Невидимые помощники

Муниципальное  бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя  общеобразовательная  школа с. Нижняя  Елюзань

имени Героя Советского Союза  Т.К.Кержнева

СЕКЦИЯ: ФИЗИКА

Невидимые помощники

или что такое нанотехнологии

Выполнила:ученица 8 класса

Севастополева  Мадина

 МБОУ СОШ с. Нижняя Елюзань

имени Героя Советского Союза Т.К.Кержнева

Руководитель : Бадямшина  Наиля Фаттиховна

учитель  физики  МБОУ СОШ  с. Нижняя Елюзань

имени Героя Советского Союза Т.К. Кержнева

2016

     Содержание

1. Введение…………………………………………… стр.2

2. Основная часть.

2.1. Развитие нанотехнологий…………..……………стр.2-5

.

2.2. Применение нанотехнологий.

2.2.1. Опытно-экспериментальная часть---------------- стр.6-9

2.2.2. Возможное использование нанотехнологий ---стр.10-11

3. Заключение……………………………………………стр.12

4. Библиография………………………………………    стр.13

1. Введение.

     Актуальность работы заключается в том ,что нанотехнологии все активней входят в область научных исследований, а из нее – в нашу повседневную жизнь. Разработки ученых все чаще имеют дела с объектами микромира, атомами, молекулами, молекулярными цепочками. Создаваемые искусственно нанообъекты постоянно удивляют исследователей своими свойствами и обещают самые неожиданные перспективы своего применения.

     Главной целью моей работы является ознакомление с  нанотехнологией. Также я хочу выяснить применение этой науки в различных отраслях и узнать, могут ли нанотехнологии быть опасны для человека.

Задачи:

1. Проанализировать использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойствсвободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.      

2. Выявить преимущества наноматериалов при их использовании.

 Методы:  изучение литературы, наблюдение, эксперимент.

Объектом исследования является наука нанотехнология.

    Область науки и техники, именуемая нанотехнологией, появилась сравнительно недавно. Перспективы этой науки грандиозны. Сама частица «нано» означает одну миллиардную долю какой-либо величины. Например, нанометр - одна миллиардная доля метра. Эти размеры схожи с размерами молекул и атомов. Точное определение нанотехнологий звучит  так: нанотехнологии – это технологии, манипулирующие веществом на уровне атомов и молекул (поэтому нанотехнологии называют также молекулярной технологией). Толчком к развитию нанотехнологий послужила лекция Ричарда Фейнмана, в которой он научно доказывает, что с точки зрения физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов. Для обозначения средства эффективного манипулирования атомами было введено понятие ассемблера – молекулярной наномашины, которая может построить любую молекулярную структуру. Пример природного ассемблера – рибосома, синтезирующая белок в живых организмах. Очевидно, нанотехнологии - это не просто отдельная часть знаний, это масштабная, всесторонняя область исследований, связанных с фундаментальными науками. Можно сказать, что практически любой предмет, из тех, что изучаются в школе, так или иначе будет связан с технологиями будущего. Самой очевидной представляется связь “нано” с физикой, химией и биологией. По-видимому, именно эти науки получат наибольший толчок к развитию в связи с приближающейся нанотехнической революцией.

2. Основная часть.

2.1. Развитие нанотехнологий.

   Дедушкой нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. Он впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества. В течение двадцати с лишним веков люди пытались проникнуть в тайну строения этой частицы. Решение этой непосильной для многих поколений физиков задачи стало возможным в первой половине ХХ века после создания немецкими физиками Максом Кноллом и Эрнстом Руской электронного микроскопа, который впервые позволил исследовать нанообъекты. Человечество стало подходить вплотную к оперированию нанообъектами. Осознание стратегической важности нанотехнологий привело к тому, что в разных странах на уровне правительств и крупнейших фирм созданы и успешно выполняются программы работ по нанотехнологиям. В Японии программа работ по нанотехнологии получила высший государственный приоритет. Данный проект спонсирует не только государство, но и дополнительно около 60 частных фирм. Кроме данного проекта, в Японии финансировалось около дюжины проектов, посвящённых различным аспектам нанотехнологии. В Европе более чем в 40 лабораториях проводятся нанотехнологические исследования и разработки, финансируемые как по государственным, так и по международным программам (программа НАТО по нанотехнологии). Кроме того, программы работ по нанотехнологии приобрели статус государственных программ даже в сравнительно небольших странах типа Голландии и Финляндии. В США отставание от Японии в финансировании работ по нанотехнологии стало предметом государственного обсуждения, в результате которого объём финансирования одних только фундаментальных исследований каждый год стал удваиваться. О состоянии российской наноиндустрии можно сказать следующее: достигнуты высокие результаты в области создания нанотехнологических приборов и установок. Разрабатываются новые методы получения наноматериалов. В настоящее время в России  существует целевая государственная программа финансирования работ в области нанотехнологий. Выдаются гранты на прикладные исследования в нанотехнологии по отдельным международным программам, а также выделяются средства  передовым предприятиям.

