19
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ Ульяновск 2007

НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

НАНОМАТЕРИАЛЫ И

НАНОТЕХНОЛОГИИ

Ульяновск 2007

Page 2: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Наноматериалы и нанотехнологии

Методические указания к семинарскому занятию по дисциплине

«Концепции современного естествознания» для студентов дневной формы обучения специальностей

080111 – Управление персоналом, 080505 – Маркетинг, 080507 – Менеджмент организации

Составители Е. И. Барыкина Р. А. Браже

Ульяновск 2007

1

Page 3: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

УДК 621.315.592 (075) ББК 32.843.3я7 Н25

Рецензент: заведующий кафедрой «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» УлГТУ доктор физико-математических наук, профессор М. К. Самохвалов

Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета

Наноматериалы и нанотехнологии : методические указания к семинарскому занятию по дисциплине «Концепции современного

Н25 естествознания» для студентов дневной формы обучения специальностей: 080111 – Управление персоналом, 080505 – Маркетинг, 080507 – Менеджмент организации / сост. Е. И. Барыкина, Р. А. Браже. – Ульяновск : УлГТУ, 2007. – 19 с.

Составлены в соответствии с ГОС и программой курса «Концепции современного

естествознания». Даются методические указания студентам и рекомендации преподавателям по

теме семинара «Наноматериалы и нанотехнологии». Приводятся основные теоретические сведения, необходимые для самостоятельной подготовки к семинару. Содержатся контрольные задания и вопросы для тестового контроля усвоения темы.

УДК 621.315.592 (075) ББК 32.843.3я7

© Барыкина Е. И., Браже Р. А., составление, 2007

© Оформление, УлГТУ, 2007

2

Page 4: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Содержание

1. Методические указания студентам ....................................................... 5 2. Методические рекомендации преподавателям ................................... 5 3. Основные теоретические сведения........................................................ 6 Введение............................................................................................................ 6 3.1. Наноматериалы и наноструктуры ........................................................ 6 3.2. Применение наноразмерных материалов в технике .......................... 10 3.3. Применение наноматериалов в медицине ........................................... 12 Заключение ....................................................................................................... 13 Библиографический список ............................................................................ 14 4. Контрольные задания и вопросы .......................................................... 15 4.1. Задания закрытого типа......................................................................... 15 4.2. Задания открытого типа ........................................................................ 16 4.3. Задания на установление соответствия ............................................... 17 4.4. Задания на установление правильной последовательности .............. 19

3

Page 5: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

1. Методические указания студентам

Для успешного освоения темы необходимо: – внимательно изучить раздел «Основные теоретические сведения» и

попытаться ответить на контрольные вопросы из банка тестовых заданий; – используя литературу из библиографического списка и самостоятельный

поиск дополнительной информации через каталог научной библиотеки и Интернет, подобрать материал, представляющий интерес для обсуждения на семинаре;

– начинать готовиться к семинару заблаговременно, не откладывая подготовку на последний день.

Примечания: 1. При использовании Интернет – ресурсов помните, что не всякая

информация, содержащаяся в сети, носит научный, концептуальный характер и заслуживает доверия. Старайтесь использовать те сайты, в которых приведены сведения об авторе, свидетельствующее о его компетентности в данном вопросе: ученая степень, ученое звание, место работы, должность, наличие опубликованных научных работ по данной проблеме.

2. Помните, что пропуск семинарского занятия или неудовлетворительная оценка, полученная на нем, означают задержку зачета или допуска к экзамену до тех пор, пока не будет сдан тест к данной теме.

2. Методические рекомендации преподавателям При проведении семинарских занятий преподавателю рекомендуется: – шире использовать инновационные методы обучения: индивидуальные

задания (доклады), деловые игры, круглые столы, тренинги, дискуссии и т. п.; – при проведении данного семинара акцентировать внимание студентов на

таких вопросах как: «Что такое нанотехнологии?», «Какие виды наноматериалов применяются в нанотехнологиях?», «Примеры практического использования наноматериалов в технике», «Примеры использования наноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

– из банка контрольных заданий и вопросов заблаговременно сформировать с помощью конструктора тестов программы «АСТ – тест» порядка 10 тестов по 3 задания в каждом тесте, задаваемых методом случайной выборки. Использовать эти тесты для сдачи задолженностей студентами, пропустившими семинар или получившими на нем неудовлетворительную оценку.

4

Page 6: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

3. Основные теоретические сведения Введение

Под нанотехнологиями понимается область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами менее 100 нанометров (1 нм = 10-9м).

