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纳米技术。神奇的小巨人

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Anonim

介绍。

在国际测量系统中,管理着一系列前缀,这些前缀使人员,组织和公司可以方便地处理单位的倍数。例如,当您谈论1公里时,您谈论的是1000米,因为前缀千分表示将单位(即米)乘以1000。因此,要了解这次我们要讨论的尺寸,您必须考虑一个螺纹米,如果该螺纹米除以100,您将获得一厘米的螺纹,如果将其除以10,您将获得一个毫米。如果将一毫米的螺纹除以1000,则获得一微米的螺纹,最后,如果再次将其除以100,则获得纳米的螺纹。

可以理解的是,这只是很小的量度,然而,它目前是技术事项和新电子设备开发中使用最多的方法之一,这不仅影响一个地区,而且影响整个世界的社会。全世界。

对其进行处理意味着最高水平的高质量,技术发展和完美主义,因为所处理的组件和材料非常小,必须非常小心地对待。

尽管起初,您会考虑这些类型的技术或设备可能面临的无尽障碍或问题,​​但也有必要考虑一下您拥有的所有潜力。计算机是这种技术发展的一个非常明显的例子,因为在几十年前的最初,存在的计算机覆盖了整个房间,因为它们的组件很大并且需要更多的空间,但是如今,计算机和电子设备变得越来越小,并且它们可以执行比以前更多的活动。这是存在的潜力,以及设备尺寸如何越来越小。

它是技术的一个分支,仍在发展,尚未达到极限,可以提到不再有可能继续发展技术设备,但是,正如其他任何技术分支所呈现的那样它寻求克服的一些困难和障碍,这将对人类的生活方式以及社会的行为方式和日常活动产生越来越大的影响。

国际计量体系

有必要了解国际上所采取的措施及其解释,因为在某些情况下,必须克服一些语言障碍,以避免混淆或规模错误。前缀和要处理的措施如下:

表1.使用的度量和前缀(国际度量衡系统,2006年)

这就是建立国际上使用的参数的方式,并且提到了以纳米为单位的非常小的工作量。由于技术和科学的进步,这并没有减少所有潜力和所有能够以某种方式发展的技术。

概念和定义。

纳米技术通常由原子和分子水平的材料组成,这些材料被称为“纳米材料”,它们本身具有独特的特性,与产生它们的其他材料完全不同。在纳米技术具有的所有潜力中,改变世界的希望,例如,众所周知,它是借助纳米机器人或纳米材料从汽车分支(如纺织分支)伸手可及的。油漆附着力或深度清洁,可去除织物上的任何污垢。

它们由科学,技术和生产创新部(2009)提出以下定义:

  • 纳米材料:

它们是尺寸小于100纳米的人工开发的物质结构,具有尺寸相关的特性,并且经过最少的处理。例如:纳米颗粒,纳米管,量子点,富勒烯,树枝状聚合物和纳米多孔材料。纳米中间体:

不属于纳米材料或最终消费产品类别的中间产品,可以包含纳米材料或已构建具有纳米特性和参数,涂层,织物,存储器和逻辑芯片,光学组件等的中间产品。

  • 纳米浓缩产品:

它指的是价值链末端的产品,其中包含纳米材料和纳米中间体,例如,已经适用于汽车,服装,飞机,计算机,电子设备,加工食品,药品等的产品。

  • 纳米技术:

它是通过改变原子和分子来制造材料和产品,开发具有“纳米”尺寸的功能结构或装置的技术,具有修改和操纵物质的技术能力。

这样,可以理解,在该技术分支中存在的特性包括新的参数和规格,这就是为什么每个定义都与通常使用的其他材料有所不同的原因。

在国际层面上介绍纳米世界。

近年来,纳入成品的纳米技术平均增长了22%。预计这种趋势将在不久的将来继续或增加。这种技术与科学研究具有很大的联系,因此链中的过渡导致科学技术创新是一个非常快速的过程。

因此,公司,政府和风险投资者都非常感兴趣,因为纳米技术可以促进产品的创造,转化和改进。这是一个非常明显的例子,2007年世界纳米技术研发支出达到135亿美元。

应用领域。

当前在“纳米”级别应用的技术具有不同的应用领域,并且预计在不久的将来,这些应用分支可能会增加。目前最杰出的应用体现在:

  • 生物医学材料能源模拟和建模电子光学光子学SPM探针碳管计量学

申请和贡献。

上面已经提到,应用领域是变化的,因此纳米技术同时在不同领域中发展。下面提到一些最杰出的项目,这些项目使用了某种类型的纳米技术并对社会产生了积极的影响:

能源:

  • 燃料电池和氢气

-贵金属纳米颗粒电催化剂。

-纳米质子交换膜

-在纳米材料中储存氢。

  • 锂电池

-纳米颗粒和/或纳米结构的电子材料。

  • 光伏发电

-硅替代材料

  • 超级电容器

-碳纳米材料作为活性材料

-无机纳米材料

此类项目的应用和开发旨在提高电子设备中使用的材料的质量,提高运营成本并改善其特性以承受物理量(例如温度)。

SPM近场显微镜检查:

这包括使尖端(通常称为探针)接近要可视化的表面,并测量尖端与表面之间的相互作用。通过在表面上移动尖端,可以获得存在的相互作用的图,因此将创建一个图像来显示研究。

这种类型的纳米技术在科学中有一些应用,例如:

  • STM显微镜,用于测量电流,该电流用于测量尖端与样品之间的电流; AFM显微镜,用于测量尖端与样品之间非常紧密的相互作用力SNIOM显微镜负责测量measuring逝光样品反射或透射的MFM显微镜测量相互作用的磁力。

