Курск, 2015 год

КАФЕДРА ФИЗИКИ, ИНФОРМАТИКИ И МАТЕМАТИКИ

Реферат по дисциплине «Информатика»

Нанотехнологии. Перспективы развития

Выполнила:

Студентка 12 группы 1 курса лечебного ф-та

Сафонова Анна Андреевна

Преподаватель:

Итинсон Кристина Сергеевна

Курск, 2015 год

План

Введение……………………………………………………….………..…….…... 3

Основоположники нанотехнологии……………………………..….……….…...4

Критические технологии……………………………………….…………….....5-6

Представления о наноиндустрии………………………….…………….…......7-8

Патентирование нанотехнологий………………….……………………….…9-10

Перспективы развития наноматериалов……………………..…...….…...…….11

Центры превосходства………………………………………..………...………..12

Области применения наноматериалов…………………………….....……........13

Наномеханизмы и наноустройства…………………………………………..14-15

Наномехваника и износ наномеханизмов…………………..……………….16-17

Преобразование энергии…………………………………………………………18

Заключение………………………………………………………….……....….….19

Литература…………………………………………………………...……...….....20

Введение

Нанотехнологии – детище современной фундаментальной науки, междисциплинарная область деятельности, основанная на достижениях химии, физики, биологии, механики и других классических наук, а также на связанном с закономерной эволюцией этих и других областей исследований прорыве в разработке методов синтеза и анализа веществ и материалов.

В этом плане нанотехнологии – зачастую существенное улучшение свойств многих практически важных устройств, но не всеобъемлющий переворот наших знаний, как иногда полагают. Линия опережающего развития наиболее важна и наиболее приемлема для нашей страны, поскольку базируется не на уже известных и, как правило, запатентованных в других странах приемах улучшения качества существующих изделий и продуктов за счет использования нанотехнологий, а на генерации новых знаний в наиболее перспективных областях науки и техники и создании принципиально инновационных разработок, реализующих новые для промышленности физические или физико-химические принципы функционирования материалов и устройств.

Осуществление этой линии, в свою очередь, невозможно без развития системы нанотехнологического образования на уровне как вновь поступающих в вузы студентов, так и магистратуры, аспирантуры, докторантуры, поддержки перспективных исследований молодых ученых.

Основоположники нанотехнологии

Кто оказал наибольшее влияние на развитие нанонауки? Попытаться ответить на этот вопрос – задача непосильная и неблагодарная. Всегда найдутся обиженные и обойденные. Судьей в этом деле может служить только время. Поэтому ограничимся в нашем перечне лишь теми учеными, чей вклад в нанонауку отмечен высочайшей наградой – Нобелевской премией.

В первую очередь следует назвать ученых, которых следует считать создателями основ современной коллоидной химии – науки, которая уже в начале прошлого века исследовала объекты нанометровой природы и по сей день открывает новые возможности на пути создания наноматериалов.

§ Рихард Зигмонди (Zsigmondy, Richard Adolf) Германия, Goettingen University (1865− 1929). Получил премию по химии 1925 г. за установление гетерогенной природы коллоидных растворов и за разработанные в этой связи методы, имеющие фундаментальное значение в современной коллоидной химии.

§ Ирвинг Лэнгмюр (Langmuir, Irving) США, General Electric Company (1881− 1957).Премия по химии за 1926 г. за работы в области дисперсных систем и разработку метода ультрацентрифугирования.

§ Теодор Сведберг (Svedberg, Theodor) Швеция, Uppsala University (1884− 1971) Премия по химии 1932 г. за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений [1].

Развитие физики как науки оказывает прямое влияние на зарождение нанотехнологий, ученые-физики внесли свой вклад, в их становление.

· Премия по физике 1956 г. за открытие транзисторного эффекта и создание первого полупроводникового транзистора, что привело к возникновению новой научно-технической дисциплины – микроэлектроники. Премия по физике 1986 г. за создание сканирующего туннельного микроскопа, основанного на сканировании поверхности твердого тела атомно-острой иглой. Премия по физике 1986 г. за фундаментальные работы по электронной оптике и создание первого электронного микроскопа.