На таких масштабах традиционные макроскопические методы обращения с материей становятся неприемлемыми, а микроскопические эффекты, пренебрежимо малые на привычных масштабах, наоборот, становятся значительными. При работе с такими размерами проявляются квантовые эффекты и межмолекулярные взаимодействия.

Развитие современной электроники, медицины и других областей науки и техники идет по пути постоянного уменьшения размеров используемых устройств. Однако классические методы их производства подходят к своему технологическому и экономическому пределу. Размеры устройства уменьшаются незначительно, но экономические затраты резко возрастают. Нанотехнологии – это следующий логический шаг в развитии наукоемких производств.

Анализу текущего состояния этой бурно развивающейся области науки и техники и посвящается данный материал. 3.1. Наноматериалы и наноструктуры В конце XX в. ученые выяснили, что наноразмерные частицы могут иметь совершенно иные физические свойства, чем более крупные частицы того же вещества. Было обнаружено также, что тщательно очищенные наночастицы могут самоорганизовываться в определенные структуры, также обладающие уникальными свойствами. Ниже будут рассмотрены некоторые из таких наночастиц и наноструктур. 3.1.1. Фуллерены

Долгие годы считалось, что углерод может образовывать только две кристаллические модификации – графит и алмаз. Третью модификацию – карбин – открыли в 60-х гг. XX в. Карбин представляет собой линейные кристаллы, в которых атомы углерода связаны двойными или чередующимися одинарными и тройными связями. Однако уже в 70-х гг. при попытках астрофизиков объяснить природу спектров излучения межзвездной пыли Х.У. Крото предположил, что их источникам являются макромолекулы углерода С60, имеющие форму усеченного икосаэдра (рис.1). Такую форму имеет футбольный мяч и спроектированные американским архитектором Ричардом Бакминстером Фуллером легкие, но прочные купола для выставочных

5

Page 7: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

павильонов, рынков и других сооружений. По этой причине подобные молекулы были названы фуллеренами.

Рис. 1. Фуллерен С60. Расстояние между атомами углерода составляет 0,14 нм.

В 1985 г. группой физиков–экспериментаторов, возглавляемой Крото,

молекулы С60 были надежно зарегистрированы с помощью масс–спектрографа в саже [1] (нобелевская премия по химии 1996 г.). В настоящее время под фуллеренами понимаются углеродные молекулярные кластеры с четным, более 20, количеством атомов углерода, образующих три связи друг с другом (рис. 2) [2].

Рис.2. Примеры фуллеренов.

После открытия в 1990 г. Кречмером и Хафлером технологии

производства фуллеренов в макроскопических количествах у них были открыты многие необычные свойства. Кристаллические фуллерены и пленки из них представляют собой полупроводники и обладают фотопроводимостью при облучении светом, что перспективно для их использования в наноэлектронике. Кристаллы С60, легированные атомами щелочных металлов, обладают металлическими свойствами и переходят в сверхпроводящее состояние при температуре 19-55 К. Ожидается, что у высших фуллеренов, с количеством атомов более 70, температура сверхпроводящего перехода еще выше и может

6

Page 8: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

достигать 100 К. Растворы фуллеренов обладают нелинейными оптическими свойствами и могут быть использованы для создания оптических затворов, применяемых для защиты оптических устройств от мощного светового излучения. Показано, что фуллерены являются эффективными катализаторами при нанесении алмазных покрытий из углеродной плазмы. Механические свойства фуллеренов позволяют использовать их в качестве высокоэффективной твердой смазки.

3.1.2. Фуллериты Молекулы С60 могут образовывать кристалл с гранецентрированной кубической решеткой и весьма слабыми межмолекулярными связями [3]. В этом кристалле имеются октаэдрические и тетраэдрические полости, в которые можно поместить посторонние атомы. Если, например, октаэдрические полости заполнены ионами щелочных металлов, то при температуре ниже комнатной образуется материал, обладающей полимерными свойствами. Если заполнены также и тетраэдрические полости, то материал приобретает сверхпроводящие свойства с критической температурой 20–40 К. Соединение С60 – этилен обладает ферромагнитными свойствами (органический ферромагнетик!). 3.1.3. Наночастицы и нанотрубки

Из атомов углерода могут образовываться также различные структуры, составленные, как и в случае графита, из шестиугольных колец [4]. Эти структуры являются полыми внутри и имеют замкнутую поверхность. Среди них выделяются наночастицы и нанотрубки. Наночастицы подобны фуллеренам, но значительно превосходят их по размерам. Они могут состоять из нескольких слоев, образуя “луковичные структуры” или онионы (от англ. onion – луковица). Нанотрубки представляют собой графитовые сетки, свернутые в трубки, и могут быть как открытыми, так и закрытыми с концов (рис. 3), однослойными и многослойными.

