Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание

Аннотация

• Введение
• 1. Основные направления в области нанотехнологий
• 2. Открытия в области нанотехнологий в Казахстане
• Заключение
• Список использованной литературы
• Аннотация

Рассмотрено состояние исследований в области нанотехнологий в некоторых развитых государствах. Изучены основные направления исследований нанотехнологий в Республике Казахстан. Определен круг перспективных потребителей нанотехнологической продукции в Казахстане.

Ключевые слова: нанотехнологии, открытия казахстанских ученых, Казахстан.

Введение

В XXI в. наряду с компьютерно-информационными технологиями и биотехнологиями фундаментом научно-технических преобразований, революцией, сравнимой и даже превосходящей по своим масштабам преобразования в технике и обществе, станут нанотехнологии.

Нанотехнологии предусматривают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, т. е. ее упорядоченными фрагментами размером 1-100 нм (1 нм - одна миллиардная доля метра).

Область нанотехнологии связана с объектами, которые обладают абсолютно новыми и существенно улучшенными свойствами вследствие особенностей процессов переноса и распределения зарядов, энергии, массы и информации при наноструктурировании. Это технологии работы с веществом на уровне отдельных атомов. Переход от манипуляции с веществом к манипуляции с отдельными атомами - это качественный скачок, обеспечивающий появление ранее неизвестных функциональных возможностей материальных систем, а также возможность создавать любые объекты.

Технологии от метровой до микрометровой можно считать классическими. Однако классические законы перестают работать при размерах объектов менее 0,5 мкм. Здесь начинается территория, подвластная квантовым законам. Когда размеры микронных изделий будут уменьшены ещё в 1000 раз, мы перейдём от сплошных веществ к атомно-молекулярным структурам квантовой нанотехнологии. Это означает, что уже сейчас человечество вступает в производственную область, где исчезает грань между живой и неживой природой.

Область нанотехнологий очень обширна и касается многих дисциплин, обусловливающих широкий спектр потенциальных направлений исследований. На сегодняшний день нанотехнологии развиваются в трех основных направлениях:

- изготовление электронных схем, элементы которых состоят из нескольких атомов;

- создание наномашин, т. е. механизмов и роботов размером с молекулу;

- сборка всевозможных объектов из молекул и атомов.

Целью данного реферата является изучение открытий в области нанотехнологий.

Задачами реферата поставлены:

- рассмотреть основные направления развития в области нанотехнологий;

- изучить открытия в области нанотехнологий в Казахстане.

1. Основные направления в области нанотехнологий

Акт об исследованиях и развитии нанотехнологий в XXI в., подписанный президентом Бушем еще в 2003 г, предполагает свыше тысячи направлений исследований в наноэлектронике, нанобиотехнологии, молекулярной электронике, наноэлектромеханике, наноэнергетике, оптоэлектронике, создании новых поколений функциональных и конструкционных наноматериалов, наноматериалов для медицины, машиностроения и робототехники, компьютерных технологий, экологии, аэронавтике, системах безопасности и борьбе с терроризмом.

Всего за несколько последних лет разработаны сотни наноструктурированных продуктов конструкционного и функционального назначения и реализованы десятки способов их получения и серийного производства.

Современные приложения нанотехнологий включают:

создание высокопрочных нанокристаллических и аморфных материалов, негорючих нанокомпозитов на полимерной основе;

элементы наноэлектроники и нанофотоники, полупроводниковые транзисторы и лазеры, фотодетекторы, солнечные элементы, сенсоры и др., тонкопленочные и гетероструктурные компоненты микроэлектроники и оптотроники следующего поколения, магнитомягкие и магнитотвердые материалы;

устройства сверхплотной записи информации; телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии, суперкомпьютеры; плоские экраны, видеопроекторы и мониторы компьютеров;

молекулярные электронные устройства, в том числе переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне;

устройства микро- и наномеханики, молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы, интегрированные микроэлектромеханические устройства;

