. Một số vật liệu nano gây độc cho cơ và tế bào của con người.

Không giống như các hạt lớn nhất, vật liệu nano có thể được hấp thụ bởi ty thể của tế bào và nhân tế bào. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu nano có thể dẫn đến đột biến tiềm ẩn và gây tổn thương cấu trúc nghiêm trọng cho ty thể, thậm chí dẫn đến chết tế bào. Việc kiểm tra cẩn thận các nguy cơ độc tính có thể có của hạt nano và các sản phẩm công nghệ khác là điều thích hợp; mối nguy hiểm lớn nhất đến từ việc sử dụng sản xuất phân tử một cách có hại hoặc không khôn ngoan.

Công nghệ nano là gì?

Trong vài thập kỷ qua, sự phát triển của các công nghệ năng lượng mới và tiên tiến hơn với khả năng cải thiện cuộc sống trên toàn thế giới đã được tìm kiếm trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật. Để tạo bước nhảy vọt tiếp theo từ thế hệ công nghệ hiện nay, các nhà khoa học và kỹ sư đã và đang phát triển một lĩnh vực khoa học mới mang tên Công nghệ nano.

Công nghệ nano được định nghĩa là khoa học và công nghệ xây dựng các mạch và thiết bị điện tử từ các nguyên tử và phân tử đơn lẻ hoặc nhánh kỹ thuật xử lý những thứ nhỏ hơn 100 nanomet. Một nanomet (nm) là một phần tỷ mét, gần bằng chiều rộng của ba hoặc bốn nguyên tử. Để so sánh quy mô, sợi tóc trung bình của con người rộng khoảng 80.000 nanomet và một hạt virus có chiều rộng khoảng 100 nanomet. Tiền tố nano-xuất phát từ tiếng Hy Lạp nanos, có nghĩa là “người lùn”. Các nhà khoa học ban đầu sử dụng tiền tố này chỉ để biểu thị “rất nhỏ”, như trong “nanoplankton”, nhưng bây giờ nó có nghĩa là một phần tỷ, giống như milli-có nghĩa là một phần nghìn và vi mô có nghĩa là một triệu.

Thuật ngữ Công nghệ nano cũng thường được sử dụng để mô tả các lĩnh vực khoa học liên ngành dành cho việc nghiên cứu và sử dụng các hiện tượng có kích thước nano.

Lịch sử.

Câu chuyện về công nghệ nano bắt đầu từ những năm 1950 và 1960, khi hầu hết các kỹ sư đều nghĩ lớn chứ không phải nhỏ. Đây là thời đại của những chiếc ô tô lớn, những quả bom nguyên tử lớn, những chiếc máy bay phản lực lớn và những kế hoạch lớn để đưa con người ra ngoài vũ trụ. Những tòa nhà chọc trời khổng lồ như Trung tâm Thương mại Thế giới được xây dựng ở các thành phố lớn trên thế giới. Các tàu chở dầu, tàu du lịch, cầu, đường cao tốc liên bang và nhà máy điện lớn nhất thế giới đều là sản phẩm của thời đại này.

Tuy nhiên, các nghiên cứu khác lại tập trung vào việc làm cho mọi thứ trở nên nhỏ hơn. Việc phát minh ra bóng bán dẫn vào năm 1947 và mạch tích hợp (IC) đầu tiên vào năm 1959 đã mở ra kỷ nguyên thu nhỏ thiết bị điện tử. Chính những thiết bị nhỏ này đã tạo ra những thiết bị lớn, chẳng hạn như tàu vũ trụ.

Khi các kỹ sư điện tử tập trung vào việc chế tạo những thứ nhỏ hơn thì các kỹ sư và nhà khoa học từ các lĩnh vực khác cũng chuyển sự chú ý của họ sang những thứ nhỏ bé hơn - các nguyên tử và phân tử. Sau khi tách thành công nguyên tử trong những năm trước Thế chiến thứ hai, các nhà vật lý đã nỗ lực tìm hiểu thêm về các hạt tạo nên nguyên tử và các lực liên kết chúng lại với nhau. Đồng thời, các nhà hóa học đã nỗ lực kết hợp các nguyên tử thành các loại phân tử mới và đã thành công rực rỡ khi chuyển đổi các phân tử phức tạp của dầu mỏ thành đủ loại nhựa hữu ích.

Vật liệu nano.

Vật liệu nano - vật liệu có các đặc tính độc đáo phát sinh từ kích thước nano của chúng - có thể mạnh hơn hoặc nhẹ hơn hoặc dẫn nhiệt hoặc điện theo một cách khác. Chúng thậm chí có thể thay đổi màu sắc; Các hạt vàng có thể có màu đỏ, xanh hoặc vàng, tùy thuộc vào kích thước của chúng. Những thuộc tính đặc biệt này đã được sử dụng theo nhiều cách, chẳng hạn như trong sản xuất chip máy tính, đĩa CD và điện thoại di động. Các nghiên cứu đang dần dần tìm hiểu thêm về thế giới phi quy mô nhằm mục đích sử dụng công nghệ nano để tạo ra các thiết bị mới nhanh hơn, nhẹ hơn, mạnh hơn hoặc hiệu quả hơn.

Y học nano.

Nanomedcine là một lĩnh vực nghiên cứu y sinh nhằm tìm cách sử dụng các công cụ từ lĩnh vực công nghệ nano để cải thiện sức khỏe. Các nhà khoa học nói rằng các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của vật liệu ở cấp độ nano khác nhau về cơ bản và có giá trị so với các đặc tính của vật chất có kích thước lớn hơn. Ví dụ, công nghệ nano có thể cung cấp các công thức mới và con đường mới để đưa thuốc đến các vị trí trước đây không thể tiếp cận được trong cơ thể, từ đó mở rộng tiềm năng của thuốc. Các cảm biến nhỏ có khả năng phát hiện bệnh trong cơ thể sớm hơn nhiều so với các công cụ chẩn đoán hiện có và bơm kích thước của các phân tử được cấy vào để cung cấp thuốc cứu sống chính xác ở nơi cần thiết, là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn.

Công nghệ nano tốt hay xấu?

Công nghệ nano mang lại những lợi ích tiềm tàng cho nhân loại nhưng cũng mang lại những nguy cơ nghiêm trọng. Một số vật liệu nano đã được chứng minh là độc hại đối với việc nuôi cấy mô và tế bào của con người. Không giống như các hạt lớn, vật liệu nano có thể được hấp thụ bởi ty thể của tế bào và nhân tế bào. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu nano có thể gây đột biến DNA tiềm ẩn và gây ra tổn thương lớn về cấu trúc cho ty thể, thậm chí dẫn đến chết tế bào.

