Нанотехнологии в быту: 10 нанотехнологий, которые мы используем в быту (и даже об этом не подозреваем)
10 нанотехнологий, которые мы используем в быту (и даже об этом не подозреваем)
Будущее уже наступило
Нанотехнологии… Звучит футуристично. Но истина в том, что, очевидно, вы их использовали трижды, выйдя сегодня утром из дома. Более 800 бытовых коммерческих изделий современности основаны на нанотехнологиях. Где же они прячутся? Давайте посмотрим. (Поверьте, вы никогда больше не сможете воспринимать зубную пасту или презервативы, как раньше.)
Лейкопластырь
Кусочек лейкопластыря, которым вы заклеиваете порез на ручке вашего ребенка, имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства, которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что обеспечивается наночастицами.
Зубная паста
Почистьте свои белоснежные зубы определенной пастой, и наночастицы минералов на основе гидроксиапатитов кальция заполнят микротрещины в эмали и сохранят зубы от кариозных полостей.
iPhone
В смартфонах используются самые разные нанотехнологии, и одной из самых гениальных является нанодатчик вибраций, фиксирующий движения телефона в игровых целях и для безопасности. Да, ваш iPhone знает, когда вы его уронили, и закрывает части своей системы для защиты. Даже если лопнет стекло с повышенной сопротивляемостью к ударам и царапинам, наночипы внутри продолжат работать. Один аппарат в 2011 году даже пережил падение в кармане скайдайвера.
Шоколадный коктейль
Представьте шоколадный коктейль без сахара с усиленным вкусом шоколада. Такой напиток уже есть. Содержащиеся в нем наноразмерные кластеры какао имеют большую площадь поверхности, и как только они сталкиваются с вкусовыми сосочками на языке, то производят громадное вкусовое воздействие. При этом нет необходимости добавлять подсластители.
Теннисные мячи
Теннисные мячи теряют упругость, так как их резиновая основа пористая и пропускает газ, вследствие чего они со временем выпускают воздух (кстати, именно потому сдуваются шарики).
Чтобы решить эту проблему, ученые покрывают резиновую основу нанослоем глиняного композита, что делает мячики герметичнее и позволяет им дольше оставаться на корте.
Автомобильная краска
Владельцам мерседесов больше не нужно бояться царапин на кузове автомобиля, так как наночастицы краски действуют, как слой микроскопических шариков, заполняя любые полости на поверхности.
Грязезащитная одежда
Даже самые неаккуратные люди могут легко решить проблему пятен на одежде при помощи специального нанопокрытия. Оно представляет собой совершенно невидимое грязе- и водоотталкивающее средство для одежды из шерсти, шелка или синтетики. При этом воздухопроницаемость ткани остается прежней, на вид и на ощупь она остается совершенно без изменений.
Солнцезащитный крем
Оксид алюминия – активный ингредиент в солнцезащитных средствах, поглощающих ультрафиолетовые лучи – распадается при смешивании с другими молекулами, такими как пот на коже.
Поместите эти активные ингредиенты в наноэмульсию, и они останутся отделенными от окружающей среды и смогут выполнять свою поглощающую функцию.
Каноловое масло
Многие белки и витамины не растворяются в воде, а потому их сложно добавлять в еду. Но если разбить их на нанокапли, проблема будет решена. Каноловое масло содержит нанокапли фитостеролов, которые позволяют держать на низком уровне содержание холестерина, а потому можно есть жареных цыплят круглые сутки и при этом не страдать от последствий накопления холестерина в организме.
Презервативы
Да, нанотехнологии попали и в спальню, на этот раз в форме нанопены в презервативах. Наночастицы серебра в пене разрушают бактерии и препятствуют в распространении инфекций, передаваемых половым путем.
Источник: Technewsdaily
- iphone
- автомобильная краска
- лейкопластырь
- нанотехнологии
- наночастицы
- презервативы
Нанотехнологии в быту и в промышленности
С каждым днем мы приближаемся к неизбежной революции, которую несут в себе нанотехнологии.