· Премия по физике 2000 г. за достижения в электронике, разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов, за разработку идеологии и технологии создания микрочипов.

Критические технологии

Понятие «критические» или «ключевые» технологии (key technologies) впервые появилось в США в 60-х годах прошлого века. Так назвали перечень технологических направлений и разработок, которые в первую очередь поддерживало правительство США в интересах экономического и военного первенства. Их отбирали на основе чрезвычайно тщательной, сложной и многоступенчатой процедуры, включавшей экспертизу каждого пункта перечня финансистами и профессиональными учеными, политиками, бизнесменами, аналитиками, представителями Пентагона и ЦРУ, конгрессменами и сенаторами.

Ни одно государство, каким бы богатым оно ни было, не в состоянии развивать исследования и разработки по всем без исключения направлениям. Важнейшим условием реализации эффективной государственной научно-технической политики является концентрация научного потенциала, финансовых и материальных ресурсов на приоритетных направлениях развития науки и техники.

Под приоритетными направлениями развития науки и техники понимаются основные области исследований и разработок, реализация которых должна обеспечить значительный вклад в социальное, научно-техническое и промышленное развитие страны и в достижение за счет этого национальных социально-экономических целей. В каждом из приоритетных направлений развития науки и техники можно выделить более конкретные прикладные направления, называемые критическими технологиями. Критические технологии носят межотраслевой характер, создают существенные предпосылки для развития стратегических технологических областей исследований и разработок и дают в совокупности главный вклад в решение ключевых проблем реализации приоритетных направлений развития науки и технологии. Одной из таких технологий является нанотехнология. Выбор критических технологий происходит с учетом прогноза наиболее перспективных направлений науки и техники для достижения максимальной отдачи в области инновационной сферы.

Приоритетные направления развития науки, технологий и техники в России и перечень критических технологий России впервые были сформированы в 1996 г. при участии сотен экспертов представителей академической, вузовской и отраслевой науки, а также промышленности. Выбор и уточнение приоритетов – динамичный, живой процесс, что обусловлено самой спецификой науки и технологий. Поэтому их своевременному пересмотру уделяется постоянное внимание.

Последний перечень приоритетных направлений критических технологий был утвержден Президентом РФ 21 мая 2006 г.:

· Безопасность и противодействие терроризму.

· Живые системы.

· Индустрия наносистем и материалов.

· Информационно-телекоммуникационные

· системы.

· Перспективные вооружения, военная и

· специальная техника.

· Рациональное природопользование.

· Транспортные, авиационные и космические

· системы.

· Энергетика и энергосбережение [2].

Представления о наноиндустрии

Что такое наноиндустрия? Согласно определению, данному в Национальной нанотехнологической инициативе США:

· «Наноиндустрия – это технологическое, машиностроительное, производственное и научное обеспечение процессов, связанных с манипуляциями атомами и молекулами».

Однако, это определение, вероятно, слишком узко – очень мало удовлетворяющих ему технологий вышли или близки к выходу напроизводственный (индустриальный) уровень. Альтернативное определение можно предложить, основываясь на определении наносистем.

· В этом случае к наноиндустрии можно отнести те производства, продукция которых обладает свойствами, определяемыми наноразмерным уровнем организации соответствующих систем.

Эти свойства могут иметь как квантовый характер, так и отражать вклад поверхностных атомов и быть как полезными для практического применения (например, повышая эффективность материалов катализаторов), так и мешающими достижению производственных задач (например, туннелирование электронов через наноразмерные диэлектрические слои в микроэлектронных устройствах или интерференция излученив процессах литографии.