Рис. 3. Углеродная нанотрубка, закрытая с одного конца.

7

Page 9: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Электропроводящие свойства нанотрубок зависят от угла между осью нанотрубки и направления, в котором соседние шестиугольники имеют общую сторону. Они могут быть как проводниками, так и полупроводниками. Углеродные нанотрубки чрезвычайно прочны и очень упруги. Кроме того, открытые нанотрубки ведут себя как капилляры, втягивая в себя растворы или расплавы вещества, атомы которого меньше внутреннего диаметра трубки. Так могут создаваться нанопроволоки. При этом свойства металла внутри нанотрубки могут сильно отличаться от свойств этого металла в свободном состоянии, так как взаимодействие с углеродными стенками приводит к изменению его физических свойств. 3.1.4. Эндофуллерены

Внутри молекулы фуллерена может быть размещен один или несколько неуглеродных атомов (рис.4). Такие композитные молекулярные структуры называются эндофуллеренами или эндоэдральными комплексами.

Рис. 4. Эндоэдральный комплекс.

Ожидается, что некоторые такие соединения будут обладать сверхпроводящими свойствами. Кроме того, внедряя внутрь фуллеренов атомы радиоактивных элементов, можно создать высокоэффективные противоопухолевые препараты для селективной радиотерапии. 3.1.5. Нанопленки и двумерные нанокристаллы

Одним из типов наноструктурных материалов являются металл–фуллереновые пленки, осаждаемые в вакууме. Добавление фуллеренов в осаждаемые металлы приводи к появлению в пленках структурообразующих округлых зерен с расстоянием между зернами наноразмерных масштабов. Оказывается, металлофуллерены при простом химическом составе являются

8

Page 10: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

самыми высокотемпературными сверхпроводниками, не считая весьма сложных по составу сверхпроводящих керамик на основе оксидов меди. В отличие от последних сверхпроводящие металл–фуллереновые пленки являются изотропными сверхпроводниками, т.е. их свойства не зависят от направления.

Используя свойства самоорганизации фуллереновых шариков в электрическом поле световой волны, ученые научились конструировать из них искусственные кристаллы. На рис. 5 показана электронная микрофотография искусственного нанокристалла, полученного таким образом английскими учеными К. Меллором и К. Бэйном [5].

Рис. 5. Двумерный кристалл из наночастиц.

Такие двумерные нанокристаллы весьма перспективны для

наноэлектроники.

3.2. Применение наноразмерных материалов в технике

Из наноматериалов могут быть сделаны механические, электротехнические, электронные, оптоэлектронные устройства, а также компоненты устройств вычислительной техники нового поколения. Пожалуй, не будет преувеличением сказать, что развитие нанотехнологий в ближайшем будущем приведет к новой научно–технической революции, которая коренным образом изменит окружающий нас мир техники. Отметим лишь некоторые возможные технические приложения наноматериалов. 3.2.1. Молекулярные шестерни и насосы

Такие наноустройства были предложены сотрудниками IMM (Institute for Molecular Manufacturing) К.Э. Дрекслером и Р. Мерклем. Валами шестеренок являются углеродные нанотрубки, а зубцами – молекулы бензола. Частоты вращения таких шестеренок достигают десятков гигагерц. Устройство работает в глубоком вакууме, либо для его охлаждения применяются инертные газы. На основе таких шестеренок могут быть созданы нанодвигатели,

9

Page 11: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

наноманипуляторы, нанороботы (см. ниже). Капиллярные свойства нанотрубок могут использоваться для создания молекулярных насосов.

3.2.2.Бронежилеты

Выше уже говорилось о том, что углеродные нанотрубки обладают высокой прочностью и упругостью. Их прочность на два порядка выше, чем у стали, а вес примерно в четыре раза меньше. Модуль Юнга таких структур достигает 3,7·1012 Па (для сравнения у легированной стали он равен 2,06·1011 Па). Естественно, что из таких трубок можно делать конструкции предельно высокой прочности: элементы турбин, несущие конструкции мостов, летательных аппаратов и др. Австралийские ученые предложили делать из нанотрубок бронежилеты. Они обладают пулеотталкивающими свойствами: под воздействием пули нанотрубки прогибаются, а затем восстанавливают свою форму.

