| Статистика |
Онлайн всего: 2 Гостей: 2 Пользователей: 0 |
|
Микро- и наномир современных материалов.
Факультет «Автоматики и электроники»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники»
Курс «Компьютерный практикум»
Отчет по теме
Микро- и наномир современных
материалов
Преподаватель: доцент В.А. Лапшинский
Подготовил студент группы А4-09
Герасимчук Алексей Викторович
Москва 2012
Содержание
1. Введение
2. Глоссарий
3. Важнейшие объекты микро- и наномира
4. Развитие нанотехнологий
5. Список используемой литературы
Введение
В данной работе рассматривается увлекательная грань мира современных материалов – их микроструктура, то есть «портрет» на микро- и наноуровне.
Глоссарий
Нано (обозначение н или n) — происходит от др.-греч. νᾶνος, nanos — гном, карлик. Одна миллиардная часть единого целого. Размер материального объекта в миллиард раз меньше оригинала. Например: нанослон (слон в миллиард раз меньше своего размера). Если сравнить в масштабах, то на плоскости среза человеческого волоса можно разместить стоящих друг за другом пять нанослонов. дольная приставка в системе единиц СИ, означающая множитель 10−9 (одна миллиардная).
Введена в обращение 29 декабря 1959 году Ричардом Фейнманом на лекции "внизу полным полно места" в Калифорнийском технологическом институте. Чаще всего используется для измерения электрической емкости (наноФарад), времени (наносекунда) или расстояния (нанометр) в основном в компьютерах и электронике.
Микро (обозначение мк или µ) — происходит от др.-греч. μικρός — маленький — приставка в системе СИ (а также в некоторых других системах единиц), обозначающая уменьшение величины в миллион раз (т. е. составляющая одну миллионную, 10−6). Принята в 1960 году.
Обозначается как мк или как значок микро µ (греческая буква мю). Последний используется в международных текстах, при маркировке радиоэлектронных деталей, на шкалах измерительных приборов и т.д. Чтобы напечатать этот символ в Windows-программах нужно, удерживая клавишу Alt, набрать 0181 на цифровой клавиатуре.
Важнейшие объекты наномира
Важнейшими параметрами микро- и наносистем являются размер, размерность, упорядочение и функциональность. Учет всех этих характеристик порождает нано- и микроструктурированные материалы, действительно способными определить весь дальнейший прогресс в нанотехнологии. Наноразмерный масштаб используют для характеристики самых маленьких объектов, например размер атома кремния составляет 0.24 нм, а молекулы «фуллерена» С60 (“футбольного мяча”, состоящего из шестидесяти атомов углерода) – 0.75 нм. К представителям наномира также можно отнести кластеры, способные содержать до нескольких сотен атомов, и различного рода «наноструктуры», размер которых хотя бы в одном из измерений не превышает нескольких десятков нанометров. Мир наноструктур чрезвычайно интересен, ведь они имеют физические свойства, которые отличаются от свойств объемных материалов. Нанометры являются привычными единицами для описания длины волн света. Например, видимый свет имеет длины волн в диапазоне от 400 до 700 нм. В нанометрах измеряют также размеры микроорганизмов, клеток и их частей, биомолекул. Вот лишь некоторые примеры:
• Диаметр спирали ДНК человека – 2 нм
• Длина одного витка ДНК – 3.4 нм;
• Молекула гемоглобина – 6.4 нм;
• Пиконановирусы – 20 нм;
• Молекула гемоцианина – 50 нм;
• Бактерии Mycoplasma mycoides 100-250 нм;
• Мимовирусы – 500 нм
• Эритроциты человека – 8000 нм (уже 8 микрон);
Однако «нано» - лишь короткий, хотя и страшно важный, отрезок «пятого измерения», его принципиальная важность заключается в том, что на этом кусочке пространственной шкалы реализуются интереснейшие, практически важные химические и физические взаимодействия. В действительности любые объекты и материалы можно и нужно изучать на разных пространственных масштабах, особенности структуры и свойств материалов на которых (структурная иерархия) лишь в неразрывной совокупности предопределяют его конечные свойства, важные для фундаментальных исследований и, конечно, практики. Кроме макроуровня (объект в целом) и атомарного уровня (определяющие, фундаментальные характеристики вещества), обычно выделяют масштабный уровень "микро" (характерный размер - микроны, то есть тысячные доли миллиметра), который задает так называемые "структурно-чувствительные" свойства материала, зависящие, например, от размера зерен керамики. Большую роль часто играет и субмикронный масштаб. Что касается "нано", IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, Международный союз чистой и прикладной химии) установил, что если хотя бы по одному измерению размер объекта меньше 100 нм (0,1 мкм), то мы говорим о наносистеме - это и есть уровень наномасштабов. Логичнее было бы определить, что "настоящее нано" начинается с момента появления наноэффектов - изменений физических свойств веществ, связанных с переходом к этим масштабам. Таким образом, в конечном счете, для создания наноматериалов оказывается важным не только их состав (определяющий основные свойства), размер ("модифицирующий" свойства), но и "размерность" (делающая частицы неоднородными) и упорядочение в системе (усиление, "интеграция" свойств в ансамбле нанообъектов). Это характерно для нанотехнологий - новое качество, как правило, получается только при правильно организованной структуре на более крупных масштабах, чем нано.