Mặc dù công nghệ nano đã có từ những năm 1950 nhưng những thay đổi lớn nhất chỉ diễn ra trong vài năm trở lại đây. Chỉ trong vòng vài năm, các chính phủ trên khắp thế giới đã đưa ra các chương trình nghiên cứu mới.

Những phát triển công nghệ nano tiên tiến hơn dự kiến ​​trong 10 năm tới rất có thể sẽ bao gồm các giải pháp sửa chữa và sắp xếp lại các tế bào sống.

Giới thiệu
1.Lịch sử phát triển của công nghệ nano
2. Công nghệ nano trong y học
3. Vùng Voronezh đi đầu trong nghiên cứu nano
3.1 Các trường đại học vùng Voronezh và sự phát triển của họ trong lĩnh vực công nghệ nano
3.2 Ngành công nghệ nano ở vùng Voronezh
3.3 Sản phẩm nano dành cho người tiêu dùng đại chúng
Phần kết luận
Văn học
"Dưới đó có rất nhiều không gian"
- Richard Feynman

Giới thiệu
Lĩnh vực khoa học và công nghệ được gọi là công nghệ nano, cũng như các thuật ngữ tương ứng, xuất hiện tương đối gần đây. Tuy nhiên, triển vọng của nó rất lớn đối với nền văn minh của chúng ta nên cần phải phổ biến rộng rãi ý tưởng cơ bản về công nghệ nano, chủ yếu trong giới trẻ.
Mặc dù từ công nghệ nano còn tương đối mới nhưng các thiết bị và cấu trúc có kích thước nanomet không phải là mới. Trên thực tế, chúng đã tồn tại trên Trái đất chừng nào sự sống còn tồn tại. Nhuyễn thể bào ngư phát triển một lớp vỏ rất bền, óng ánh từ bên trong, bằng cách dán các hạt nano phấn bền với hỗn hợp đặc biệt gồm protein và carbohydrate. Các vết nứt xuất hiện bên ngoài không thể lan truyền trong bồn rửa do các viên gạch có cấu trúc nano. Vỏ là minh chứng của tự nhiên rằng các cấu trúc được hình thành từ các hạt nano có thể bền hơn nhiều so với vật liệu có thể tích đồng đều.
Người ta không biết chính xác khi nào con người bắt đầu tận dụng các vật liệu có kích thước nano. Có bằng chứng cho thấy vào thế kỷ thứ 4 sau Công Nguyên, các thợ làm thủy tinh ở La Mã đã chế tạo ra thủy tinh có chứa các hạt nano kim loại. Một tác phẩm từ thời kỳ này, được gọi là chiếc cốc Lycurgus, hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Anh. Chiếc bát mô tả cái chết của vua Lycurgus được làm bằng thủy tinh soda-vôi có chứa các hạt nano bạc và vàng. Màu sắc của cái bát thay đổi từ xanh lục sang đỏ sẫm khi đặt nguồn sáng vào đó. Sự đa dạng lớn về màu sắc đẹp mắt của kính màu trong các nhà thờ thời Trung cổ là do sự hiện diện của các hạt nano kim loại trong kính.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ nano ở cấp độ toàn cầu cho thấy tầm quan trọng to lớn của chúng trong quá trình phát triển nền văn minh. Công nghệ nano sẽ thay đổi căn bản mọi lĩnh vực của đời sống con người. Trên cơ sở đó, hàng hóa và sản phẩm có thể được tạo ra, việc sử dụng chúng sẽ cách mạng hóa toàn bộ các lĩnh vực của nền kinh tế.
Tầm quan trọng của sự phát triển của công nghệ nano khó có thể được đánh giá quá cao! Điều này có nghĩa là cần phải nghiên cứu mọi thứ liên quan đến công nghệ nano ở cấp trường. Và mặc dù trình độ cơ bản của việc học vật lý ở trường trung học chỉ cung cấp 2 giờ một tuần, và mọi học sinh quan tâm đều hiểu rằng điều này là chưa đủ - sự quan tâm đến vấn đề đặt ra không hề suy giảm.

