Департамент образования города МосквыДепартамент образования города Москвы

Московский комитет по науке и технологиямМосковский комитет по науке и технологиям

Передвижная лабораторияПередвижная лаборатория

«НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ»«НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ»

Как сказал Нобелевский Как сказал Нобелевский лауреат впервые осветивший лауреат впервые осветивший

эту проблему:эту проблему:

Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, займет ведущее место в техносфере займет ведущее место в техносфере следующего столетия.следующего столетия.

Э.Теллер Э.Теллер (создатель атомной бомбы и (создатель атомной бомбы и один из авторов стратегической оборонной инициативы)один из авторов стратегической оборонной инициативы)

В переводе с греческого слово В переводе с греческого слово «нано»«нано» означает означает карлик. карлик. Один нанометр (1нм) – это миллиардная Один нанометр (1нм) – это миллиардная часть метра (10часть метра (10-9-9 м) или одна миллионная м) или одна миллионная миллиметра. Размер объектов, с которыми имеют миллиметра. Размер объектов, с которыми имеют дело дело нанотехнологинанотехнологи, лежат в диапазоне от 0,1 до , лежат в диапазоне от 0,1 до 100 нм. Большинство атомов имеют диаметр от 0,1 100 нм. Большинство атомов имеют диаметр от 0,1 до 0, 2 нм, толщина нитей ДНК – около 2 нм, до 0, 2 нм, толщина нитей ДНК – около 2 нм, толщина человеческого волоса – 80 000 нм.толщина человеческого волоса – 80 000 нм.

О чем будем говорить, О чем будем говорить, а Вы творить своими рукамиа Вы творить своими руками

Нанометр очень и очень мал.Нанометр очень и очень мал.Нанометр во столько же раз меньше Нанометр во столько же раз меньше

одного метра, воодного метра, восколько толщина пальца меньше сколько толщина пальца меньше

диаметра Землидиаметра Земли.

О чем не будем говорить О чем не будем говорить и Вам не советуеми Вам не советуем

наноученыйнаноученый

НАНОИНДУСТРИЯНАНОИНДУСТРИЯ - - НАНОПРОМЫШЛЕННОСТЬНАНОПРОМЫШЛЕННОСТЬ

НАНООБРАЗОВАНИЕ НАНООБРАЗОВАНИЕ --

НАНОНАУКА -НАНОНАУКА -

НАНОФИЗИКАНАНОФИЗИКАНАНОХИМИЯНАНОХИМИЯ

НАНОБИОЛОГИЯНАНОБИОЛОГИЯ

Нанопубликции Нанорезультатов Нанопубликции Нанорезультатов в Наножурналах.в Наножурналах.

НанознанияНанознания

Таким образомТаким образом

НАНОНАНО – – 1010-9-9

МИКРОМИКРО

МИЛЛИМИЛЛИ

– – 1010-6-6

– – 1010-3-3

Наноматериалы

Нанотехнологии1 НАНОМЕТР=101 НАНОМЕТР=10-9-9 МЕТРА МЕТРА

1 НАНОМЕТР=10 АНГСТРЕМ1 НАНОМЕТР=10 АНГСТРЕМ

1нм=10-9м =101нм=10-9м =10ÅÅ

НаноматериалыНаноматериалы – –

материалы, состоящие целиком или материалы, состоящие целиком или содержащие в качестве структурных содержащие в качестве структурных единиц нанообъекты, количество, единиц нанообъекты, количество, размер и физико-химические свойства размер и физико-химические свойства которых определяют новые свойства которых определяют новые свойства данного материаладанного материала

ОПРЕДЕЛЕНИЯОПРЕДЕЛЕНИЯ

НАНОМАТЕРИАЛЫ50 нм

Толщина пленки 80 нм

500 нм

200 нм200 нм

Определения и терминологияОпределения и терминология

по определению Дрекслера:по определению Дрекслера:

Нанотехнология – ожидаемая Нанотехнология – ожидаемая технология производства, технология производства, ориентированная на получение ориентированная на получение устройств и веществ с заранее заданной устройств и веществ с заранее заданной атомарной структуройатомарной структурой

