Носители на базе нанотехнологий сообщение

Обновлено: 16.05.2024

Обращение с радиоактивными отходами и Радиоэкология
22 и 24 февраля состоятся лекции "Материалы атомной энергетики и их жизненный цикл. Обращение с радиоактивными отходами.", лектор: к.х.н., доц. В.Г.Петров, МГУ (22 февраля в 17:00 мск.) и "Радиоэкология", лектор: член – корр. РАН, д.х.н., проф., декан х/ф МГУ С.Н.Калмыков (24 февраля в 18:00 мск). 21 февраля лекции не будет!

Жизненный цикл материалов
Коллектив авторов
В рамках Научно – Образовательной Школы МГУ “Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды” с 8 февраля 2022 года и до 31 марта 2022 года факультет наук о материалах и химический факультет МГУ начинают чтение уникального курса "Жизненный цикл материалов".

Электронные материалы Заочной Научно - Технологической Школы - 2021
А.А.Семенова , Е.А.Гудилин , коллектив авторов
С 15 ноября по 15 декабря 2021 в рамках XVI Всероссийской Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" проведено подготовительное мероприятие для потенциальных участников Олимпиады - Заочная Научно-Технологическая Школа (ЗНТШ'2021). В этой статье собраны основные факты и сборник электронных материалов ЗНТШ.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.

Неуклонное увеличение объема данных, обрушивающихся на пользователей компьютерных систем, заставляет исследователей находить новые резервы в уже существующих технологиях и заниматься поиском альтернативных решений. Одним из перспективных направлений в этой области является освоение нанотехнологий.

Если говорить об используемых ныне технологических решениях, то сегодня в тройку наиболее популярных накопителей входят жесткие магнитные диски, оптические диски и носители на базе флэш-памяти. Каждая из этих технологий пока еще имеет резервы для дальнейшего развития, однако рано или поздно наступит момент, когда все потенциальные возможности будут исчерпаны. И тогда на сцену выйдут принципиально иные решения, прототипы которых пока еще не покинули стен исследовательских лабораторий.

11 июня 2002 года сотрудники расположенного в Цюрихе исследовательского центра компании IBM продемонстрировали работоспособный прототип устройства хранения данных, обеспечивающего плотность записи в один триллион (1012) бит на квадратный дюйм, что на порядок превосходит наилучшие показатели технологий, использующих магнитную запись. Для наглядности можно сказать, что разработанная учеными IBM технология позволяет сохранить 25 млн. страниц текста на носителе размером с почтовую марку. Столь выдающиеся результаты стали возможными благодаря исследованиям, проведенным специалистами IBM в рамках проекта под кодовым названием Millipede.

Ядром Millipede является двумерный массив микроприводов, представляющих собой v-образные силиконовые рычаги длиной 70 мкм и толщиной всего 0,5 мкм. На конце подвеса каждого микропривода имеется обращенная вниз игла длиной чуть менее 2 мкм. Существующая сегодня экспериментальная установка оснащена массивом из 1024 микроприводов (32 ряда по 32 элемента), физический размер которого составляет 3×3 мм.

Специально разработанная конструкция подвеса массива игл выполняет две основные функции: обеспечивает точность позиционирования массива и предохраняет носитель информации от повреждений, компенсируя внешние физические воздействия (вибрации и удары). Управляющая электронная схема, аналогичная используемой в чипах DRAM-памяти, позволяет одновременно посылать индивидуальные команды каждому из микроприводов, обеспечивая их слаженную совместную работу. Каждая игла обслуживает область размером 100×100 мкм; точное перемещение носителя информации в двух направлениях осуществляет прецизионный электромагнитный привод. Благодаря малому ходу носителя энергопотребление системы невелико.

Все необходимые операции: чтение, запись, стирание и перезапись осуществляются при соприкосновении игл с тонкой полимерной пленкой, покрытой слоем силиконового материала толщиной всего несколько нанометров. Нанесение углубления, соответствующего одному биту, производится путем нагревания встроенного в микропривод резистора до 400 °С. Нагретая до этой температуры игла размягчает полимер и на короткое время погружается в него, формируя углубление. При чтении нагрев производится до меньшей температуры 300 °С, которая недостаточна для размягчения используемого полимерного материала. Благодаря высокой теплопроводности полимера игла при погружении в имеющееся углубление остывает, в результате чего изменяется сопротивление резистора, которое также отслеживается управляющей схемой. При перезаписи данных игла совершает несколько движений с небольшим смещением относительно центра ранее сделанного углубления как бы разравнивая поверхность полимерного материала.

