Сообщение нанотехнологии дома и в повседневной жизни

Обновлено: 25.06.2024

Наставник: Плохих Елена Вадимовна

Ученик: Ермолов Эдуард Николаевич (17 лет)

Название изобретения или изделия: Нанотехнологии в повседневной жизни

Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой перспективе принести резкое увеличение стоимости валового внутреннего продукта и значительный экономический эффект в следующих базовых отраслях экономики.

Одним из примеров применения наноматериалов является умный пластелин.

Жвачка для рук (HandGum (Хендгам), "Умный пластилин") обладает кучей интересных цветов и свойств: течет и прыгает; мягкая, твердая и жидкая одновременно; бьется как фарфор и прыгает как мячик; не липнет к рукам и является желаемым подарком для школьников, студентов и офисных служащих.

Умный пластилин или Хендгам (дословно Handgum - ручная жвачка, англ.) - это вещество на основе силикона, на ощупь напоминает жевательную резинку, но обладает интересными свойствами тиксотропных жидкостей. За счёт этого, на коротких промежутках времени состав может показывать свойства твёрдого тела, но при этом очень медленно течёт.

Рассмотрев Handgum (Умный пластилин), можно придти к выводу, что наноматериалы играют не последнюю роль в развитии новых свойств материалов, но так же улучшения качества продукции, что делает эти материалы востребованными на Мировом рынке.

Можно с уверенностью сказать, что нанотехнологии в нашей с вами современной жизни играют очень важную роль. На сегодняшний день ученые всего мира работают над тем, чтобы сделать нашу жизнь более лучше и в этом нам помогают нанотехнологии. Благодаря им мы с уверенностью можем сказать, что такие проблемы в медицине, как выращивание органов, лечение рака и других онкологических заболеваний в будущем проблемой являться не будут. Очень большое применение нанотехнологии нашли и в военной промышленности. В США ведутся разработки по созданию новой формы для военных. Эта форма будет обеспечивать солдата всем необходимым, чтобы выжить в определенной местности.

Американцы научились очищать воду от бактерий с помощью нанофильтров. Наноматериал, созданный американскими учеными, может решить одну из извечных проблем, связанных с потреблением природных ресурсов: как очистить питьевую воду от бактерий. Для невооруженного глаза молекулы воды и бактерии одинаково невидимы. Однако под микроскопом видно, что они различаются в сотни раз – молекулы воды в длину меньше нанометра, самые маленькие бактерии в длину не менее нескольких сотен нанометров. Британским ученым удалось создать мембрану с размером пор порядка 55 нм, которые пропускают молекулы воды, но отсеивают бактерии на основе блок-сополимеров. Блок-сополимер представляет собой линейный сополимер, макромолекула которого состоит из регулярно или статистически чередующихся гомополимерных блоков, различающихся по составу или строению. Преимущество блок-сополимера, как основы для мембраны заключается в том, что поры в нем удается располагать с высокой плотностью, при этом их диаметр достаточно регулярен. Таким образом, полученная мембрана может служить очень эффективным антибактериальным фильтром, который пропускает только молекулы воды, задерживая бактерии.

Дело в том, что под влиянием солнечного света наночастицы этого соединения работают как фотокализатор, преобразуя атмосферный кислород и пары воды. Этот атомарный кислород обладает большой активностью и его достаточного для окисления и разложения органических загрязнений, дезодорирования помещений, уничтожения бактерий. Задание из цементных композитов с наночастицами СО2 сохраняют свой цвет в течение длительного времени даже под воздействием агрессивной городской среды. Здания и дороги из таких бетонов строят в Европе с 1990-х годов.

Сейчас, так же крайне важно внедрять нанотехнологии в атомную энергетику. Так как использование наноматериалов и инновационных нанотехнологий в радиохимической промышленности, несомненно, должно оказать стимулирующее влияние на успешное решение актуальных экологических проблем ядерной энергетики по обезвреживанию и утилизации жидких радиоактивных отходов и обеспечению безопасной эксплуатации АЭС.

