- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Введение в нанотехнологии презентация
Содержание
- 1. Введение в нанотехнологии
- 2. Куда вас способно завести ваше воображение? предисловие
- 3. Герой Арнольда Шварцнеггера упоминает нанотехнологии в «Терминатор
- 4. Язык нанотехнологий Нанобио Наностержни Нанотрубки Нанопровода Наноэлектроника Нано(ро)боты Наноматериалы Нанохондрия Yow! 6
- 5. Определение «Нанотехнология это направленное управление материей на
- 6. Что такое “нано”? Нано- это одна миллиардная
- 7. Шкала объектов—Нанометры 8
- 8. Что такое нанотехнологии? Манипуляция атомами и молекулами
- 9. Две составные части Нанотехнологию часто подразделяют на
- 10. Уникальные свойства материалов и нанотехнология Нанотехнология обеспечивает
- 11. Nanomaterials: new physics and chemistry revolutionizes
- 12. Carbon Nanotubes: example of extreme properties Nanotubes
- 13. Плазмоны Волны электронов распространяются вдоль поверхности металла
- 15. Молекулярная нанотехнология Термин нанотехнология часто используется взаимозаменяемо
- 16. Нанотехнологии не новы! Золотые наночастицы в стекле
- 17. История Витражные окна из цветного стекла Изображение
- 18. История Ричард Фейнман 1959, ‘There's Plenty of
- 19. История “Why cannot we write the
- 20. История “The problems of chemistry and
- 21. История Атомный масштаб Компьютерное изображение двойной
- 22. История Токийский университет, профессор Норио Танигучи 1974
- 23. Еще немного истории Поврежденная ДНК Engines of
- 24. Еще немного истории Эрик Дрекслер “Используя
- 25. Развитие измерений Сканирующий туннельный микроскоп (Nanoscience Instruments).
- 26. Микроскопия Сканирующая микроскопия Атомно-силовая микроскопия Сканирующая туннельная
- 27. Еще немного истории С-60 бакибол (форма футбольного
- 28. И еще немного… Собор биосферы в Монреале
- 29. Наносборка Метод «сверху-вниз»– приводит макроматериал/объект к наномасштабу
- 30. Нанотехнологии в электронике Миниатюризация Плотность заполнения
- 31. Закон Мура Фотолитография 20 Сборка методом
- 32. Cleanroom Layout Live Cleanroom at MiRC: http://grover.mirc.gatech.edu/cameras Or Cleanroom Tour: www./mcrel.org/nanoleap/remote-access/cleanroom.asp
- 33. Photosynthesis centers optical receptor molecules are precisely
- 34. И еще немного…. Молекулярная самосборка с помощью
- 35. Nanoscience Biomimicry Ways scientists
- 36. How to build things at the nanoscale?
- 37. Сборка наноматериалов Самосборка, «снизу-вверх» vs «сверху-вниз» Характеризация
- 38. Современные нанотехнологии Университет Стенфорда Экстремально маленькие транзисторы
- 39. Intel Процессоры на элементах 65 нм
- 40. Information technology Quantum electronics (logic, memory),
- 44. Зачем коллоидному химику интересоваться нанотехнологиями? NSF оценивает
- 45. «Нано»-карьера Дизайн Разработки Нацбезопасность Техподдержка Исследования Менеджмент
- 46. Нанотехнологии и общество Могут ли появиться катастрофические
- 47. Дизайн материалов «под заказчика» на наномасштабе Производство
- 48. S189 signed Dec. 3, 2003 National Nanotechnology
- 49. Наночастицы-потенциальный физиологический риск Свойства изменяются вместе
- 50. Категории наноматериалов Натуральные “ультрадисперсные частицы” вирус –
- 51. Медицинские исследования наночастиц Lam et al. (2004)
- 52. Нанотехнологии и общество Вездесущие наносенсоры – право
- 53. “Боты” – самовоспроизводящиеся машины Это возможно?
- 54. “НаноАссисторы” – интерфейсы машина-человек Должны ли
- 55. Practical applications are at an early stage
Куда вас способно завести ваше воображение? предисловие Нанотехнологии – ворота для будущего человечества на Земле и за ее пределами 4
Слайд 2Куда вас способно завести ваше воображение?