Удельная плотность записи экспериментальной установки, оснащенной массивом из 1024 игл, составляет 200 Гбит/кв. дюйм, что позволяет сохранить до 0,5 Гбайт на носителе размером 3×3 мм. Один из руководителей проекта Millipede заявил, что в будущем возможно тысячекратное увеличение плотности записи по сравнению с достигнутыми на экспериментальной установке результатами.

При работе со скоростью порядка нескольких мегабит в секунду экспериментальная установка Millipede потребляет около 100 мВт, что сопоставимо с энергозатратами современных модулей флэш-памяти и значительно меньше аналогичного параметра устройств, использующих магнитную запись.

NanoMem память в рулоне

ще более привлекательными характеристиками обладает носитель NanoMem, о создании которого 24 июня прошлого года официально объявила Rolltronics Corporation. NanoMem это энергонезависимая молекулярная память, изготавливаемая в виде очень тонкой пленки.

В процессе производства слои носителя NanoMem наносятся на гибкую пластиковую подложку или на металлическую фольгу по фирменной технологии Rolltronics. Использование технологических достижений Rolltronics позволило сократить затраты на производство как минимум в пять раз по сравнению с традиционным процессом.

Если проводить сравнение параметров NanoMem с современными носителями на базе флэш-памяти, то новый молекулярный носитель как минимум на порядок превосходит флэш-память по удельной емкости и при этом обладает значительно меньшей себестоимостью.

Rolltronics уже представила первые прототипы устройств хранения данных, базирующиеся на молекулярной памяти, которые обладают весьма впечатляющими характеристиками. Это модуль PC Card емкостью 64 Гбайт и внешний USB-модуль емкостью 5 Тбайт, имеющий размеры стандартного 3,5-дюймового жесткого диска (2,5×10×15 см).

Если говорить о надежности NanoMem, то в ходе тестирования, проведенного доктором Аленом Бардом (Allen Bard) из Техасского университета, были подтверждены следующие данные: абсолютная сохранность данных после отсутствия питания в течение 7 тыс. ч (то есть почти 10 месяцев), а также полное отсутствие ошибок после 1,5 млрд. циклов чтения-записи.

Ожидается, что первые серийные изделия на базе NanoMem появятся в продаже уже в 2004 году.

Сущность нанотехнологий, возлагаемые на них задачи и механизмы функционирования. Основные черты современных информационных технологий. Создание ядра операционной системы и нового теплоотводного интерфейса микросхемы с использованием нанотехнологий.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	28.03.2011
Размер файла	17,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

По предмету: Информатика

Выполнила студентка 2 курса

Спец. Финансы и кредит

Проверил: Гришин В.А.

Содержание

Глава 1. Основные положения нанотехнологий

1.1 Понятие нанотехнологий

1.2 Понятие информационных технологий

1.3 Нанотехнологии в информационных технологиях

Глава 2. Пример практического приложения

2.1 Процессор Power-7

Введение

Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Теперь большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации, достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии станет освоение нанотехнологий, в частности, систем очень малого размера, способных выполнять команды людей.

Нанотехноломгия - междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

В отличие от традиционных технологий нанотехнологии характеризуются повышенной наукоёмкостью и затратностью, а также междисциплинарностью и неэффективностью решения задач методом “проб и ошибок”.

Технический прогресс направлен в сторону разработки более мощных, быстрых, компактных и изящных машин. Пределом такого развития можно считать машины, размером с молекулу.

Актуальность темы обусловлена значимостью нанотехнологий в нашей жизни, в глобальных масштабах мирового общества.

Глава 1. Основные положения нанотехнологий

1.1 Понятие нанотехнологий

нанотехнология информационный ядро интерфейс

Технологией называется совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.

Само понятие "нанотехнология" было введено японцем Норио Танигучи (Norio Taniguchi) в 1974, он предложил называть так технологии и механизмы, размером менее одного микрона, а так же дал краткое определение нанотехнологии, как: междисциплинарной, образующей технологии, позволяющей "технологично" (воспроизводимо, по описанным процедурам) производить исследования, манипуляцию и обработку вещества в диапазоне размеров и с допусками 0,1/100 нм.

