Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Нанотехнологии без тайн (Уильямс), 2010, c.362

ТЕСТ К ЧАСТИ II

30.Автоматическое создание микрокапсул называется:

(а) пончиком;

(б)криогенезисом;

(в) самосборкой;

(г) кальцинацией.

31.На наномасштабном уровне огромные изменения механических, оптических и электромагнитных свойств происходят по:

(а) правилам местных и государственных органов;

(б)законам фотодинамики;

(в)принципам спроса и предложения;

(г) законам квантовой механики.

32.Эксперименты непосредственно внутри живого организма назы ваются:

(а) in centro;

(б) in vivo;

(в)in livo;

(г)in vitro.

33.Материалы хотя бы с одним наномасштабным размером и повы шенной каталитической активностью называются:

(а) биомаркерами;

(б) энзимами;

(в) нанокатализаторами;

(г)антителами.

34.Реакции в рамках биологических процессов улавливаются:

(а) преобразователями;

(б) резиновыми перчатками;

(в) метелками для смахивания пыли;

(г)посыльными.

35.Нанотехнологии предоставляют медикам новые мощные инстру менты для борьбы с разными болезнями, за исключением:

(а) рака;

(б) сосания большого пальца;

(в) дегенерации;

ЧАСТЬ II «Мокрые» (органические) приложения

36.«Зеленые» нанотехнологии включают:

(а)безопасные для окружающей среды химические и технологи ческие процессы;

(б) натуральные красители и волокна;

(в) тектонические процессы;

(г) тяжелые металлы, как, например, мышьяк, хром и кадмий.

37.«Лаборатория на чипе» создается на основе:

(а)очень маленьких трубок и центрифуг;

(б) переноса сверхрешеточного нанопроводного шаблона;

(в)создания лаборатории с помощью очень точных инстру ментов;

(г) сверхмалых пипеток и проводков.

38.Эксперименты показали, что использование наночастиц железа заметно снижает уровень загрязнения в месте инъекции уже спу стя:

(а) 3–4 часа;

(б)1–2 дня;

(в) 5–6 дней;

(г) 3–4 месяца.

39.Явление, при котором частицы захватываются и удерживаются макрофагами, называется:

(а) окаменение;

(б)опреснение;

(в) фагоцитоз;

(г)дурной запах изо рта.

40.Закон, согласно которому удлинение пружины прямо пропор ционально растягивающей ее силе, называется:

(а) законом Хейфера;

(б) законом Худа;

(в) законом Гермиона;

(г)законом Гука.

Часть III

«СУХИЕ»

(НЕОРГАНИЧЕСКИЕ)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Глава 8

Материалы

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

В своих попытках найти способ генерирования золота они пытались

впервую очередь получить металл желтого или золотистого цвета.

Используя известь, серу, уксус и медь, они получали вещества с зо лотистым цветом, которые часто принимали за золото.

Впроцессе этих поисков алхимики научились кристаллизовать и дистиллировать растворы, открыли несколько неизвестных элемен

тов и соединений.

Современные исследователи постоянно обнаруживают уникаль

ные физические, химические и биологические свойства наномасштаб ных материалов и реакций. Одновременно их исследуют с помощью теоретических знаний, компьютерного моделирования и экспери ментов.

Применение нанотехнологий возникает в результате проверки

новых материалов, свойств и процессов. Исследования открывают новые способы улучшения существующих коммерческих продуктов

вдиапазоне размеров от атомов и молекул ( 1 нм) до их гораздо бóльших образований (>100 нм). По сравнению с более масштабны

ми уровнями наномасштаб не просто еще один уровень, а качествен

но новый уровень. Наномасштабные системы существуют в царстве квантовых законов, и их можно увидеть только с помощью самых мощных микроскопов и других инструментов. Теперь квантовые за коны, которые прежде были лишь любимой игрушкой фантастов,

становятся повседневными инструментами нанотехнологических ис

следований.

Умные материалы

ГЛАВА 8 Материалы

нию с обычными углеродными или кремниевыми частицами. Напри мер, углеродные нанотрубки в 100 раз прочнее стали, они прово

дят тепло лучше алмаза и переносят электрический ток лучше меди. Именно по причине такой универсальности многие материалы, на

пример фуллерены, однослойные углеродные нанотрубки, нанообо лочки, квантовые точки и микрокапсулы, часто называют умными

материалами (smart materials).

Как разные разделы науки, так и разные отрасли промышленно сти, например авиастроение, биомедицину, химию, электротехнику, машиностроение и энергетику, объединяет общий знаменатель — по иск материалов с улучшенными свойствами. После открытия нано

трубок и нанооболочек ученые и инженеры стремятся проверить все

новые возможности, которые открываются благодаря их свойствам, и найти способ их применения.

Например, исследования пластмасс привели к тому, что теперь они используются практически везде — от контейнеров и игрушек

до контактных линз и протезов суставов. Пластмассы были удиви

тельным открытием науки и техники 1950–1960 х гг. Их внедрение полностью изменило мир. Многие предметы стали столь дешевы, что проще было их выбросить и купить новые, чем помыть или починить (однако о пользе и вреде одноразовой пластиковой посуды все еще

ведутся ожесточенные дискуссии).