Мы создаем новые приборы, получаем уникальные материалы, о которых раньше не задумывались. Применение нанотехнологий в быту позволило изменить форму привычных для нас предметов. В результате этого мы получили совсем иные, но полезные свойства вещества. Окружающая нас реальность становится менее опасной и наиболее благоприятной для комфортной жизни. Наглядный пример: уменьшение привычных габаритов используемых электрических приборов до размеров наночастиц, незаметных человеческому глазу. Компьютеры становятся меньше в размерах, но намного производительнее. Нанотехнологии в быту и в промышленности позволили значительно изменить все вокруг нас.
Возможно ли создать такую форму искусственного интеллекта, который смог бы удовлетворить любые наши потребности? Ответ кроется в рациональном применении новейших разработок. Нанотехнологии — это путь в будущее, так как они затрагивают все аспекты нашей жизни. Использование нанотехнологий дает много возможностей, но и вызывает ряд опасений.
Окно в наномир
Электронный микроскоп позволяет заглянуть в микромир.
Без специальной аппаратуры нанотехнологии в быту сразу заметить очень трудно, так как они настолько малы, что неразличимы невооруженным глазом. Именно в таких масштабах вещества проявляют самые необычные и неожиданные свойства. Использование таких свойств обещает уникальную технологическую революцию. Они дают радикально новые возможности, такие как управлять телом человека и окружающей средой.
История появления нанотехнологий
Все начинается в 80-х годах XX века с изобретением инструмента под названием сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Профессор университета Калифорнии Джеймс Джимзевский провел всю свою профессиональную жизнь в мире наноразмеров. Он является одним из первых в мире людей, получивших возможность исследовать материю на уровне невероятно малых величин, миллионных долей миллиметра. Эти микроскопы позволяют изучить поверхность подобно тому, как слепые читают шрифт Брайля. Тогда никто не мог подозревать, насколько пригодятся нанотехнологии в быту и промышленности.
Принцип работы с наночастицами
Сканирующий микроскоп использует зонд, представляющий собой иглу толщиной в 1 атом. Когда она приближается всего на несколько нанометров к образцу, происходит обмен электронами с ближайшей наночастицей. Это явление называется эффектом туннеля. Система управления фиксирует изменение величины туннельного тока, и вот уже на основе этой информации идет более точное построение топографии поверхности исследуемого образца. Программное обеспечение позволяет преобразовать полученные данные в изображение, которое дает ученым ключ к новому миру, используя нанотехнологии в быту и других отраслях.
Как утверждает Джеймс Джимзевский, благодаря сканирующему электронному микроскопу ученые впервые получили изображения атомов и молекул и смогли изучить их форму. Это стало настоящей революцией в науке, ведь ученые начали смотреть на многие вещи совсем по-другому, обратив внимание на свойства отдельных атомов, а не миллионы и миллиарды частиц, как это было в прошлом.
Первые открытия
Использование новых технологий привело к поразительному открытию. Когда прибор приближался к атому на расстояние в 1 нанометр, между ним и атомом возникала связь. Эта особенность позволила найти способ перемещать отдельные микрочастицы. Благодаря такому открытию появилась возможность использовать нанотехнологии для комфортного быта.
Как пояснил Джеймс Джимзевский, профессор университета Калифорнии, туннельный сканирующий микроскоп позволил практически прикасаться к молекулам и атомам. Ученые впервые смогли манипулировать атомами на поверхности вещества и создавать структуры, которые раньше нельзя было и представить.
Это новоприобретенное открытие (способность наблюдать и манипулировать мельчайшими частицами, составляющими материю) дало возможность использовать нанотехнологии во всех отраслях без исключения.
Развитие нанотехнологий
Физик и философ Этин Клин считает, что возможность технологического прорыва за счет нанотехнологий вполне реальна, но во многом это строится на энтузиазме ученого.
Как говорит физик и философ Этин Клин, с момента экспериментального подтверждения существования атомов до момента получения возможности ими манипулировать прошло меньше 100 лет. Перед учеными открываются такие возможности, о которых раньше и подумать не могли. Только благодаря этому правительство всех развитых стран стало проявлять интерес к соответствующим наукам. Все началось с американской инициативы 2002 года, с которой выступили физики Рока и Бенбридж. Эти ученые выступили с сумасшедшей идеей о том, что благодаря нанотехнологиям человечество сможет решить все стоящие перед ним проблемы.