1. Ngày nay, khái niệm công nghệ nano đã ăn sâu vào cuộc sống của chúng ta, và vào năm 1959, nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng người Mỹ Richard Feynman đã nói rằng có “một thế giới phức tạp đến kinh ngạc với những hình dạng nhỏ bé, và một ngày nào đó (ví dụ, vào năm 2000) con người sẽ ngạc nhiên vì trước năm 1960 không có ai coi trọng việc khám phá thế giới này.”
Ông tổ của công nghệ nano có thể coi là triết gia Hy Lạp Democritus. 2.400 năm trước, ông lần đầu tiên dùng từ “nguyên tử” để mô tả hạt vật chất nhỏ nhất.
1905 - Nhà vật lý người Thụy Sĩ Albert Einstein đã xuất bản một bài báo trong đó ông chứng minh rằng kích thước của một phân tử đường xấp xỉ 1 nanomet.
1931 - Các nhà vật lý người Đức Max Knoll và Ernst Ruska đã tạo ra kính hiển vi điện tử, lần đầu tiên nó có thể nghiên cứu các vật thể nano.
1959 - Nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman lần đầu tiên xuất bản một bài báo đánh giá triển vọng thu nhỏ. Các nguyên tắc chính của công nghệ nano đã được ông trình bày trong bài giảng huyền thoại “Có rất nhiều chỗ ở phía dưới” tại Viện Công nghệ California. Feynman đã chứng minh một cách khoa học rằng, từ quan điểm của các định luật vật lý cơ bản, không có trở ngại nào trong việc tạo ra mọi thứ trực tiếp từ nguyên tử. Sau đó, lời nói của ông có vẻ tuyệt vời chỉ vì một lý do: chưa có công nghệ nào cho phép người ta hoạt động trên từng nguyên tử riêng lẻ (nghĩa là xác định một nguyên tử, lấy nó và đặt nó ở một nơi khác). Để kích thích sự quan tâm đến lĩnh vực này, Feynman đã trao giải thưởng trị giá 1.000 đô la cho người đầu tiên viết một trang trong cuốn sách lên đầu một chiếc ghim, tình cờ là việc này đã được thực hiện vào đầu năm 1964.
1968 - Alfred Cho và John Arthur, nhân viên bộ phận khoa học của công ty Bell của Mỹ, đã phát triển cơ sở lý thuyết cho quá trình xử lý bề mặt nano.
1974 - Nhà vật lý người Nhật Norio Taniguchi đưa từ “công nghệ nano” vào lưu thông khoa học, đề xuất gọi các cơ chế có kích thước nhỏ hơn 1 micron.
1981 - Các nhà vật lý người Đức Gerd Binnig và Heinrich Rohrer đã tạo ra kính hiển vi quét đường hầm - một thiết bị cho phép tác động lên vật chất ở cấp độ nguyên tử. Bốn năm sau họ nhận được giải Nobel.
1985 - Các nhà vật lý người Mỹ Robert Curl, Harold Kroteau và Richard Smalley đã tạo ra công nghệ giúp có thể đo chính xác các vật thể có đường kính một nanomet.
1986 - Một kính hiển vi lực nguyên tử được tạo ra, không giống như kính hiển vi đường hầm, cho phép tương tác với bất kỳ vật liệu nào, không chỉ các vật liệu dẫn điện.
1986 - Công nghệ nano được công chúng biết đến. Nhà tương lai học người Mỹ Eric Drexler đã xuất bản một cuốn sách trong đó ông dự đoán rằng công nghệ nano sẽ sớm bắt đầu phát triển tích cực.
1989 - Donald Eigler, một nhân viên của IBM, đặt tên công ty của mình dựa trên nguyên tử xenon.
1998 - Nhà vật lý người Hà Lan Seez Dekker đã tạo ra một bóng bán dẫn nano.
2000 - Chính quyền Hoa Kỳ công bố Sáng kiến ​​Công nghệ nano Quốc gia. Sau đó, 500 triệu USD được phân bổ từ ngân sách liên bang Hoa Kỳ. Năm 2002, số tiền phân bổ đã tăng lên 604 triệu USD. Năm 2003, Sáng kiến ​​yêu cầu 710 triệu USD, và vào năm 2004, chính phủ Hoa Kỳ quyết định tăng tài trợ cho nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực này để 3,7 tỷ USD trong 4 năm. Nhìn chung, đầu tư toàn cầu vào nano năm 2004 lên tới khoảng 12 tỷ USD.
2004 - Chính quyền Hoa Kỳ hỗ trợ “Sáng kiến ​​y học nano quốc gia” như một phần của Sáng kiến ​​công nghệ nano quốc gia.
Trình tự thời gian của các sự kiện này không thể không khiến tôi quan tâm và trong báo cáo mà tôi cung cấp, tôi đã cố gắng trình bày những sự kiện và sự kiện mà tôi quan tâm dưới góc nhìn của một học sinh biết quan tâm, người hiểu rằng tương lai nằm ở những công nghệ mới.

2. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ nano còn xuất phát từ nhu cầu của xã hội về việc xử lý nhanh chóng lượng thông tin khổng lồ.
Ngày nay, sự tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ nano gắn liền với sự phát triển của vật liệu nano cho ngành hàng không vũ trụ, ô tô và điện tử.
Nhưng dần dần y học ngày càng được nhắc đến như một lĩnh vực ứng dụng công nghệ nano đầy hứa hẹn. Điều này là do công nghệ hiện đại giúp chúng ta có thể làm việc với vật chất ở quy mô mà cho đến gần đây vẫn có vẻ tuyệt vời - micromet và thậm chí là nanomet. Đây là những kích thước đặc trưng của các cấu trúc sinh học chính - tế bào, các thành phần của chúng (bào quan) và phân tử.

Ngày nay chúng ta có thể nói về sự xuất hiện của một hướng đi mới - y học nano. Ý tưởng sử dụng các thiết bị hiển vi (bộ điều khiển robot) trong y học lần đầu tiên được R. Feynman thể hiện vào năm 1959. Những người thao tác mở ra những khả năng rộng lớn nhất để hồi sinh các tế bào bị bệnh của cơ thể, bao gồm cả tế bào người, điều mà một số nhà khoa học có tầm nhìn xa đang coi là cơ hội để cuối cùng đạt được sự bất tử. Tuy nhiên, cũng có một khả năng rất tiêu cực đối với sự phát triển hơn nữa của công nghệ nano: đặc biệt, nếu quyền kiểm soát kẻ thao túng rơi vào tay những người được chọn, thì quyền lực của những người này đối với những người khác sẽ là vô hạn.
Ngày nay chúng ta vẫn còn khá xa so với microrobot được Feynman mô tả, có khả năng xâm nhập vào tim qua hệ thống tuần hoàn và thực hiện phẫu thuật van tim ở đó. Nhưng trong vài năm qua, đề xuất của ông đã tiến gần hơn đến thực tế. Các ứng dụng hiện đại của công nghệ nano trong y học có thể được chia thành nhiều nhóm:
. Vật liệu có cấu trúc nano, bao gồm các bề mặt có cấu trúc nano, màng có lỗ nano;
. Hạt nano (bao gồm fullerene và dendrimer);
. viên nang siêu nhỏ và nano;
. Cảm biến và máy phân tích công nghệ nano;
. Ứng dụng y tế của kính hiển vi thăm dò quét;
. Dụng cụ nano và máy điều khiển nano;
. Các thiết bị vi mô và nano có mức độ tự chủ khác nhau.
Ví dụ nổi bật và đơn giản nhất về việc sử dụng công nghệ nano trong y học và mỹ phẩm là dung dịch xà phòng thông thường có tác dụng làm sạch và khử trùng. Nó tạo thành các hạt nano, mixen - các hạt thuộc pha phân tán của Zol (dung dịch keo), được bao quanh bởi một lớp phân tử hoặc ion của môi trường phân tán. Xà phòng là một điều kỳ diệu của công nghệ nano, thậm chí không ai còn nghi ngờ về sự tồn tại của các hạt nano. Tuy nhiên, vật liệu nano này không phải là vật liệu chính cho sự phát triển của công nghệ nano hiện đại trong chăm sóc sức khỏe và thẩm mỹ.

Một ứng dụng cổ xưa khác của công nghệ nano trong ngành thẩm mỹ là thuốc nhuộm được thổ dân Úc sử dụng để sơn màu sáng cho chiến tranh, cũng như thuốc nhuộm tóc của những người đẹp Hy Lạp cổ đại, cũng chứa các hạt nano mang lại hiệu ứng tạo màu rất lâu và bền. Bây giờ hãy nói về sự phát triển của công nghệ nano.

