Нанотехнології

10

Реферат

Нанотехнології

План

1.Нанотехнології - революція майбутнього............................................3

2.Коротка історія нанотехнології..............................................................5

3.Позитивні та негативні сторони нанотехнологій.................................7

4.Аналіз нинішнього рівня розвитку нанотехнологій..........................9

Висновок...................................................................................................11

Список літератури....................................................................................13

1.Нанотехнології - революція майбутнього

Нанотехнології можуть привести світ до нової технологічної революції і цілком змінити не тільки економіку, але й навколишнє середовище.

Нанотехнології -- це технології, що оперують величинами, порядку нанометра. Це мізерно мала величина, співмірна з розмірами атомів. На частку США нині припадає близько третини всіх світових інвестицій у нанотехнології. Інші провідні гравці на цьому полі -- Європейський Союз (приблизно 15%) і Японія (20%). Дослідження в цій сфері активно ведуться також у країнах колишнього СССР, Австралії, Канаді, Китаї, Південній Кореї, Ізраїлю, Сінгапуру і Тайваню. Якщо в 2000 році сумарні витрати країн світу на подібні дослідження становили близько 800 млн. доларів, то в 2001 році вони збільшилися вдвічі. За прогнозами Національної Ініціативи в галузі нанотехнології США (National Nanotechnology Initiative), розвиток нанотехнологій через 10--15 років дозволить створити нову галузь економіки з обігом у 15 млрд. доларів і близько 2 млн. робочих місць.

Ряд нанотехнологій використовується на практиці -- приміром, при виготовленні цифрових відеодисків (DVD). В галузі медицини можливе створення роботів-лікарів, здатних “жити” всередині людського організму, усуваючи всі виникаючі ушкодження, або запобігаючи їх виникненню. Теоретично нанотехнології здатні забезпечити людині фізичне безсмертя, за рахунок того, що наномедицина зможе нескінченно регенерувати клітини, що відмирають. За прогнозами журналу Scientific American вже в найближчому майбутньому з'являться медичні пристрої, розміром з поштову марку. Їх досить буде накласти на рану і цей пристрій самостійно проведе аналіз крові, визначить, які медикаменти необхідно використовувати і впорсне їх у кров.

Очікується, що вже 2025 року з'являться перші роботи, створені на основі нанотехнологій. Теоретично можливо, що вони зможуть конструювати з готових атомів будь-який предмет. Нанотехнології спроможні зробити революцію в сільському господарстві. Молекулярні роботи здатні будуть готувати їжу, замінивши сільськогосподарські рослини і тварин. Приміром, теоретично можливо виробляти молоко безпосередньо з трави, минаючи проміжну ланку -- корову. Нанотехнології здатні також стабілізувати екологію планети. Нові види промисловості функціонуватимуть без відходів, що отруюють планету, а нанороботи зможуть знищувати наслідки старих забруднень. Неймовірні перспективи відкриваються також у галузі інформаційних технологій. Нанороботи здатні втілити в життя мрію фантастів про колонізацію інших планет -- ці пристрої зможуть створити на них середовище, придатне для життя людини.

Нанотехнології мають блискуче військове майбутнє. Мілітарні дослідження у світі проводяться в шести основних сферах: технології створення і протидії “невидимості” (літаки-невидимки, створені на основі технології stealth), енергетичні ресурси, самовідновлюючі системи (вони, наприклад, дозволяють автоматично ремонтувати пошкоджену поверхню панцерника або літака), зв'язок, а також пристрої виявлення хімічних і біологічних забруднень. На військові нанодослідження в 2003 році США планують витратити 201 млн. доларів. Передбачається, що 2008 року будуть представлені перші бойові наномеханізми.

Виробники вже одержують перші замовлення на нанопристрої. Військове відомство США замовило компанії Friction Free Technologies розробити армійську форму майбутнього. Компанія, приміром, повинна виготовити шкарпетки з використанням нанотехнологій, які ліквідовуватимуть запах поту, але зберігатимуть ноги в теплі, а шкарпетки в сухості. Щоправда невідомо, чи потрібно буде прати такі шкарпетки, пише Washington ProFile.

Нанотехнологиії здатні виробити революцію в сільському господарстві. Молекулярні роботи здатні виробляти їжу, замінивши сільськогосподарські рослини і тварин. Наприклад, теоретично можливо виробляти молоко прямо з трави, минувши проміжну ланку -- корову. Нанотехнології здатні також стабілізувати екологічну обстановку. Нові види промисловості не вироблятимуть відходів, що отруюють планету, а нанороботи зможуть знищувати наслідки старих забруднень.