Рисунок 1.«Аэрозольные грибочки»
Развитие нанотехнологий
В последнее время нанотехнологии стали рассматривать как своеобразную чудодейственную панацею, которая призвана привести к кардинальному улучшению качества жизни и исполнению мечты о счастливом высокотехнологическом обществе. В то же время многие из давно используемых человечеством объектов – это «нанообъекты».
Нанотехнологии – детище современной фундамен-тальной науки, междисциплинарная область деятельности, основанная на достижениях химии, физики, биологии, механики и других классических наук, а также на связанном с закономерной эволюцией этих и других областей исследований прорыве в разработке методов синтеза и анализа веществ и материалов. В этом плане нанотехнологии – зачастую существенное улучшение свойств многих практически важных устройств, но не всеобъемлющий переворот наших знаний, как иногда полагают. По определению нанотехнологии – это только способ что-то сделать, их наиболее важным, осязаемым. Продуктом выступают наноматериалы (НМ), практически важные (функциональные) свойства которых определяются химическим составом, структурой, размерностью и упорядочением составляющих их фрагментов, размер которых принадлежит нанодиапазону, то есть интервалу от 1 до 100 нм.
Принципиальная важность нанодиапазона «пространственной шкалы» заключается в том, что в нем реализуются специфические химические и физические взаимодействия. В действительности любые объекты и материалы можно и нужно изучать на разных пространственных масштабах, особенности структуры и свойств материалов которых (структурная иерархия) лишь в неразрывной совокупности предопределяют их конечные свойства, важные для фундаментальных исследований и, безусловно, практики. В итоге, для создания наноматериалов оказываются важными не только их состав (определяющий основные свойства) и размер (изменяющий многие свойства), но и размерность (делающая частицы неоднородными), а также упорядочение в системе (усиление, интеграция свойств в ансамбле нанообъектов). Это характерно для нанотехнологий – новое качество, как правило, получается только при правильно организованной структуре на более крупных масштабах, чем нано. Напротив, наноуровень присутствует практически в любых макрообъектах, но не всегда он важен, в этом случае нет оснований говорить о «нанотехнологиях».
Можно ли считать нанотехнологию технологией в общепринятом смысле слова, или она в значительной мере сводится к так называемой «нанонауке»? Что нового нанонаука несет по сравнению с традиционными дисциплинами – химией, физикой, биологией? Кто говорит правду о нанонауке: ученые, пытающиеся получить гранты на проведение исследований, бизнесмены, развивающие свое дело, или неформальные общественные группы, расценивающие развитие нанотехнологий как грядущую катастрофу для человечества в целом?
Начнем с исследователей, деятельность которых, по признанию наших западных коллег, инициировало само появление нанонауки и нанотехнологии. И хотя термин «нанотехнологии» впервые появился в литературе с легкой руки профессора-материаловеда из Токийского университе-та Норио Танигучи (NorioTaniguchi) в 1974 г., идеологические установки этой новой науки были впервые сформулированы выдающимся физиком-теоретиком, одним из активных участников атомного проекта, Нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом (Richard Phillips Feynman) в его знаменитой лекции, прочитанной в Калифорнийском университете на рождественском вечере 29 декабря 1959 г. Тем самым Фейнман намного предвосхитил появление техники, позволявшей реально осуществлять процессы создания структур на атомном уровне, названные им технологией «снизу вверх». Справедливости ради следует сказать, что инициатором процессов, породивших нанобум. стал не Фейнман, хорошо известный лишь среди ученых, а Эрик Дрекслер (Kim Eric Drexler), автор скандально знаменитой книги Engines of Creation: The Corning Era of Nanotechnology («Машины созидания: наступление нанотехнологической эпохи»), опубликованной в 1986 г. и широко разрекламированной Биллом Джоем (Bill Joy) в статье Why the Future doesn't Need Us («Почему будущее не нуждается в нас»). В книге Дрекслера были показаны блестящие перспективы развития наноиндустрии и вместе с тем выдвинута концепция «серой слизи», смертельно напугавшая общество. И хотя позже (в 2004 г.) Дрекслер отказался от теории ассемблеров, способных воспроизводить самих себя, именно эти амбициозные идеи о перспективности молекулярной индустрии, основанной на процессах механической сборки наноструктур с уникальными свойствами, привлекли внимание, как бизнеса, так и влиятельных конгрессменов и советников президента США по нанотехнологиям и привели, в конечном итоге, к появлению так называемой Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ).
Таблица 1.
Итак, рассмотренные выше особенности зарубежного (в первую очередь американского) нанобума позволяют извлечь определенные уроки и сделать некоторые выводы применительно к российской действительности.
Разумеется, многие из нынешних кадровых проблем отпадут сами собой, когда в обществе сформируется уважительное отношение к труду ученого, инженера, специалиста. На первом заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики президент Дмитрий Медведев сказал: «Интеллект и способность к новаторству – это сейчас наше главное конкурентное преимущество. Но мы об этом больше говорим, чем что-то делаем. Поэтому наша задача заключается в том, чтобы работа в этой сфере вошла в число наиболее престижных». Надеемся, что это время не за горами.
Список используемой литературы
1. Е.А. Гудилин. Микро- и наномир современных материалов/под ред. Ю.Д. Третьякова; МГУ.М., 2006.-68с.
2. http://valinfo.ru/ - справочные материалы. |
| Категория: Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) | Добавил: myicyheart (24.06.2012)
|
| Просмотров: 2950
| Рейтинг: 5.0/1 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