предисловие
Нанотехнологии – ворота для
будущего человечества на
Земле
и за ее пределами
и за ее пределами
4
Слайд 3Герой Арнольда Шварцнеггера упоминает нанотехнологии в «Терминатор 3»
“…в его арсенале есть
нанотрансжектор…Он может управлять другими машинами….Э
Наномашина из одной молекулы (би-ротаксан)
Появление
5
Слайд 4Язык нанотехнологий
Нанобио
Наностержни
Нанотрубки
Нанопровода
Наноэлектроника
Нано(ро)боты
Наноматериалы
Нанохондрия
Yow!
6
Слайд 5Определение
«Нанотехнология это направленное управление материей на масштабе от 1 до 100
нм, на котором уникальные явления позволяют реализовать новые приложения»
“Ведомая наукой о наноразмерном состоянии вещества, нанотехнология включает в себя визуализацию, измерение, моделирование и манипуляции материей на данном масштабе.”
National Nanotechnology Initiative, 2007
“Ведомая наукой о наноразмерном состоянии вещества, нанотехнология включает в себя визуализацию, измерение, моделирование и манипуляции материей на данном масштабе.”
National Nanotechnology Initiative, 2007
7
Слайд 6Что такое “нано”?
Нано- это одна миллиардная метра (10-9 m)
Обычный человек может
пройти примерно 32 км в день. Если уменьшить человека до 1 нм, сколько времени ему бы понадобилось, чтобы пройти всю длину сторублевой купюры?
24 года
24 года
Слайд 8Что такое нанотехнологии?
Манипуляция атомами и молекулами для создания новых материалов и
устройств.
Междисциплинарная область – сочетание науки и инженерии
Операционный диапазон 1-100 нм
Один нанометр - 10-9 метра или примерно 3 атома в ряд. Толщина человеческого волоса 60-80,000 нм
Междисциплинарная область – сочетание науки и инженерии
Операционный диапазон 1-100 нм
Один нанометр - 10-9 метра или примерно 3 атома в ряд. Толщина человеческого волоса 60-80,000 нм
Слайд 9Две составные части
Нанотехнологию часто подразделяют на две части:
Нанонаука (Nanoscience ) –
область изучения химических и физических свойств материалов на масштабе 1- 100 нм. Материалы с элементами такого размера называют наноструктурами. Это наименьший размер объекта, который можно синтезировать.
Нанотехнология – область разработки и применения новых материалов, продуктов и методов на таком масштабе; т.е. «тюнинг» наноструктур для получения практически применимых материалов и способов их использования.
Нанотехнология – область разработки и применения новых материалов, продуктов и методов на таком масштабе; т.е. «тюнинг» наноструктур для получения практически применимых материалов и способов их использования.
Слайд 10Уникальные свойства материалов и нанотехнология
Нанотехнология обеспечивает производство и применение инструментов и
материалов, обладающих уникальными свойствами из-за малого размера.
На наномасштабе свойства материалов меняются. Они подчиняются законам поведения отдельных атомов и молекул, а не объемных веществ (фаз).
Ученые используют эти уникальные свойства, чтобы создавать принципиально новые приборы и продукты во всех областях науки и инженерии
На наномасштабе свойства материалов меняются. Они подчиняются законам поведения отдельных атомов и молекул, а не объемных веществ (фаз).
Ученые используют эти уникальные свойства, чтобы создавать принципиально новые приборы и продукты во всех областях науки и инженерии
Слайд 11Nanomaterials: new physics and chemistry
revolutionizes materials performance
Lead to:
GPa strength from
Ni
New phenomena associated with:
Small size (e.g. quantized effects)
Preponderance of surfaces
and interfaces
New modes of electronic transport
Radical changes in collective phenomena
New chemical reactivities
New mechanical properties
Single molecule
sensing
Practicing “alchemy” through structure
Слайд 12Carbon Nanotubes: example of extreme properties
Nanotubes for Electronics,
Scientific American, Dec.