Особливі надії на нанотехнології покладають фахівці у області електроніки і інформаційних технологій. У 1965 році було можливим умістити на одному чипі лише 30 транзисторів. У 1971 році -- 2 тис. Нині один чіп містить близько 40 млн. транзисторів величиною 130--180 нанометрів, і з'явилися повідомлення, що вдалося створити транзистор розміром в 90 нанометрів. Цей процес зробив складну електронну і комп'ютерну техніку доступним для більшості споживачів: у 1968 році один транзистор коштував у США $1, нині за ці гроші можливо придбати 50 млн. транзисторів.

У 1965 році Гордон Мур, фахівець у сфері фізичної хімії, зробив знамените передбачення, яке було названо «Закон Мура». «Закон Мура» проголошує, що число транзисторів на чіпі буде можливо подвоювати кожні 18 місяців. На протязі декількох десятиріч цей прогноз доводив свою точність. Нині виробники комп'ютерних чіпів зіштовхнулись із складностями мініатюризації: аби ділом підтверджувати «Закон Мура», потрібно, щоб транзистор був величиною не більше 9 нанометрів. За прогнозом Міжнародного Консорціуму Напівпровідникових Компаній, цей рівень розвитку технології буде досягнуто до 2016 року.

2.Коротка історія нанотехнології

Батьком нанотехнології можна вважати грецького філософа Демокріта. Близько 400 р. до н. е. він уперше для опису найменшої частки речовини почав використовувати слово “атом”, що в перекладі з грецької означає “неподільний”.

1905 рік. Швейцарський фізик Альберт Айнштайн опублікував працю, в якій доводив, що величина молекули цукру становить приблизно 1 нанометр.

1931 рік. Німецькі фізики Макс Кнолл і Ернст Руска створили електронний мікроскоп, що вперше дозволив досліджувати наноб'єкти.

1959 рік. Американський фізик Ричард Фейнман уперше опублікував працю, у якій оцінювалися перспективи мініатюризації.

1968 рік. Альфред Чо і Джон Артур, співробітники наукового підрозділу американської компанії Bell, розробили теоретичні основи нанотехнології при обробці поверхонь.

1974 рік. Японський фізик Норіо Танігучі ввів у науковий обіг слово “нанотехнології” (від грецького слова “нанос”), яким запропонував називати механізми, розміром менші за один мікрон.

1981 рік. Німецькі фізики Герд Бінніг і Генріх Рорер створили мікроскоп, здатний показувати окремі атоми.

1985 рік. Американські фізики Роберт Керл, Гарольд Крото і Ричард Смайлі створили технологію, що дозволяє точно вимірювати предмети, діаметром в один нанометр.

1986 рік. Нанотехнологія стала відома широкому загалові. Американський футуролог Ерк Дрекслер опублікував книгу, в якій передбачав, що нанотехнологія незабаром почне активно розвиватися.

1989 рік. Дональд Ейглер, співробітник компанії IBM, виклав назву своєї фірми атомами ксенону.

1998 рік. Голландський фізик Сез Деккер створив транзистор на основі нанотехнологій.

1999 рік. Американські фізики Джеймс Тур і Марко Рід визначили, що окрема молекула здатна поводитися так само, як молекулярні ланцюжки.

2000 рік. Адміністрація США підтримала Національну ініціативу в галузі нанотехнології (National Nanotechnology Initiative). Нанотехнологічні дослідження одержали державне фінансування. Тоді з федерального бюджету було виділено 500 млн. доларів. У 2002 сума асигнувань була збільшена до 604 млн. доларів. Цього року в “Ініціативу” заплановано вкласти 710 млн. доларів.

3.Позитивні та негативні сторони нанотехнологій

Позитивні сторони: фізики з університету штату Джорджія розробили нанодвигун, який працює на хімічному пальному. Хіміки з універу Едінбурга створили ротаксан - молекулярну машину, яка дозволяє „обійти” другий закон термодинаміки. Спеціалісти з американський лабораторій Белла та з німецького інституту колоїдів Макса Планка розробили своєрідний „молекулярний м'яз”. Новітні технології обіцяють подолати нові й поки що невиліковні хвороби. Передбачається, що наночастинки використовуватимуться для доставки до потрібних органів корисних речовин та ліків.

За оцінками експертів, уже до 2010 року 50% медикаментів вироблятимуться за допомогою нанотехнологій.

Нестримно розвиваються наукові ідеї „наноїжі”. Нанотехнології надають харчовикам унікальні можливості з тотального моніторингу у реальному часі якості та безпеки продуктів.