Нанотехнологии – это технологии работы с веществом на Нанотехнологии – это технологии работы с веществом на уровне отдельных атомов. Традиционные методы уровне отдельных атомов. Традиционные методы производства работают с порциями вещества, состоящими производства работают с порциями вещества, состоящими из миллиардов и более атомов. Переход от манипуляции с из миллиардов и более атомов. Переход от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами – это веществом к манипуляции отдельными атомами – это качественный скачок, обеспечивающий беспрецедентную качественный скачок, обеспечивающий беспрецедентную точность и эффективностьточность и эффективность

Определения и терминологияОпределения и терминология

Объекты нанотехнологий могут иметь Объекты нанотехнологий могут иметь характеристические размеры указанного характеристические размеры указанного

диапазона:диапазона:•Наночастицы, нанопорошки Наночастицы, нанопорошки (объекты, у которых три размера находятся в диапазоне до 100 нм).

•Нанотрубки, нановолокна Нанотрубки, нановолокна (объекты, у которых два размера находятся в диапазоне до 100 нм).

•Нанопленки Нанопленки (объекты, у которых один размер находится в диапазоне до 100 нм)

При работе с такими малыми размерами проявляются При работе с такими малыми размерами проявляются квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных взаимодействий, такие как взаимодействий, такие как

Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия

Развитие современной Развитие современной электроникиэлектроники идет по пути идет по пути уменьшения размеров устройств. Но классические уменьшения размеров устройств. Но классические методы производства подходят к своему естественному методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройств уменьшается на немного, зато размер устройств уменьшается на немного, зато экономические затраты возрастают в геометрической экономические затраты возрастают в геометрической прогрессии.прогрессии. НанотехнологияНанотехнология – следующий – следующий логический шаг развития электроники и других логический шаг развития электроники и других наукоемких производств.наукоемких производств.

Наноматериалы в древностиНаноматериалы в древности

Современные технологии только Современные технологии только подошли к созданию таких красокподошли к созданию таких красок

5 нанометров5 нанометров

Косметологи древнего Египта на Косметологи древнего Египта на протяжении многих веков для протяжении многих веков для окраски волос в черный цвет окраски волос в черный цвет применяли естественный применяли естественный минеральный краситель – минеральный краситель – галенит, то есть сульфид свинца галенит, то есть сульфид свинца (PbS), измельчая окрашивающие (PbS), измельчая окрашивающие частицы до размерачастицы до размера

Мы тоже учимся у природыМы тоже учимся у природы

Материал, которым изнутри покрыты раковины моллюсков, ученые считают одним из самых прочных, так что он может стать прототипом брони для "армии будущего".

Многослойная структура состоящая из наноструктурных пластинок наблюдается в природе при формировании раковин у моллюсков.

Наноматериалы в живой природеНаноматериалы в живой природе

Ящерицы легко перемещаются по

различным вертикальным

поверхностям и даже по потолку

Волосообразные щетинки, обнаруженные на лапках гекконов, делятся на лопатообразные кончики из b-кератина размером 100-200нм. Прочность сцепления

10 Н/см2

А этим можно измеритьА этим можно измерить

Устройство заточки туннельной иглыУстройство заточки туннельной иглы

Основные характеристики сканирующего туннельного микроскопа «УМКА»• высокая резонансная частота;•высокая надежность и достоверность получаемых результатов;• высокая температурная стабильность, позволяющая проводить длительные манипуляции с отдельными группами атомов;• атомарное разрешение.

монитор

микроскопТV-камера

устройство подвода зонда

адаптер питания

блок управления

блок пьезоманипуляторов

программное обеспечение

набор тестовых образцов и инструментов

Этим мы уже пользуемсяЭтим мы уже пользуемсяАктивированные угли

Макропоры (> 500 А)

Микропоры Микропоры (< 20 А)(< 20 А)

Обладают высокопористой структурой и уже давно Обладают высокопористой структурой и уже давно используются в медицинеиспользуются в медицине

Мезопоры Мезопоры (20-500 А)(20-500 А)

Этим мы уже пользуемсяЭтим мы уже пользуемсяБиосовместимые покрытия Ti-Ca-C-N-O

Имплантаты из титанового сплава с нанесенным Имплантаты из титанового сплава с нанесенным наноструктурным биосовместимым покрытием наноструктурным биосовместимым покрытием