нанохимию и катализ, в том числе управление горением, нанесение покрытий, электрохимию, нанопористые материалы для химической и нефтехимической промышленности (катализаторы, адсорбенты, молекулярные фильтры и сепараторы);

авиационные, космические и оборонные приложения;

топливные элементы, электрические аккумуляторы и другие преобразователи энергии, устройства для хранения энергии;

фармацевтику, целевую доставку лекарств и протеинов, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническую и медицинскую диагностику, создание искусственных мускулов, костей, имплантацию живых органов; регистрацию и идентификацию канцерогенных тканей, патогенов, биосовместимые ткани для трансплантации, лекарственные препараты; нанотехнология разработка казахстан потребитель

биомеханику, геномику, биоинформатику, биоинструментарий и многие другие.

На сегодняшний день государственные программы развития нанотехнологий реализуют более 50 государств. Глобальные инвестиции в НИОКР в сфере нанотехнологий, по отчетам государственных организаций, за 2015 гг. возросли приблизительно в 5 раз.

Рынок "нано" уже составляет, по разным оценкам, 100-150 млрд. дол., причем значительная часть относится к электронике. Ожидается, что к 2020 г. мировой рынок наноматериалов и нанотехнологий превысит 1 трлн дол. США.

Гонка уже началась, в США национальная нанотехнологическая инициатива была запущена в 2001 г., в этом же году в Японии в госбюджете нанотехнология определена как один из приоритетов, но пока отрыв лидеров невелик. Сейчас за Японией устремились Южная Корея, Сингапур, Тайвань, Индия и особенно активно Китай. В Азии обозначился сдвиг от фундаментальных исследований нанотехнологий к прикладным.

Страны ЕС пошли по пути развития научно-технологического потенциала в области нанотехнологии посредством интеграции усилий всех стран-участников ЕС и привлечения третьих стран, особенно России. В 2000 г. ведущими европейскими странами в области нанотехнологических исследований стали Германия (63 млн. евро), Соединенное королевство (39 млн. евро), Франция (19 млн. евро), Нидерланды (6,9 млн. евро), Италия (6,3 млн. евро), Швеция (5,8 млн. евро). В Финляндии 70,3 % средств на исследования принадлежат частному сектору, в Швеции - 67,8 %, в Германии - 66,6 %, в Бельгии - 66,2 %.

2. Открытия в области нанотехнологий в Казахстане

В Казахстане за последние годы наработан определенный потенциал в области нанохимии и наноматериалов. В частности, в республике проведены исследования в области нанохимии и наноматериалов в рамках исследований Министерства образования и науки.

На базе Казахского национального университета им. аль-Фараби создана нанолаборатория открытого типа, основной задачей которой является освоение передовых технологий наноструктур полупроводниковых соединений и обеспечение свободного доступа исследователей к современному научному оборудованию.

В г. Шымкенте создан научно-технологический центр "NANOFAB", одной из основных задач которого является создание перспективных наноматериалов на основе сырьевых ресурсов Казахстана.

Казахстанскими учеными и специалистами проводятся исследования по получению наноструктурированных углеродных материалов, наноуглеродных сорбентов для горнометаллургического комплекса и медицинского назначения, металлоуглеродных катализаторов для получения нефтехимической продукции и др.

Еще одно направление, которое интенсивно развивается в Республике, непосредственно в Институте проблем горения КазНУ им. аль-Фараби - это механохимический синтез неорганических и композиционных материалов включая нанокомпозиционные порошковые системы. Возможности этого метода позволяют получать материалы с новым комплексом свойств, в частности, магнитные сорбенты на основе минерального и синтетического сырья для сбора нефтепродуктов с поверхности воды при использовании. Механохимический синтез является составляющей частью технологических процессов, включая и СВ-синтез, при создании керамических материалов для защитных покрытий с градиентным изменением их фазового состава, структуры и свойств.