Нанотехнологии смогут помочь человечеству достигнуть очень амбициозных (даже фантастических) задач:

§ создание новейших промышленных технологий на атомарном и молекулярном уровнях;

§ твердых тел и поверхностей (материалов и пленок) с измененной молекулярной структурой, что даст сверхпрочные металлы, ткани, пластмассы; самовосстанавливающиеся материалы;

§ новых химических веществ посредством составления из молекул, т.е. без химических реакций;

§ логических наноэлементов и нанокомпьютеров (миниатюризация и повышение вычислительной мощности компьютеров), и сверхпроводников нового типа (сверххолодных);

§ вычислительных устройств на белковых молекулах;

§ искусственных аналогов живых организмов (растений и животных);

§ нанороботов, наномашин (нанодвигателей), прецизионных (точных) наноманипуляторов;

§ роботов-врачей для имплантации в организм (для устранения генетических и физиологических повреждений на клеточном и надклеточном уровнях);

§ нанороботов, наномашин (нанодвигателей), прецизионных (точных) наноманипуляторов;

§ разработка самореплицирующихся (саморазмножающихся) систем на базе биоаналогов - бактерий, вирусов, простейших;

Особенность нанотехнологии заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров. "Сырьем" являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии для нанотехнологии характерен "индивидуальный" подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как "бездефектные" материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометровыми размерами.

В силу того, что нанотехнология - междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы что и "классические" биология, химия, физика. Одним из основных методов исследования в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только "классические" зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими микроскопами, электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трехмерной структуры материалов).

Анализ текущего состояния бурно развивающейся области нанотехнологий, позволяет выделить в ней ряд важнейших направлений:

Молекулярный дизайн. Препарирование имеющихся молекул и синтез новых молекул в сильно неоднородных электромагнитных полях.

Материаловедение. Создание "бездефектных" высокопрочных материалов, материалов с высокой проводимостью.

Приборостроение. Создание сканирующих туннельных микроскопов, атомно-силовых микроскопов, магнитных силовых микроскопов, многоострийных систем для молекулярного дизайна, миниатюрных сверхчувствительных датчиков, нанороботов.

Электроника. Конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем.

Оптика. Создание нанолазеров. Синтез многоострийных систем с нанолазерами.

Гетерогенный катализ. Разработка катализаторов с наноструктурами для классов реакций селективного катализа.

Медицина. Проектирование наноинструментария для уничтожения вирусов, локального "ремонта" органов, высокоточной доставки доз лекарств в определенные места живого организма.

Трибология. Определение связи наноструктуры материалов и сил трения и использование этих знаний для изготовления перспективных пар трения.

Управляемые ядерные реакции. Наноускорители частиц, нестатистические ядерные реакции.

1.2 Понятие информационных технологий

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) - широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, в том числе, с применением вычислительной техники.

В последнее время под информационными технологиями чаще всего понимают компьютерные технологии. В частности, информационные технологии имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.

Основные черты современных информационных технологий:

- компьютерная обработка информации по заданным алгоритмам;

- хранение больших объёмов информации на машинных носителях;

- передача информации на любые расстояния в ограниченное время.

Информационная технология формирует передний край научно-технического прогресса, создает информационный фундамент развития науки и всех остальных технологий.

Развитие информационных технологий во всем мире объясняется возросшей интенсивностью информационных потоков вследствие развития процессов глобализации мировой экономики и становления информационного пространства. Управленческая деятельность нуждается в информационном обеспечении, так как обработка информации для принятия управленческих решений и выработки управляющих воздействий занимает достаточно много времени.

В широком понимании информационные технологии охватывают все области передачи, хранения и восприятия информации и не только компьютерные технологии. При этом ИТ часто ассоциируют именно с компьютерными технологиями, и это не случайно: появление компьютеров вывело ИТ на новый уровень. Как когда-то телевидение, а ещё ранее печатное дело. При этом основой информационных технологий являются технологии обработки, хранения и восприятия информации.