позволяют значительно ускорить процесс позволяют значительно ускорить процесс восстановления поврежденных тканейвосстановления поврежденных тканей

NI-TI СПЛАВЫ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ

ТТ11

ТТ22

Ni-Ti СПЛАВЫ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

10 мм

Клипса для зажима сосудов и мягкоэластичных трубчатых структур

T1 < T2

Катетор с манипулятором

T1

Этим мы уже пользуемсяЭтим мы уже пользуемся

Деталь для компьютераДеталь для компьютера

L=1-2 m

L=1-2

Микродуговое оксидирование алюминиевых и магниевых сплавов –

способ нанесения защитных покрытий

Колесо автомобиляКолесо автомобиля АвиадетальАвиадеталь

Можно создавать покрытия на изделиях сложной формы и больших Можно создавать покрытия на изделиях сложной формы и больших размеровразмеров

Технические особенности и Технические особенности и преимущества конденсаторов преимущества конденсаторов

MOS-CONMOS-CON

ТТрабрабMMOS-OS-CONCON AlAl TaTa

25 25 °°CC

-20 -20 °°CC

70 70 °°CC

одинодин заменитзаменитреимущества конденсаторов реимущества конденсаторов MOS-CON MOS-CON

•дельная емкость дельная емкость

ыше в 1,5-2 разаыше в 1,5-2 раза

•квивалентное квивалентное внутреннее внутреннее сопротивление ниже на сопротивление ниже на 10 %10 %

•еньше габариты и вес еньше габариты и вес (меньше в 1,5-2 раза (меньше в 1,5-2 раза толщина анода, в 2 раза толщина анода, в 2 раза катода).катода).

СКАЗКИ СТАНОВЯТСЯ СКАЗКИ СТАНОВЯТСЯ РЕАЛЬНОСТЬЮРЕАЛЬНОСТЬЮ

Сверхпрочная ткань на основе углеродных нанотрубокСверхпрочная ткань на основе углеродных нанотрубок

А к о р о л ь - т о г о л ы й

Поглотитель электромагнитного излучения Поглотитель электромагнитного излучения ферромагнитный аморфный микропроводферромагнитный аморфный микропровод

ТКАНЬ С МИКРОПРОВОДОМ

Чехлы для мобильных Чехлы для мобильных телефоновтелефонов

МеталлМеталлСтеклоСтекло

Изделия на его основеИзделия на его основе

Снижают уровень вредного Снижают уровень вредного электромагнитного излученияэлектромагнитного излучения

Маскирующие материалы, работающие в Маскирующие материалы, работающие в сверхвысокочастотном, инфракрасном и видимом сверхвысокочастотном, инфракрасном и видимом

диапазоне частотдиапазоне частот

Зависимость коэффициента поглощения образца на основе

аморфного миропровода

-30

-25

-20

-15

-10

-5

1 11 21 31

Частота, ГГцК

оэф

фиц

иент

пог

лощ

ения

, дБ

Требуемое значение

Зависимость коэффициента поглощения образца на основе

аморфного микропровода

Защита от локаторов. Самолет невидимки.Защита от локаторов. Самолет невидимки.Радиопоглощающий материал на основе Радиопоглощающий материал на основе

ферромагнитных нанокристаллических частиц и ферромагнитных нанокристаллических частиц и макропористых носителей (ТЗМК-10 и ТЗМК-20)макропористых носителей (ТЗМК-10 и ТЗМК-20)

массо-габаритные характеристики:

Удельный вес Удельный вес 150-200 г/м2150-200 г/м2Толщина покрытия Толщина покрытия 5-10 мм5-10 мм

Устойчив к высоким температурамУстойчив к высоким температурам

-20

-15

-10

-5

5 10 15 20 25 30 35Частота, ГГц

Ко

эфф

иц

иен

т о

траж

ени

я,

дБ

Требуемое значениеТребуемые значенияТребуемые значения

Создание наноразмерных многофункциональных Создание наноразмерных многофункциональных покрытий на изделиях из органического стеклапокрытий на изделиях из органического стекла

Требования: - гидрофобность;

