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纳米技术。造福人类的科学

Anonim

在过去的几年中,纳米技术已成为物理学,化学和生物学领域最令人兴奋的主要前沿领域之一。许多人都在考虑这将带给我们的进步,但也考虑到了可以使用它的所有技术应用。

纳米技术可以处理以纳米为单位的物体,众所周知,纳米是百万分之一米。所使用的纳米材料的性质简而言之小于十分之一微米,例如,材料的高度小于百万分之十除以百万。

纳米科学-科学-人类

下图显示了各种系统的度量单位及其所属的规模(纳米或微米)。(智利,2015年)

图1纳米或微米。(请参阅PDF)

什么是纳米?

一个人=大约2m

一只蚂蚁=大约1厘米(10个至少2个)。

一个单元= 20微米(负6时为10)。

一个核糖体= 25纳米。

1立方纳米=约258个碳原子。

图2测量比较(VEGA)(请参阅PDF)

该应用科学是在原子和分子水平上发展的,可以选择解决其问题的主要领域是化学,生物学和化学领域。

原子

众所周知,原子是纳米技术的基础,物质世界是由原子组成的,但无论如何,我们知道最初提出该论文的是谁,它是2400年前的希腊哲学家德cri克利特。多年后,现代希腊人将其形象刻在十分普遍的10德拉克马硬币上,但不是像欧洲原子那样(欧洲)。

图3货币(请参阅PDF)

几年后,罗马人写了一首关于原子的诗说:

“宇宙由无限的空间和无限数量的不可约粒子组成,这些原子的多样性也无限……原子仅在形状,大小和重量上有所变化;它们坚不可摧且坚不可摧,它们是身体可分割性的极限……”(欧洲)

十九世纪后期,著名的约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)研究了雪花,并发现雪花的形状归因于简单而相等的块的结合,与此相伴而来的是原子的想法再次脱颖而出。

任何与矿工合作的科学家都必须确信原子的存在,但是直到1912年在慕尼黑大学发现硫酸铜晶体分解X射线光后,情况才如此就像一把雨伞一样。

但是,如果晶体中的原子如此规则地排列的原因很简单,则该问题将以最舒适的方式排列,而最舒适的方式是规则结构。近年来,现代设备使以纳米级可见的生物成分成为可能。

在1980年代,出现了一种叫做扫描隧道显微镜的东西,它通常不仅可以显示晶体中的原子,而且还具有移动这些原子的能力。

“这是纳米技术出现的地方。” 该设备如下所示。

图5扫描显微镜过程。(请参阅PDF)

纳米技术的不同概念

纳米技术有很多概念和定义,下面我们将提到一些在此主题上具有广泛标准的事物。

纳米技术一词用于定义在纳米级应用的科学和技术,它们是非常小的“纳米”测量值,可以操纵其结构和原子。以上将使我们有可能通过原子的重排来使用材料和机器。

找到的最佳定义如下:

纳米技术是通过对纳米级物质的控制以及对上述纳米级物质的现象和特性的研究,材料的设计,创造,合成,操纵和应用,功能系统设备。(欧洲居民,nd)(ICA,nd)

图6纳米技术环境。(请参阅PDF)

纳米技术的另一个概念告诉我们,该概念涵盖了科学和技术领域,在这些领域中,以受控的方式(通常小于微米),即在纳米尺度上,研究,获取和操纵了尺寸减小的材料,物质和设备。 。(VEGA)

图7概念(VEGA)纳米技术。(请参阅PDF)

根据前两个定义,我们可以将纳米技术定义为通过纳米级材料进行研究,创造和合成。

纳米技术的历史

1936年,欧文·穆勒(ErwinMüller)发明了场发射显微镜,该工具使接近自动分辨材料的成就成为可能。

在40年代,著名的冯·诺依曼(von Neumann)研究了创建可以自我复制的系统的可能性,我们必须提到,他希望通过此目标实现的目标是降低成本。

1956年,麻省理工学院的亚瑟·冯·希佩尔(Arthur von Hippel)提出了“工业工程师”一词。两年后的1958年,得克萨斯仪器公司的杰克(Jack)建造了第一个集成电路,该电路后来使作者获得了2000年诺贝尔奖的优点。第二年,1959年,理查德·费因曼(Richard Feynmann)就研究的未来作了演讲。科学时提到以下短语“在我看来,物理学原理并不反对逐个原子操纵事物的可能性。”

1996年,发生在电影院的事件发生了,这是一部名为“令人惊叹的旅程”的电影,讲述了两位科学家通过人体的旅程,这发生在两位科学家缩小到纳米大小并进入人体的时候。并破坏有害的肿瘤。以上是第一次将其视为可能的科学可能性的原因。七年后,出现了纳米技术一词,这是东京科学大学的Norio Taniguichi发明的,它采用了原子尺度的尺寸框架。

1985年,人们发现了富裕的人,四年后,又发行了另一部电影,其中一位科学家创造了一种机器来使人收缩,而他的孩子则因错误而收缩。1996年,Harry Kroto爵士因发现富勒烯而获得了诺贝尔奖。