Ở giai đoạn đầu phát triển công nghệ nano, người ta ưu tiên sử dụng các thiết bị kính hiển vi thăm dò. Những thiết bị này giống như đôi mắt và bàn tay của một nhà công nghệ nano. Trong thế kỷ 21, công nghệ nano sẽ thâm nhập vào mọi lĩnh vực của đời sống con người. Đây là một từ mới trong khoa học, những cơ hội mới, chất lượng và mức sống mới. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ nano ở cấp độ toàn cầu có ý nghĩa to lớn trong quá trình phát triển của nền văn minh. Công nghệ nano và kỹ thuật nano ngày nay là những lĩnh vực hứa hẹn nhất trong sự phát triển của khoa học Nga và nước ngoài. Vật liệu nano đã tạo ra bước đột phá thực sự trong nhiều ngành công nghiệp và đang thâm nhập vào mọi lĩnh vực của đời sống chúng ta.
Trên cơ sở đó, hàng hóa và sản phẩm có thể được tạo ra, việc sử dụng chúng sẽ giúp hiện đại hóa toàn bộ các lĩnh vực của nền kinh tế. Trong số những vật thể mà chúng ta có thể thấy trong tương lai gần là các cảm biến nano để xác định chất thải độc hại từ các ngành công nghiệp hóa chất và công nghệ sinh học, thuốc, tác nhân chiến tranh hóa học, chất nổ, vi sinh vật gây bệnh cũng như các bộ lọc hạt nano và các thiết bị thanh lọc khác được thiết kế để loại bỏ chúng. hoặc vô hiệu hóa chúng. Một ví dụ khác về hệ thống nano đầy hứa hẹn trong tương lai gần là cáp điện trục dựa trên ống nano carbon, sẽ dẫn dòng điện cao thế tốt hơn dây đồng và đồng thời nhẹ hơn từ 5 đến 6 lần.
Vật liệu nano sẽ giảm đáng kể chi phí của bộ chuyển đổi xúc tác ô tô giúp làm sạch khí thải khỏi các tạp chất có hại, vì với sự trợ giúp của chúng, có thể giảm mức tiêu thụ bạch kim và các kim loại có giá trị khác được sử dụng trong các thiết bị này xuống 15-20 lần. Có mọi lý do để tin rằng vật liệu nano sẽ có ứng dụng rộng rãi trong ngành lọc dầu và trong các lĩnh vực mới của ngành công nghiệp sinh học như gen và proteomics.

Nhìn về tương lai xa, chúng ta có thể cho rằng công nghệ nano có thể mang lại cho con người sự bất tử về thể chất do thực tế là y học nano có thể tái tạo vô tận các tế bào sắp chết. Nói đến y học...Nó sẽ thay đổi đến mức không thể nhận ra. Đầu tiên, các hạt nano có thể được sử dụng trong y học để phân phối thuốc một cách chính xác và kiểm soát tốc độ phản ứng hóa học. Các viên nang nano có thẻ nhận dạng sẽ có thể đưa thuốc trực tiếp đến các tế bào và vi sinh vật cụ thể, có thể theo dõi và hiển thị tình trạng của bệnh nhân, theo dõi quá trình trao đổi chất, v.v. Điều này sẽ giúp chúng ta có thể chống lại ung thư, các bệnh do virus và di truyền hiệu quả hơn. Hãy tưởng tượng bạn bị cúm (và bạn thậm chí còn không biết mình mắc bệnh này). Hệ thống miễn dịch được tăng cường nhân tạo sẽ ngay lập tức phản ứng, hàng chục nghìn nanorobot sẽ bắt đầu nhận biết (theo cơ sở dữ liệu nội bộ của chúng) vi-rút cúm và trong vài phút sẽ không còn một vi-rút nào trong máu của bạn! Hoặc bạn đã bắt đầu bị xơ vữa động mạch sớm, các tế bào nhân tạo bắt đầu làm sạch mạch máu của bạn một cách cơ học và hóa học. Thứ hai, có thể tạo ra các bác sĩ nanorobot có khả năng “sống” bên trong cơ thể con người, loại bỏ mọi tổn thương xảy ra hoặc ngăn chặn sự xuất hiện của nó. Liên tục kiểm tra và, nếu cần, “sửa chữa” các phân tử, từng tế bào, từng cơ quan, máy nano sẽ phục hồi sức khỏe cho bất kỳ bệnh nhân nào, sau đó chỉ cần ngăn ngừa mọi bệnh tật và bệnh lý, kể cả bệnh di truyền. Về mặt lý thuyết, điều này sẽ cho phép một người sống hàng trăm, thậm chí có thể hàng nghìn năm. Thứ ba, có thể nhanh chóng phân tích và sửa đổi mã di truyền, thiết kế đơn giản các axit amin và protein cũng như tạo ra các loại thuốc, bộ phận giả và bộ phận cấy ghép mới. Trong lĩnh vực này, một số nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều loại vật liệu nano khác nhau về khả năng tương thích với các mô và tế bào sống.

Ngày nay chúng ta chỉ có thể mơ tưởng về nanorobot, tuy nhiên, chúng ta đã có những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này. Do đó, hạt nano của một số chất nhất định có thể đóng vai trò là “narobot”. Ví dụ như bạc. Người ta đã chứng minh rằng các hạt nano bạc có hiệu quả chống lại vi khuẩn và vi rút cao hơn hàng nghìn lần so với các ion bạc.
Như thí nghiệm cho thấy, nồng độ hạt nano không đáng kể đã tiêu diệt tất cả các vi sinh vật đã biết (bao gồm cả virus AIDS) mà không bị tiêu thụ. Ngoài ra, không giống như thuốc kháng sinh, không chỉ tiêu diệt vi rút có hại mà còn tiêu diệt các tế bào bị chúng ảnh hưởng, hoạt động của các hạt nano rất có chọn lọc: chúng chỉ tác động lên vi rút mà không làm hỏng tế bào! Thực tế là vỏ của vi sinh vật bao gồm các protein đặc biệt, khi bị phá hủy bởi các hạt nano sẽ ngừng cung cấp oxy cho vi khuẩn. Vi sinh vật không may không còn có thể oxy hóa “nhiên liệu” của nó - glucose - và chết, không còn nguồn năng lượng. Những virus hoàn toàn không có vỏ cũng có vỏ khi chúng gặp hạt nano. Nhưng tế bào của con người và động vật có nhiều bức tường “công nghệ cao” hơn và chúng không sợ các hạt nano. Hiện nay, nghiên cứu đang được tiến hành về khả năng sử dụng hạt nano bạc trong dược phẩm.