所有这些相互作用参数都发生在1纳米或更小的距离处,即0.000000001米,这就是为什么它们是具有精密且非常精确的测量结果的高度复杂的元素的原因。

生物学和医学:

应用于生物学和医学领域的纳米技术的贡献主要是通过分子水平的新诊断系统,其中绝大多数是通过成像技术,新的和更具选择性的疗法,从而提高了效率和支持技术到再生医学。相同的研究和进步类型使我们开始从事农业和食品工业,因为在很大程度上,它具有很大的影响力和相似性,可以在相同的参数下进行。

更具体地说,纳米医学是一种研究方法和科学方法,也是一种跨学科技术,其目的是通过纳米技术的发展和应用,以更好地为某些类型的疾病或创伤性损伤的诊断,治疗和预防提供动力。 。它还寻求可以维护和改善人们的健康和生活质量的方式。

此外,以同样的方式在医学上的应用研究了存在于1到100纳米之间的纳米尺度的相互作用,为此,它已经开发并使用了一些设备,系统和技术,这些设备,系统和技术包括具有与之相互作用的纳米结构的能力。分子规模并与微系统互连,以在细胞或亚细胞水平上产生相互作用。纳米诊断可以识别疾病或其易感性,并通过使用纳米设备从细胞或分子水平对其进行检测。在同一个概念中,社会和临床需求与早期发现疾病的技术能力并驾齐驱,以及在开药前检测药物不良副作用的需求。

也可以提及当前正在以更大的力量开发的应用程序,无论其病理如何,主要集中在三个横向轴上:改进体内诊断以及体外开发新系统的能力不断增强药物供应和剂量的效率以及组织工程和再生医学技术的发展。通过生物传感器或包含许多传感器的集成设备,可以使用纳米技术进行体外诊断。在“体内”诊断方法中,其最重要的应用是改进诊断成像,使其达到分子水平。图像定义为测量值,通过结合使用新的分子药物和传统医学成像技术生成的图像,表征或诊断细胞或分子生物学过程的“体内”。

纳米医学的另一种方法是将新技术系统应用于再生医学,因为它是一个新兴的领域,通过应用基因疗法,细胞,物质剂量等方法来寻求组织或器官的修复或置换。生物再生和组织工程。

电子学和分子电子学。

纳米电子学负责研究电荷的传输和分布以及纳米尺度上的自旋现象。该分支可以分为:

分子电子学。

对分子性质的研究可以指导信息过程。2001年,使用称为rotazan的分子建立了第一个分子电路,该分子能够以与晶体管相同的方式工作。

碳纳米管。

当提到“碳纳米管”时,提到的是管状碳分子,其性质使其非常吸引人,并且对于诸如电子和机械组件之类的应用必不可少,该应用必须非常小。它们的特殊特性是高硬度,具有独特的电子特性以及极高效的导热体。它们出色的电,机械和化学性能使其成为制造纳米级晶体管,发射屏,致动器等设备的候选者。

半导体纳米结构。

它们分为与二极管类似的工作原理和与晶体管相似的工作原理,它们具有在纳米级,超高速和超高电路密度下运行的潜力。它们用于催化,光伏电池,激光器和晶体管等应用。

纳米材料:

它们是用于开发新技术的元素,并且必须具有特定的特性和非常好的质量,这使得它们可以在纳米级进行加工和操纵,这些材料包括:

  • 纳米结构纳米颗粒纳米粉末纳米胶囊纳米多孔材料纳米纤维箔纳米线树枝状薄膜薄膜点

机会与风险。

纳米技术具有巨大的潜力,带来巨大的利益。由于在许多应用领域的创新,仅通过提及欧洲目前有数百家公司致力于纳米技术的商业应用开发,并通过创造大量就业机会,就可以估计巨大的商业潜力。高素质的人。

但是,这种可能性并不完全是无限的,也不是完全可行的,例如,一些学者和科学家开始考虑的风险是纳米机器人的祸害,它们将人们团结在一起并以协调良好的程序化程序攻击人类,并且实现纳米机器人是目的还是目标之一,但这可行吗?到目前为止,并不是这样,也不是因为缺乏材料或组织良好的结构,所以这个概念根本不可能发展。

我们认为纳米机器人是一种基本的机器人,它将执行任务,因此它必须具有“手和手指”,可以用来握住粒子或分子,这本身已经是一个很大的限制,并且继续存在这些问题,粒子的大小不尽相同,因此它们必须是“大脚趾”,以允许您握住粒子来运输和处理它们,此外还必须考虑到在运输或操纵原子时会形成键就像原子从字面上坚持“手”一样。因此,迄今为止,仍不可能构建纳米机器人。

因此,直到今天,一支试图占领世界的纳米机器人大军的想法仍然缺乏基础,但是,在许多情况下,如果考虑到这一因素,就有可能使纳米颗粒成为可能。由于它的体积小,对健康有害,甚​​至有可能穿透人体细胞,甚至能够克服生物屏障(例如血脑屏障),这个问题仍然是该领域未知的国际科学家。

结论。

在通信技术,手机,计算机,电子设备等中,这种趋势被标记为“使一切变得越来越小”。因此,无法立即停止纳米级技术的发展。它具有巨大的潜力,可以很好地发挥其潜力,可以在科学领域的不同领域取得长足的进步,这将改善人类的生活质量以及与他人的关系和开展日常活动的方式。 。

但是,就像绝大多数技术进步一样,它带出了人类的“阴暗面”,渴望动力,极具竞争力,并渴望统治某些事物,这就是为什么它也对人类构成危险,如果这些技术的进步和发展没有得到适当控制。

可以预见,在不久的将来,可以克服限制该技术的障碍,并允许开发有助于人类并改善其日常生活的设备。

参考书目。

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