С каждым днем мы приближаемся к неизбежной революции, которую несут в себе нанотехнологии. Мы создаем новые приборы, получаем уникальные материалы, о которых раньше не задумывались. Применение нанотехнологий в быту позволило изменить форму привычных для нас предметов. В результате этого мы получили совсем иные, но полезные свойства вещества. Окружающая нас реальность становится менее опасной и наиболее благоприятной для комфортной жизни. Наглядный пример: уменьшение привычных габаритов используемых электрических приборов до размеров наночастиц, незаметных человеческому глазу. Компьютеры становятся меньше в размерах, но намного производительнее. Нанотехнологии в быту и в промышленности позволили значительно изменить все вокруг нас.

Возможно ли создать такую форму искусственного интеллекта, который смог бы удовлетворить любые наши потребности? Ответ кроется в рациональном применении новейших разработок. Нанотехнологии — это путь в будущее, так как они затрагивают все аспекты нашей жизни. Использование нанотехнологий дает много возможностей, но и вызывает ряд опасений.

Окно в наномир

Электронный микроскоп позволяет заглянуть в микромир. Без специальной аппаратуры нанотехнологии в быту сразу заметить очень трудно, так как они настолько малы, что неразличимы невооруженным глазом. Именно в таких масштабах вещества проявляют самые необычные и неожиданные свойства. Использование таких свойств обещает уникальную технологическую революцию. Они дают радикально новые возможности, такие как управлять телом человека и окружающей средой.

История появления нанотехнологий

Все начинается в 80-х годах XX века с изобретением инструмента под названием сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Профессор университета Калифорнии Джеймс Джимзевский провел всю свою профессиональную жизнь в мире наноразмеров. Он является одним из первых в мире людей, получивших возможность исследовать материю на уровне невероятно малых величин, миллионных долей миллиметра. Эти микроскопы позволяют изучить поверхность подобно тому, как слепые читают шрифт Брайля. Тогда никто не мог подозревать, насколько пригодятся нанотехнологии в быту и промышленности.

Принцип работы с наночастицами

Сканирующий микроскоп использует зонд, представляющий собой иглу толщиной в 1 атом. Когда она приближается всего на несколько нанометров к образцу, происходит обмен электронами с ближайшей наночастицей. Это явление называется эффектом туннеля. Система управления фиксирует изменение величины туннельного тока, и вот уже на основе этой информации идет более точное построение топографии поверхности исследуемого образца. Программное обеспечение позволяет преобразовать полученные данные в изображение, которое дает ученым ключ к новому миру, используя нанотехнологии в быту и других отраслях.

Как утверждает Джеймс Джимзевский, благодаря сканирующему электронному микроскопу ученые впервые получили изображения атомов и молекул и смогли изучить их форму. Это стало настоящей революцией в науке, ведь ученые начали смотреть на многие вещи совсем по-другому, обратив внимание на свойства отдельных атомов, а не миллионы и миллиарды частиц, как это было в прошлом.

Первые открытия

Использование новых технологий привело к поразительному открытию. Когда прибор приближался к атому на расстояние в 1 нанометр, между ним и атомом возникала связь. Эта особенность позволила найти способ перемещать отдельные микрочастицы. Благодаря такому открытию появилась возможность использовать нанотехнологии для комфортного быта.

Как пояснил Джеймс Джимзевский, профессор университета Калифорнии, туннельный сканирующий микроскоп позволил практически прикасаться к молекулам и атомам. Ученые впервые смогли манипулировать атомами на поверхности вещества и создавать структуры, которые раньше нельзя было и представить.

Это новоприобретенное открытие (способность наблюдать и манипулировать мельчайшими частицами, составляющими материю) дало возможность использовать нанотехнологии во всех отраслях без исключения.

Развитие нанотехнологий

Физик и философ Этин Клин считает, что возможность технологического прорыва за счет нанотехнологий вполне реальна, но во многом это строится на энтузиазме ученого.