Ví dụ, công ty Helios sản xuất kem đánh răng “Zakhar” với các hạt nano bạc, giúp bảo vệ hiệu quả khỏi các bệnh nhiễm trùng khác nhau. Ngoài ra, một lượng nhỏ hạt nano được thêm vào một số loại kem thuộc dòng mỹ phẩm “cao cấp” để ngăn chúng bị hư hỏng trong quá trình sử dụng. Các chất phụ gia dựa trên hạt nano bạc được sử dụng làm chất bảo quản chống dị ứng trong kem, dầu gội, sản phẩm trang điểm, v.v. Khi sử dụng, tác dụng chống viêm và chữa bệnh cũng được quan sát thấy.
Các hạt nano có khả năng duy trì đặc tính diệt khuẩn trong thời gian dài sau khi sử dụng trên nhiều bề mặt cứng (thủy tinh, gỗ, giấy, gốm sứ, oxit kim loại, v.v.). Điều này giúp tạo ra các bình xịt khử trùng hiệu quả cao, lâu dài để sử dụng trong gia đình. Không giống như thuốc tẩy và các chất khử trùng hóa học khác, bình xịt làm từ hạt nano không độc hại và không gây hại cho sức khỏe của con người và động vật.

Scientific American dự đoán rằng các thiết bị y tế có kích thước bằng một con tem bưu chính sẽ xuất hiện trong tương lai gần. Chỉ cần áp dụng chúng vào vết thương là đủ. Thiết bị này sẽ tiến hành xét nghiệm máu một cách độc lập, xác định loại thuốc nào cần sử dụng và tiêm vào máu. Cần lưu ý rằng sự xuất hiện của công nghệ cao, do chi phí cao, đã gây ra một số vấn đề mới trong chăm sóc sức khỏe, bao gồm cả những vấn đề về đạo đức và đạo đức liên quan đến sự sẵn có và khả năng tiếp cận các dịch vụ y tế cho công chúng. Tuy nhiên, cho dù cơ sở khoa học kỹ thuật của y học có phát triển đến đâu thì yếu tố chính trong việc chữa lành bệnh nhân vẫn luôn và sẽ vẫn là trình độ chuyên môn, đạo đức và phẩm chất con người của người thầy thuốc.

3. Các nhà khoa học Nga đã và đang tiếp tục đóng góp vào sự phát triển chung của công nghệ nano. Một trong những khu vực hàng đầu của Nga về nghiên cứu nano là vùng Voronezh. Ngày nay nó có tiềm năng nhất định trong lĩnh vực công nghiệp nano - đây là những phát triển nghiên cứu của các trường đại học ở vùng Voronezh và một số dự án đổi mới và phát triển công nghệ của các doanh nghiệp công nghiệp. Các ưu tiên công nghiệp của khu vực tập trung vào ngành năng lượng và nhiên liệu, chế tạo thiết bị và điện tử cũng như ngành hàng không vũ trụ.

3.1 Vùng Voronezh có tiềm năng công nghiệp cao và một phần ba dân số Voronezh có trình độ học vấn cao hơn. Thành phố này được coi là trung tâm trí tuệ của Vùng đất đen miền Trung. Các trường đại học hàng đầu trong khu vực - Đại học Bang Voronezh, Đại học Kỹ thuật Bang Voronezh và một số trường khác - đã thực hiện thành công các phát triển nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu nano và điện tử nano. Các doanh nghiệp ở Voronezh cũng có các dự án đổi mới và phát triển công nghệ, trong đó tập trung nhiều nhất vào công việc đầy hứa hẹn về nhiệt điện và tạo ra cơ sở nguyên tố trên các tinh thể nano silicon giống như râu, cũng như các chủ đề liên quan khác. Do đó, Công ty Cổ phần Voronezh ITC, cùng với VSTU, đã tham gia thành công vào hoạt động R&D để phát triển pin mặt trời nanocompozit hiệu quả cao. Khu công nghệ Sodrugestvo đang thực hiện dự án “Phát triển thiết bị công nghệ sản xuất hỗn hợp chứa fullerene, sợi nano và ống nano”. Các trung tâm phát triển công nghiệp nano đang được hình thành với sự tham gia của các doanh nghiệp công nghệ cao và các trường đại học trong khu vực. Trong số các trung tâm như vậy, chúng ta có thể nêu bật: Trung tâm Fonon trên cơ sở OJSC NPO RIF Corporation và Công nghệ nano công nghiệp trên cơ sở Cosmos-Oil-Gas LLC.

Các doanh nghiệp công nghiệp trong lĩnh vực công nghệ nano đặc biệt chú ý đến sự phát triển trong các lĩnh vực sau: nhiệt điện, phát triển cơ sở nguyên tố trên tinh thể nano silicon dạng râu, v.v. Các doanh nghiệp sáng tạo nhỏ chuyên phát triển công nghệ nano đang được thành lập.
Dựa trên sự phát triển của VSU, Công ty TNHH Bảo vệ Ăn mòn đã được thành lập nhằm quảng bá ra thị trường một công nghệ mới để ứng dụng lớp phủ từ cấu trúc nano kẽm. Công ty Cổ phần Rikon cũng đang làm việc theo hướng này, đã tạo ra các tụ điện mới về cơ bản sử dụng fullerene.

Công ty cổ phần "Voronezh ITC" cùng với VSTU đang tham gia vào hoạt động R&D để phát triển pin mặt trời nanocompozit hiệu quả cao. Khu công nghệ Sodrugestvo đang thực hiện dự án “Phát triển thiết bị công nghệ sản xuất hỗn hợp chứa fullerene, sợi nano và ống nano”.

Các nhà hóa học từ Đại học Nông nghiệp bang Voronezh đã phát minh ra một bộ lọc nước gia dụng bền bỉ, theo họ, không có loại tương tự trên thế giới. Bộ lọc được tạo ra bởi các nhân viên của VSAU và công ty Aqua, dựa trên công nghệ nano. Theo trưởng dự án, trưởng phòng thí nghiệm hóa học của Khoa Công nghệ và Khoa học Hàng hóa Ivan Gorelov, vật liệu lọc tổng hợp được chế tạo từ các hạt nano silicon dioxide, carbon và bạc. Đầu tiên chúng được chuẩn bị làm nguyên liệu thô, sau đó kết hợp theo tỷ lệ nghiêm ngặt, sấy khô thành hạt và nung ở nhiệt độ 1000 độ C mà không cần oxy.

