Введение в нанотехнологии презентация

ВВЕДЕНИЕ в НАНОТЕХНОЛОГИИ

Определение «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

Что 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

Что 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

Две 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.

Уникальные 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

Плазмоны 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

Молекулярная 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

Нанотехнологии не новы! Золотые наночастицы в стекле создают красный оттенок

История

История 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!

История

История

История

История 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

Еще немного истории

Еще 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

Развитие измерений

Микроскопия Сканирующая микроскопия Атомно-силовая микроскопия Сканирующая туннельная микроскопия Сканируя участок поверхности и измеряя ток (изменение тока), можно реконструировать строение поверхности материала

Еще немного истории

И еще немного…

Наносборка Метод «сверху-вниз»– приводит макроматериал/объект к наномасштабу Метод «снизу-вверх»– собирает наноструктуру из индивидуальных атомов и молекул

Нанотехнологии в электронике Миниатюризация Плотность заполнения

Cleanroom Layout

Самосборка: подражание природе

И еще немного….

How to build things at the nanoscale?

Современные нанотехнологии Университет Стенфорда Экстремально маленькие транзисторы Шириной 2 нм, регулирующие электрический ток через зазор всего от одного до трех нанометров шириной Ультра-малая мощность

Intel Intel Процессоры на элементах 65 нм

Зачем коллоидному химику интересоваться нанотехнологиями?

«Нано»-карьера Дизайн Разработки Нацбезопасность Техподдержка Исследования Менеджмент Упаковка Энергетика Производство одежды

Категории 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