1.3 Нанотехнологии в информационных технологиях

В развитых зарубежных странах нанотехнологиям уделяется большое внимание - создаются исследовательские институты, развернута подготовка специалистов. В США этими вопросами занимаются такие известные фирмы, как Intel, MEMS Industry Group, Sandia National Labs. Рассматриваемый круг вопросов - от ручки без разбрызгивания чернил до беспроволочной передачи данных, оптических устройств управления оружием и миниспутников. Агентство перспективных разработок МО США реализует программу "Умная пыль", направленную на создание сверхминиатюрных устройств, способных генерировать энергию, проводить мониторинг окружающей среды, накапливать и передавать информацию.

Очень значимое достижение в области нанотехнологий - создание ядра операционной системы.

Ядром - центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память и внешнее аппаратное обеспечение. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

На данное время уже выпущены операционные системы на основе 2, 4 и 6 ядер.

Так же, ученые из Пердью (штат Индиана, США) явили миру новый теплоотводный интерфейс, призванный защищать микросхемы будущего от перегрева. Ученые решили отказаться от традиционного интерфейса на мазевой основе, содержащей мелкие металлические частицы. Вместо этого они предложили выращивать теплоотводные элементы прямо на поверхности микросхемы. В результате поверхность чипа покрывалась целым лесом наноскопических углеродных нанотрубочек, которые и представляли собой основу нового теплоотводного интерфейса. Для выращивания нанолеса на поверхности полупроводника были нанесен рисунок с использованием специальных шаблонов из молекул с разветвленной цепью, именуемых дендримерами (dendrimers). Затем в точках разветвления рисунка были размещены частицы-катализаторы роста углеродных трубочек, выполненные из переходных металлов: железа, никеля, кобальта или палладия диаметром порядка 10 нм. Обработанные катализаторами полупроводники помещались в камеру с метановой атмосферой, где и происходил собственно процесс "выращивания" углеродных нанотрубок с диаметром, стремящимся к таковому частиц-катализаторов.

С точки зрения разработчиков, похожий на ковровое покрытие, углеродный нанолес превосходит по эффективности современные теплоотводящие материалы на мазевой основе. Еще одно неоспоримое преимущество новой технологии - отсутствие необходимости в "чистой комнате", т.е. процесс производства не требует создания специальных стерильных условий, что, несомненно, способствует скорейшему внедрению новой технологии в коммерческое производство.

Глава 2. Пример практического приложения

2.1 Процессор Power-7

Как сообщил Росс Маури (Ross Mauri), директор серверного направления IBM, новые процессоры будут обладать тактовой частотой от 3 до 4,14 гигагерца. При изготовлении нового поколения чипов IBM перешла с 65- на 45-нанометровый техпроцесс. При разработке процессоров Power-7 IBM использовала технологии и наработки, полученные во время создания суперкомпьютера Roadrunner, находящегося в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Чип, по данным IBM, должен содержать 1,2 миллиарда транзисторов на 45 нм кристалле. Каждое ядро получит 12 исполнительных единиц, современные наборы предварительной выборки данных и команд и 32 потока на чип.

Каждое из восьми ядер процессора Power-7 может выполнять четыре потока вычислений одновременно. Потребление энергии нового чипа, изготовленного по 45-нанометровой технологии, такое же, как у Power-6. Но производительность выше в два-три раза.

Другая ключевая особенность - размещение 32 мегабайт кэш-памяти L3 непосредственно на кристалле. IBM впервые использовала в процессоре память типа eDRAM (embedded dynamic RAM). Ранее использовалась память SRAM (static RAM), которая находилась на отдельной плате расширения. Старая память быстрее, но за счет сокращения расстояния до вычислительных ядер компании удалось добиться от eDRAM большей производительности.

Каждое ядро адресует 64 килобайта кэш-памяти L1 (по 32 килобайта инструкций и данных) и 256 килобайт L2. В процессор встроены два двухканальных контроллера внешней памяти DDR3. Они обеспечивают постоянную пропускную способность 100 гигабайт в секунду.

Новая технология IBM Unique Intelligent Energy позволит отключать неиспользуемые части системы, что способствует снижению потребления электроэнергии. Чипы также будут оснащены новой технологией TurboCore, предоставляющей пользователям возможность самостоятельно увеличивать производительность ядер процессора. Данная технология направляет пропускную способность и память всех восьми ядер на четыре активных ядра для увеличения удельной производительности каждого из них.

Системы на Power-7 в два раза превосходят системы на Power-6 по производительности и в четыре - по энергоэффективности.