在1997年和1998年,首先制造了最小的吉他,大约是一个红血球,然后有可能将碳纳米管转换成可用于书写的纳米铅笔。

在2000年代后期,使用纳米技术的产品开始投放市场,例如可抵抗凹痕和划痕的汽车保险杠,飞行的高尔夫球,较硬的网球拍,直透明的防晒霜等。 。2001年,詹姆斯·金泽夫斯基(James Gimzewski)设法进入吉尼斯世界纪录,从而发明了当时世界上最小的计算器。

莱斯大学的娜奥米·哈拉斯(Naomi Halas),珍妮弗·韦斯特(Jennifer West),丽贝卡·德雷泽克(Rebeca Drezek)和雷纳塔·帕斯夸林(Renata Pasqualin)花费了两年的时间开发了一种金纳米胶囊,其目的是在不通过所有医学方法的情况下,综合发现,诊断和治疗乳腺癌。已经知道了。

2006年,赖斯大学的詹姆斯·图尔(James Tours)和他的同事们制造了一种由oligium和其他材料制成的纳米级汽车。为了响应纳米汽车中的高温,它在金色车轮上移动。一年后,IMT的ÁngelaBelcher和她的同事用一种对人类无害的病毒制造了一种锂离子电池,这些电池的容量与其他可充电电池相同,但是区别在于它对人体无害。环境,我们决不能忘记它们是低成本的。

2009年,纳德里安·西曼(Nadrian Seeman)和几位同事用机器人的DNA组装件制造了一系列纳米级设备。前述是使用可被编程为自组装的合成晶体序列产生3D DNA结构的过程,所有这些都可能有益于纳米电子学的发展。

IBM公司在2010年使用了几纳米大小的麻布尖端来凿碎基材的材料,并创建了相当于一克大米的​​百万分之一的完整3D纳米世界地图。2013年,斯坦福大学的研究人员开发了第一套碳纳米管。

根据以上数据,我们可以说纳米技术是一门在世界范围内不断发展的科学,它对人类的进步将在日常生活中提供许多有用的东西。

接下来,我们将提及纳米技术中的其他重要日期。(Beautymarket.es,2010年)

图8纳米技术的历史,第1页(Beautymarket.es,2010年)(参见PDF)

图9纳米技术的历史,第2期(Beautymarket.es,2010年)

图10纳米技术的历史,3

纳米技术的用途

纳米医学

它是新技术进步中最具潜力的分支之一。纳米科学的定义是“可以从体内以及在细胞和分子水平治愈疾病的纳米技术”。(欧洲居民,纳米技术,nd)

这些领域可能成为革命的对象,尤其是在监视,组织修复,疾病监视甚至人类生物系统的改进方面。纳米医学对人类有很大帮助,因为它可以帮助我们造就更好的人类,并且因为它还没有达到我们无法想象的事情,但是纳米技术的这一分支可以成为现实。

甚至有一些机构已经在实施纳米技术的这一分支,例如美国国家癌症研究所,目的是消除由该疾病引起的死亡和痛苦,研究基于如何诊断,治疗和理解癌症。

图11纳米医学。(Domínguez,2010年)(查看PDF)

纳米机器

该术语与分子制造,组装机器,微型机器,小型机器等有关。纳米技术的目标是最大程度地减少制造量,以节省成本,原材料,自然资源以及所有进入过程的物质。看哪,新一代机器按照它们的原子出现,这些机器也将有助于解决社会问题。

所有前述内容将基于组装机,该组装机负责操纵原子或在另一特定情况下操纵单个分子。但是,纳米技术在纳米机器领域的巨大挑战之一是创造一种可重新编程的组装机器。

我们一直在谈论的这台机器将是一种可以根据提供给它的元素生成副本的设备。据该领域的专家称,所谓的纳米机器将构成人类的第二次工业革命,并通过这种方式,改变人类的生活和环境,因为许多影响将进入纳米机器的领域。

图12纳米机器的示例。(Adonis,2010年)(查看PDF)

分子纳米技术

分子纳米技术在制造和生产过程中至关重要,通过它我们可以解决许多问题,例如:

  1. 缺水:由于农业中消耗了大量的水,因此通过分子制造只能对产品进行转化,从而避免了这一问题传染病:通过生产简单的产品(例如管,过滤器和过滤器)蚊帐将减少这一问题信息和通信:使用纳米技术的计算机将非常便宜能源短缺:将解决能源短缺的问题,因为它体积更小,重量更轻,它将利用太阳能作为能源首要的5.环境损耗:这是一种影响所有人的影响,如果人们食用这些产品,对环境的影响就较小。因为制造可以是独立的和清洁的,这将促进基础设施的建设,例如,一个手提箱可以容纳足以引发一场革命的一切,纳米技术将能够制造用于医学研究和健康的廉价设备。寻找更多

图13用于先进药物的纳米分子装置的示例。(费拉多,2010年)(查看PDF)

纳米技术的风险

纳米技术的影响可以在几年内被发现,而人类所隐含的危险却没有意识到这种影响所带来的风险。我们必须考虑以下几点:

  1. 社会和政治制度的变化纳米技术可能是各国之间对新武器的竞争。廉价的生产和不同的型号可能导致经济变化。管理层控制风险的尝试可能导致非常僵化的管理,进而导致强大的黑市,简单的解决方案将不会像不可能找到的解决方案那样成功。

当然,要享受纳米技术的好处,我们必须面对并解决风险。为此,我们可以制定预防计划,分析出现的情况的利弊。我们必须强调,我们不应该措手不及,因为必须做好准备。

是否进行了研究,并假设存在某些风险,即它们威胁着人类的文化,但可能还会有一些变化不会影响我们,但如果变化,则将更加严重,因为每种解决方案都必须看看会对其他方面产生什么影响。

负责任的纳米技术

这是应用于革命性科学的新概念,称为纳米技术。必须进行管理以控制其潜在风险,以便更多地体现人类的利益。

今天,今天已经达成协议,传播有关如何实施负责任的纳米技术的理论。由负责任的纳米技术中心和欧元居民提供。(欧洲居民,纳米技术,nd)

回到先前的观点,因为我们已经从人道主义的角度阅读了纳米技术,其可能做出的巨大贡献,但是相反,由于滥用或不负责任的使用,其风险是巨大的。

所有赞成负责任的纳米技术概念的科学家和学者都在不断追求这样的愿景,即分子制造用于生产性和有益目的,并且反对将分子制造用于其他目的。

图14负责任的纳米技术(2013年,圣地亚哥)(参见PDF)

纳米技术的进步

今天,我们处于知识社会中,由于有了这些巨大的进步,新的发明和发现将成倍增长,因此像MIT这样的享有盛名的大学已经发现了技术和研究的最新进步。

纳米技术与其他科学技术(例如生物技术,生物学和信息技术)将在不久的将来取得的最新进展和进步中扮演非常重要的角色。

接下来,我们将介绍包括纳米技术在内的技术创新。

  1. 无线传感器网络可注射组织工程纳米太阳能电池机电一体化网格计算网格计算系统分子成像纳米压印光刻)可靠的软件(软件保证)糖业(Glycomics)量子密码术(Quantum Cryptography)

(欧洲居民,欧洲居民,nd)

结论

自从纳米技术问世以来,纳米技术已经取得了长足的进步,因为许多年前许多人认为这是不可能的,如今它已成为现实。

纳米技术将带给我们许多进步,其中大部分是对人类有益的进步,因为它直接影响生产,食品,医学以及日常生活的其他方面。

但是,我们必须牢记这一科学的利弊,而另一方面,就是那些希望将其用于自己的利益的人,但如果不是为了制造武器而没有使用它,则不是最好的方法。

这就是为什么创建负责任的纳米技术一词的目的是向沉迷于该科学的科学家指出专注于该哲学所提出的价值的技术。要确定,我们必须始终意识到纳米技术在我们生活中的重要性。

谢谢

感谢Orizaba技术学院给我提供专业培训的机会,并感谢Fernando Aguirre yHernández教授在他的工程基础知识中与我们分享的所有知识。

参考书目

  • 阿多尼斯(2010年10月14日)。纳米技术博客。来源:http://duomortal.blogspot.mx/2010/10/nanotecnologia.htmlBeautymarket.es。 (2010年6月26日)。 Beautymarket.es。从http://www.beautymarket.es/peluqueria/llega-la-nanotecnologia-la-ciencia-de-lodiminuto-peluqueria-2830.phpchile。,B.d. (2015)。纳米技术的进展。从http://www.nanotecnologia.cl/que-es-nanotecnologia/Daltonico获得。 (2010年7月25日)。电影院解释道。资料来源:http://cienciaexplicada.com/microscopio-de-sonda-de-barrido.htmlDomínguez,SF(2010年4月7日)。面向未来的博客。摘自:http://www.rehabilitacionblog.com/2010/07/envejecer-es-bueno-para-la-salud-yla.html欧洲豌豆(C.面向未来世界的纳米技术创新。比利时布鲁塞尔欧洲居民。 (sf)。欧洲居民。从以下网址获得:https://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_que_es.htm欧洲居民。 (sf)。欧洲居民。从以下网址获得:https://www.euroresidentes.com/futuro/avances_previsibles.htmEuroresidentes。 (sf)。纳米技术。从以下网址获得:https://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable /nanotecnologia_responsable.htm欧洲居民。 (sf)。纳米技术。取自:https://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/dictionary/nanomedicina.ht m费拉多,马里兰州(2010年10月5日)。纳米技术博客。从以下网址获得:http://nanotecnologiaycomputadoras.blogspot.mx/2010/10/los-nanoriesgos-no-sontan-diminutos.htmlICA。 (sf)。纳米技术。取自http://nanotech.ica.ele.puc-rio.br/nano_introducao.asp MJ圣地亚哥(2013年11月6日)。计算机博客。取自:https://inf2013usc.wordpress.com/tag/nanotecnologia/VEGA,AF(sf)。纳米技术的发展。
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