2000
The scale of nanostructures
Top down
(~200 nm)
Bottom up
(~1 nm)
armchair
zig-zag
Слайд 13Плазмоны
Волны электронов распространяются вдоль поверхности металла
Они имеют ту же частоту и
электромагнитное поле, что и свет.
Их суб-волна требует меньше пространства
С использованием плазмонов информация может передаваться через чип с огромной скоростью
Их суб-волна требует меньше пространства
С использованием плазмонов информация может передаваться через чип с огромной скоростью
Слайд 15Молекулярная нанотехнология
Термин нанотехнология часто используется взаимозаменяемо с молекулярной нанотехнологией (MNT)
MNT включает
в себя концепцию механосинтеза
MNT это технология, основанная на позиционно-контролируемом механосинтезе, управляемом системами молекулярных машин
MNT это технология, основанная на позиционно-контролируемом механосинтезе, управляемом системами молекулярных машин
Слайд 16Нанотехнологии не новы!
Золотые наночастицы в стекле создают красный оттенок
Древние стеклодувы знали,
что если они добавят мелко измельченное золото или серебро к стеклу, то они получат красивый оттенок. Они использовали наноразмерные частицы золота и серебра. Оптические свойства материала меняются на этом масштабе.
Слайд 17История
Витражные окна из цветного стекла
Изображение золотой наночастицы
10
Окрашенные стекла производят по такой
технологии и сегодня
Слайд 18История
Ричард Фейнман
1959, ‘There's Plenty of Room at the Bottom’
Прямые манипуляции атомами
и молекулами
Машины размером в 1/10 от единицы масштаба помогают производить следующее поколение машин размером в 1/100 и т.д..
По мере того, как объекты становятся меньше, гравитация становится все менее важным, а поверхностное натяжение и молекулярное притяжение – все более значимым!
Машины размером в 1/10 от единицы масштаба помогают производить следующее поколение машин размером в 1/100 и т.д..
По мере того, как объекты становятся меньше, гравитация становится все менее важным, а поверхностное натяжение и молекулярное притяжение – все более значимым!
Слайд 19История
“Why cannot we write the entire 24 volumes of the
Encyclopedia Britannica on the head of a pin?”
Ричард Фейнман 1918-1988.
Ричард Фейнман 1918-1988.
12
Слайд 20История
“The problems of chemistry and biology can be greatly helped
if our ability to see what we are doing, and to do things on an atomic level, is ultimately developed – a development which I think cannot be avoided.”
Сборник воспоминаний Фейнмана
Surely You’re Joking
Mr. Feynman!
Adventures of a Curious Character
By Richard Feynman
13
Слайд 21История
Атомный масштаб
Компьютерное изображение
двойной спирали нанольда
Атомы кислорода показаны синим во внутренней
части спирали, лиловые – во внешней. Атомы водорода – белые.
Самосборка – основа нанотехнологии
14
Слайд 22История
Токийский университет, профессор Норио Танигучи
1974 ультрапрецизионная обработка материалов с точностью до
нанометра. «Отец» термина.
Kим Эрик Дрекслер
1980 «ре»-изобретатель термина
1986 книга Машины создания: грядущая эра нанотехнологий
Расширил термин до «наносистем» - Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation
Kим Эрик Дрекслер
1980 «ре»-изобретатель термина
1986 книга Машины создания: грядущая эра нанотехнологий
Расширил термин до «наносистем» - Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation
Слайд 23Еще немного истории
Поврежденная ДНК
Engines of Creation
The Coming Era
of Nanotechnology
By K.
Eric Drexler
Eric Drexler
Изобрел термин “Grey Goo” (серая слизь)…потенциальная проблема саморепликации и автономности наномашин
15
Слайд 24Еще немного истории
Эрик Дрекслер
“Используя молекулу за молекулой, машина-репаратор будет способна
починить всю клетку. Работая клетка за клеткой и слой за слоем, они…будут способны восстановить целый орган…они будут возвращать здоровье.” - Дрекслер, 1986
Стилизованный пример направленного восстановления клетки
16
Слайд 25Развитие измерений
Сканирующий туннельный микроскоп (Nanoscience Instruments).
Изображение со сканирующего туннельного микроскопа.