Как говорит физик и философ Этин Клин, с момента экспериментального подтверждения существования атомов до момента получения возможности ими манипулировать прошло меньше 100 лет. Перед учеными открываются такие возможности, о которых раньше и подумать не могли. Только благодаря этому правительство всех развитых стран стало проявлять интерес к соответствующим наукам. Все началось с американской инициативы 2002 года, с которой выступили физики Рока и Бенбридж. Эти ученые выступили с сумасшедшей идеей о том, что благодаря нанотехнологиям человечество сможет решить все стоящие перед ним проблемы.

Это заявление стало толчком к началу многочисленных исследований, позволивших реализовать такие передовые направления науки и техники, как микроэлектроника, информатика, ядерно-энергетические исследования, микробиология, лазерная техника, медицина и многое другое.

Нанотехнологии: примеры

В быту есть столько незаметных, но очень важных веществ, о присутствии которых мы даже не подозреваем! Давайте рассмотрим самые яркие примеры:

Современные телефоны.

Теперь современные изобретения нанотехнологии в быту у всех на устах. О них говорят по телевизору, рассказывают в газетах. Но обычному человеку не совсем понятно, что значит нанотехнологии в быту, где же их применяют. Оказывается, во многих повседневных делах люди сталкиваются с наночастицами.

Быт и нано – все под рукой!

Нанотехнологии в быту используются очень широко. Даже в лейкопластыре, который наклеивают на мозоль или на самый мелкий порез, есть нанослой серебра. Он увеличивает скорость заживления. Ведь у серебра есть свойство антибактериальности. И чем больше площадь поверхности, с которой частицы соприкоснутся, тем быстрее пойдёт заживление, с чем помогают мельчайшие наночастицы.

Чтобы зубы были белоснежными, их нужно почистить той пастой, в составе которой есть наночастицы минералов. Они наполнят эмаль и её микротрещинки, защищая зубы от кариеса.

В современных телефонах, в том числе в смартфонах, самые разные нанотехнологии используются. Это покажется удивительным, но есть даже такая гениальная разработка, как нанодатчик вибраций. Когда смартфон падает, наночастицы закрывают наиболее важные части системы, защищая их. А если разобьется стекло, у которого повышена устойчивость к ударам, то все равно наночипы не ломаются, продолжая работать. Несколько лет назад, в 2011 году, один смартфон продолжил работать после падения парашютиста, который положил его в свой карман.

Сейчас даже есть такие шоколадные коктейли, которые не нуждаются в сахаре и других подсластителях. Ведь в этих коктейлях содержатся наноразмерные кластеры какао. У них большая площадь соприкосновения с вкусовыми рецепторами языка человека, поэтому у коктейля, содержащего такие частицы, будет более выраженный шоколадный вкус.

Для того, чтобы теннисные мячики были упругими долгое время, не выпускали воздух, ученые придумали их резиновую часть, которая пористая и может пропускать газ, покрывать нанослоем глиняного композита. Это придаст мячикам герметичность, они не будут сдуваться.

Наночастицы автомобильной краски могут заполнить любые царапины на кузовах автомобилей, действуя как слой очень маленьких шариков.

В кремах, лосьонах от солнечного воздействия активным ингредиентом является оксид алюминия. Он поглощает вредную часть солнечных лучей – ультрафиолет, но когда оксид алюминия смешивается с другими частицами, к примеру, с потом на коже, происходит распад. Если же активные элементы солнцезащитного крема поместить в наноэмульсию, то это даст им возможность не смешиваться с окружающей средой, и тогда солнцезащитное средство останется эффективным.

И даже в спальне!

Нанотехнологии в доме, они, оказывается, проникли и в спальню! Наночастички содержатся в нанопене презервативов. Те же наночастицы серебра, что и в лейкопластырях, предотвращают распространение инфекций, что передаются через половые связи. Наночастицы серебра могут разрушать разные бактерии.

Нанотехнологии в пищевой промышленности

Нанотехнологии не обошли и пищевую промышленность. Необычные продукты питания изготавливают, используя наночастицы. К примеру, наночастицы селена добавляют в китайский чай, а наночастицы жира тунца – в австралийский хлеб.