Решение проблем, возникающих при реализации таких технологий, в большинстве случаев требует проведения значительного объема научно исследовательских и, конечно, опытно-конструкторских разработок. Это приводит к сосредоточению наноиндустриальных производств либо в крупных корпорациях (такими, например, является большинство производителей микроэлектронных устройств), способных выделять значительные суммы на исследования (в том числе и достаточно рискованные), либо в относительно небольших фирмах, созданных под конкретное изобретение. Во многих технологически

В развитых странах поддержка наноиндустрии осуществляется на государственном уровне: первой такой страной стала Япония (1998 г.), затем - США (2001 г.), сейчас подобные программы действуют во многих странах, включая Россию. Готовность государства и бизнеса поддерживать нанотехнологические разработки связана с высоким уровнем ожидаемых от наноиндустрии результатов.

Рис.1. Основные направления развития наноиндустрии [3]

На рис. 1 приведены некоторые интенсивно развиваемые сейчас направления наноиндустрии. Индустрия наноразмерных композитов включает в себя проектирование, испытания и производство химически сложных материалов с улучшенными как механическими (например, традиционные материалы, армированные нанотрубками), так и различными функциональными (квантовые точки, сверхпроводники с высокими значениями критического тока, сенсоры, катализаторы, оптические материалы и т.д.) характеристиками. Индустрия нанокомпозитов тесно связана с химическими производствами нанодисперсных материалов, нанометрологией, призванной обеспечить наноиндустрию эталонами и методиками измерения параметров наноматериалов, и производством технологического оборудования, позволяющего производить и диагностировать наноразмерные продукты в необходимых масштабах. Последнее связано с развитием соответствующих нанотехнологических процессов, включающих как нанохимические, так и планарные (нанолитография) технологии получения современных микроэлектронных компонентов, а также конструирование и сборку трехмерных наноструктур. Важным, интенсивно исследуемым, хотя пока и в меньшей степени доведенным по практического применения направлением является разработка и создание различных микро- и наноэлектромеханических устройств, часто называемых (микро) нанороботами.

Одним из основных будущих применений нанороботов станут, вероятно, нанобиология и наномедицина, включающие, помимо уже упомянутых нанороботов, разработку и создание биочипов, средств целевой доставки лекарств в организме и локального нагрева на основе магнитных жидкостей, различные микрозондовые установки и устройства и многое другое.

Патентирование нанотехнологий

Разработчики, изобретатели и ученые, а также и бизнесмены должны знать свои права и возможности, чтобы защитить труды своей деятельности от конкурентов, недобросовестных пользователей, пиратов.

В Российской Федерации ежегодно поддерживается в силе около 125− 130 тыс. патентов, из них 1/5 часть принадлежит иностранным патентообладателям, а 4/5 – российским. Иностранные компании патентуют в РФ в основном устройства и способы в области высоких технологий (перспективные устройства и способы передачи информации, обработка данных, управление промышленностью), фармацевтические средства, а также перспективные конструкционные материалы и вещества, используемые в современной промышленности.

Существует опасность возникновения патентной монополии иностранных компаний на российском рынке high-tech-продуктов, которая может быть использована в конкурентной борьбе против российских производителей путем использования патентных прав. Особенно остро это касается рынка нанотехнологий и продуктов. Борьба за лидерство в области нанотехнологических исследований усиливается по обе стороны Атлантического океана по мере того как правительственные агентства вкладывают в исследования все большие суммы. Среди патентов в области нанотехнологий в 2002− 2003 гг. доля США и Канады составляла 45%, доля Европы (15 государств + страны Европейской ассоциации свободной торговли – EFTA) составляла 39%, на Азию приходилось 13% всех патентов и на все другие страны – 3%. Это означает, что при неблагоприятном стечении обстоятельств регистрация иностранных патентов в российском патентном ведомстве может в существенной мере закрыть российский рынок для отечественных производителей. Поэтому массовое патентование отечественными учеными сектора нанотехнологий в РФ является в настоящее время одной из весьма актуальных задач на пути от инновации к коммерциализации научно-технологических разработок.

Патент и свидетельство – это охранные документы промышленной и интеллектуальной собственности. Наличие патента дает его обладателю право запрещать практически любое несанкционированное использование его интеллектуальной собственности другими лицами.

Право на легальное использование изобретений, полезных моделей и промышленных образцов может быть предоставлено другим лицам лишь при условии выплаты вознаграждения патентообладателю (на основе лицензионного договора или договора уступки патента).