3.2.3. Твердая смазка и молекулярные подшипники

Сферическая форма фуллеренов наряду с их исключительной твердостью позволяют использовать эти наноразмерные “шарики” в качестве высокоэффективной твердой смазки. Высокими смазочными свойствами обладают также растворы фуллеренов в некоторых органических растворителях, например, толуоле. Добавление фуллеренсодержащей сажи к синтетическим смазочным маслам приводит к снижению коэффициента трения до 0,02.

3.2.4. Наноаккумуляторы

В начале 2005 г. американская компания Alfair Nanotechnologies объявила о создании фуллеренсодержащих электродов для литий–ионных аккумуляторов для электромобилей с временем зарядки 10–15 минут. В 2006 г. фирма получила заказ на такие аккумуляторы от компании Phoenix Motorcars, которая планирует довести производство электромобилей от 10 в 2006 г. до 100000 в 2014 г.

3.2.5. Электронные и оптоэлектронные устройства

Полупроводниковые нанотрубки могут быть использованы для создания диодов, транзисторов и других элементов интегральных схем наноразмерных масштабов.

Фуллериты обладают фотопроводимостью в диапазоне длин волн падающего света от 280 нм до 680 нм, что позволяет изготавливать на их основе фото– и светодиоды, а также полупроводниковые лазеры, излучающие не только в видимом диапазоне света, но и в ультрафиолетовом диапазоне.

10

Page 12: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Выше уже говорилось о возможности использования нелинейной оптической прозрачности фуллеренсодержащих растворов и соединений для создания оптических затворов – ограничителей интенсивности мощного лазерного излучения для видимого и инфракрасного диапазонов. Пороговая интенсивность таких затворов обещает быть в несколько раз ниже, чем у используемых в настоящее время устройств этого назначения. 3.2.6. Нанороботы Под нанороботами понимают машины, размеры которых соизмеримы с размерами молекул, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации и исполнения программ. Нанороботы, способные к самовоспроизводству, называются репликаторами. На возможность создания нанороботов впервые указал американский ученый К.Э. Дрекслер в свой книге “Машины созидания”. Уже созданы первые устройства такого рода, способные к передвижению и простейшим манипуляциям. 3.3. Применение наноматериалов в медицине Углерод является основным элементам в живых организмах, поэтому его использование в биомедицинских целях не вызывает отрицательных явлений. При взаимодействии углеродных наноматериалов с тканями и кровью, в отличие от металлов, не происходит проникновение активных ионов в организм и отсутствуют вредные побочные реакции иммунной системы [6]. 3.3.1. Покрытия для эндопротезов Эндопротезы, предназначенные для замены утраченных органов, находящихся внутри организма, постоянно соприкасаются с его внутренней средой и подвержены коррозии. Скорость коррозии металлов, используемых в протезировании (нержавеющей стали, титана), и металлокерамик невелика, но даже в этом случае продукты коррозии могут быть опасны, приводя к запуску патогенных иммунных процессов [6]. Поэтому применение фуллерен–металлических пленок для покрытий эндопротезов представляется весьма перспективным. 3.3.2. Медицинские нанороботы Нанороботы, о которых говорилось в п. 3.2.6. с успехом могут использоваться в медицинских целях. Будучи наноразмерными управляемыми объектами, они могут проникать в тончайшие капилляры кровеносной системы, удаляя атеросклеротические бляшки и прочищая сосуды, разрушая тромбы и восстанавливая нормальный ток крови, омолаживая, таким образом, организм и избавляя человека от инфарктов и инсультов.

11

Page 13: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Такие устройства могут разрушать и удалять камни в почках, излечивая людей от мочекаменной болезни. Более того, адресно доставляя необходимые лекарственные препараты в самые труднодоступные уголки организма, они способны избавить человека от развития многих болезней. Медицинские нанороботы, оснащенные нанолазерами, будут способны проводить тончайшие бескровные операции на сосудах головного мозга, сердечных клапанах и других жизненно важных органах. 3.3.3. Селективная химио– и радиотерапия Уничтожение клеток раковых опухолей посредством воздействия на них химическими веществами и радиоактивным излучением давно используется при лечении онкологических заболеваний. Однако при этом повреждаются и нормальные клетки, возникают тяжелые последствия. Использование эндофуллеренов (см. п. 3.1.4.) в качестве капсул для буквально нескольких атомов химически– или радиоактивного вещества позволяет с помощью нанороботов избирательно доставлять активный препарат в нужное место и осуществлять локальное воздействие на раковые клетки. Заключение Нанотехнологии делают только первые шаги, но уже ясно, что мы стоим на пороге новой научно–технической революции, которая вскоре коренным образом изменит привычный нам мир. Начиная с 2003 г. инвестиции в сферу разработки нанотехнологий в развитых странах ежегодно увеличиваются на 20–30%. Мировыми лидерами здесь являются Япония и США. Сравним для примера количество центров развития нанотехнологий в США и России. США:

– National Nanotechnology Infrastructure Network (NNIN), включающая 13 организаций, занимающихся нанотехнологиями. Ведущая организация – Корнелльский университет.

– Center for Hierarchical Manufacturing (CHM) при университете Массачусетса – Амхерст.

– Center for Nanoscale Chemical–Electrical–Mechanical Manufacturing Systems (Nano–CEMMS) при университете Иллинойса.

– Center for High Rate Nanomanufacturing (CHM) при Северо–Восточном университете.

– The Center for Scalable and Integrated Nanomanufacturing (SINAM) при Калифорнийском университете в Беркли.

Россия: Государственная корпорации “Российская корпорация нанотехнологий” (ГК “Роснанотех”).

12

Page 14: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Как говорится, без комментариев…Поэтому Федеральная целевая программа “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы”, утвержденная правительством РФ от 2 августа 2007 г. 498, призвана в кратчайшие сроки создать в России современную инфраструктуру национальной нанотехнологической сети для развития и реализации потенциала отечественной наноиндустрии. Программой назначены следующие головные организации по направлениям развития нанотехнологий: – Наноэлектроника – ФГУП “НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина”. – Наноинженерия – Московский государственный институт электронной техники (технический университет). – Функциональные Наноматериалы для энергетики – ФГУП “Всероссийский НИИ неорганических материалов им. А.А. Бочвара”. – Функциональные Наноматериалы для космической техники – ФГУП “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша”. – Нанобиотехнологии – ФГУП Российский научный центр “Курчатовский институт”. – Конструкционные Наноматериалы – ФГУП “ЦНИИ конструкционных материалов “Прометей”” и ФГУП “Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов”. – Композиционные наноматериалов – ФГУП “Всероссийский НИИ авиационных материалов”. – Нанотехнологии для систем безопасности – ФГУП “Центральный НИИ химии и механики”.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Kroto H.W. C60: Buckminsterfullerene / H.W. Kroto, J.R. Heath, S.C. O’Brien,

R.F. Curl, R.E. Smalley // Nature. – 1985. – V. 318. – 6042. – P. 162–163. 2. Goodson A.L. / A.L.Goodson, C.L. Gladys, D.E. Worst // J. Chem. Inf. And

Comp. Sci. – 1995. – V. 35. – 6. – P. 969–978. 3. Еленин Г.Г. Нанотехнологии, наноматериалы, наноустройства / Г.Г.

Еленин // [Электронный ресурс]. http: // www.fund–intent.ru/science/sinr 003.shtml.

4. Абрамов П.В. Элементарные формы углерода / П.В. Абрамов // [Электронный ресурс]. http: // kristall.lan.krasu.ru/Education/Lection.carbon. html.

5. [Электронный ресурс]. http://www.podrobnsti.ua/technologies/scienceother/ 2006/01/23/279645.html.

6. Шпилевский М.Э. Фуллерены и фуллереноподобные структуры – основа перспективных материалов / М.Э. Шпилевский, Э.М. Шпилевский, В.М. Стельмах // Инженерно–физический журнал. – 2001. – Т.74. – 6. – 15 с.