2.2. Применение нанотехнологий. 

Эксперимент 1.Гидрофобизация поверхности кирпича.

В этом эксперименте мы научимся придавать поверхности кирпича водоотталкивающие (гидрофобные) свойства, то есть произведем их гидрофобизацию.

1.Для эксперимента я взяла простую поверхность кирпича.

2.Перед обработкой поверхность подготовить - тщательно очистить, удалить налет и высушить.

3.Распылим на половине поверхности кирпича гидрофобизирующий состав из баллончика так, чтобы он покрыл его сплошным слоем.

4.Подождем, пока состав полностью высохнет. Водоотталкивающий эффект проявится только на абсолютно сухой поверхности.

5.Затем гидрофобизированную поверхность можно подвергнуть испытаниям на воздействие различных жидкостей: кофе, воды, лимонада и т.д. В моем же случае я выбрала воду. Но нужно также иметь ввиду, что к полученному покрытию могут прилипать краски на акриловой основе.

Итак, в результате эксперимента мы увидели проявление водоотталкивающего эффекта с четко выраженным образованием капель. Это говорит о том, что под действием сил поверхностного натяжения вода стремится принять шарообразную форму, поскольку такая форма наиболее выгодна энергетически – при минимальной площади поверхности шар имеет максимальный объем. Полностью высохшее покрытие является довольно износостойким, но его легко разрушить с помощью химических веществ.

Эксперимент 2.Гиброфобизафия поверхности тканей.

Этот эксперимент очень похож на предыдущий, только сейчас нам предстоит придать водо- и маслоотталкивающие свойства поверхностям ткани и бумаги. Для этого на поверхности волокон нужно сформировать невидимую пленку – толщиной всего несколько нанометров. Через водоотталкивающий слой на поверхности ткани или бумаги вода проникает значительно медленнее, а количество загрязнений, остающихся на такой поверхности, уменьшается. Многие производители массовых текстильных изделий галстуков, костюмов, дождевиков и т. обрабатывают их подобным способом. Особое место занимают покрытия для навесов, зонтов и подобных изделий, которые подвергаются постоянному воздействию атмосферных осадков.

1.Перед нанесением покрытия ткань необходимо тщательно очистить, удалить все загрязнения и полностью высушить.

2.Перед применением состава тщательно взболтаем содержимое баллончика. Распылим состав для ткани на сухую ткань. Активный компонент должен равномерно наноситься по всей поверхности, чтобы на ней образовался тонкий влажный слой покрытия.

3. Высушим покрытие при комнатной температуре или даже для быстроты используем обычный фен для волос.

4. Далее гидрофобизированную ткань можно подвергнуть испытаниям на воздействие различных жидкостей.

Итак, обработанная ткань не впитывает большинство жидкостей, которые после гиброфобизации собираются в капли и скатываются с нее. Поскольку гидрофобизирующий состав образует тонкую пленку только на нитях, то ткань после обработки может «дышать».

Эксперимент 3. Невидимая краска для стекла – средство от запотевания поверхности.

Теперь мы узнаем, как придать поверхности свойство, противоположное гидрофобности – гидрофильность, то есть способность вещества смачиваться водой. Поверхность, обработанная так называемым средством от запотевания, также не впитывает воду, но водные растворы полностью смачивают поверхность и равномерно распределяются по ней, и поэтому вместо капель мы увидим только чистую поверхность. В этом эксперименте мы будем обрабатывать поверхность стекла гидрофильным средством, но не просто нанесем его, а напишем этой краской секретное сообщение. Подобную технологию применяют для обработки автомобильных фар и зеркал, медицинских оптических приборов, которые следует защищать от конденсации на них жидкостей.