Исключительные права дают патентообладателю возможность не только окупить затраты на создание нового решения, но и получать прибыль на протяжении длительного времени за счет единоличного контроля определенной рыночной ниши. Патент на изобретение действует в течение двадцати лет от момента подачи заявки в Роспатент. Роспатент – это Российское государственное патентное ведомство, которое носит официальное название «Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ)».

Нарушением патентов являются:

· несанкционированное изготовление продукции, в которой использовано запатентованное изобретение

· продажа такой продукции;

· ввоз такой продукции в страну с целью продажи;

· применение запатентованной технологии в коммерческих целях[4].

Перспективы развития наноматериалов

Развитие нанотехнологий ведет к все более широкому распространению так называемых «умных материалов» – материалов, реагирующих на изменения окружающей среды и изменяющих свои свойства в зависимости от условий. Самым простым примером природного «умного материала» является наша кожа – благодаря миллиардам связанных с головным мозгом нанодатчиков, которыми покрыто наше тело, человек с закрытыми глазами может узнавать предметы, рефлекторно отдергивать руку, чтобы не обжечься, а также переносить высокие и низкие температуры. К числу вещей, искусственно созданных из «умных материалов», в первую очередь, следует отнести одежду из «умной ткани», реагирующей на изменение температуры (пропускающей воздух, когда жарко, и уплотняющейся, когда холодно) или способной убивать бактерии, разлагать грязь и пот и легко пропускать влагу наружу, отталкивая внешнюю воду. Такая ткань используется для пошива спортивной одежды, постельного белья в госпиталях и одежды для медиков. Однако нанотехнологии позволяют не только создавать ткани с «улучшенными» свойствами, но и реализовывать некоторые, казалось бы, фантастические проекты. Помните фильм «Человек-невидимка»? Так вот, уже сегодня продемонстрированы первые образцы костюма-невидимки, принцип работы которого заключается в системе встроенных миниатюрных видеодатчиков и светоизлучающих элементов.

На основе «умных жидкостей», содержащих наночастицы и способных изменять свою вязкость под действием электрического (электрорео-логические жидкости) или магнитного (магнито-реологические жидкости) полей, создается ткань для нового поколения бронежилетов. Представьте, что на вас надет костюм, в котором циркулирует «умная жидкость». Увидев, что в вас целятся, нажимаете на кнопку, включающую поле, и жидкость в костюме мгновенно затвердевает до пуленепробиваемости.[5]

Центры превосходства

Ни для кого не секрет, что для нашей страны существует острая необходимость развития своего научно-технического и экономического потенциала. Острота этой проблемы, в том числе, связана с тем, что темпы роста и структура сектора исследований и разработок не в полной мере отвечают потребностям системы обеспечения национальной безопасности. В последнее время государство действительно предпринимает определенные шаги для решения этой проблемы. В частности, широко известно, что уже несколько лет функционируют Федеральные целевые программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России» и «Научно-технологическая база России», а в 2006 г. обнародована «Стратегия развития науки и инноваций в РФ» на период до 2015 г.

Основной целью данной стратегии является формирование сектора исследований и разработок и эффективной инновационной системы, обеспечивающих технологическую модернизацию экономики и повышение ее конкурентоспособности на основе передовых технологий, а также превращение научного потенциала в один из основных ресурсов устойчивого экономического роста. В числе основных мер, которые будут приниматься для решения упомянутых задач, значится совершенствование системы Государственных научных центров Российской Федерации и стимулирование процессов формирования и развития «Центров превосходства». Финансирование системы «Центров превосходства», которое предполагается с 2007 г. проводить целиком из федерального бюджета, составит к 2010 г. от 2 до 10 млрд. руб. в год и, постоянно увеличиваясь, в перспективе (к 2015 г.) составит порядка 20 млрд. руб. в год.