Новым приоритетным научным направлением является создание наноматериалов и нанокомпозиционных систем. Большое внимание уделяется синтезу углеродных наноматериалов различного назначения, в частности, высокоэффективных и доступных углеродсодержащих сорбентов, которые могут быть использованы для очистки выбросов от сероводорода, оксидов серы и азота, а также промышленных стоков от загрязнений фенолом и другими органическими соединениями. Перспективным сырьем при получении таких углеродных композиционных систем являются отходы растительных продуктов (виноградные, абрикосовые косточки, рисовая шелуха и) с широким спектром их применения.

Полученные наноструктурированные материалы использовались в качестве сорбентов для очистки промышленных сточных вод и питьевой воды от ионов тяжелых металлов и органических примесей, для извлечения благородных металлов, в качестве катализаторов гидроочистки и гидрообессеривания для облагораживания бензинов, для получения олефинов и ароматических соединений из бытового газа и газовых промышленных выбросов. Синтезированные углеродные наносорбенты были испытаны для очистки и выделения физиологически активного вещества цитокинина из сложной смеси. Изучено действие их в качестве медиаторов на повышение стрессоустойчивости важнейших злаковых культур Казахстана и на всхожесть семян пшеницы в условиях засоления почвы.

Нанотехнология лежит в основе получения электродных материалов в области создания литий - ионных аккумуляторов. Анодный материал, приготовленный карбонизацией скорлупы абрикосовых косточек, прошел электрохимическое тестирование, которое показало его превосходную стабильность в качестве анода в различных электролитах, включая разные соли и растворители при высоких значениях циклирования.

Ведутся исследования по влиянию газового разряда высоковольтного типа на синтез наноразмерных углеродных частиц фуллеренов в низкотемпературном пламени при низком давлении для получения максимального выхода наноразмерных углеродных объектов. Установлено, что выход фуллеренов определяется величиной тока газового разряда и зависит от формы электрода. Особое внимание уделяется механизмам формирования наноразмерных объектов, в том числе росту нанотрубок.

Фронт исследований нанотехнологий и проблем нанонауки в рамках программы широк и охватывает 85 проектов, в реализации которых участвуют 29 организаций. Головной организацией является АО "Центр наук о земле, металлургии и обогащении".

В соответствии с программой бывшие академические, вузовские и отраслевые лаборатории в определенной степени переориентированы на исследования в области нанотехнологий и наноматериалов.

Программа включает 5 блоков (подпрограмм):

Разработка и исследование нанотехнологий в горно-металлургическом комплексе.

Разработка наноматериалов и нанотехнологий для энергетических систем нового поколения.

Использование нанотехнологий для получения бионаноматериалов и регуляции процессов в биологических системах.

Создание квантово-размерных структур для микроэлектроники и информационных технологий.

Разработка и использование наноматериалов и нанотехнологий в нефтегазовой и химических отраслях Казахстана.

Таким образом, нанотехнологические исследования осуществляются в привязке к приоритетам научно-технологического развития страны.

Анализ данных показывает, что основное внимание казахстанских ученых направлено на получение наноструктурированных материалов, в первую очередь на основе кремния. Как положительный факт следует отметить значительное количество работ по изучению фундаментальных основ процессов и механизмов формирования наноструктур, влияния размерных и структурных факторов на свойства наноструктурированных систем, теоретическому осмыслению наблюдаемых явлений и свойств.

Важнейшей компонентой нанотехнологий является химический синтез нанопродуктов. Это обусловило большой интерес и значительное количество работ казахстанских ученых-катапитиков по созданию катализаторов, содержащих наноструктуры, и изучению их характеристик. Разрабатываются также методы, в основном электрохимические, получения наноструктурированных композиционных покрытий.

В настоящее время в мировой практике значительную часть нанотехнологических исследований составляют биомедицинские приложения. В Казахстане спектр направлений исследований в этой области относительно узок и работы пока немногочисленны, хотя проводиться они начали ранее, чем по другим направлениям. Продуктивно работают казахстанские специалисты по созданию средств доставки лекарственных препаратов к больному органу.