Theo các nhà khoa học, điểm độc đáo của bộ lọc mới, ngoài việc sử dụng các hạt nano, là nó loại bỏ các tạp chất nhân tạo - chủ yếu là các hợp chất sắt, các sản phẩm dầu mỏ, cũng như các ion kim loại nặng (chì, thủy ngân, kẽm, cadmium, đồng). Thành phần khoáng chất tự nhiên của nước không thay đổi.
Nanocompozit mà bộ lọc của chúng tôi được trang bị có các đặc tính phổ quát. Ở trạng thái khô, nó có khả năng hấp thụ hơi benzen, toluene, hexane, axeton, cũng như khói. Do đó, nó có thể tìm thấy ứng dụng, ví dụ, trong các thiết bị bảo vệ trong các tình huống khẩn cấp để bảo vệ nhân viên cứu hộ và bảo vệ công nhân trong ngành sơn và vecni.
Khách hàng từ Châu Âu và Châu Á đã thể hiện sự quan tâm đến các bộ lọc. Dây chuyền công nghiệp sản xuất tại Đại học Nông nghiệp bang Voronezh sẽ được đưa vào hoạt động vào đầu năm 2013. Các trung tâm phát triển công nghiệp nano đang được hình thành với sự tham gia của các doanh nghiệp công nghệ cao và các trường đại học trong khu vực.

3.2 Hiện nay, trong khu vực có 14 doanh nghiệp, tổ chức hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp công nghệ nano: Công ty cổ phần Voronezhsintezkauchuk, Công ty cổ phần NPO RIF Corporation, Công ty cổ phần VZPP-S, Công ty cổ phần KBKhA, Công ty cổ phần Concern Sozvezdie, Đại học bang Voronezh, Đại học kỹ thuật bang Voronezh, Komnet LLC , Vodmashoborudovanie Plant OJSC, v.v. Khoảng 20 dự án công nghiệp trong lĩnh vực công nghiệp nano đã được triển khai trong khu vực. Và chỉ riêng tại Đại học bang Voronezh có khoảng 30 dự án đang ở giai đoạn phát triển.
Các lĩnh vực ứng dụng R&D chính cho ngành công nghiệp nano của vùng Voronezh là các lĩnh vực sau:
. Công nghệ nano trong ngành năng lượng và nhiên liệu. Các doanh nghiệp và tổ chức của vùng Voronezh đang triển khai các dự án nhằm sản xuất công nghiệp polysilicon cho pin mặt trời, vật liệu nhiệt điện để tăng hiệu suất năng lượng của máy móc và cơ chế cũng như biến đổi nano các loại nhiên liệu và chất lỏng có trên thị trường.
. Công nghệ nano trong chế tạo dụng cụ và điện tử. Sự phát triển trong lĩnh vực công nghiệp nano ở vùng Voronezh nhằm mục đích phát triển và sản xuất kính hiển vi điện tử và lực nguyên tử quét, vi mạch, bảng mạch in và cáp chuỗi cúc.
. Công nghệ nano trong ngành hàng không vũ trụ. Trong khuôn khổ ngành công nghiệp này ở vùng Voronezh, các doanh nghiệp và tổ chức trong lĩnh vực công nghệ nano đang tiến hành thử nghiệm thí điểm và chuẩn bị sản xuất vật liệu tổng hợp chịu nhiệt và vật liệu nano biến đổi khác, vật liệu mới về cơ bản cho ngành tên lửa và công nghiệp máy bay.
. Công nghệ nano trong kỹ thuật cơ khí. Trong ngành công nghiệp được chỉ định, các doanh nghiệp và tổ chức của ngành công nghiệp nano của vùng Voronezh đang nghiên cứu sản xuất các hệ thống tạo ra vật liệu nano.
. Công nghệ nano trong y học. Các doanh nghiệp và tổ chức của ngành công nghiệp nano của vùng Voronezh đang thực hiện các dự án nhằm tạo ra các phương pháp điều trị và chẩn đoán bệnh nhân mới. Một phần đáng kể các dự án đầy hứa hẹn là nhằm tạo ra công nghệ thay thế nhập khẩu thuốc nước ngoài.
. Công nghệ nano trong ngành vật liệu xây dựng. Trong những năm gần đây, hầu như không có sự ra đời của công nghệ mới trong ngành xây dựng. Trong khi đó, các doanh nghiệp và tổ chức công nghiệp nano của khu vực Voronezh có tiềm năng phát triển đáng kể nhằm cải thiện đáng kể chất lượng xây dựng trong khu vực và Liên bang Nga.
. Công nghệ nano trong ngành thực phẩm. Sự phát triển hiện nay của các doanh nghiệp và tổ chức công nghiệp nano ở khu vực Voronezh bao gồm các công nghệ lọc nước và biến đổi sản phẩm thực phẩm để cải thiện đặc tính dinh dưỡng của chúng.

3.3 Tại vùng Voronezh, các sản phẩm nano hiện đang được tích cực giới thiệu để cải thiện chất lượng sức khỏe của cư dân Voronezh. Điển hình là sản phẩm của công ty Nano Hightech, cụ thể là sản phẩm hình lục giác được làm bằng gốm nano. Gốm nano là vật liệu độc đáo tổng hợp một số thành phần chính: Đá núi lửa, Đá Kym-Gan, Germanium tự nhiên, Titanium, Pozzolan và Barodon, được nghiền thành các đơn vị có kích thước nano. Nhờ đó, Công ty Y tế Nano Hitech Hanguk Nano đã cho ra đời một sản phẩm độc đáo - Nanoceramics (NC). Nguyên liệu thô thu được trải qua quá trình ép, đúc và nung ở nhiệt độ 1300°C trong lò điện. Các hình lục giác được nung và đánh bóng sau đó được tạo hình thủ công thành các trường khảm dày đặc để sử dụng trong sản xuất phần cứng. Hình lục giác này được thiết kế để giảm đau, loại bỏ mùi khó chịu và cấu trúc chất lỏng.