Відвертого удару нанотехнології можуть завдати індустрії мийних засобів. Поява нових, стійких до забруднень та ушкоджень, матеріалів, зменшить потребу в них.

Нанотехнології дозволять наділити інтелектом найзвичніші предмети побуту.

Люди носитимуть одяг, який змінює колір, обмінюватимуться візитівками з нанесеною на них відеорекламою, передаватимуть свої емоції за допомогою імплантатів, що відображають настрій.

Жінки милуватимуться собою у комп'ютеризованих дзеркалах, котрі коригуватимуть зображення до ідеального, а на своїх нігтях матимуть манікюр із запрограмованим кольором та візерунками.

Світ майбутнього буде різнобарвним, насиченим життям.

Він перейде на наступний рівень, де багато сучасних проблем будуть розв'язані...

Негативні сторони: 1987 року американський вченого Ерік Деркслер висунув теорію „сірого слизу”. За його прогнозом у майбутньому з'являться нанороботи завбільшки з бактерію, здатні самостійно компонувати молекули в певних комбінаціях. Вихід таких систем з ладу - катастрофа. Самовідтворюючі роботи в разі програмного збою почнуть продукувати нові й нові організми, беручи за матеріал усю доступну біомасу. Внаслідок нанохаосу планету вкриє однорідний шар липких елементів.

Ще одна шокуюча оцінка перспектив нанотехнологій в тому, що використання нанороботів у медицині стане початком переходу людини з еволюційно-біологічної форми Homo Sapiens у технологічну істоту, що само розвивається - Nano Sapiens. Розумне життя на Землі завершить свій еволюційний етап і надалі розвиватиметься в наноформі, за законами саморегуляції. Можливості нанороботів, а також недовершеність людського тіла приведуть до його радикальної „перебудови”. Nano Sapiens будуть набагато пристосованішими до життя. У них не буде статі, статевого розмноження, інстинктів. Їм не потрібні будуть сьогоднішні технічні пристосування - частина з них буде інтегрована в їхні організми. Спільне у Nano Sapiens і людини лише одне - здатність мислити. У перспективі „людство”, що складається з індивідів Nano Sapiens, інтегруючись на інформаційному рівні, зіллється в єдину особистість - Megasapiens, „плоть” якої може бути загалом не визначене у просторі.

Також, проблемою є - складність розроблення наноречовин, мається на увазі те, що їхній вплив буде залежати більш ніж просто від хімії... одна тільки мікроскопічна величина наночастинок могла б дозволяти їм легше проникати й вражати людські органи... той факт, що речовини наномасштабу можуть мати надзвичайні властивості - властивості, котрі не узгоджуються із «прописними» фізикою та хімією, - може являти собою потенційну загрозу
У той час як уряд і промисловість вкладають мільярди у те, щоб швидко наживати капітал на торговельному потенціалі нанотехнології, виявляти й аналізувати потенційні загрози видається малоцікавим, тому дослідники  не впевнені у тому, як безпечно працювати із новими наноречовинами, нанокомпаніям невідомо повністю, як створювати безпечну продукцію, і суспільна довіра до цієї нової технології ризикує бути підірваною

4.Аналіз нинішнього рівеня розвитку нанотехнологій

Консультативна Рада з проблем науки і технології при Президенті США (PRESIDENT'S Council of Advisors on Science and Technology) підготувала доповідь, у якій аналізується нинішній рівень розвитку нанотехнологій в США та в інших науковиробляючих країнах і оцінюються перспективи подальшого прогресу в цій новітній сфері наукових досліджень та технологічних розробок. У доповіді підкреслюється, що в даний час Сполучені Штати є світовим лідером у області нанотехнологій. На частку США доводиться чверть світових інвестицій у цю сферу і не менше половини статей по нанотехнологіях, публікованих в найавторитетніших професійних журналах. Америка також лідирує по кількості патентів, які присуджуються за нанотехнологічні розробки. В цілому американські фахівці тримають дві третини таких патентів, виданих останніми роками. У одному тільки 2003 році учені і інженери із США одержали близько 1 тис. нанотехнологічних патентів (більш свіжих даних поки що немає).

Автори доповіді попереджають, що конкуренція у сфері нанотехнологій останніми роками загострилася і, безумовно, посилюватиметься і в осяжному майбутньому.

