МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Донбаський державний технічний університет
Кафедра АЕМС
На тему:
В« Нанотехнології і нанороботи В»
Алчевськ 2008
Зміст
Введення. 3
1. Історія розвитку нанотехнології в датах. 4
2. Нанотехнології. 9
3. Нанороботи .. 12
4. Перспективи розвитку нанороботів. 15
Висновок. 22
Посилання. 23
Введення
Нанотехнології є дуже перспективними, але поки не розвиненими в повній мірі. Нанотехнологія - Міждисциплінарна область фундаментальної і прикладної науки і техніки, що має справу з сукупністю теоретичного обгрунтування, практичних методів дослідження, аналізу та синтезу, а також методів виробництва і застосування продуктів із заданою атомарної структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами і молекулами.
Нанороботи, або наноботи - роботи, створені з наноматеріалів і розміром порівняні з молекулою, що володіють функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до створення своїх копій, тобто самовідтворення, називаються реплікаторами. Можливість створення нанороботів розглянув у своїй книзі В«Машини створенняВ» американський вчений Ерік Дрекслер. В даний час вже створені електромеханічні нанопристрої, обмежено здатні до пересуванню, які можна вважати прототипами нанороботів.
У даній науково-дослідній роботі розглядається історія виникнення нанотехнології, загальний принцип дії, а також шляхи розвитку в майбутньому.
1. Історія розвитку нанотехнології в датах
Один нанометр (Від грецького В«наноВ» - карлик) дорівнює однієї мільярдної частини метра. На цьому відстані можна впритул розташувати приблизно 10 атомів. Мабуть, першим ученим, що використав цей одиницю виміру, був Альберт Ейнштейн, який в 1905 теоретично довів, що розмір молекули цукру дорівнює одному нанометрів.
Але тільки через 26 років німецькі фізики Ернст Руска, який отримав Нобелівську премію в 1986 р., і Макс Кнолл створили електронний мікроскоп, що забезпечує 15-кратне збільшення (менше, ніж існуючі тоді оптичні мікроскопи), він і став прообразом нового покоління подібних пристроїв, що дозволили зазирнути в наносвіт.
У 1932 р. голландський професор Фріц Церніке, Нобелівський лауреат 1953 р., винайшов фазово-контрастний мікроскоп - варіант оптичного мікроскопа, покращує якість показу деталей зображення, і досліджував з його допомогою живі клітини (раніше для цього доводилося застосовувати барвники, вбивали живі тканини).
Цікаво, що Церніке пропонував свій винахід фірмі В«ЦейсВ», але менеджери не усвідомили його перспективності, хоча сьогодні такі мікроскопи активно застосовуються в медицині.
У 1939 р. компанія Siemens, в якій працював Руска, випустила перший комерційний електронний мікроскоп з роздільною здатністю 10 нм.
Днем народження нанотехнологій вважається 29 грудня 1959 Професор Каліфорнійського технологічного інституту Річард Фейнман (Нобелівський лауреат 1965 р.) у своїй лекції В«Як багато місця там, внизуВ» (В«There's plenty of room at the bottom В»), прочитаної перед Американським фізичним суспільством, зазначив можливість використання атомів в якості будівельних частинок.
1966 Американський фізик Рассел Янг, який працював у Національному бюро стандартів, придумав пьезодвігатель, застосовуваний сьогодні в скануючих тунельних мікроскопах і для позиціонування наноінструментов з точністю до 0,01 ангстрем (1 нм = 10 A В°).
1968 Виконавчий віце-президент компанії Bell Альфред Чо і співробітник її відділення з досліджень напівпровідників Джон Артур обгрунтували теоретичну можливість використання нанотехнологій у вирішенні задач обробки поверхонь і досягнення атомної точності при створенні електронних приладів
1971 Рассел Янг висунув ідею приладу Topografiner, що послужив прообразом зондового мікроскопа. Настільки тривалі терміни розробки подібних пристроїв пояснюються тим, що спостереження за атомарними структурами призводить до зміни їх стану, тому були потрібні якісно нові підходи, не руйнують досліджувана речовина.
Правда, незабаром роботи над Topografiner були припинені, і визнання до Янгу прийшло тільки в 1979 р., після чого він отримав безліч нагород.
1974 Японський фізик Норіо Танігучі, що працював в Токійському університеті, запропонував термін В«нанотехнологіїВ» (Процес поділу, збірки і зміни матеріалів шляхом впливу на них одним атомом або однією молекулою), швидко завоював популярність у наукових колах.
1982 У Цюріхському дослідницькому центрі IBM фізики Герд Бінніг і Генріх Рорер (Нобелівські лауреати 1986 разом з Ернстом Руської) створили скануючий тунельний мікроскоп (СТМ), що дозволяє будувати тривимірну картину розташування атомів на поверхнях провідних матеріалів.
СТМ діяв за принципом, схожим із закладеним в Topografiner, але швейцарці створили його незалежно від Янга, домігшись значно більшою роздільною здібності і розпізнавши окремі атоми в кальцієво-іридієві-олов'яних кристалах.
Головною проблемою в дослідженні були фонові перешкоди - вістря мікроскопа, позиціонувати з точністю до часток атома, збивалося від найменших шумів і вібрацій на вулиці.
1985 Троє американських хіміків: професор Райсского університету Річард Смеллі, а також Роберт Карл і Херольд Крото (Нобелівські лауреати 1996 р.) відкрили фулерени - молекули, складаються з 60 атомів вуглецю, розташованих у формі сфери. Ці вчені також вперше зуміли виміряти об'єкт розміром 1 нм.
1986 Герд Бінніг розробив скануючий атомно-силовий зондовий мікроскоп, який дозволив нарешті візуалізувати атоми будь-яких матеріалів (не тільки проводять), а також маніпулювати ними.
1986 Американський вчений Ерік Дрекслер, який працював у лабораторії штучного інтелекту Массачусетського технологічного інституту, написав книгу В«Машини творенняВ» (В«Engines of Creation В»), в якій висунув концепцію універсальних молекулярних роботів, працюють за заданою програмою і збирають що завгодно (у тому числі і собі подібних) з підручних молекул.
Ця ідея була, мабуть, навіяна Дрекслер його основною діяльністю - в задачах штучного інтелекту ідея самовідтворюються пристроїв зустрічається постійно.
Вчений вже тоді досить точно передбачив чимало прийдешніх досягнень нанотехнологій, і починаючи з 1989 р. його прогнози збуваються, причому нерідко зі значним випередженням термінів.
1987-1988 рр.. У НДІ В«ДельтаВ» під керівництвом П.М. Лускіновіча запрацювала перша російська нанотехнологічна установка, яка здійснювала спрямований догляд частинок з вістря зонда мікроскопа під впливом нагріву.
1989 Вчені Дональд Ейглер і Ерхард Швецер з Каліфорнійського наукового центру IBM зуміли викласти 35 атомами ксенону на кристалі нікелю назву своєї компанії.
Для першого в світі цільового перенесення окремих атомів в нове місце вони використовували СТМ виробництва IBM. Правда, такий напис проіснувала недовго - атоми швидко розбіглися з поверхні.
Але сам факт наявності стороннього атома в молекулярній структурі деякого речовини відкривав потенційну можливість створення молекулярних автоматів, трактують наявність або відсутність такого атома в деякій позиції як логічне стан.
1991 Японський професор Суміо Ліджіма, що працював в компанії NEC, використовував фулерени для створення вуглецевих трубок (або нанотрубок) діаметром 0,8 нм. На їх основі в наш час випускаються матеріали в сто разів міцніше сталі. Залишалося навчит...