Что же такое «Центры превосходства»? Это конкурентоспособные научно-исследовательские организации, обладающие, в частности, приборно-технологической базой мирового уровня и высококвалифицированным персоналом, которые могут обеспечить приоритет Российской Федерации по отдельным критическим технологиям. Центром превосходства может стать институт РАН, университет или отраслевой институт. При этом данное понятие ни в коей мере не связывают с каким-либо специальным статусом для организаций.

Области применения наноматериалов

Области применения функциональных наноматериалов исключительно многообразны. Среди них можно выделить в первую очередь следующие направления:

· Инженерия. Создание наноэлектромеханических устройств, молекулярных и наномоторов, систем позиционирования на наноуровне и наномашин. Разработка методов нанолитографии и молекулярного дизайна.

· Электроника. Разработка и конструирование полевых транзисторов для ЭВМ, нанопроводов, диодов, выпрямителей, и других элементов электроники на наноуровне.

· Молекулярная электроника. Системы с высокой плотностью записи информации.

· Оптика. Создание лазеров с перестраиваемой длиной волны, люминесцентных источников излучения, точных оптических систем (микрозеркала). Разработка методов нанолитографии. Исследование квантовых точек и квантовых структур. Разработка волноводов, работающих с использованием эффектов полного внутреннего отражения и дифракции светового излучения. Фотоника (системы обработки информации на основе световодов и “фотонных кристаллов”).

· Катализ. Разработка катализаторов на основе наноструктурированных материалов для селективного катализа. Создание молекулярных сит и селективных адсорбентов.

· Материаловедение. Создание “бездефектных” наноматериалов, направленное получение наноматериалов с заданными функциональными свойствами, разработка методов самоорганизации наноструктур. Низкоразмерные наноструктуры.

· Трибология. Разработка и изготовление перспективных пар трения и смазочных материалов на основе наноструктур и фуллеренов. Исследование корреляции структуры наночастиц и сил трения.

· Медицина. Исследование функций ДНК, РНК и белковых структур. Маркеры вирусов и антител. Создание магнитных жидкостей для лечения раковых заболеваний. Разработка систем точной доставки лекарств в определенные места живого организма. Создание биосовместимых материалов.

· Молекулярный дизайн. Манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них новых молекул или наноструктур.[6]

Нередко эти области пересекаются. Так, например, создание лазеров с перестраиваемой длиной волны включает в себя не только физическую часть (оптику), но также является материаловедческой, и во многом, инженерной задачей.

Стоит отметить, что среди перечисленных направлений на сегодняшний день ведущее положение занимают такие задачи как разработка наноэлектромеханических систем, нано- и молекулярная электроника, а также создание носителей информации.

Наномеханизмы и наноустройства

Основными стимулами развития нанотехнологий является возможность интегрирования различных типов наноструктур и создание наноустройств на их основе, что в свою очередь обусловлено общим стремлением к миниатюризации функциональных устройств(такая миниатюризация необходима, например, при освоении космического пространства, в информационных технологиях и т.д.). В 1981 г. прогнозы Р. Фейнмана были развиты в диссертации Э. Дрекслера, (Массачусетский технологический институт) посвященной молекулярной технологии, и в вышедшей свыше 20 лет назадд книге “Машины созидания: пришествие эры нанотехнологий”. В его понимании, будущее молекулярной технологии и нанотехнологии состоит в создании функциональных структур и устройств путем их поатомной сборки с помощью программируемых роботов, а также в разработке самих молекулярных роботов, способных “строить” из атомов различные объекты.

Подобные машины были названы ассемблерами или сборщиками. Конструирование таких машин предполагалось осуществлять путем формирования химических связей за счет механического сближения электронных оболочек атомов. [6]