Это заявление стало толчком к началу многочисленных исследований, позволивших реализовать такие передовые направления науки и техники, как микроэлектроника, информатика, ядерно-энергетические исследования, микробиология, лазерная техника, медицина и многое другое.
Нанотехнологии: примеры
В быту есть столько незаметных, но очень важных веществ, о присутствии которых мы даже не подозреваем! Давайте рассмотрим самые яркие примеры:
- Современные телефоны.
Благодаря использованию нанотехнологий появилась возможность оснастить смартфоны, iPhone и другие устройства специальными датчиками, которые выступают в роли защиты. Даже при разбитом стекле микрочипы не перестают работать.
Благодаря использованию нанотехнологий появилась возможность оснастить смартфоны, iPhone и другие устройства специальными датчиками, которые выступают в роли защиты. Даже при разбитом стекле микрочипы не перестают работать.- Зубная паста. Ранее никто не задумывался о том, почему очищающее средство для зубов бывает разным. Это все объясняется наличием определенных наночастиц. Например, гидроксиапатит кальция, который незаметен невооруженным глазом, помогает восстановить разрушенную эмаль и защитить зубы от кариеса.
- Лейкопластырь. Нанотехнологии в быту встречаются в самых неожиданных предметах. Например, обычный лейкопластырь. Он имеет нанослой серебра, который способствует быстрому заживлению и обладает антибактериальными свойствами.
- Краска для автомобилей. Современные автомобильные краски, благодаря наночастицам, способны перекрывать неглубокие царапины и другие полости, образовавшиеся на кузове. В их состав входят микроскопические шарики, которые и обеспечивают такой эффект.
Изучение повседневных применений нанотехнологий — ACS Axial
Наночастицы по определению крошечные: скопления молекул или даже просто атомов шириной менее 100 нм — меньше 1/100 размера песчинки. Эти наночастицы обладают удивительным диапазоном свойств, которые могут отличаться от больших количеств того же вещества — обычно это повышенная прочность, химическая реактивность или электропроводность.
Общественность может воспринимать нанотехнологии как новую область, но есть много примеров устоявшихся применений. Например, диагностические иммуноанализы с использованием наночастиц золота стали доступны с 19 века.60-е годы. 
2
Наносферы обеспечивают важный путь для доставки лекарств и генов в опухоли и в качестве контрастных агентов при визуализации.
Обычный человек уже сталкивается с нанотехнологиями в ряде повседневных потребительских товаров — наночастицы серебра используются для придания антимикробных свойств средствам для мытья рук, бинтам и носкам, а наночастицы цинка или титана являются активными элементами, защищающими от УФ-излучения, в современных солнцезащитных средствах. 3 Содержимое вашей ванной комнаты может содержать мицеллярные или липосомальные продукты, которые используют наносферы для улавливания грязи или доставки лекарств или ухода за кожей. Углеродные нанотрубки в сто раз прочнее стали и легче, что делает их идеальными для спортивного инвентаря, такого как велосипеды или теннисные ракетки. 3 Средний офисный работник улучшил экраны дисплеев на настольных компьютерах, портативных и карманных электронных устройствах, а микросхемы памяти увеличили плотность благодаря невиданным нанотехнологиям.
Для библиотекаря нанотехнологии открывают захватывающие возможности для хранения информации в области нанотехнологий, которая выходит далеко за рамки микропроцессоров и физических устройств хранения. Исследователи ищут способы использования ДНК для хранения информации в процессе, называемом памятью ядерных кислот (NAM). 4 Недавние прорывы позволили хранить и извлекать версии музыки архивного качества и короткие GIF-файлы в форме ДНК. Это невероятное развитие, если учесть, что в правильных условиях ДНК сохраняется тысячи лет и занимает очень мало места.
Как и в случае любых новых научных разработок, нанотехнологии не лишены опасений, и ключевыми проблемами являются вопросы охраны здоровья, безопасности и защиты окружающей среды. 2 Обмен исследованиями и данными в области нанотехнологий поможет нам лучше понять и продвинуться вперед.
Но если мы все сделаем правильно, куда нас может привести эта технология?