17
Метрология
Измерительное оборудование – краеугольный камень нанотехнологий!
Слайд 26Микроскопия
Сканирующая микроскопия
Атомно-силовая микроскопия
Сканирующая туннельная микроскопия
Сканируя участок поверхности и измеряя ток (изменение
тока), можно реконструировать строение поверхности материала
Слайд 27Еще немного истории
С-60 бакибол (форма футбольного мяча )
Бакиболлы
Три джентельмена –
сэр Гарольд Крото из университета Сассекса, Робер Керл и Ричард Смолли из университета Райса —получили Нобелевскую премию по химии за открытие новой формы углерода С-60. 1996 год
Пример нобелевского диплома
18
Слайд 28И еще немного…
Собор биосферы в Монреале
Бакибол
19
Фуллерены
C-60 был назван в честь
Ричарда Бакминстера Фуллера по прозвищу «Баки»
Слайд 29Наносборка
Метод «сверху-вниз»– приводит макроматериал/объект к наномасштабу
Метод «снизу-вверх»– собирает наноструктуру из индивидуальных
атомов и молекул
Слайд 31Закон Мура
Фотолитография
20
Сборка методом «сверху-вниз»
Подход «сверху-вниз» применяется для производства микрочипов.
Еще немного истории
Слайд 32Cleanroom Layout
Live Cleanroom at MiRC: http://grover.mirc.gatech.edu/cameras
Or Cleanroom Tour: www./mcrel.org/nanoleap/remote-access/cleanroom.asp
Слайд 33Photosynthesis centers
optical receptor molecules are precisely aligned via spontaneous organization
alignment promotes
collection, storage, and utilization of light energy
Living Cell Walls
“fluid” molecular arrays rearrange in response to chemical stimuli
changes in membrane structure influence intercellular diffusion
Dynamic restructuring of molecular
arrays provides adaptive response.
3D molecular arrangements
promote resonant coupling.
Самосборка: подражание природе
Слайд 34И еще немного….
Молекулярная самосборка с помощью водородных связей
21
Сборка методом «снизу-вверх»
Самоборка «снизу-вверх»
аналогична способу сборки биологических систем
Слайд 35
Nanoscience Biomimicry
Ways scientists are attempting to mimic the wonders of
nanoscience in nature:
sticky “feet”
strong spider silk
sticky “feet”
strong spider silk
water collecting beetle backs
self-cleaning light reflecting butterfly wings
optical nanoscience
and the list could go on and on.
tough and light toucan beaks
Taken from WebQuest Nanoscience in Nature by Jeanne Nye
Слайд 36How to build things at the nanoscale?
Conventional Machines
Build and assemble
Microelectronics
Top down - build in place
Nanotechnology
Bottom up -
self assembled
(m - mm)
(10 - 0.1 µm)
(1- 100 nm)
Слайд 37Сборка наноматериалов
Самосборка, «снизу-вверх» vs «сверху-вниз»
Характеризация наноструктур
Изображение и измерение объектов малого размера
Понимание
свойств
“Нано-остров” лежит между макромиром и одиночными атомами и молекулами
“Нано-остров” лежит между макромиром и одиночными атомами и молекулами
Интеграция и функционирование наносистем
- как собрать и соединить наноструктуры с большими системами?
(самая большая проблема)
Ключевые проблемы нанотехнологий
Слайд 38Современные нанотехнологии
Университет Стенфорда
Экстремально маленькие транзисторы
Шириной 2 нм, регулирующие электрический ток через
зазор всего от одного до трех нанометров шириной
Ультра-малая мощность
Ультра-малая мощность
Слайд 39Intel
Процессоры на элементах 65 нм
20-нм tтранзистор
Атомная структура
Слой оксидного затвора – меньше
чем 3 атомных слоя толщины
Слайд 40Information technology
Quantum electronics (logic, memory), magnetic memory, spintronics
Energy
Large scale,
low cost nanoparticle-based solar energy collection
High efficiency solid state lighting
Health
In situ drug delivery
Diagnostics, active monitoring, performance enhancement
Environment
Low cost, nanosensor arrays for health, safety
Nanoparticle based waste destruction
Nanomanufacturing
Large area, bottom up assembly for low waste, energy efficient manufacturing
High efficiency solid state lighting
Health
In situ drug delivery
Diagnostics, active monitoring, performance enhancement
Environment
Low cost, nanosensor arrays for health, safety
Nanoparticle based waste destruction
Nanomanufacturing
Large area, bottom up assembly for low waste, energy efficient manufacturing
Why are nanomaterials attractive?