Похоже, что применение наноматериалов идет по тому же пути, но, возможно, в более щадящей для окружающей среды манере. Кроме того, некоторые свойства наноматериалов намного превос ходят аналогичные свойства пластмасс. В таблице 8.1 приведена сравнительная характеристика основных свойств некоторых типов наноматериалов.

Таблица 8.1. Сравнительная таблица свойств наноматериалов

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

Инженеры теперь имеют в своем распоряжении бóльшую прочность,

теплопроводность, электропроводность, гибкость и могут не только

найти новые решения старых проблем (например новые способы лече ния болезней), но и создавать просто невероятные сегодня материалы и

продукты. И как только они появятся, нам трудно будет представить, как же можно было так долго без них обходиться. Все станет возмож

ным, когда сформируются технологии манипулирования атомами!

Однослойные углеродные нанотрубки являются невероятно пер спективными наноматериалами. Их свойства, например прочность, долговечность, химическая стойкость, теплопроводность и (вероят но, наиболее важное свойство) электропроводность, делают нано

трубки универсальным материалом. В зависимости от молекулярной

структуры одни нанотрубки являются полупроводниками, а дру гие — проводниками. Эти свойства, вместе с наномасштабной гео метрией, делают их кандидатами для создания проводов, контактов

иустройств для молекулярной электроники.

Втечение многих лет работа с однослойными углеродными на

нотрубками осложнялась трудностями их обработки. Однако про фессорам Ричарду Смолли и Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из Университета Райс (США) удалось сделать важное открытие. Оказалось, что некоторые кислоты, например серная, позволяют

манипулировать нанотрубками и получать растворы с отдельными

нанотрубками или жидкими кристаллами нанотрубок. Это позволи ло ученым заложить основу для создания более крупных объектов, целиком состоящих из однослойных углеродных нанотрубок. На ри сунке 8.1 показан один из примеров самосборки нанотрубок.

Поскольку нанотрубки прочнее стали, на их основе можно созда вать сверхпрочные пластмассы. Благодаря этому можно значительно снизить вес самолетов, космических аппаратов и автомобилей. Во

оруженные силы США заинтересованы в использовании нанотрубок для покрытий самолетов, кораблей, танков и автомобилей, которые

поглощали бы излучение радаров. В аэрокосмической отрасли пере ход на такие пластмассы может сыграть такую же революционную роль, как переход от винтовой авиации к реактивной.

Многослойные углеродные нанотрубки со средним диаметром около 40 нм также имеют множество потенциальных применений — от оптических систем в мобильных телефонах до элементов окон ав

томобилей и спортивных товаров. Они обладают еще большей проч

ностью, чем однослойные углеродные нанотрубки, и играют важную

170 роль при создании композитных материалов.

ГЛАВА 8 Материалы

Рис. 8.1. Самосборка нанотрубок

ПРОИЗВОДСТВО

Огромные технические трудности на пути промышленного про изводства не могут остановить или даже замедлить исследования на номатериалов. В краткосрочной перспективе промышленное произ

водство нанотрубок будет только расширяться благодаря усилиям и

средствам, затраченным на исследования таких высокоэффективных материалов, как нанопровода или нанополупроводники.

Некоторые специалисты считают, что нанотрубки наиболее пер спективны для применения в покрытиях и красках. При смешивании

с краской нанотрубки получают электростатический заряд. Благо

даря этому краска и покрытия с нанотрубками плотнее прилегают к поверхности. Такие краски с нанотрубками можно наносить не

посредственно на конвейере. Кроме того, специальная паста с на

нотрубками может улучшить оптические свойства жидкокристалли ческих и гибких дисплеев, например позволит получать более четкое изображение, чем это возможно сейчас.

Нанокристаллические материалы

ЧАСТЬ III «Сухие» (неорганические) приложения

износостойкостью, коррозионной стойкостью, химической реактив ностью и т. д. Многие наноматериалы гораздо более эффективны, чем их более крупные аналоги. Например, наночастицы серебра об

ладают особенными каталитическими свойствами (способностью реа гировать с вирусами и убивать их), которых нет у макроскопическо го массивного куска серебра.

Для создания наноматериалов обычно используются следующие

пять методов:

золь гель (коллоидные) технологии;

конденсация в атмосфере инертного газа;

механическое сплавление или высокоэнергетическое перемалы

вание;

плазменный синтез;

электролитическое осаждение.

Все эти процессы используются для создания разного количества наноматериалов, но синтез на основе золь гель технологий позволяет:

производить большое количество наноматериала;

генерировать одновременно два или более материала;

создавать очень однородные и высокочистые (до 99,99%) спла вы и композиты;

получать керамические и металлические материалы при очень

низких температурах (около 60–300 °С вместо стандартных

1200–3500 °С);

точно подгонять атомный состав и структуру.

Создавая материалы на наномасштабном уровне, инженеры мо гут применять их удивительные свойства, например сверхвысокую прочность, для уже существующих продуктов.

Нанокристаллы