«Нанотехнологии:
когда размер имеет значение»
программа дополнительных занятий (кружка) для учащихся
8-11 классов, 32 часа
Автор: К.Ю. Богданов,
доктор биологических наук,
кандидат физ-мат наук,
зав. кафедрой физики лицея №1586 г. Москвы
эл. адрес: kbogdanov1@yandex.ru
Пояснительная записка
Нанотехнологии –
это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами,
размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков,
устройства и механизмы. Нанотехнологии впитали в себя самые новые достижения
физики, химии и биологии. Нанотехнологии представляют собой основу очередной
технологической революции - переход от работы с веществом к манипуляции
отдельными атомами. О том, что такое нанотехнологии, будет рассказано на
занятиях этого кружка.
Данные занятия
предназначены для учащихся 8-11 классов общеобразовательных средних школ. С
некоторыми материалами занятий этого кружка можно ознакомиться на сайте http://kbogdanov1.narod.ru .
Содержание занятий
11 класс
Введение
(2 часа)
Положение нанообъектов на шкале размеров. Ричард Фейнман – пророк
нанотехнологической революции. Почему освоение наномира может быть так полезно
для человечества? Эрик Дрекслер и его книга «Машины созидания». Нанороботы.
Нанотехнологии внутри и снаружи нас. Нанотехнологии – область знаний, где
объединяются усилия физиков, химиков, биологов, врачей, инженеров –
электроников, математиков и специалистов самых разных специальностей для
очередного прорыва на пути человечества к прогрессу.
Инструменты и методы наномира
(6 часов)
Пути создания нанообъектов: «снизу-вверх»
или «сверху-вниз». Можно ли
увидеть молекулы в микроскоп? Сканирующий электронный микроскоп. Как
атомно-силовая микроскопия чувствует прикосновение атомов. Что такое туннельный
микроскоп. Лазерный пинцет – инструмент для передвижения нанообъектов.
Наноматериалы
(4 часа)
Особая роль углерода в наномире. Графен – слой графита. Фуллерены –
наношарики из углерода. Углеродные нанотрубки – трубки из графена.
Нанопроволоки. Дендримеры – капсулы наноразмеров. Самоорганизация нанообъектов
и её использование при создании наноматериалов. Моделирование наноструктур.
Физические и химические свойства
нанообъектов
(6 часов)
Большое отношение поверхности к объёму – основное свойство нанообъектов.
Эффект лотоса. Отсутствие дислокаций - причина колоссальной прочности
нанопроволок и нанотрубок. Почему температура плавления металлических
нанообъектов уменьшается на сотни градусов?
Квантовые явления в наномире. Почему электрическое сопротивление
нанотрубки не зависит от её длины. Квантовые точки – искусственные атомы
наномира. Зависимость цвета в наномире от размера объектов. Нанохимия – невозможное становится возможным.
Наноэлектроника
(5 часов)
Полевой транзистор – основной элемент цифровых электронных схем. История создания
и современное воплощение. Фотолитография или как рождается микросхема. Закон Мура – удвоение плотности транзисторов в микросхемах каждые
два года. Современный транзистор – это уже нанотранзистор. Основная болезнь
нанотранзистора – высокая температура. Углеродные нанотрубки – будущие элементы
нанотранзисторов. Наносенсоры – глаза для
наноэлектроники. Наномоторы – мышцы нанороботов.
Наномедицина и биотехнология
(5 часов)
Генная инженерия. Использование ДНК для синтеза лекарств. Трансгенные животные и растения. Генмодифицированные
продукты: за и против. Нанотехнологии против вирусов и бактерий. Адресная
доставка лекарств, упакованных в нанокапсулы, больным клеткам. Нанотехнологии в борьбе с раковыми заболеваниями.
Нанотехнологии в диагностике. Возможные риски использования наноматериалов.
Нанотехнологии вокруг нас
(4 часа)
Примеры товаров, созданных с использованием нанотехнологий и причины их
уникальных свойств. Несмачиваемые и всегда чистые
ветровые стёкла, диски колёс и т.п. Созданные на основе наночастиц оксида
титана и серебра поверхности, обладающие бактерицидными свойствами.
Нанокомпозитные материалы. Нанотехнологии в различных областях производства.
Нанотехнологии в энергетике и экологии. Нанотехнологии в криминалистике и
косметике. Динамика развития нанотехнологий в России и за рубежом. Перспективы
мировой наноэкономики.
Литература для учащихся
«Нанотехнологии. Азбука для всех».
Сборник статей под редакцией Ю. Третьякова, М., Физматлит,
2007.
«Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника». Сборник статей под редакцией П.П.
Мальцева, М., Техносфера, 2006.
Андриевский Р.А., Рагуля
А.В. «Наноструктурные материалы», М., Академия, 2005.
Андрюшин Е.А. «Сила нанотехнологий:
наука & бизнес», М., Фонд «Успехи физики», 2007.
Кобаяси Н., Введение в Нанотехнологию,
изд-во Бином, 2005.
Пул Ч., Оуэнс
Ф. «Нанотехнологии», М., Техносфера, 2006.
Ратнер М., Ратнер
Д. «Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи», Изд-во
«Вильямс», 2005.
Харрис П. «Углеродные нанотрубы и родственные структуры», М., Техносфера,
2003.
Интернет-сайты
http://www.nanonewsnet.ru/ - сайт о нанотехнологиях #1 в России
http://www.nanometer.ru/ - сайт нанотехнологического общества «Нанометр»
http://nauka.name/category/nano/ - научно-популярный портал о нанотехнологиях, биогенетике и полупроводниках
http://www.nanorf.ru/ - журнал «Российские нанотехнологии»
http://www.nanojournal.ru/ - Российский электронный наножурнал
http://www.nanoware.ru/ - официальный сайт потребителей нанотоваров
http://kbogdanov1.narod.ru/ - «Что могут нанотехнологии?», научно- популярный сайт о нанотехнологиях .