Презентация на тему наноматериалы. Нанотехнологии и наноматериалы. Нанотехнологии, которые мы используем в жизни

Слайд 7

Использование нанотехнологий в медицине

Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань. Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллыгидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека - таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.

Слайд 8

Нанотехнологии и мода

Впервые нанотехнологии стали применять в производстве модной одежды около года назад. С того времени некоторые из модельеров начали сотрудничество с учеными для производства моделей, так называемой, "функциональной одежды". Она будет отличаться от привычной нам не только внешним видом, но и свойствами ткани из которой она изготовлена.

Слайд 9

Не требует стирки В ней невозможно заболеть Не пропускает вредные газы и защищает от современной экологии 1 кв. метр ткани стоит примерно 10тыс. $

Слайд 10

Компьютер в чашке-термосе

Студент-дизайнер Джейсон Фарсай придумал компьютер Yuno, встроенный в кружку-термос для кофе. Программная часть этого кружки-компьютера будет состоять из виджетов, демонстрирующих погоду, дорожную обстановку, биржевые котировки, электронную почту и т.д.

Слайд 11

Компания Nokia и специалисты из Кембриджского университета недавно показали интересную новинку — растягиваемый мобильный телефон Morph, сделанный с применением нанотехнологий.

Слайд 12

Спутники тоже созданы на основе нанотехнологий

Слайд 13

Нанороботы и компьютеры

Слайд 14

Нанотехнологи шутят

Наноунитаз получил приз на 49 интернациональном конкурсе микрографии как будто самая эксцентричная занятие 2005 года. Всего в конкурсе участвовало более 40 работ, однако проект от SII NanoTechnology оказался самым необычным. Такого использования нанотехнологий жюри еще не видело!

Слайд 15

Вывод: Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, вследствие чего изменится экономика и будут затронуты все стороны быта, работы, социальных отношений. Использование инновационных материалов XXI века позволит воплощать в реальность самые немыслимые проекты. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни. Камень преткновения современной нанотехнологии - невозможность массового производства высокотехнологичных продуктов. Результаты, демонстрирующие потенциальные возможности нанотехнологии, уже достигнуты, но технологий массового производства пока не существует.

Посмотреть все слайды

Нанотехнология может быть определена как совокупность технических процессов, связанных с манипуляциями молекулами и атомами в масштабах 1 – 100 нм.

Слайд 2

Слайд 3: Свойства нанообъектов

На многих объектах в физике, химии и биологии показано, что переход на наноуровень приводит к появлению качественных изменений физико-химических свойствах отдельных соединений и получаемых на их основе систем. Речь идет о коэффициенте оптического сопротивления, электропроводности, магнитных свойствах, прочности, термостойкости.

Слайд 4

Более того, согласно наблюдениям новые материалы, получаемые с использованием нанотехнологий, значительно превосходят по своим физическим, механическим, термическим и оптическим свойствам аналоги микрометрического масштаба.

Слайд 5

Слайд 6: Нанохимия

С развитием новых методов исследования строения вещества появилась возможность получать информацию о частицах, содержащих небольшое (< 100) количество атомов. Подобные частицы с размером около 1 нм (10 -9 м) обнаружили необычные, трудно предсказуемые химические свойства. Оказалось, что такие наночастицы обладают высокой активностью и с ними возможно осуществление реакций, которые не идут с частицами макроскопического размера. Изучением химических свойств таких частиц и занимается нанохимия.

Слайд 7: Частицы, например, металлов размером ≤ 1 нм содержат около 10 атомов, которые формируют поверхностную частицу, не имеющую объема и обладающую высокой химической активностью

Классификация частиц по размерам Физико-химические свойства начинают описывать количеством атомов

Слайд 8: Нанохимия – это область, исследующая получение, строение, свойства и реакционную способность частиц и сформированных из них ансамблей, которые по крайней мере в одном измерении имеют размер ≤ 10 нм

Появляется представление о размерных эффектах, свойства зависят от количества атомов или молекул в частице. Наночастицы можно рассматривать как промежуточные образования между отдельными атомами с одной стороны, и твердым телом – с другой. Важно расположение атомов внутри структуры, формируемой из наночастиц. Понятие фазы выражено менее четко.

