Презентация на тему "Нанотехнологии"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Нанотехнологии

  Нано – приставка, обозначающая 10-9. На отрезке длиной 1 нанометр можно расположить восемь атомов кислорода. Нанообъекты (например, наночастицы металлов), как правило, имеют физические и химические свойства, отличные и от свойств более крупных объектов из того же материала, и от свойств отдельных атомов. Скажем, температура плавления частиц золота размером 5-10 нм на сотни раз ниже температуры плавления куска золота объёмом 1 см3. По определению, данному пионером этого направления Эриком Декслером, нанотехнология – «ожидаемая технология производства, ориентированная на дешёвое получение устройств и веществ заранее заданной атомарной структурой». Это значит, что она оперирует с отдельными атомами для того, чтобы получить структуры с атомарной точностью. В этом коренное отличие нанотехнологий от современных «объёмных» bulk-технологий, которые манипулируют макрообъектами. Большинство из нас регулярно пользуется теми или иными достижениями нанотехнологий, даже не подозревая об этом. Например, современная микроэлектроника уже не микро-, а нано: производимые сегодня транзисторы – основа всех чипов – лежат в диапазоне до 90 нм. И уже запланирована дальнейшая миниатюризация электронных компонентов до 60,45 и 30 нм.

• 
  Слайд 2

  Аллотропные формы углерода

  Графен – одна из аллотропных форм углерода. Впервые был получен поэтапным отшелушиванием тонких слоёв графита. Графен сворачиваясь образует нанотрубки или фуллерены Решётка графита Решётка алмаза

• 
  Слайд 3
  

  Фуллерен C60 – усечённый икосаэдр с атомами углерода в вершинах. Он имеет 32 грани (12 пятиугольных и 20 шестиугольных), 60 вершин и 90 ребёр (60 на границе пяти- и шестиугольников 30 на границе только шестиугольников). Направляющие рёбра такого многогранника образуют некоторое подобие мозаики Пенроуза. В 1984 году американские учёные обнаружили объёмные молекулы углерода спектроскопически, а год спустя им удалось выделить новые молекулы из продуктов лазерного испарения графитовой мишени в атмосфере гелия. Фуллерен – это неизвестная ранее (до сер. 1980-х) форма объединения атомов углерода в практически сферические молекулы Cn (n = 28, 54, 60, 70, 84, 120 ...).

• 
  Слайд 4
  

  Группе физиков под руководством Андрея Гейма и Константина Новосёлова из университета Манчестера (Великобритания), в которую входили и исследователи Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (г. Черноголовка, Россия), удалось механически отделить один слой графита и посадить его на подложку оксидированного кремния. Графен, новый объект материаловедения, стал тем полем, на котором ныне проверяются новые идеи физики твёрдого тела. Некоторые из них обещают прорыв в понимании фундаменталь-ныхпроцессов в одноатомных и низкоразмерных слоях. Графен обладает необычайно высокой кристалличностью и выдающимися электронными свойствами. Многообещающий материал может стать основой новой электроники. (2010) Чтобы отшелучивать слои графита, на его кристалл наклеивали обычный скотч, а потом снимали. На ленте оставались тончайшие плёнки, среди которых были и однослойные. (Как тут не вспомнить: «Всё гениальное – просто!»)

• 
  Слайд 5
  

  Однослойная нанотрубка Многослойная нанотрубка Впервые фотографии полых углеродных нитей диаметром 50 нм, сделанные с помощью просвечивающего электронного микроскопа, были опубликованы ещё в 1952 году в советском «Журнале физической химии». Однако в то время этот побочный результат одной из научных работ не привлёк должного внимания исследователей. Новейшая история нанотрубок началась в 1991 году в Японии. Сотрудник корпорации NEC СумиоИдзима разработал метод их массового производства в стандартном процессе производства фуллеренов. Ему удалось получить смесь трубок, длина которых достигает сотен микрометров при диаметре в несколько нанометров. Через два года исследователи из компании IBM получили однослойные нанотрубки. Нанотрубки бывают и разветвлёнными, и замкнутыми в кольцо. Фактически нанотрубка – это графитовая сетка толщиной в один или несколько атомов, свёрнутая в длинный рукав.

• 
  Слайд 6
  

  Атомы углерода в графене образуют двумерный кристалл с ячейками гексагональной формы На основе графена синтезирован материал графан, который в отличие от первого – изолятор. Получили его, присоединив каждому атому углерода исходного материала по атому водорода. Важно, что все свойства исходного материала- графена – можно восстановить простым нагревом (отжигом) графана.

• 
  Слайд 7
  

  Работа с нанотрубками требует высочайшей квалификации учёных и современного высокоточного оборудования. На фото: испытание полупроводниковых газовых сенсоров на основе наноматериалов для определения состава газовой смеси. Самый трудоёмкий этап научной работы – подготовка эксперимента. На фото: в лаборатории химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов кафедры неорганической химии химфака МГУ им. М.В. Ломоносова идёт подготовка к исследованию нанообъектов.

• 
  Слайд 8

  Аллотропные формы углерода

  Ещё недавно как специалисты, так и обычные люди знали всего две формы углерода – алмаз и графит. Эти формы существенно отличаются строением кристаллической решётки, а значит, и свойствами. В решётке алмаза атомы углерода связаны сильными ковалентными связями. Решётка же графита слоиста, каждый её слой подобен пчелиным сотам, атомы углерода в нём расположены по вершинам шестиугольников. В каждом слое атомы между собой также связаны ковалентно, но между слоями связь много слабее. Из-за этого графит легко скалывается и стирается. Вспомните грифель карандаша. Графен, материал толщиной всего в один атом, построен из «сетки» атомов углерода, уложенных, подобно пчелиным сотам, в ячейки гексагональной (шестиугольной) формы. Это ещё одна аллотропная форма углерода наряду с графитом, алмазом, нанотрубками и фуллереном. Материал обладает отличной электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокой прочностью и практически полностью прозрачен.

• 
  Слайд 9
  

  Компактная учебная нанотехнологическая установка «УМКА» позволяет производить манипуляции с отдельными группами атомов.

• 
  Слайд 10

  Фуллереноиды

  Это вещество нового класса, полученные недавно (в начале 2000-х гг.) французскими исследователями; состоят они из фуллереноподобных сферических структур, образованных атомами алюминия. По своему