Предполагаемые конкуренты процессоров IBM Power-7, чипы Intel Xeon, обычно оснащены четырьмя ядрами, каждое из которых может поддерживать по два потока. По заверениям IBM, Power-7 является самым быстрым процессором в мире.

Одновременно IBM представила четыре сервера, построенных на базе Power-7. Модели Power 780 и Power 770 относятся к категории старшего класса, имеют модульную конструкцию и могут включать до 64 ядер Power-7. Сервер IBM Power 755 поддерживает до 32 ядер Power-7. Кроме того, планируется выпуск модели Power 750 Express.

Серверы с процессорами Power-7 не только обеспечивают более высокую производительность, но и помогают сократить расход электроэнергии. Технология Unique Intelligent Energy позволяет отключать часть системы, чтобы сэкономить потребляемую энергию. Кроме того, имеется возможность снизить тактовую частоту процессоров отдельных серверов или целого серверного пула.

Появление процессора Power-7 знаменует собой начало нового витка конкурентной борьбы на рынке микропроцессоров старшего класса, где продукты IBM будут соперничать с Intel Itanium и процессорами SPARC, выпускаемыми Sun Microsystems (в настоящее время - часть корпорации Oracle).

Первые отгрузки серверов на базе новых процессоров произойдут до 16 марта 2010 года. IBM пока не объявила цены на новые серверы, но, по заверениям старшего вице-президента IBM Рода Адкинса (Rod Adkins), по соотношению цены и производительности серверы на базе процессоров Power-7 будут превосходить серверы предыдущего поколения.

Заключение

Нанотехнология - без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Мы используем достижения новой технологии сегодня и уже не можем отказаться. Нам уже сложно помыслить даже день без компакт-дисков, а также всего того, что мы не видим. Это то, что упрятано в корпуса машин, систем безопасности, контроля окружающей среды. Нейропроцессоры и системы с параллельными алгоритмами существуют в программных реализациях. Они пусть медленно, но успешно работают. Конечно эти разработки слишком велики по габаритам, чтобы сравниться с наноустройствами, однако уже сейчас мы можем оценить, чем мы будем жить в будущем, причём не слишком отдалённом. Развитие нанотехнологий в информационных технологиях откроют для нас больше новых возможностей.

Будущее за нанотехнологиями.

Список литературы

1. Информационные системы и технологии в экономике и управлении / В.В Трофимов. - М.: Высшее образование, 2006. - 480 с.

2. Интеллектуальные информационные системы / А.В Андрейчиков. - М.: Финансы и статистика, 2006. - 424 с.

3. Основы прикладной нанотехнологии / Балабанов В.И., Абрамян А.А. - Магистр-пресс, 2007. - 206 с.

Нанотехнологии, наряду с технологиями и биотехнологиями, возможно, станут фундаментом революции в XXI веке. Революцией, сравнимой и даже превосходящей по своим масштабам преобразования в технике и обществе, вызванные крупнейшими научными открытиями XX века.

Нанотехнология совокупность методов и приемов манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровнях с целью производства конечных продуктов с заранее заданной атомной структурой. Нанотехнологии обеспечивают возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Наноматериалы материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Наносистемная техника полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.

Области применения нанотехнологий

Перечислить все области, в которых эта глобальная технология может существенно повлиять на технический прогресс, практически невозможно. Можно назвать только некоторые из них:

элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры; фотодетекторы; солнечные элементы; различные сенсоры);
устройства сверхплотной записи информации;
телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии; суперкомпьютеры;
видеотехника плоские экраны, мониторы, видеопроекторы;
молекулярные электронные устройства, в том числе переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне;
нанолитография и наноимпринтинг;
топливные элементы и устройства хранения энергии;
устройства микро- и наномеханики, в том числе молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы;
нанохимия и катализ, в том числе управление горением, нанесение покрытий, электрохимия и фармацевтика;
авиационные, космические и оборонные приложения;
устройства контроля состояния окружающей среды;
целевая доставка лекарств и протеинов, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническая и медицинская диагностика, создание искусственных мускулов, костей, имплантация живых органов;
биомеханика; геномика; биоинформатика; биоинструментарий;
регистрация и идентификация канцерогенных тканей, патогенов и биологически вредных агентов; безопасность в сельском хозяйстве и при производстве пищевых продуктов.

