Реферат «Нано-технологии» по Основам полиграфического производства (Манеев И. В.)

Кирилл Николоев пт, 15.04.2016 21:32

В качестве самостоятельной дисциплины нанонаука выделилась только в последние 7-10 лет. Однако уже 10-15 лет исследования наноструктур являются общим направлением для многих классических научных дисциплин. Химия среди них занимает одно из ведущих мест, так как открывает практически неограниченные возможности для разработки, получения и исследования свойств новых наноматериалов с заданными свойствами, нередко превосходящими по качеству природные материалы. В редакторской колонке CNRS International Magazine (Франция, апрель 2006 г.) отмечается: «нанонаука и ее «дублер», нанотехнология - две дисциплины, нацеленные на исследование и использование наномира, развиваются быстро и, возможно, станут базовыми для экономического роста в 21 веке».

По мнению большинства экспертов, нанотехнология представляет собой не только одну из ветвей высокой технологии, но является и системообразующим фактором экономики 21 века – экономики, основанной на знаниях, а не только на использовании природных ресурсов или их переработке. Новые подходы к проблеме получения материалов с заданными свойствами привлекают все большее внимание специалистов в медицине, фармакологии, энергетике, электронике, химической и нефтехимической промышленности, материаловедении, оптике, экологии, при создании новых видов топлива, новых методов химической и биологической защиты и др. В ближайшее время нанотехнологии станут составной частью нашей повседневной жизни, а во многих областях уже сегодня они надежно закрепились на ведущих позициях (электроника, оптика, косметика, фармакология, материаловедение).

По прогнозам на ближайшие 10-15 лет, нанотехнологическая продукция будет занимать ведущее место: из планируемого общего объема производства в 1 трлн дол. на производство наноматериалов отводится сумма в 340 млрд. Бурное развитие научных исследований отражается в огромном потоке публикаций: ежегодно их появляется около 800,000. Среди патентов, касающихся нанотехнологий, преобладают (более 30%) описания разработок в области химии, катализа и фармацевтики, и около 15% посвящены электронике.

Социальный аспект занимает особое место: важно не делать скоропалительных выводов о сказочных выгодах или какой-то угрозе человечеству. Необходимы исследования влияния нанообъектов на человека и окружающую среду.

Наноразмерные объекты занимают промежуточное положение между объемными материалами и атомами (или молекулами). Присутствие таких объектов в материалах придает материалам новые физические и химические свойства. Размерный фактор формирования свойств наноматериалов проявляется в изменении оптических, каталитических, механических, магнитных, термических и электрических свойств. Как правило, размерные эффекты действуют, когда размер зерен (частиц) не превышает 100 нм, и наиболее отчетливо проявляются, когда размер зерен становится менее 10 нм. Объекты нанометровых размеров: наночастицы или нанокластеры, двумерные тонкие пленки кристаллы для оптики, углеродные материалы (трубки, нановолокна, фуллерены). Наночастицы – это, по номенклатуре ИЮПАК (IUPAC – Международный союз теоретической и прикладной химии), размеры которых не превышают 100 нм и состоят из 106 или меньшего количества атомов. Наночастицу принято рассматривать как агрегат, являющийся частью объемного материала.

Нанотехнология имеет дело как с отдельными нано-объектами, так и с материалами на их основе, а также процессами на нано-уровне. К наноматериалам относятся такие материалы, основные физические характеристики которых определяются свойствами содержащихся в них нанообъектов.

Сущность нанотехнологии состоит в способности работать на атомном, молекулярном и супрамолекулярном уровне и создавать материалы с новыми свойствами и функциональными возможностями благодаря малым размерам элементов их структуры. Таким образом, наноматериалы – это контролируемое упорядочение нанообъектов. Изучая нанообъекты, исследователи накапливают знания и опыт для целенаправленного усовершенствованием свойств материалов и производства новых материалов с заданными свойствами.

По размерному признаку нанообъекты делят на три типа. Нанообъекты квази-нуль-мерные (0D) – это наночастицы (кластеры, коллоиды, нанокристаллы и фуллерены) содержащие от нескольких десятков до нескольких тысяч атомов, сгруппированных в связки или ансамбли в форме клетки. В этом случае все три измерения нанометровые. Нанообъекты квази-одномерные (1D): углеродные нанотрубки и нановолокна, наностержни, нанопроволоки т.е. цилиндрические объекты с одним измерением в несколько микрон, и двумя нанометровыми . В данном случае один характерный размер объекта, по крайней мере, на порядок превышает два другие; физики их называют «квантовые провода». Нанообъекты двумерные (2D): покрытия или пленки толщиной в несколько нанометров на поверхности блочного материала. В этом случае только одно измерение (толщина) нанометровое, два других являются макроскопическими.

Скачать файлы

Похожие документы