1.Взболтаем бутылочку с невидимой краской.

2.Окунем кисть в краску так, чтобы она слегка увлажнилась

3.Легкими прикосновениями кисти напишем или нарисуем что-нибудь на поверхности стекла.

4. подождем несколько минут, чтобы состав высох.

5.Подышим на обработанную поверхность

Средство от запотевания можно нанести также на зеркала в ванной комнате, на очки или визоры мотоциклетного шлема.

Итак, когда мы подышали на обработанную поверхность, все стекло запотеет, кроме надписи. Это изображение будет сохранятся до тех пор, пока стекло не очистят. На поверхности рисунка формируется тонкий гидрофильный слой, который равномерно распределяет по всей обработанной поверхности капельки конденсата, образующегося из выдыхаемого нами воздуха. На поверхности рисунка может удерживаться только очень тонкая пленка из молекул воды, которая абсолютно прозрачна и поэтому практически невидима. Обработанная поверхность стекла не запотевает.

Эксперимент 4. Защита от огня.

Бумага, картон и древесина- все эти материалы состоят в основном из углеводов. Если обработать бумагу огнезащитным составом, а потом ее нагреть, фосфаты химически связываются с углеводами и способствуют их обугливанию, однако этот процесс протекает без горения. При взаимодействии фосфатов с углеводами образуются сложные эфиры фосфорной кислоты, которые разлагаются под действием тепла с образованием фосфорной кислоты и углерода.

Соединения азота в этом случае выполняют следующую функцию: под действием тепла выделяется азот, который является инертным газом, не поддерживающим горение, и азот начинает вытеснять кислород, который необходим для реакции горения.

1.Распылим на лист бумаги состав из баллончика защита от огня  с расстояния не менее 10 см.

2.Дадим бумаге полностью высохнуть.

3.Теперь попробуем поджечь обработанную бумагу.

Итак, при воздействии пламени начинает выделяться инертный газ азот, и пропитанный огнезащитным составом материал обугливается без появления огня. Пламя не распространяется на обработанную поверхность.

Эксперимент 5. Повышение электропроводности с помощью оксидов индия и олова.

Стекло, способное проводить электрический ток, необходимо для изготовления солнечных элементов. Электропроводность обычного стекла и стекла, на которое нанесен слой ITO , мы проверим с помощью многопозиционного переключателя. О наличии электрического тока будет свидетельствовать мигающий сигнал светодиода.

Соберем электрическую схему, и сначала включим в нее необработанное стекло, сигнала нет.

Затем вставим в схему стекло с покрытием ито и построим эксперимент, сигнал есть

Итак, обычное стекло не способно проводить электрический ток, о чем свидетельствует отсутствие сигнала светодиода. Стекло с покрытием ито проводит электрический ток ,в этом случаем мы наблюдаем мигающий сигнал светодиода. Такие стекла ито применяют в фотоэлектродах, солнечных элементах и т.д.

Заключение

Нанотехнологии - символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации.

Возможности использования нанотехнологий практически неисчерпаемы - начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.

Нанотехнологии на сегодняшний день находятся в младенческом возрасте, тая в себе огромный потенциал.

Большие перспективы несут в себе и большие опасности. В этом отношении человек должен с максимальной осторожностью отнестись к небывалым возможностям нанотехнологий, направляя свои исследования на мирные цели. В противном случае он может подставить под удар свое собственное существование. Еще страшнее, если эти технологии попадут в грязные руки. История показывает, как могут использоваться самые лучшие научные достижения для уничтожения друг друга..

Одним словом, нас ожидает наномир, о котором мы знаем пока еще очень мало. Почти ничего не знаем. Но будем надеяться, что и ученые и правительства всего мира найдут достаточно сил и средств, чтобы направить достижения нанотехологий на добрые дела  без выхода за рамки благоразумия.

Использованная литература

1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса, П.Аливисатоса. М., 2002.
2. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М., 2003.
3. Интернет ресурсы:

1. http://korrespondent.ru

2.www.nanonewsnet.ru/