Перспективы использования нанотехнологий в ИТ

Прогноз развития нанотехнологий

Источник: Nanotechnology News Network, 2004 г.

На основании имеющихся прогнозов можно сделать вывод, что нанотехнологии произведут фурор как в современном производстве и связанных с ним технологиях, так и в человеческой жизни в целом. По мнению экспертов, нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией.

Но это всё далекие и не очень далекие планы. А что же сейчас происходит в этой области науки и какое влияние она оказывает на сегодняшний день?

Финансирование наноисследований и наноразработок в мире

Финансирование наноразработок в мире в 2004 году

Страна

Источник финансирования

Объем финансирования в 2004 г. ($ млрд.)

Федеральный бюджет

Частный бизнес

Европейский Союз

Правительственное финансирование

Частный бизнес

Правительственное финансирование

Частный бизнес

Все правительственные каналы (Минпромэнерго, Минобрнауки, РАН, РФФИ и другие)

Несколько
десятков млн. долл.

Необходимо отметить быстрый рост вложений в нанотехнологии в период 19972004 гг., обусловленный осознанием фактического прогресса этой области исследований и разработок. Россия явный аутсайдер в списке разработчиков в области нанотехнологий.

Динамика бюджетных инвестиций в наноразработки за период с 1997 по 2004 годы ($ млрд.)

Прогнозы роста рынка нанотехнологий

Исследователи предполагают, что объем рынка нанотехнологий будет расти каждый год на 40% в течение 1015 лет. Предполагается, что рынок нанобиотехнологий составит $125 млрд. к 2008 году, а рынок информационных технологий вырастет до $1,5 трлн. к 2006 году.

Top10 нанопродуктов 2004 года

1) Органические светоизлучающие диодные дисплеи (Organic Light Emitting Diode OLED Displays) это ультратонкие дисплеи. Они тоньше и легче современных , поэтому практически идеально подходят к применению в мобильных телефонах, карманных компьютерах, цифровых камерах и фотоаппаратах. Эти дисплеи собраны из нескольких слоев нанопленок, содержащих матрицы электродов, и расположенного между ними светоизлучающего органического полимера. Изображения на дисплее можно рассматривать под разными углами без потери качества.

2) Наноэмульсии и антибактериальные нанопокрытия.

4) Наножидкостные системы, имеющие каналы диаметром в несколько десятков и сотен нанометров, смогут работать в составе -чипе , которые проводят ДНК, белков, и других биомолекул.

5) Наноэлектронные устройства с тактовой частотой 1ГГц. В 2004 году был сделан ряд важных исследований, по результатам которых стало возможным создание рабочих наномеханических и наноэлектронных систем с тактовой частотой около 1 ГГц. Это разнообразные осцилляторы; модули механопамяти нанометровых размеров; датчики на основе нанотрубок и т.п. В основном эти устройства изготовлены на кремниевых подложках методами литографии.

6) Нанокатализаторы для автотранспорта. Различные нанокатализаторы уже применяются при обработке сырой нефти.

7) Устройства на основе нанотрубок. Нанотрубки уже зарекомендовали себя как универсальный стройматериал наноэлектроники. С их применением получаются и осцилляторы, и диоды, и транзисторы, и наножидкостные устройства. Нанотрубками сегодня даже убивают бактерий. Со временем, когда технология их производства и применения будет отточена, они займут 1-е место по продажам на рынке нанотехнологий. Примеры их современных применений велики от дисплеев на нанотрубках, до велосипедов, в которых нанотрубки обеспечивают жесткость материала.

8) Нанокристаллы. Их получают методами испарения и конденсации металлов. Полученные нанокристаллы размерами в несколько нанометров в диаметре обладают уникальными характеристиками.

9) Наноэлектромеханические системы (НЭМС). В отличие от микроэлектромеханических систем, которые появились в 1980-х, НЭМС находятся на ранних стадиях развития. Но наноэлектромеханические системы развиваются столь быстро благодаря новым научным открытиям и появлению их технических применений. Механические устройства уменьшаются в размерах, при этом снижается их масса; увеличивается резонансная частота и уменьшаются их константы взаимодействия. Используя , можно ожидать появления высокофункциональных сенсоров и сверхъемких устройств для хранения информации.