Країни Євросоюзу, Японія і Китай в даний час щорічно виділяють на ці програми зі своїх бюджетів приблизно по $900 млн., що ненабагато менше американських федеральних витрат. Для порівняння, за даними організації «Національна Ініціатива» в області нанотехнології США (NATIONAL Nanotechnology Initiative), в 2002 році витрати всіх держав світу на ці цілі не перевищували $2 млрд. Сумарний рівень інвестицій приватних корпорацій з інших країн на ці цілі в даний час вже дещо перевищує аналогічні витрати американських компаній.

У грудні 2003 року Конгрес США прийняв особливий закон «Нанотехнологічні Дослідження і Розробки 21 сторіччя» (21st Century Nanotechnology Research and Development Act), яким передбачалося збільшення асигнувань на подібні проекти.

У 2004 році з федерального бюджету США на розвиток нанотехнологій було виділено близько $1 млрд. 240 млн. (для порівняння, в 2001 році -- $464 млн.). Ці дослідження також активно фінансуються за рахунок бюджетів окремих штатів, які в цілому направили на ці цілі порядка $400 млн. Ще більше засобів витрачає американський бізнес -- без малого $2 млрд. П'ята частина цієї суми доводиться на біотехнологічні фірми, стільки ж -- на електронні, 18 % -- на хімічну промисловість, по 8 % -- на аерокосмічну індустрію і енергетику.

Висновок

На думку експертів, нанотехнології стануть рушійною силою наступної промислової революції, і змінюватимуть наш спосіб життя. Дослідження та розробки нанотехнологій знаходяться у стані підйому у гонитві за оригінальними та корисними речами, і в той час коли відбувається зліт фабричного виробництва, зовсім мало робиться для того, щоб ґарантувати безпеку суспільству та навколишньому середовищу.

За очікуваннями Національного наукового фонду США, за наступне десятиліття нанотехнології захоплять 1 трильйон доларів світового ринку.

Нанотехнології обіцяють величезні потенційні вигоди у поліпшенні ледве не всіх видів промислової продукції: комп'ютерів, автомобілів, одягу, продуктів харчування, медикаментів, батарейок і багато чого іншого. Але з іншого боку усе більше й більше постає питання: чи є вони безпечними?

Зростаюча кількість наукових досліджень і звітів уряду застерігає, що створені наночастинки можуть становити небезпеку для здоров'я людей та навколишнього середовища, хоча було проведено ще небагато досліджень щодо їхньої токсичності Отже, нанотехнології включають у себе широкий спектр технологій для контролю над структурою матерії на рівні атомів і молекул. Нанометр - це одна мільярдна метра, ширина 10 розміщених поруч атомів водню; товщина людської волосини дорівнює приблизно 80 тисячам нанометрів. Важко навіть уявити собі щось настільки мале, ще важче повірити, що це може використовуватися у виробничих процесах.

На такому мікроскопічному рівні матерія поводить себе не так, як у нашому повсякденному житті у цьому світі, де панує класична ньютонова фізика. У наносвіті «властивості матерії обумовлюються складним і багатим поєднанням класичної фізики та квантової механіки», - мовилося в ексклюзивному онлайн-випуску журналу Scientific American за січень 2006 р. Також у більших кількостях мініатюрні наноречовини можуть мати величезну потужність через їх значно більше відношення площі поверхні до об'єму. Зі зменшенням величини частинок і ростом їхньої реакційної здатності, речовина, котра може бути інертною у мікро- чи макромасштабі, здатна набувати небезпечних властивостей у наномасштабі

Щодо соціальних та етичних проблем, то згідно до Vital Signs 2006-2007, серйозні побоювання не обмежуються питаннями безпеки й впливу на здоров'я: повинні бути вивчені й більш широкі соціальні й етичні наслідки. «Нанотехнічною революцією рухає погоня за прибутком - не потреба у розвитку людства… доки докорінними проблемами є убогість і соціальна несправедливість, нові технології ніколи не будуть універсальним їх вирішенням», - стверджується у звіті Vital Signs.

Я вважаю, щоб досяти якомога кращих та корисних результатів - необхідна міжнародна координація: варто знайти способи узгодження наукових досліджень, розділяючи витрати й обмінюючись інформацією між країнами та між економічними регіонами.

Список літератури

1. Вікіпедія -- вільна енциклопедя.

2. Велика Епоха ( The Epoch Times ) - міжнародний інформаційний проект.

3. «Washington ProFile», 30 Березня 2005

4. «Наносистеми, наноматеріали,нанотехнології.Збірник наукових праць.» 2003 р. А.Г. Білоус, І.В. Блонський, П.П. Горбик, В.Ю. Данильченко, В.Г. Іванченко, В.П. Кладько, Ю.М. Коваль