Như nhà sản xuất đảm bảo với chúng tôi, nó:
. kích hoạt các quá trình vi tuần hoàn,
. phục hồi trao đổi năng lượng bị gián đoạn,
. có đặc tính diệt khuẩn,
. đẩy nhanh quá trình chữa lành vết thương, vết trầy xước, vết bầm tím, vết bỏng,
. giữ thực phẩm tươi lâu, khử mùi hôi khó chịu (khi đặt Lục giác vào tủ lạnh, tủ quần áo hay giày dép),
. giúp tăng độ phì cho đất (khi tưới bằng nước tích điện hoặc đặt lục giác vào đất),
. ảnh hưởng đến cấu trúc của chất lỏng,
. làm giảm đau và viêm.
Tất nhiên, chưa có nhiều sản phẩm được thiết kế cho người tiêu dùng đại chúng, nhưng sự tiến bộ không đứng yên và chúng ta có thể giả định một cách an toàn rằng trong 5-10 năm tới, chúng ta sẽ có thể thấy những sản phẩm tiêu dùng mới.

Phần kết luận
Như đã nhiều lần khẳng định, công nghệ nano mở ra triển vọng lớn cho việc phát triển các vật liệu mới, cải tiến thông tin liên lạc, phát triển công nghệ sinh học, vi điện tử, năng lượng và vũ khí. Trong số những đột phá khoa học có khả năng xảy ra nhất, các chuyên gia trích dẫn hiệu suất máy tính tăng lên, sự phục hồi các cơ quan của con người bằng cách sử dụng mô mới được tái tạo, sản xuất vật liệu mới trực tiếp từ các nguyên tử và phân tử nhất định, và sự xuất hiện của những khám phá mới trong hóa học và vật lý có thể mang lại một cuộc cách mạng. tác động tới sự phát triển của nền văn minh.
Dự kiến, công nghệ nano sẽ giải quyết các vấn đề năng lượng thông qua việc sử dụng ánh sáng hiệu quả hơn, pin nhiên liệu, pin hydro, pin mặt trời, phân phối nguồn năng lượng, phân cấp sản xuất và lưu trữ năng lượng thông qua cập nhật chất lượng của hệ thống điện.
Điều quan trọng nhất là khái niệm “công nghệ nano” không trở thành kẽ hở mà các nhà khoa học, doanh nhân, công ty và quan chức không trung thực sẽ che giấu.
Hiện nay, trên thị trường chỉ có những tiến bộ khiêm tốn về công nghệ nano, chẳng hạn như lớp phủ tự làm sạch, quần áo thông minh và bao bì giúp thực phẩm tươi lâu hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học dự đoán bước tiến thắng lợi của công nghệ nano trong tương lai gần, dựa trên thực tế là nó thâm nhập dần dần vào tất cả các lĩnh vực sản xuất.
Như đã đề cập, khả năng sử dụng công nghệ nano là vô tận, từ những chiếc máy tính cực nhỏ tiêu diệt tế bào ung thư đến những động cơ ô tô thân thiện với môi trường, nhưng hứa hẹn lớn thường đi kèm với những nguy hiểm lớn. Lấy ví dụ, những thành tựu trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử và những hậu quả đáng buồn của vụ tai nạn Chernobyl hay thảm kịch ở Hiroshima và Nagasaki. Các nhà khoa học trên thế giới ngày nay phải hiểu rõ rằng những thí nghiệm “không thành công” hay sự sơ suất như vậy trong tương lai có thể biến thành một thảm kịch đe dọa sự tồn vong của toàn thể nhân loại và hành tinh nói chung.
Về vấn đề này, rõ ràng là tại sao, kể từ khi công nghệ nano ra đời, sự phát triển của nó đã bị cản trở bởi những nỗi sợ hãi, một số trong đó rõ ràng thuộc thể loại khoa học viễn tưởng, tuy nhiên, một số không hề vô căn cứ.
Trong tương lai gần, người ta dự định tạo ra các vật liệu “thông minh” có trí nhớ, vật liệu tự phục hồi, robot nano tồn tại bên trong cơ thể con người và đảm bảo hoạt động bình thường của nó, việc khám phá các vùng không gian xa xôi bằng nanorobots, v.v.
Những dự báo đầu tiên về sự phát triển của công nghệ nano vốn được coi như một bộ phim khoa học viễn tưởng đang trở thành hiện thực và đi trước thời đại.
Vì vậy, việc sử dụng công nghệ nano trong vật lý sinh học đang trải qua giai đoạn phát triển ban đầu. Tuy nhiên, bất chấp điều này, ngày nay rõ ràng rằng việc đưa các phương pháp công nghệ nano và lý sinh vào sinh học “cổ điển” sẽ cho phép chúng ta đạt được những kết quả đáng kinh ngạc và đáng kinh ngạc nhất. Nhiều nhà nghiên cứu thậm chí còn tin rằng loài sinh học “Homo sapiens” sẽ gần như bị thay thế hoàn toàn bởi một loài sinh học mới trong thế kỷ tới. Người này sẽ là sự tổng hợp phức tạp của việc chỉnh sửa gen và cấy ghép hệ thống công nghệ. Các linh kiện điện tử được đặt trực tiếp vào cơ thể con người sẽ cung cấp khả năng liên lạc liên tục với các mạng như Internet. Nhưng hiện tại đây chỉ là những dự đoán về một tương lai có thể xảy ra, có lẽ xa hơn chúng ta mong muốn, nhưng vẫn hấp dẫn với những khả năng tuyệt vời của nó.
Nỗ lực đầu tiên của tôi để làm quen với công nghệ nano và ý tưởng nano đã diễn ra. Cô ấy xác nhận suy nghĩ của tôi về việc nghiên cứu sâu hơn về tài liệu trong lĩnh vực này. Tôi tin chắc rằng khi trở thành sinh viên, tôi không những không mất hứng thú với vấn đề đặt ra mà còn nỗ lực phân tích vấn đề từ những tầm cao mới của tri thức. Suy cho cùng, niềm tin rằng triển vọng của công nghệ nano là rất lớn cho nền văn minh của chúng ta, cho tương lai của chúng ta, không chỉ là niềm tin... Đó là niềm tin vào khoa học, vào chiến thắng của nó! Cuộc chạy đua của công nghệ quyết định nhịp độ cuộc sống và để trở thành một con người hiện đại thành công, bạn không chỉ cần theo kịp thời đại mà còn phải đi trước chúng!