Некоторые витамины и различные белки не могут соединятся с водой, растворяясь в ней. Их почти невозможно добавить в еду. Однако, стоит разделить их на нанокапли, и решение найдено! Так, в каноловом масле есть нанокапли фитостеролов, благодаря которым можно контролировать высокий уровень холестерина, снижая его.

И конечно же, нанотехнологии используют в технике. С их помощью увеличивают параметры памяти. Нанотехнологии позволили создать ноутбуки и смартфоны, и многое другое. Детали, покрытые наночастицами служат намного дольше. Это используют и в автомобилестроении. Ещё в автомобилях можно установить зеркала или специальные стёкла, что не будут промерзать или запотевать. Это может сделать жизнь автомобилистов намного комфортнее.

Нанотехнологии в одежде

Нанотехнологии позволили создать грязезащитную одежду. Все люди, которые не могут аккуратно носить одежду, постоянно сажают пятна и кляксы, могут расслабиться. Специальное невидимое отталкивающее грязь и воду средство наносят на многие виды тканей. Это никак не влияет на проникание воздуха, внешне и тактильно одежда кажется такой же, какой она была.

Итак, нанотехнологии для дома, для техники, для питания, для одежды помогают решить многие проблемы, что казались раньше неразрешимыми. Чем больше открытий совершают ученые о наночастицах, тем больше у людей становится возможностей для комфортной жизни.

Человек всю жизнь пытается понять различные природные явления, чтобы использовать их во благо в своей повседневной жизни. Если обратить внимание на историю, то можно найти немало предметов - от кинжала, доспехов римских воинов, машины Леонардо Да Винчи до таких, как противоскользящий коврик. Либо, если привести более популярный пример - застежек липучек, благодаря которым застегивается обувь или одежда. Все эти предметы были созданы на основе некоторых наблюдений за животной и растительной природой.

Исследованием в отрасли создания необычных вещей занимается такая наука, как биомиметика. За счет развития микроскопии и огромному развитию наноматериалов, ученые получили возможность творить с созданием предметов, которые имеют схожее природное строение, а также свойства. Очень часто эти свойства становятся буквально феноменальными, так как искусственным образом создать их просто нет возможности, используя лишь промышленные технологии. Яркий пример такого творчества - противоскользящий коврик для мобильных телефонов , очков или иных других предметов. За счет этого предметы можно располагать практически на любой плоскости, под различными углами.

Коврик-держатель - это лишь один из видов творчества инженерной мысли и использования того, что природа предоставила в первозданном виде. Занимательна история появления этого коврика. Произошло событие около четырех лет назад, ученые исследовали ящериц гекконов. Они узнали, что возможность животных ходить по совершенно ровным и гладким ровным поверхностям и ничуть не сбиваться с курса, связана с необычным строением лап. Их основа покрыта микроскопическими ворсинками, размер которых не превышает 1/10 волоса человека. Сила сцепления с поверхностью, за счет эффекта вандерваальского взаимодействия, равна 10- 7Н. За счет того, что каждый миллиметр лапок - это более 5000 щетинок, сумма всей адгезии составляет 10 Н/см2. Если сказать простым языком, то это около одного килограмма нагрузки. Согласно теории, общее количество таких ворсинок на лапах маленького геккона дает возможность удержать двух взрослых людей.

Испытания испытаниями, но чтобы они действительно имели эффект требовалось произвести копирование основы. С этой ученый А. Гейм и другие исследователи использовали метод электронной литографии. Таким образом, появилась антискользящая полимерная пленка, которая имеет очень похожую микроструктуру. Это и стоит считать датой появления такого изделия, как коврик-липучка. Прикрепив такой коврик к стеклянной поверхности потребуется применить силу в объеме 3-х Ньютонов чтобы отлепить его. Конечно, этот показатель намного выше, чем показатели геккона. Также наноковрик такого типа дает возможность выдержать вес телефона, ноутбука и даже человека.

Читайте также: