Реферат Исследование состояния и перспектив развития разработок в области наннотехнологических процессов
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Слава нанонаука, нанотехнология стали уже привычными в нашей жизни. Много говориться о том, сколь огромные средства вкладываются в нанотехнологические исследования. И ученые рисуют грандиозные перспективы о будущей полезности внедрений результатов таких исследований в жизнь человека. Научно-технических прогресс никогда не стоял на месте. А скорость его всегда увеличивалась, что приводило к резким технологическим скачкам вперед – к научным революциям. Последним грандиозным шагом на пути к прогрессу стала компьютеризация деятельности человека. Нанотехнологическая же революция будет нести в себе еще более радикальные перемены.
Подчеркивает понимание государством важности нанотехнологических разработок принятая
В соответствии с концепцией важным направлением реализации государственной политики в области инновационного развития наноиндустрии является материально-техническое обеспечение работ с учетом возможности кооперации при использовании уникального дорогостоящего научного оборудования в целях создания сбалансированной и гибкой инфраструктуры, обеспечивающей ускоренное развитие основ наноиндустрии и освоение внутреннего и внешнего рынков наукоемкой продукции.
На основе этой концепции была
Для изучения темы для начала дадим определение, что представляют из себя нанотехнологии. Нанотехнология — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
Диапазон объектов, рассматриваемых нанотехнологиями простирается от отдельных атомов (R < 0.1 нм) до их конгломератов и органических молекул, содержащих свыше 109 атомов и имеющих размеры более 1 мкм в одном или двух измерениях. В таких частицах в значительной степени проявляются дискретная атомно-молекулярная структура вещества и квантовые закономерности его поведения.
На выгодность использование нанотехнологических процессов стоит взглянуть с экономической точки зрения - нанотехнологии способствуют снижению энергоемкости и материалоемкости. В силу своих физических свойств и размеров частиц время протекания процессов в системе сокращается, иными словами быстродействие системы возрастает.
Как мы уже отметили в определении нанотехнологии, она является междисциплинарной областью и находится в тесной неразрывной взаимосвязи с фундаментальными науками. На основе взаимодействий наук и рождается нанонаука и нанотехнология, которая рождает плоды своего научно-технологического процесса.
На данный момент разработаны сотни наноструктурированных продуктов конструкционного и функционального назначения, которые можно активно применять в промышленности, медицине, сельском хозяйстве.
К таким продуктам относятся: высокопрочные нанокристаллические и аморфные материалы, тонкопленочные и гетероструктурные компоненты микроэлектроники и оптотроники следующего поколения, магнитомягкие и магнитотвердые материалы, нанопористые материалы для химической и нефтехимической промышленности (катализаторы, адсорбенты, молекулярные фильтры и сепараторы), интегрированные микроэлектромеханические устройства, негорючие нанокомпозиты на полимерной основе, топливные элементы, электрические аккумуляторы и другие преобразователи энергии, биосовместимые ткани для трансплантации, лекарственные препараты.
Достижения нанонауки стоит рассматривать под углом их приложимости к информационным технологиям. Здесь выделяются такие основные направления: различные устройства на углеродных нанотрубках; одноэлектроника, спинтроника и джозефсоновская электроника, квантовые компьютеры; молекулярная электроника, в частности, с использованием фрагментов ДНК; сканирующие зондовые методы.
Углеродные нанотрубки представляют собой цилиндрические молекулы, состоящие из одних лишь атомов углерода. Внешне выглядят как свёрнутая в цилиндр графитовая плоскость. Благодаря тому, что удельная проводимость соизмерима с проводимостью металла, а максимальная плотность тока - в десятки раз выше, чем у металла, углеродные нанотрубки рассматриваются как замена металлическим проводникам в микросхемах новых поколений. Получают полупроводниковые нанотрубки с помощью принц-технологии.
Спинтроника (Спиновая электроника) представляет из себя раздел квантовой электроники, занимающийся изучением спинового токопереноса (спин-поляризованного транспорта) в твердотельных веществах, в частности в гетероструктурах ферромагнетик-парамагнетик или ферромагнетик-сверхпроводник. Переориентировать спин электрона из одного устойчивого состояния в другое (например, воздействуя магнитным полем) – то, чем занимается спинтроника. Современные технологические системы сейчас затрачивают сотни и тысячи электронов на одну операцию. При реализации идеи одноэлектронного устройства будут выполняться функции тысяч электронов одним в двухуровневой системе (например, в двухатомной молекуле - перейти с одного атома на другой). Так мы получим хорошо знакомую нам двоичную систему кодирования информации. При работе такого устройства можно достигнуть быстродействия порядка ТГц (~1012 операций в секунду), плотность записи информации ~103 Тбит/см2, это число радикально превосходит достигнутые на данный момент показатели, а энергопотребление - на несколько порядков ниже. Имея такую плотность записи в жестком диске размерами с наручные часы можно было бы разместить библиотеку планетарного масштаба, фотографии, отпечатки пальцев, медицинские карты и биографии всех жителей нашей планеты.