Слайд 9

10

Слайд 10: В нанохимии возникают вопросы, связанные с терминологией

7-я Международная конференция по наноструктурным материалам (г. Висбаден, 2004) предложила следующую их классификацию: нанопористые твердые вещества наночастицы нанотрубки и нановолокна нанодисперсии наноструктурные поверхности и пленки нанокристаллические материалы

11

Слайд 11

12

Слайд 12

13

Слайд 13: Продолжение Таблицы 10

Кислотные дожди Поиски альтернативных источников энергии (отказ от сжигания ископаемого топлива, использование природных источников); повышение кпд устройств, работающих на солнечной энергии Новые топливные элементы Уменьшение или прекращение выброса окислов серы и азота транспортными и промышленными установками

14

Слайд 14

15

Слайд 15

Ожидается, что наноэнергетика позволит значительно повысить эффективность систем преобразования и аккумулирования солнечной энергии Катализаторы на основе наночастиц Применение нанопористых материалов. Пористые углеродные материалы применяются в качестве молекулярных сит, сорбентов, мембран. Цель – получение структур с высокой удельной способностью к газопоглощению (в частности, водорода или метана). Это основа для разработки топливных элементов нового типа, обеспечивающих экологическую чистоту транспорта и энергетических установок.

16

Слайд 16: Наноразмерные катализаторы и сорбенты

Наноразмерный катализ приводит как к возрастанию активности катализатора и его селективности, так и к регулированию процессов химической реакции и свойств конечного продукта. Такая возможность появляется не только путем изменения размеров нанокластеров, входящих в катализатор, и удельной поверхности, но и за счет появления новых размерных свойств и химического состава поверхности.

17

Слайд 17

18

Слайд 18

19

Слайд 19

20

Слайд 20: Фотокаталитическая активность TiO 2. Процессы с участием растворенного кислорода

21

Слайд 21: Нанокластеры золота

В качестве примера можно рассмотреть возникновение каталитической активности кластеров золота с размерами 3–5 нм, в то время как массивное золото не активно. Так, нанокластеры золота, нанесенные на подложку из оксида алюминия, эффективно катализируют окисление СО при низких температурах до –70 °С, а также обладают высокой избирательностью в реакциях восстановления оксидов азота при комнатной температуре. Подобные катализаторы эффективны для устранения запахов в закрытых помещениях.

22

Слайд 22

23

Слайд 23

24

Слайд 24

В США в ближайшем будущем ожидается коммерческое производство нанокластеров оксидов металлов для обеззараживания боевых отравляющих веществ, для защиты армии и населения при нападении террористов, а также высокопористых нанокомпозитов в виде таблеток или гранул для очистки и дезинфекции воздуха, например, в самолетах, казармах и т.д.

25

Слайд 25: Полимерные нановолокна

Широкое распространение получает изготовление полимерных нановолокон диаметром менее 100 нм. Эти волокна используют для изготовления так называемой активной одежды, которая способствует самозаживлению ран и обеспечивает диагностику состояний с восприятием команд извне, т.е. работает также в режиме сенсора.

26

Слайд 26: Биоактивные фильтры

На основе нановолокон создаются биоактивные фильтры. Так, американские фирмы Argonide и NanoCeram наладили выпуск волокон диаметром 2 нм и длиной 10–100 нм из минерала бемита (AlOOH). Благодаря большому количеству гидроксильных групп эти волокна, объединенные в более крупные агрегаты, активно сорбируют отрицательно заряженные бактерии, вирусы, различного рода неорганические и органические фрагменты и обеспечивают тем самым эффективную очистку воды, а также стерилизацию медицинских сывороток и биологических сред.

27

Слайд 27: Прогноз развития нанотехнологий

Текущие применения: термозащита, оптическая защита (видимый и УФ диапазон излучения), самоочищающиеся стекла, цветные стекла, солнечные экраны, пигменты, чернила для принтеров, косметика, абразивные наночастицы, носители для записи информации.