Văn học:
1. Alferov Zh.I., Aseev A.L., Gaponov S.V., Koptev P.S., và những người khác, “Vật liệu nano và công nghệ nano” // Công nghệ hệ thống vi mô. 2003.
2. Balabanov V., “Công nghệ nano. Khoa học của tương lai." 2009.
3. Karasev V.A., “Mật mã di truyền: những chân trời mới.” 2003.
4. Poole Ch., Owens F., “Công nghệ nano” // M. Technosphere. 2004.
5. Rybalkina M., “Công nghệ nano cho mọi người.” 2005.
6. Svetukhin V.V., Razumovskaya I.V., và những người khác, “Giới thiệu về công nghệ nano.Vật lý.” 2008.
7. Tretykov Yu.D., “Công nghệ nano. ABC cho mọi người." 2008.
8. Feynman R.P., “There’s Plenty of Room at the Bottom”, Kỹ thuật và Khoa học (Viện Công nghệ California), tháng 2 năm 1960, trang 22-36. Bản dịch tiếng Nga đăng trên tạp chí “Hóa học và Cuộc sống”, số 12. 2002.
9. Tạp chí “Công nghệ nano Nga”, Tập 5, số 1-2. 2010.
10. Báo “Tin công nghiệp”, số 1. 2010.

Trang trình bày 2

Công nghệ nano

Công nghệ nano là lĩnh vực khoa học và công nghệ ứng dụng liên quan đến việc nghiên cứu các tính chất của vật thể và phát triển các thiết bị có kích thước ở mức 10-9 m hoặc 10 nm. Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở cấp độ nguyên tử và phân tử nhằm tạo ra các cấu trúc nano, thiết bị nano và vật liệu có tính chất đặc biệt. Điểm đặc biệt của công nghệ nano là các quá trình đang được xem xét và các hành động được thực hiện xảy ra ở phạm vi không gian nanomet. Trong phạm vi kích thước này, “nguyên liệu thô” là các nguyên tử, phân tử và hệ thống phân tử riêng lẻ. 1 nanomet (nm) là một phần tỷ mét, hoặc một phần triệu milimét. "NANO" là gì?

Trang trình bày 3

Richard Feynman là người khởi nguồn của công nghệ nano, ông đã đề xuất nhiều công thức khác nhau, thuật ngữ “công nghệ nano” được Norio Taniguchi sử dụng lần đầu tiên vào năm 1974. Vào những năm 1980, thuật ngữ này được Eric K. Drexler sử dụng, đặc biệt là trong cuốn sách “Machines of Sáng tạo: Kỷ nguyên sắp tới của công nghệ nano,” được xuất bản năm 1986 Richard Feynman Eric K. Drexler

Trang trình bày 4

Công nghệ nano hiện đang được tích cực theo đuổi ở khoảng 50 quốc gia. Dẫn đầu là Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đức. Nga đứng ở vị trí thứ 10. Nhưng xét về số lượng ấn phẩm về chủ đề nano, chúng tôi đứng ở vị trí thứ 8 danh dự.

Trang trình bày 5

Công nghệ nano ở Nga

Nghiên cứu tính chất của kim loại dưới dạng hạt nano Tạo chip sinh học và màng mỏng Chế tạo bộ điều khiển có kích thước nhỏ nhất

Trang trình bày 6

Những công nghệ nano được chúng ta ứng dụng trong cuộc sống:

Trang trình bày 7

Ứng dụng công nghệ nano trong y học

Người Mỹ đã tạo ra một loại vật liệu mô phỏng mô xương thật. Sử dụng phương pháp tự lắp ráp các sợi mô phỏng collagen tự nhiên, họ “trồng” các tinh thể nano hydroxyapatite lên chúng. Và chỉ sau đó các tế bào xương của chính người đó mới được dán vào loại bột trét này - vật liệu này có thể được sử dụng để thay thế các khuyết tật về xương sau chấn thương hoặc phẫu thuật.

Trang trình bày 8

Công nghệ nano và thời trang

Công nghệ nano lần đầu tiên được sử dụng trong sản xuất quần áo thời trang cách đây khoảng một năm. Kể từ đó, một số nhà thiết kế thời trang đã bắt đầu hợp tác với các nhà khoa học để sản xuất các mẫu được gọi là “quần áo chức năng”. Nó sẽ khác với loại mà chúng ta quen thuộc không chỉ về hình thức bên ngoài mà còn về tính chất của loại vải mà nó được tạo ra.

Trang trình bày 9

Không cần giặt Không thể bị bệnh Nó không cho khí độc hại đi qua và bảo vệ khỏi hệ sinh thái hiện đại 1 mét vuông. Một mét vải có giá khoảng 10 nghìn. $

Trang trình bày 10

Máy tính trong cốc giữ nhiệt

Sinh viên thiết kế Jason Farsai đã nghĩ ra một chiếc máy tính Yuno được tích hợp trong cốc cà phê. Phần mềm của chiếc máy tính cốc này sẽ bao gồm các tiện ích hiển thị thời tiết, điều kiện đường sá, báo giá chứng khoán, email, v.v.

Trang trình bày 11

Nokia và các chuyên gia từ Đại học Cambridge gần đây đã trình diễn một sản phẩm mới thú vị - điện thoại di động Morph có thể co giãn được chế tạo bằng công nghệ nano.

Trang trình bày 12

Vệ tinh cũng được tạo ra dựa trên công nghệ nano

Trang trình bày 13

Nanorobot và máy tính

Trang trình bày 14

Trò đùa của các nhà công nghệ nano

Nhà vệ sinh nano đã nhận được giải thưởng tại cuộc thi vi mô quốc tế lần thứ 49 là hoạt động lập dị nhất năm 2005. Tổng cộng có hơn 40 tác phẩm đã tham gia cuộc thi, nhưng dự án từ SII NanoTechnology hóa ra lại là dự án bất thường nhất. Ban giám khảo chưa bao giờ thấy việc sử dụng công nghệ nano như vậy!

Trang trình bày 15

Kết luận: Tác động của công nghệ nano đến cuộc sống hứa hẹn sẽ mang tính phổ quát, kéo theo đó nền kinh tế sẽ thay đổi và mọi mặt của cuộc sống, công việc và các mối quan hệ xã hội sẽ bị ảnh hưởng. Việc sử dụng các vật liệu sáng tạo của thế kỷ 21 sẽ giúp biến những dự án khó tưởng tượng nhất thành hiện thực. Với sự trợ giúp của công nghệ nano, chúng ta sẽ có thể tiết kiệm thời gian, nhận được nhiều lợi ích hơn với mức giá thấp hơn và không ngừng nâng cao trình độ, chất lượng cuộc sống. Trở ngại của công nghệ nano hiện đại là không thể sản xuất hàng loạt các sản phẩm công nghệ cao. Các kết quả chứng minh tiềm năng của công nghệ nano đã đạt được nhưng chưa có công nghệ sản xuất hàng loạt.

Xem tất cả các slide

lượt xem