В 2010 году исследователи из Манчестерского университета в Великобритании получили Нобелевскую премию по физике за работу над графеном — листом углерода толщиной всего в один атом, который они впервые выделили шесть лет назад. 5 Графен — первый двумерный материал. Но это также самый прочный и самый проводящий материал, известный человеку. Некоторые эксперты предсказывают, что применение графена может повлиять на масштабы, которые в последний раз наблюдались во время промышленной революции.
- Чан и др. Пациенты, вот еще нанотехнологии. ACS Nano 2016; 10:8139−8142.
- Ченг и др. Обзор нанотехнологий: возможности и проблемы. В: Нанотехнология: выполнение обещания, том 1. Серия симпозиумов ACS; Американское химическое общество: Вашингтон, округ Колумбия, 2016 г.
- Брюннинг. Повседневное использование нанотехнологий. Новости химии и техники 2016.
- Грут. Библиотеки будущего будут состоять из ДНК; Январь 2018.
- История графена. http://www.graphene.manchester.ac.uk/explore/the-story-of-graphene
Пациенты, вот еще нанотехнологии. ACS Nano 2016; 10:8139−8142.Применение нанотехнологий в повседневной жизни
За последние 10-15 лет нанотехнологии стали неотъемлемой частью повседневной жизни человека. Наночастицы используются в различных отраслях промышленности, включая пищевую промышленность, фармакологию, медицину и косметологию, входят в состав широко используемых пищевых добавок, средств гигиены и упаковки.
Нанотехнологии с их возможностями атомарного масштаба, определяющими большую часть динамики природного и физического мира, обладают потенциалом для беспрецедентного прогресса в истории человечества.
В этой статье мы обсудим применение нанотехнологий в нашей повседневной жизни и важность нанотехнологий.
Введение
Нанотехнологии, появившиеся в последней четверти 20 века, стремительно развиваются. Практически каждый месяц появляются новости о новых проектах, которые еще год-два назад казались абсолютной фантастикой. Нанотехнология — ожидаемая производственная технология, ориентированная на дешевое производство устройств и веществ с заданной атомной структурой. Это означает, что он работает с отдельными атомами для получения структур с атомарной точностью. В этом принципиальное отличие нанотехнологий от современных «объемных» объемных технологий, манипулирующих макрообъектами.
Напомним читателю, что нано — это приставка, обозначающая 10-9. На длине в один нанометр может располагаться восемь атомов кислорода.
Нанообъекты (например, наночастицы металлов), как правило, имеют физические и химические характеристики, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала и от свойств отдельных атомов.
Допустим, температура плавления золотых частиц размером 5-10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см3.
Исследования, проводимые в нанодиапазоне, лежат на стыке наук, часто исследования в области материаловедения затрагивают области биотехнологии, физики твердого тела, электроники.
Ведущий в мире ученый в области наномедицины Роберт Фрейтас сказал: «Будущие наномашины должны состоять из миллиардов атомов, поэтому для их проектирования и создания потребуется группа экспертов. Разработка каждого наноробота потребует совместных усилий нескольких исследовательских групп». 777 был спроектирован и построен многими командами по всему миру. Наномедицинский робот будущего, состоящий из миллиона (или даже более) рабочих частей, будет таким же сложным, как самолет».
Почему наночастицы такие особенные и разные?
У наночастиц отношение площади поверхности к объему очень велико, тогда как у макроскопических объектов оно намного ниже.
Эта особенность приводит к появлению новых уникальных свойств наночастиц, прежде всего их высокой проникающей способности. Наночастицы могут проникать в клетки через поры клеточных мембран, которые намного больше их. Другим путем являются различные механизмы эндоцитоза. Это, во-первых, фагоцитоз, т. е. питание клетки, а во-вторых, пиноцитоз, т. е. захват клеткой жидкости. Рецептор клеточной мембраны также может связываться с веществом-лигандом, и тогда происходит конформационный переход молекулы по типу «ключ-замок». В конечном итоге вещество оказывается во внутриклеточном пространстве. Такой механизм сформировался в процессе эволюции, чтобы обеспечить клетки организма необходимыми для их развития веществами. Таким образом, наночастица может попасть в клетку определенным образом. Он перемещается из органа в орган с током крови, преодолевает естественные барьеры организма, может проникать в клетки тканей.
Что могут нанотехнологии?