13

Page 15: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

4. Контрольные задания и вопросы 4.1. Задания закрытого типа

4.1.1. Нанотехнология занимается объектами, размеры которых менее:

10-6 м 10-9 м 10-7 м 10-12 м

4.1.2. К наноматериалам относятся:

фуллерены фуллериты нанотрубки нанокольца нанокристаллы наножидкости

4.1.3. Встречаются следующие фуллерены:

С24 С18 С36 С50 С60 С75

4.1.4. В узлах кристаллической решетки фуллеритов находятся:

атомы углерода фуллерены наночастицы молекулы органических соединений

4.1.5. Наночастицы в форме “луковичных структур” – это :

катионы анионы онионы плазмоны графены

4.1.6. Эндофуллерены – это:

эндоэдральные комплексы, содержащие неуглеродный атом внутри фуллерена

14

Page 16: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

эндоэдральные комплексы, содержащие неуглеродный атом снаружи фуллерена ионизованные фуллерены фуллереновые кластеры

4.1.7. Нанотрубки обладают следующими замечательными сойствами:

высокой пластичностью высокой прочностью высокой упругостью высокой электропроводностью высокой теплопроводностью

4.1.8. В молекулярных подшипниках используются:

фуллерены нанотрубки наночастицы молекулы углеводородных соединений

4.1.9. Углеродные нанотрубки могут использоваться для создания: нанопроволок молекулярных насосов нанодвигателей наноаккумуляторов наноразмерных транзисторов

4.1.10. Медицинское применение наноматериалов включает

использование нанопленок: для эндопротезов нанороботов эндофуллеренов нанопроволок наноспиралей

4.2. Задания открытого типа 4.2.1. Экспериментально фуллерены были впервые обнаружены в 1985 г.

… .

4.2.2. Технологический способ производства фуллеренов в макроскопических количествах был разработан Кречмером и

15

Page 17: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

Хафлером в … году.

4.2.3. Кристаллы С60, легированные атомами щелочных металлов, при температуре ниже 19–55 К являются … .

4.2.4. Растворы фуллеренов, обладающие нелинейными оптическими свойствами, могут использоваться для создания оптических ….

4.2.5. Кристаллы, в узлах решетки которых находятся не атомы, а фуллерены, называются ….

4.2.6. Многослойные наночастицы называются “луковичными структурами” или ... .

4.2.7. Углеродные нанотрубки могут обладать свойствами металлов и …

4.2.8. Фуллерены, содержащие внутри себя неуглеродные атомы, называются … .

4.2.9. Молекулярные насосы основаны на … действии нанотрубок.

4.2.10. В бронежилетах используются высокая … и высокая … нанотрубок.

4.2.11. Фуллерен–содержащие жидкости могут использоваться в качестве эффективного … средства.

4.2.12. Фуллерены обладают … в диапазоне длин волн излучения от 280 нм до 680 нм.

4.2.13. На возможность создания нанороботов впервые указал … .

4.2.14. Фуллерен–металлические пленки могут быть использованы в качестве антикоррозионных покрытий для … .

4.2.15. Эндофуллерены могут быть использованы для селективной … .

4.3. Задания на установления соответствия 4.3.1. Соответствие научного достижения и автора: Открытие фуллеренов

Меллор, Бэйн

Открытие способа получения фуллеренов в

Дрекслер

16

Page 18: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

макроскопических количествах Идея создания нанороботов

Крото

Создание искусственных двумерных нанокристаллов

Кречмер, Хафлер

Фуллер

4.3.2. Соответствие научного достижения и года его открытия: 1985 Предсказание возможности

существования фуллеренов 1990

Экспериментальное открытие

фуллеренов 2006

Создание технологии получения фуллеренов в макроскопических количествах

Создание двумерных нанокристаллов

из наночастиц 4.3.3. Соответствие между наноматериалом и способом его применения: свободные фуллерены нанодвигатель

твердая смазка нанотрубки нанопленки фуллериты

эндопротезы радиотерапия

сверхпроводящие магниты

17

Page 19: НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИvenec.ulstu.ru/lib/disk/2007/baruykina_braje.pdfнаноматериалов и нанотехнологий в медицине»;

4.4. Задания на установление правильной последовательности

4.4.1. Правильная последовательность событий, связанных с нанотехнологиями:

получение нанотрубок получение фуллеренов создание нанокристаллов создание нанороботов

5.4.2. Правильная последовательность событий, связанных с

нанотехнологиями: получение нанопроволок получение нанотрубок получение фуллеренов получение эндофуллеренов

Электронное издание

Системные требования: PC не ниже класса Pentium I;

32 Mb RAM; свободное место на HDD 16 Mb; Windows 95/98;

Adobe Acrobat Reader; мышь.

НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Методические указания к семинарскому занятию по дисциплине «Концепции современного

естествознания» для студентов дневной формы обучения специальностей 080111 – Управление персоналом, 080505 – Маркетинг, 080507 – Менеджмент организации

Составители БАРЫКИНА Елена Ивановна

БРАЖЕ Рудольф Александрович

Ульяновский государственный технический университет, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32.

18