10) Бытовые продукты, улучшенные с помощью нанотехнологий.

В обычных микроэлектронных транзисторах переносится около 100 тыс. электронов для того, чтобы обеспечить состояние 1 или 0. В новом электромеханическом транзисторе эту роль выполняет один электрон. Преимущества нового устройства в отсутствии тепловых шумов, так как сток и исток физически разделены. Также уменьшится энергопотребление устройства, собранного на этих транзисторах.

Благодаря нанотехнологиям существенно изменится конструирование машин и механизмов многие части упростятся вследствие новых технологий сборки, многие станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее недоступные человеку отсутствия технологий сборки и конструирования.

Что касается сырьевой проблемы, то для постройки большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот, кислород, сера, и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.

Нанотехнологии в жизнь

Нанотрубки, квантовые точки, чипы становятся основой новых продуктов, многие из которых готовятся к выходу на рынок.

Компания Sharp, используя нанотехнологические подходы в создании новых интегрированных микросхем (), изготовила солнечную батарею в виде пленки толщиной от 1 до 3 мкм. Это меньше современных аналогов примерно в сто раз. Компания собирается начать промышленное производство новинки уже в 2004 году. Слоями солнечных батарей планируется покрывать мобильные телефоны, автомобили и даже специальную одежду. Также возможна интеграция этих батарей с новыми . Пленка площадью в две визитные карточки весит всего 1 г и обладает мощностью 2,6 Вт. По словам разработчиков, этого уже достаточно, чтобы обеспечить электропитанием велосипедный фонарь.

Компания Nantero, специализирующаяся на изготовлении молекулярной памяти на основе нанотехнологий, и компания LSI Logic производитель специализированных микрочипов, в июне начали переоборудовать одну из производственных линий под производство новых чипов памяти по технологии Nantero. На ней будет выпускаться NRAM нанопамять с высокой плотностью данных.

Другой разработкой стали системы хранения информации на основе наномеханических осцилляторов. Были изготовлены механические ячейки памяти из кремния, которые в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса. Использование этих наноустройств в качестве элементов хранения информации позволит получить механическую память, которая будет выгоднее по плотности информации, чем современные электромагнитные системы. По мнению разработчиков, механопамять обгонит по емкости даже те магнитные устройства, которые по нынешним технологиям изготовления приближаются к физическому пределу плотности информации для магнитных устройств. Механопамять может работать, выполняя миллионы и миллиарды циклов в секунду, а механические ключи новой памяти потребляют в миллион раз меньше энергии, чем их электронные аналоги. Память на механотранзисторах может превысить плотность хранения информации около 100 гигабит на квадратный дюйм.

Ключевые проблемы развития нанотехнологий в России

Анализ мирового опыта формирования национальных и региональных программ по новым направлениям свидетельствует о необходимости выявления некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий.

Первая проблема формирование круга перспективных потребителей. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и безопасность государства.

Вторая проблема повышение эффективности применения наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования.

Третья проблема разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.

Четвертая проблема обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики.

Пятая проблема широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

Шестая проблема создание исследовательской инфраструктуры, включая:

организацию центров коллективного пользования уникальным технологическим и диагностическим оборудованием;
современное приборное оснащение научных и производственных организаций инструментами и приборами для проведения работ в области нанотехнологий;
обеспечение доступа персонала к синхротронным и нейтронным источникам (как российским, так и зарубежным), к сверхпроизводительным вычислительным комплексам;
разработку специальной метрологии и государственных стандартов в области нанотехнологий;
развитие физических и основ адекватной диагностики наноматериалов на базе электронной микроскопии высокого разрешения, сканирующей электронной и туннельной микроскопии, рентгеновских методик с использованием синхротронного излучения, электронной микроскопии для химического анализа, электронной спектроскопии, фотоэлектронной спектроскопии.

Седьмая проблема создание механизма формирования оборотных средств у институтов и наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях от выполнения разработок до реализации высокотехнологической продукции.

Восьмая проблема привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.

Для выработки и практической реализации необходимых и достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована государственная политика. Она должна стать частью государственной политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти Российской Федерации по поддержке разработок и использованию их результатов.

Читайте также:

Носители на базе нанотехнологий сообщение

NanoMem  память в рулоне

NanoMem память в рулоне