Нанотехнологии глубоко изучают свойства каждого атома и каждой частицы и используют силы притяжения между ними в нанометровых расстояниях. Конфигурации таких частиц напрямую зависят от типа и прочности внутренних связей между ними, абсолютной температурой и характером окружения.
Мир нанотехнологий – это мир самый мельчайших частиц, их взаимодействий и связей. Изучение нанотехнологических процессов – это изучение на основе физических законов мира элементарных частиц, которые складываются в группы, из чего в последствии складываются все более сложные материалы и конфигурации.
Так и частички складываются в атомы, атомы в молекулы, молекулы в клетки, клетки в сложные клеточные структуры самых разных типов, которые объединяются в одно очень сложное целое, которое мы зовем «Человек». Человек – это сложнейший механизм, нарушение в строении одной частички может приводит к страшнейшим последствиям. Но человек это не просто сбор клеток для физиологического функционирования. От каждой частички зависит внутренний мир человека.
Возьмем за основу рассмотрения человеческого существования основные физические законы нанотехнолигий и нанонауки. Мы уже знаем, что чем меньше расстояние между частицами, тем выше быстродействие системы, состоящей из данных частиц, тем быстрее протекают процессы в системе, увеличивается скорость усваивания и переработки информации, увеличивается объем выработанной полезной информации.
В человеческой системе взаимоотношений происходит аналогичным образом. Чем меньше расстояние в системе человеческих индивидов, чем в большем контакте они находятся друг с другом – тем продуктивнее идет их совместная деятельность. Если рассматривать с экономической точки зрения к примеру систему управления материальным потоком на предприятии. Существует традиционная система, где каждый занимается своим этапом материалооборота и вынужден выполнять множество различных функций и планирования, и управления, и анализа. Гораздо более эффективной является логистичекая система управления материалопотоком – здесь за каждую функцию отвечает свой отдел на протяжении всего процесса производства. В такой системе к плюсам, помимо высокой степени спецификации, что ведет к более квалифицированному подходу, мы также относим высокую степень кооперации работников и отделов предприятия. Это ведет за собой высокую осведомленность об экономическом состоянии всего предприятия в целом, а не только отдела, находящегося в ответственности работника. В связи с этим экономические решения, принимаемые работником становятся более осмысленными и глубже ориентированные на состояние окружающей среды и на внутренние свойства работы предприятия.
Что такое технология? Это описание действия. Таким образом основные принципы нанотехнологии можно перенести на функционирование деятельности нашей планеты. В масштабах планеты можно представить себе предприятие как наночастицу. К чему сейчас приводит конкуренция, соперничество, борьба за ресурсы, за прибыль, за власть? Как мы видим ни к чему хорошему. Мировые конфликты, экономические кризисы, войны…
Если допустить, что одна наночастица, т.е. предприятие – пришло к а внутреннему состоянию и функционирует безукоризненно, почему же предприятие все равно может разориться и прекратить свое существование? Потому как одна частичка не может давать полезного результата для всего миро. Таким частицам нужно складываться в конфигурации, т.е. сотрудничать друг с другом, а не соперничать и пытаться уничтожить.
И вот когда это сотрудничество достигнуто, из такого высококачественного наноматериала можно строить уникальные продукты нанотехнологий. Такая революция человеческого сознания начиная с малого – с одного человека, способна привести к изменению всего человеческого мира. И возможно тогда начиная с одной маленькой наночастицы, сложенный из нее нанопродукт в виде развитой человеческой цивилизации обнаружит, что он не единичный продукт, что он долго шел к обнаружению не едеиничности своего разума в огромной вселенной.
Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров. По мнению многих экспертов, XXI в. будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М.К.Роко, Р.С.Уильямса, П.Аливисатоса. М., 2006.
2. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М., 2006.
3. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки. Материалы для компьютеров XXI века // Природа. 2007. №11. С.23-30.
4. Валиев К.А., Кокин А.А. От кванта к квантовым компьютерам // Природа. 2006. №12. С.28-36.
