Арсланбаев Руслан И. Гбоу «Сибайская гимназия — интернат.» Учитель: Кускарбекова Лилия Удивительный наномир

Выполнил: Арсланбаев Руслан И.ГБОУ «Сибайская гимназия — интернат.»Учитель: Кускарбекова Лилия Удивительный наномир. Все объекты в наномире имеют нанометровый размер, поэтому они и называются нанообъектами . Начнем с избитых истин. Нанометр (сокращенно нм)– это одна миллиардная часть метра. Приставка «нано» пришла к нам из древней Греции, в переводе на русский язык она означает «гном» или «карлик». В латыни «нано» имеет значение «маленький», «крошечный». И действительно, один нанометр – это очень маленькая величина, увидеть невооруженным глазом объекты такого размера невозможно. Как представить себе нанометровую величину? Проще всего это сделать с помощью копеечной монеты: её диаметр относится к диаметру Земли так же, как нанометр к метру.Для сравнения, человеческий волос приблизительно в шестьдесят тысяч раз! толще одного нанообъекта. Если мы с трудом можем разглядеть один волосок на одежде, то становится понятно, почему люди так долго ничего не знали о наномире – до изобретения сверхмощного микроскопа его просто невозможно было увидеть… Уменьшим слона до размеров микроба (5000 нм) -тогда блоха у него на спине станет величиной как раз в нанометр. Если бы рост человека вдруг уменьшился до нанометра, мы могли бы играть в футбол отдельными атомами! Толщина листа бумаги казалась бы нам тогда равной… 170 км.Конечно, это только фантазии. Таких крошечных человечков и даже насекомых на свете быть не может. Но знаете ли вы, что в наномире также встречаются объекты, похожие на предметы нашего макромира – звезды, цветы, гвозди, ракушки, расчески…? Давайте посмотрим, чем можно было бы снабдить «наночеловечков», если бы они вдруг существовали. Нано-люди могли бы разгуливать по полю из наноцветов диоксида кремния (рис. а), выращенных из SiC и С на кремниевой подложке. В случае необходимости что-то построить наночеловечки могли бы воспользоваться наногвоздями из оксида цинка (рис. б), которые получаются при осаждении паров оксида цинка в присутствии In2O3 на графитовую или кремниевую подложку. Эти замечательные наноснежинки и нано-звездочки (рис. в) – одна из разновидностей диоксида марганца (?-MnO2).Их получают в гидротермальных условиях из раствора Mn(NO3)2. А на рис. г показаны самые настоящие наноодуванчики! Полые сферы имеют состав VOOH и “растут” в гидротермальных условиях. А эти наноструктуры в виде расчески (рис. д) удалось получить также из оксида цинка, но в смеси с угольным порошком. Нанорасчески “выросли” на подложке из кремния, допированного золотом. Самую маленькую в мире метлу (рис. е), щетинки которой в тысячу раз тоньше человеческого волоса, получили, «выращивая» нанотрубки на нитях силицида углерода из горячего газа, насыщенного углеродом. При этом ручки щеток покрывались тончайшим слоем золота, что позволяло избежать появления на них щетинок. Наноструктуру «рыбья кость» (рис. ж) синтезировали при нагревании смеси порошков MgO и Со на кремниевой подложке. Наноструктура MnO2 необычной формы “морской наноёж” (рис. з), была получена гидротермальным методом из додецилсульфата натрия, а настоящий морской ёж показан на вставке. И даже фрукты есть в наномире! Наноструктурированная пленка из диоксида марганца, полученная электрохимически, имеет внешний вид карамболы (рис. и). Еще один вид наноструктур из диоксида марганца – наноракушки (рис. к). Их получали наращиванием коллоидных наночешуек MnO2 на наносферах поливинилхлорида с последующим отжигом полученного композита. Органический темплат испаряется, и остаются неорганические очень тонкие полые наносферы. Исследователи успешно получают все новые и новые наноразмерные объекты. Одни из них являются индивидуальными наночастицами, другие получаются в результате агрегации и имеют необычную причудливую форму. За последние десятилетия химики синтезировали, а физики и материаловеды изучили несколько сот наноструктур самого различного уровня – одномерные, двумерные, трехмерные, фрактальные и всевозможные их комбинации. Сколько их еще будет? Но сколь бы их ни было – это все иерархические структуры, примеряющие мир «микро» и мир «нано» как неотделимые части единого целого. Это наноструктурированные материалы, которые принесут нам радость бытия и уже очень скоро, если верить локомотивам российской нанотехнологической революции. Нанометрами измеряются лишь самые примитивные существа, вирусы (их длина в среднем 100 нм). Живая природа заканчивается на рубеже примерно 10 нм – такие размеры имеют сложные молекулы белков, строительные блоки живого. Простые молекулы в десятки раз меньше. Величина атомов – несколько ангстрем (1 ангстрем равен 0,1 нм). Например, диаметр атома кислорода составляет 0,14 нм. Здесь проходит нижняя граница наномира, мира наномасштабов. Именно в наномире идут процессы фундаментальной важности – совершаются химические реакции, выстраивается строгая геометрия кристаллов, структуры белков. С этими процессами и работают нанотехнологи.   