Наноманипулятор, описанный Дрекслером, состоял из 4× 106 атомов, а робот, снабженный молекулярным компьютером, вспомогательными механизмами и т.д. содержал ~1× 107 атомов. Однако, возможности отдельного робота, оказываются весьма ограничены, в связи с его малыми размерами, что, по мнению Дрекслера, требует создания наномашин, способных к самовоспроизводству – то есть размножению или репликации. В основе идей самореплицирующихся структур положена теория фон Неймана (1940 г.), согласно которой репликация является основой природных механизмов развития, а сам процесс репликации используется как в клеточной машинерии, так и при воспроизводстве живых организмов. В то же время, сам Дрекслер описал опасность создания таких систем: выход из-под контроля процесса репликации из-за возникновения ошибки в программе отдельного робота - репликатора, может привести к техногенной катастрофе, так как нанороботы могут начать перерабатывать всю доступную им материю в самих себя (то есть неограниченно реплицироваться). При этом за два года нанороботы предположительно способны переработать всю биосферу Земли в “серую слизь” (gray goo), как была названа масса нанороботов в его книге. Идеи Дрекслера вызвали волну неприязни к нанотехнологиям со стороны общества, и антипатию широкого круга исследователей, работающих в областинанотехнологий – к самому Э. Дрекслеру.

Между тем, эти полуфантастические прогнозы весьма далеки как от фактической реализации, так и от построения реальной модели наноробота, способного к репликации. Основными проблемами при этом являются возможность создания молекулярных компьютеров и отсутствие доступных энергетических источников и аккумуляторов энергии на наноуровне.

Можно выделить две основных тенденции в создании наноэлектромеханических систем: уменьшение размера существующих микроэлектромеханических систем и разработку принципиально новых молекулярных двигателей и молекулярных электромеханических устройств. Следует отметить также актуальность работ, посвященных разработке роботов и систем репликации на основе известных биологических систем – вирусов, бактерий и одноклеточных микроорганизмов. Их последующая комбинация с электромеханическими устройствами может помочь реализовать производство машин в нанометровом диапазоне.

Уже сегодня встречаются работы по созданию отдельных элементов наномеханизмов и нанодвигателей. В частности, описана возможность передачи вращения с одной нанотрубки на другую (по аналогии с шестеренками), создание гигагерцевого механического осциллятора из группы концентрических нанотрубок, интеграция биомолекулярных двигателей, работающих на АТФ, в механические устройства и др.

Наномеханика и износ наномеханизмов

По сравнению с макромеханикой в микро- и наносистемах обычно применяется сухое трение. Для смазочных материалов на наноуровне сила поверхностного натяжения иоказывается настолько велика, что существенно снижает эффективность работы механических элементов. Поэтому в качестве подшипников скольжения в МЭМС и НЭМС и используют подшипники сухого трения, которые в некоторых случаях покрывают молекулярными смазочными пленками для уменьшения трения и износа. При этом

характеристики пленки и контактной поверхности становятся основными факторами, определяющими силы трения. Однако, в связи с трудностью получения идеально гладких поверхностей технология применения молекулярных смазочных пленок находится пока в стадии разработки и редко используется при создании микро- и наномашин.

Износ материала при длительном трении обуславливается высокой локальностью нагрузок на контактирующих шероховатостях рабочих поверхностей, что приводит к пластическим деформациям, адгезии или к формированию трещин на поверхности контактирующего материала. Выделяют следующие механизмы износа:

· адгезия (слипание)

· абразивный износ

· эрозия

· усталость

Характерной особенностью микромира является значительный вклад межмолекулярных и межатомных взаимодействий (микрообъекты стремятся к слипанию для уменьшения их общей поверхностной энергии). Адгезионные взаимодействия возникают как результат межмолекулярных сил или перераспределения химических связей в точке контакта. Так, при контакте двух материалов, имеющих большее адгезионное сходство или химическую растворимость, происходит взаимное проникновение контактирующих материалов и образование химических связей в точке контакта, что приводит к значительному износу контактирующих поверхностей. В связи с этим при проектировании наномашин следует избегать контактов химически однородных поверхностей. Обычно, для предотвращения слипания отдельных элементов нано- и микромашин, их покрывают специальными “неклеящими” составами.

При абразивном износе, материал стирается из-за неровности поверхностей материалов или из-за присутствия твердых частиц между взаимодействующими поверхностями. При этом более твердый материал удаляет верхний слой с более мягкого материала во время их контакта. Поскольку поверхность металлических материалов покрыта оксидной плёнкой, высокие локальные нагрузки могут привести к ее разрыву и дальнейшему окислению поверхности металла. Процесс последовательного окисления с разрушением поверхностного слоя называют эрозией.