Слайд 44Зачем коллоидному химику интересоваться нанотехнологиями?
NSF оценивает рост мировой потребности в человеческом
ресурсе для нанонауки и нанотехнологий к 2019 году в 7 миллионов человек.
Дополнительно 15 миллионов человек будут заняты в смежных поддерживающих областях.
К 2020 году, ожидается, что нанотехнология будет объединять в себе различные области индустрии объемом $10 триллионов
Дополнительно 15 миллионов человек будут заняты в смежных поддерживающих областях.
К 2020 году, ожидается, что нанотехнология будет объединять в себе различные области индустрии объемом $10 триллионов
Слайд 45«Нано»-карьера
Дизайн
Разработки
Нацбезопасность
Техподдержка
Исследования
Менеджмент
Упаковка
Энергетика
Производство одежды
Микроэлектроника
Патенты
Экология наноиндустрии
Продажи
Тестирование
И многое другое….
Слайд 46Нанотехнологии и общество
Могут ли появиться катастрофические последствия нанотехнологий?
Есть ли области нанотехнологий,
где общество должно «держать руку на пульсе»?
Какова роль правительства?
Какова ответственность ученых и инженеров?
Какова роль правительства?
Какова ответственность ученых и инженеров?
Слайд 47Дизайн материалов «под заказчика» на наномасштабе
Производство и модификация (ремонт) устройств на
масштабе нанометров
Химические, биологические, радиологические загрязнения и взрывчатые вещества (определение и….производство)
Метрология на наномасштабе
Наноэлектроника, нанофотоника, наномагнетика
Медицина и диагностика
Эффективное производство и хранение энергии
Микрокрафты и роботика
Экологический мониторинг и охрана окружающей среды
Химические, биологические, радиологические загрязнения и взрывчатые вещества (определение и….производство)
Метрология на наномасштабе
Наноэлектроника, нанофотоника, наномагнетика
Медицина и диагностика
Эффективное производство и хранение энергии
Микрокрафты и роботика
Экологический мониторинг и охрана окружающей среды
Огромные инвестиции в нанотехнологии имеют экономические и социальные
Слайд 48S189 signed Dec. 3, 2003
National Nanotechnology Bill
An authorization bill
Follows
the NNI program directions
Emphasizes program:
management
coordination
review/oversight
and ethical, legal, environmental and societal concerns!
Emphasizes program:
management
coordination
review/oversight
and ethical, legal, environmental and societal concerns!
Слайд 49Наночастицы-потенциальный физиологический
риск
Свойства изменяются вместе с размером.
Могут ли некоторые комбинации размер+состав
иметь негативные эффекты для здоровья?
Дополнения к принятым экологическим и медицинским стандартам
Один состав, разные формы: напр., сажа, алмаз, бакибол, нанотрубки
Один состав, разный размер: TiO2, квантовые точки (CdS, CdSe)
Могут ли наночастицы пересекать биологический барьер?
Какова ответственность и меры предосторожности?
В лаборатории?
на заводе и в окружающей среде?
в готовой продукции?
Дополнения к принятым экологическим и медицинским стандартам
Один состав, разные формы: напр., сажа, алмаз, бакибол, нанотрубки
Один состав, разный размер: TiO2, квантовые точки (CdS, CdSe)
Могут ли наночастицы пересекать биологический барьер?
Какова ответственность и меры предосторожности?
В лаборатории?
на заводе и в окружающей среде?
в готовой продукции?