- отсутствие бликов на поверхности;- устойчивость к внешнему абразивному воздействию; - защита от электромагнитного и теплового излучений;

- токопроводимость

Применение:Применение:

•многоэтажное строительство (снижение весовых нагрузок на фундамент в 6-8 раз);•теплоизоляция трубопроводов;•пожаростойкая изоляция;•легкие кровельные конструкции

Прочность возрастает в Прочность возрастает в 1,51,5 раза, а раза, а плотность во плотность во столько же раз столько же раз снижается снижается с с добавлением всего добавлением всего 0,01%0,01% наночастиц наночастиц углеродауглерода

Вчера от «мили» к «микро»Вчера от «мили» к «микро»

микрометр

линейка

штангенциркуль

Сегодня от «микро» к «нано»Сегодня от «микро» к «нано»

Наиболее точный прибор для измерения расстояния – интерферометр Майкельсона, позволяет определять изменение расстояния с субнанометровым разрешением. Можно определить величину сжатия металлических деталей под действием силы, продемонстрировать явление переноса тепла, показать эффект объёмного расширения твёрдого тела под действием температуры, а также продемонстрировать изменение показателя преломления воздушной среды под действием температуры

программное обеспечение

подвижный элемент

микровинт

интерферометр Майкельсона

Установка для измерения линейных Установка для измерения линейных размеров с субнанометровым размеров с субнанометровым

разрешениемразрешением

В недалеком будущемВ недалеком будущем

Доставка ЛЕКАРСТВ К ПОРАЖЕННЫМ ОРГАНАМ Доставка ЛЕКАРСТВ К ПОРАЖЕННЫМ ОРГАНАМ

Можно заставить магнитную жидкость двигаться в потоке против течения – скажем, внутри кровеносного сосуда, чтобы использовать магнитные жидкости для прицельной доставки лекарственного препарата.

Другая сфера применения – так называемая локальная гипертермия, цель которой – тепловым воздействием разрушить новообразование. Использование магнитные жидкости позволяют сделать такую процедуру более прицельной и более щадящей.

Диагностика будущегоДиагностика будущего

Нанопроводник Нанопроводник имплантируется имплантируется через катетр в через катетр в вене в мозгвене в мозгМикротрубки

Куда пойти учитьсяКуда пойти учиться

Министерство Образования Российской Федерации(Минобразование России)

Приказ04.06.2003 №2398

О создании нового направления подготовки дипломированных специалистов по О создании нового направления подготовки дипломированных специалистов по направлению «Нанотехнология»направлению «Нанотехнология»

Определить базовыми вузами и создать Определить базовыми вузами и создать учебно-методические комиссииучебно-методические комиссии

по специальности по специальности «Нанотехнология в электронике» «Нанотехнология в электронике» в Московском государственном институте в Московском государственном институте

электронной техники (технический университет) МИЭТэлектронной техники (технический университет) МИЭТ

по специальности «Наноматериалы» по специальности «Наноматериалы» в Московском государственном институте стали и сплавов в Московском государственном институте стали и сплавов

(технологический университет) МИСиС (технологический университет) МИСиС

Потребность мировой промышленности в специалистах по

нанотехнологии к 2015 году составит 2 млн. человек в различных областях промышленности, науки и

техники (по оценкам американских экспертов).

Общий объем финансирования работ в 2003г. в мире составил 2,984 млрд .$ (США – 774 млн., Зап. Европа – 600 млн., Япония – 810 млн.). Эти цифры ежегодно увеличиваются.

Россия 235 млрд.руб.

69% от уровня финасирования 1997

объем финансирования частным бизнесом равен

государственному финансированию

То ли еще будетТо ли еще будет

Участники проекта и брендыУчастники проекта и бренды

МГУМГУ

ИМЕТ ИМЕТ им. А.А.БайковаРАНим. А.А.БайковаРАН

ЛЕВШАЛЕВША

телефон/факс (495) 000 00 00 e-mail: mknt@mknt.ru

А доведи они левшины слова А доведи они левшины слова в свое время до государя,-- в свое время до государя,--

в Крыму на войне с неприятелем совсем в Крыму на войне с неприятелем совсем бы другой оборот былбы другой оборот был

Н.С. Лесков. Левша