Усталость материала – это изменение его механических и физических в результате действия циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Разрушение материала при усталости сопровождается появлением микротрещин, а затем их ростом и появлением макротрещин.

Таким образом, на сегодняшний день известно, что трение приводит к возникновению гармонических осцилляций кристаллической решетки, которые затухая преобразуют механическую энергию в тепловую.

Трение зависит от материала и пропорционально фактической а не кажущейся области контакта. К тому же сила трения пропорциональна степени необратимости деформаций, и в частности зависит от адгезионного сродства материалов. Значительного уменьшения сил трения можно достичь увеличивая химическую инертность материала. Так, сухое трение с использованием таких материалов как тефлон, может оказаться значительно меньше жидкого трения, что объясняется высоким фактическим контактом между поверхностями в случае жидкого трения и возрастанием вклада адгезионного трения.

Преобразование энергии

Цель создания микро- и наномеханических устройств заключается в получении силы, способной производить механическое перемещение объектов. Механические устройства, преобразующие энергию в управляемое движение, получили название актюаторов. На сегодняшний день известно большое количество способов преобразования доступной электрической энергии в механическую. По сравнению с традиционно используемым в макроскопических масштабах электромагнитным методом, в нанотехнологии существует возможность использования и других принципов, которые не имело смысла использовать по функциональным или по ценовым характеристикам в макротехнологии. Следовательно, в первую очередь, необходимо провести оценку эффективности различных принципов получения механической энергии на наноуровне. Известно, что сила, производимая той или иной системой, а также развиваемая мощность прямо пропорциональна потере ее потенциальной энергии.

В связи с этим плотность энергии имеет важное значение для оценки максимальной эффективности наноустройств.

В свою очередь, любое преобразование энергии связано с потерями, а полезная энергия пропорциональна коэффициенту полезного действия η. Выбор принципа активации (получения механического отклика) проводят с учетом их максимальной эффективности, мощности и быстродействия наноустройств. Для потенциальных полей, энергия однородной системы пропорциональна ее объему, и, следовательно, увеличивается с ростом размера объекта пропорционально R3. Однако, в случаях использования непотенциальных полей плотность энергии может зависеть от размера, что приводит к отклонению показателя степени от 3.[6]

Заключение

Проведя анализ первспектив развития нанотехнологий, я могу сделать вывод о том, что дальнейшее развитие нанотехнологий раскрывает возможность создания машин, с помощью которых электроэнергия в КПД 90% может получаться из солнечной энергии. В любом производстве будут использоваться атомы кислорода, углерода, азота, водорода и другие, наиболее часто встречающиеся. Проблема с сырьем практически исчезнет. Именно на нанотехнологии возлагаются особые надежды в дальнейшем освоении Вселенной, именно они будут играть огромную роль в открытии и изучении новых планет.

Литература

1. https://www.nobelprize.org/nomination/peace/

2. Указ Президента Российской Федерации от 07 июля 2011 г. N 899 https://rii-vuz.extech.ru/doc/index.php (дата обращения 30.11.2015).

Steve Sobol: Nano Internet Concept Brick E.M., Rudolph H., Arnold J., Luthardt R.G. // Comput. Med. Imaging Graph.– 2004.– V. 28. – P. 159–65.

3. Дрекслер Э., Мински М. Машины создания: Грядущая эра нанотехнологии = Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. — 2-е изд. — 2007. — ISBN 0-385-19973-2.

4. Эрлих, Г. Малые объекты – большие идеи. Широкий взгляд на нанотехнологии.. — М.: Бином, 2011. — С. 254.

5. Стратегия развития науки и инноваций в РФ на период до 2015(https://www.fips.ru/ruptoru/str_rf.htm)

6. Елисеев, А Применение функциональных наноматериалов.Часть1 МЭМС, НЭМС, наноэлектроника. Наука о матеариалах. Москва:. НаучСЛТ, 2007. – с. 177.