Слайд 50Категории наноматериалов
Натуральные “ультрадисперсные частицы”
вирус – 10 - 60 nm
бактерия – 30
- 10 µm
Пыль - ~ 100 nm
Вулканическая пыль, дым лесного пожара
“ультрадисперсные частицы” в индустрии и побочных продуктах
Продукты сжигания– 10 - 80 nm
Пигменты красок – 80 - 100 nm
Дым сварки – 10 - 50 nm
Продукты сгорания в двигателях – 7 - 40 nm
Пигмент тонера ксерокса – 10 -400 nm
“Наноматериалы”
Фуллерены-бакибол– 1 nm: нанотрубки – 1 to 5 nm x 10 µm
Квантовые точки для медицинской диагностики– 5 to 20 nm
Полупроводниковые провода для сенсоров– 10 to 100 nm diam. x 1 µm
Пыль - ~ 100 nm
Вулканическая пыль, дым лесного пожара
“ультрадисперсные частицы” в индустрии и побочных продуктах
Продукты сжигания– 10 - 80 nm
Пигменты красок – 80 - 100 nm
Дым сварки – 10 - 50 nm
Продукты сгорания в двигателях – 7 - 40 nm
Пигмент тонера ксерокса – 10 -400 nm
“Наноматериалы”
Фуллерены-бакибол– 1 nm: нанотрубки – 1 to 5 nm x 10 µm
Квантовые точки для медицинской диагностики– 5 to 20 nm
Полупроводниковые провода для сенсоров– 10 to 100 nm diam. x 1 µm
NNI Clayton Teague presentation, 4/2/04
Слайд 51Медицинские исследования наночастиц
Lam et al. (2004) – 3 типа наночастиц введены
в легкие мышам, все вызвали гранулому
Дюпон – введение нанотрубок в легкие крыс ; 15% умерло (наиболее высокая смертность в таких исследованиях)
SMU – бакиболы вызвали обширные поражения мозга у рыб
Rice University – наночастицы накапливаются в биологических тканях
Дюпон – введение нанотрубок в легкие крыс ; 15% умерло (наиболее высокая смертность в таких исследованиях)
SMU – бакиболы вызвали обширные поражения мозга у рыб
Rice University – наночастицы накапливаются в биологических тканях
Слайд 52Нанотехнологии и общество
Вездесущие наносенсоры – право на частную жизнь
Что, если стены
будут иметь глаза и уши?
Сенсор может быть прикреплен совершенно незаметно?
Являются ли мое здоровье и генетика конфиденциальной информацией?
Сенсор может быть прикреплен совершенно незаметно?
Являются ли мое здоровье и генетика конфиденциальной информацией?
Слайд 53“Боты” – самовоспроизводящиеся машины
Это возможно?
Как наш предшествующий опыт сможет помочь?
Должны ли
мы повысить ответственность в этом отношении?
Нанотехнологии и общество
Слайд 54“НаноАссисторы” – интерфейсы машина-человек
Должны ли мы поддерживать такие технологии для социальной
интеграции инвалидов?
Можно ли использовать нанотехнологии для «улучшения» человека?
военные?
атлеты?
мои дети?
Кто решает?
Можно ли использовать нанотехнологии для «улучшения» человека?
военные?
атлеты?
мои дети?
Кто решает?
Нанотехнологии и общество
Слайд 55Practical applications are at an early stage
The Top Ten Nanotech Products
Of 2003
Robert Paull, The Forbes/Wolfe Nanotech Report, 12/29/03
1) High-Performance Ski Wax
2) Breathable Waterproof Ski Jacket
3) Wrinkle-Resistant, Stain-Repellent Threads
4) Deep-Penetrating Skin Cream
5) World's First OLED Digital Camera
6) Nanotech DVD and Book Collection
7) Performance Sunglasses
8) Nanocrystalline Sunscreen
9 & 10) High-Tech Tennis Rackets And Balls
1) High-Performance Ski Wax
2) Breathable Waterproof Ski Jacket
3) Wrinkle-Resistant, Stain-Repellent Threads
4) Deep-Penetrating Skin Cream
5) World's First OLED Digital Camera
6) Nanotech DVD and Book Collection
7) Performance Sunglasses
8) Nanocrystalline Sunscreen
9 & 10) High-Tech Tennis Rackets And Balls
It has been estimated that nanostructured materials and processes can be expected to have a market impact of over $340 billion within a decade (Hitachi Research Institute, 2001).