28

Слайд 28

2) Перспектива 1–5 лет: идентификация и выявление подделок среди банкнот, документов, лейблов различных товаров, частей автомобилей и механизмов и т.д., нанесение открытых и тайных красящих меток, проявляемыхпри высвечивании, химические и биологические сенсоры, диагностика заболеваний и генная терапия, направленный транспорт лекарств, люминесцентные метки для биологического скрининга, лечебная спецодежда, нанесение специальных кодов, нанокомпозиционные материалы для транспорта, легкие и антикоррозионные материалы для авиационной промышленности, нанотехнология для производства пищевых продуктов, светоперестраиваемые лазеры и излучающие, в том числе фотоэлектрохимические диоды, электромеханические активаторы.

29

Слайд 29

3) Перспектива 6–10 лет: плоские панельные дисплеи, солнечные ячейки и батареи, термоэлектронные устройства для микророботов и нанороботов, устройства хранения информации, устройства контроля и обеззараживания объектов и окружающей среды, нанокатализаторы высокой производительности и селективности, использование нанотехнологии для изготовления протезов и искусственных органов. 4) Перспектива 10–30 лет: одноэлектронные устройства, квантовые компьютеры.

30

Слайд 30: Наночастицы на основе углерода

Аллотропные модификации – различные структурные формы одного элемента. Широко распространенными модификациями углерода являются графит и алмаз, известен также карбин. В углероде заложена способность к созданию в трехмерном мире химически стабильных двумерных мембран толщиной в один атом. Это свойство углерода имеет важное значение для химии и технологического развития в целом.

31

Слайд 31: Фуллерены – новые аллотропные модификации углерода

В 1985 г. произошло важное открытие в химии одного из наиболее изученных элементов – углерода. Коллектив авторов: Крото (Англия), Хит, О ’ Брайен, Керл и Смолли (США), исследуя масс-спектры паров графита, полученных при лазерном облучении (импульсный эксимерный лазер ArF, λ =193 нм, энергия 6,4 эВ) твердого образца, обнаружили пики, соответствующие массам 720 и 840. Они предположили, что данные пики соответствуют индивидуальным молекулам С 60 и С 70.

32

Слайд 32: Фуллерен С 60 принадлежит к тем редким химическим структурам, которые обладают наивысшей точечной симметрией, а именно симметрией икосаэдра I h

Сферическая оболочка из 60 атомов образована пяти- и шестичленными циклами. Каждый пятичленный цикл соединен с пятью шестичленными. В молекуле отсутствуют пятичленные циклы, соединенные друг с другом. Всего в молекуле 12 пентагонов и 20 гексагонов. В 1996 г. Крото, Керл и Смолли были удостоены Нобелевской премии по химии за открытие, разработку методов получения и исследование фуллеренов, причем Нобелевский комитет сравнил это открытие по значимости не более не менее как с открытием Америки Колумбом.

33

Слайд 33

Рис. 2. Изомер С 60 в виде "початка". Заштрихованные области показывают смещение  -электронного облака относительно атомов молекулы, образующих боковую поверхность структуры

34

Слайд 34: Молекулы были названы фуллеренами по имени архитектора Фуллера, автора сетчатых ажурных конструкций (павильон США на Всемирной выставки ЭКСПО-67 в Монреале и др.)

35

Слайд 35: Зависимость масс-спектров от условий кластеризации

Было обнаружено, что относительная интенсивность пика С 60 зависит от условий, увеличиваясь при повышении температуры. Следовательно, изомер (или изомеры), ответственный за высокую интенсивность пика, должен обладать повышенной химической стабильностью, чтобы «выживать» при увеличении числа соударений. Изомеры с висячими углеродными связями будут обладать высокой реакционной способностью и не смогут выжить при столкновениях. Роль химически активных столкновений проявляется в том, что в масс-спектрах наблюдаются только фуллерены с четным числом атомов углерода (С 60, С 70 и др.).

Нанотехнология - наука и техника создания,
изготовления, характеризации и реализации
материалов и функциональных структур и
устройств на атомном, молекулярном и
нанометровом уровнях.
Наноматериалы - материалы, созданные с
использованием наночастиц или посредством
нанотехнологий, обладающие какими-либо
уникальными свойствами, обусловленными
присутствием этих частиц в материале.