При анализе проводимых казахстанскими учеными исследований в нанообласти обращают на себя внимание некоторые работы, в которых если и получены или обнаружены наноструктуры, то влияние их присутствия подавляется макроскопическими закономерностями и их наличие не связывается со свойствами полученных и изучаемых объектов. Не обозначена цель получения наноструктурированных объектов (их получение скорее становится самоцелью) и возможности их использования. Такие работы проводятся в традиционных направлениях на традиционном недостаточно прецизионном оборудовании в условиях обычной лаборатории и не обеспечивают принципиально новых результатов, получения наноэффектов. Между тем нанотехнологические исследования и производство требуют специально приспособленных помещений, обеспеченных воздухом особой очистки, прецизионного оборудования и прочих средств поддержания условий для нанотехнологического производства и аналитических исследований.

В настоящее время термины "нанотехнология" и "наноматериалы" стали настолько модными, конъюнктурными и экономически привлекательными, что многие традиционные исследования и разработки атомно-молекулярного уровня искусственно приобрели имидж "нано".

Однако большинство НИОКР являются целенаправленными, многие содержат рекомендации по возможному использованию полученных результатов. В небольшом числе работ проводится достаточно глубокий анализ наблюдаемых свойств в сопоставлении со структурными характеристиками, предлагаются модели роста наноструктурированных образцов.

Заключение

Анализ мирового опыта формирования и реализации национальных и региональных программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости в ближайшем будущем решения некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий, с которыми столкнулись страны, ранее Казахстана избравшие это новое научно-технологическое направление:

Отбор приоритетных направлений нанотехнологических разработок с учетом перспектив их дальнейшей коммерциализации. Из множества направлений следует выбрать и сделать на них ставку, учитывая при этом, что ошибка в выборе может привести к огромным потерям. Поскольку по своим масштабам переход к нанотехнологиям намного превосходит и атомный и космический проекты.

Формирование круга перспективных потребителей нанотехнологической продукции.

Широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

Создание исследовательской инфраструктуры, включая:

- организацию центров коллективного пользования уникальным технологическим и диагностическим оборудованием, не ограничиваясь единственной Национальной нанотехнологической лабораторией;

современное приборное оснащение научных и производственных организаций инструментами и приборами для проведения работ в области нанотехнологий;

разработку специальной метрологии и государственных стандартов в области нанотехнологий;

Привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса. Необходимы специалисты, обладающие междисциплинарными знаниями и способные владеть современным синтетическим и диагностическим инструментарием. Для этого требуется создать целостную образовательную систему подготовки нового поколения исследователей, материаловедов и технологов.

Подводя итоги можно с уверенностью сказать, что развитие нанотехнологий в Казахстане имеет большое будущее.

Список использованной литературы

1. Пул Ч. Оуэне Ф. Мир материалов и нанотехнологий. - М.: "Техносфера", 2015. - 336 с.

2. http://www.transhumanisnn-russia.ru/content/view/17/20/.

3. http://markbook.chat.ru/kvant/projekt6.html.

4. Что такое нанотехнологии http://chtotakoe.info/articles/ nanotexnoloqii 444. html.

5. Третьяков Ю.Д. Проблема развития нанотехнологий в России и за рубежом //http://nanometer/ru/2006/1 1/17/581 9225/html.

6. Пустовалов В.К. Нанотехнологии: состояние, проблемы, перспективы // Новости науки и технологий. - 2016. - №.1 (4). - С. 186192.

7. http://www.opec. ru/point_doc.asp?d_no=58661.

8. Нанотехнологии в России // Российская газета 05.06.2014 г.

9. Развитие нанотехнологий в Украине, - http://www.nanonewsnet.

10. Физико-химическое исследование композиций, синтезированных плазмохимическим способом: Отчет о НИР (промежут.) / Ин-т пробл. горения при КазНУ; Рук. В.Е. Мессерле. - № 0106РК 00635; Инв. № 0207РК 00304. - Алматы, 2007.

11. Нанотехнологии - основа инноваций XXI века // Наука и высшая школа Казахстана. - 2006. - № 7. - С. 4-5.

12. Тодорова Н. Нанотехнологии - прорыв в будущее // Казахстанская правда, 1 августа 2007 г.

Размещено на Allbest.ru