Лучший способ познать это – сравнить… Иногда путешествие в глубь материи по шкале масштабов называют путешествием по пятому измерению в дополнение к уже существующим четырём – трём пространственным и времени. Нанометры являются привычными единицами для описания длин волн света. Например, видимый свет имеет длины волн в диапазоне от 400 до 700 нм. В нанометрах измеряют также размеры микроорганизмов, клеток и их частей, биомолекул. Вот лишь некоторые примеры. Мир наноструктур тоже, по моему мнению, чрезвычайно интересен, ведь они имеют физические свойства, которые отличаются от свойств объемных материалов. Нанометры являются привычными единицами для описания длины волн света. Например, видимый свет имеет длины волн в диапазоне от 400 до 700 нм. В нанометрах измеряют также размеры микроорганизмов, клеток и их частей, биомолекул. Вот лишь некоторые примеры: Диаметр спирали ДНК человека – 2 нм; Длина одного витка ДНК – 3.4 нм; Молекула гемоглобина – 6.4 нм; Пиконановирусы – 20 нм; Молекула гемоцианина – 50 нм; Бактерии Mycoplasma mycoides 100-250 нм; Мимовирусы – 500 нм Эритроциты человека – 8000 нм (уже 8 микрон); Чем же отличаются наночастицы, от просто маленьких частиц..? Измельчение вещества до крупинок наноразмеров кардинально меняет его свойства. “Виновата” в этом геометрия: чем меньше частица, тем больше для нее соотношение поверхности к объему. Другими словами, при уменьшении размера частицы многократно возрастает ее удельная поверхность. Атомы вещества, находящиеся на поверхности наночастицы, имеют необычные свойства, и, кроме того, их много (речь опять идет об относительных понятиях). Именно поверхностные атомы делают наночастицы отличными от просто маленьких частиц, обеспечивая чрезвычайно высокую химическую активность нановещества. Теперь я хочу рассказать вам рассказать о ящерице, которая, в буквальном смысле, потрясла меня. Я думаю, если человеку удасться овладеть способностями этой ящерицы тоего возможности станут почти безграничными… Мне кажется, я уже вас заинтересовал… ^ Начну, рассказ об этом удивительном ящере, с загадки… «Длина его составляет от 8 до 30 см. Голова довольно широка и сильно сплющена, глаза без век со щелевидным зрачком, шея коротка, тело толстое и сплющенное, хвост умеренной длины, по большей части весьма ломкий. Тело покрыто мелкими бугорчатыми и зернистыми чешуйками. Водятся в теплых странах Старого и Нового света». Речь идет о гекконе – безобидной красивой ящерке, давно привлекающей внимание ученых своей уникальной способностью лазать как угодно и где угодно. Гекконы не только запросто взбираются по отвесным стенам – они с такой же легкостью ходят по потолку или передвигаются по оконному стеклу террариума. Долгое время ученые никак не могли понять, каким же образом геккон может бегать по совершенно гладкому вертикальному стеклу, не падая и не соскальзывая. Сначала ученые полагали, что весь секрет в уникальных присосках, которыми снабжены лапки животного. Но выяснилось, что в строении лап геккона нет ничего, похожего на присоски, которые могли бы присасываться к стеклу и обеспечивать ящерице хорошее сцепление. Потом решили, что геккон бегает по стеклу, приклеиваясь к его поверхности с помощью клейкой жидкости, подобно тому, как держится на разных предметах улитка. Но в этом случае на стекле должны были бы оставаться следы от его лап, а никаких следов геккон не оставляет. Кроме того, никаких природных желез, способных выделять такую жидкость, на лапах геккона обнаружено не было. Разгадка этого явления пришла вместе с открытием наномира и буквально поразила общественность. Оказалось, что при движении геккончик использует законы молекулярных связей! Ученые внимательно изучили лапку геккона под микроскопом, и при этом выяснилось, что она покрыта мельчайшими волосками, диаметр которых в десять раз меньше, чем диаметр человеческого волоса. На кончике каждого волоска находятся тысячи мельчайших подушечек размером всего двести миллионных долей сантиметра. Снизу подушечки прикрыты листочками ткани, и при большом увеличении видно, что каждый листочек покрыт сотнями тысяч тонких волосообразных щетинок. Но и это еще не все. Щетинки, в свою очередь, делятся на сотни нанометровых лопатообразных кончиков! То есть, их поверхность сравнима по размеру с атомами и молекулами, и, таким образом, они могут вступать в молекулярное взаимодействие с атомами, находящимися на поверхностях любых даже совершенно гладких, на наш взгляд, поверхностей (подобно молекулярному взаимодействию между атомами в молекулах).Даже стекло дает гекконам достаточно возможностей зацепиться. Когда геккон опускает лапку на поверхность, лопаточки на концах нанощетинок столь плотно прилегают к ней, что лапка как бы «прилипает» к вертикальной стене или потолку. Но чуть геккон напряжет мышцы и потянет лапку – молекулярные силы перестают действовать, и лапка легко отделяется от поверхности.Данное открытие побудило исследователей к попыткам создать подобные искусственные наношерстинки для разных целей. Например, сотрудники американской компании iRobot сконструировали робота, который может передвигаться вертикально по стенкам аквариума. А если еще удастся прикрепить к нему хвост, такой же, как у геккона, он сможет запросто бегать по любым острым граням. Если эксперименты по созданию ящерицеподобных роботов будут успешными, эти механизмы можно будет использовать в самых разных областях – от мытья окон в высотных зданиях до путешествий по пыльным тропинкам далеких планет. Также принцип наношерстинок лег в основу изготовления липкой ленты, подобной скотчу, которую можно использовать повторно и даже в условиях невесомости (обычный скотч в космосе не работает), или создать новый вид «сухого клея», позволяющего с легкостью приклеить и отлепить все, что нужно. Можно изготовить обувь, которая не скользит на льду и даже позволит человеку ходить по стенам. Она облегчила бы жизнь не только альпинистам, монтажникам-скалолазам, но и обычным людям. Вот такой он «хитрый», этот геккон. С виду вроде обычная ящерица, а вот смог ведь додуматься до такого «элегантного» способа передвижения! Теперь и нам, людям нужно срочно учиться создавать все, что есть в наномире, и тогда у нас начнется совсем другая жизнь!