Нанотехнологии могут предоставить инструменты для создания как неорганических, так и органических веществ на атомном уровне с потенциалом перестроить общество и изменить структуру бизнеса.
Он также может воплотить в жизнь новые бизнес-модели, инструменты проектирования и производственные стратегии по низкой цене и с высокой эффективностью.
Если прогресс в области нанотехнологий сможет достичь критической массы в обеспечении радикально новаторских достижений, таких как автоматическая самосборка, это повлияет на большинство отраслей. Промышленные и постиндустриальные цепочки поставок изменятся.
Что, если затраты на разработку и производство лекарств снизятся на 70%?
Что, если производство электроэнергии больше не зависит от ископаемого топлива?
Что, если производственные линии по производству компьютеров сократят расходы на 50%?
Каким будет влияние применения нанотехнологий для снижения стоимости основных товаров и услуг, влияющих на качество жизни, здоровье, среду обитания и транспорт?
Несомненно, театральное влияние на образ жизни. Большинство цепочек создания стоимости, вспомогательных связей, альянсов и каналов сбыта будут нарушены.
Финансовые услуги, учебные заведения и производство будут реформированы.
Представьте себе появление наночипа с вычислительной мощностью десяти суперкомпьютеров по цене кварцевых часов и дешевле брелка или сверхпрочного и дешевого материала для строительства и проектирования, способного устранить рынок стали и металла. По мере того, как глобальная экономика продолжает трансформироваться с помощью новых технологий, развернется интенсивная гонка за способностями, интеллектуальной собственностью, капиталом и технологическими знаниями.
По мере того, как нанотехнология переходит от теоретической к практической, возможное влияние на общество, бизнес и экономику будет становиться все более и более очевидным, способствуя необходимым ответам на текущие проблемы. Мы должны иметь возможность формировать стратегическое будущее наших стран в области нанотехнологий.
Большинство из нас регулярно используют те или иные достижения в области нанотехнологий, даже не подозревая об этом.
Например, современная микроэлектроника уже не микро, а нано: производимые сегодня транзисторы — основа всех микросхем — лежат в диапазоне до 90 нм. И уже запланирована дальнейшая миниатюризация электронных компонентов до 60, 45 и 30 нм.
Более того, Hewlett-Packard объявила о замене традиционных транзисторов наноструктурами. Один такой элемент представляет собой три проводника шириной в несколько нанометров: два из них параллельны, а третий расположен к ним под прямым углом. Проводники не соприкасаются, а проходят как мосты друг над другом. При этом образованные из материала нанопроволок молекулярные цепочки под действием приложенного к ним напряжения спускаются с верхних проводников на нижние. Схемы, построенные по этой технологии, уже продемонстрировали способность хранить данные и выполнять логические операции, то есть заменять транзисторы.
Благодаря новой технологии размеры деталей микросхем упадут значительно ниже уровня 10-15 нанометров, до масштабов, при которых традиционные полупроводниковые транзисторы просто физически не смогут работать.
Вероятно, уже в первой половине следующего десятилетия появятся серийные микросхемы (еще традиционные, кремниевые), в которые будут встроены несколько наноэлементов, созданных по новой технологии.
Компания Kodak в 2004 году выпустила бумагу для струйной печати Ultima. Он имеет девять слоев. Верхний слой состоит из керамических наночастиц, которые делают бумагу более толстой и блестящей. Внутренние слои содержат пигментные наночастицы размером 10 нм, улучшающие качество печати. А быстрой фиксации краски способствуют полимерные наночастицы, входящие в состав покрытия.
Сейчас мы уже наблюдаем начало нанореволюции: это новые компьютерные чипы, новые ткани, не оставляющие пятен, и использование наночастиц в медицинской диагностике. Даже косметическая промышленность заинтересована в наноматериалах. Они могут создать много новых нестандартных направлений в косметике, которых раньше не было.
В нанодиапазоне практически любой материал обладает уникальными свойствами. Например, известно, что ионы серебра обладают антисептическим действием.
Раствор наночастиц серебра обладает гораздо большей активностью. Если обработать этим раствором повязку и приложить к гнойной ране, воспаление пройдет и рана заживет быстрее, чем при использовании обычных антисептиков.
Отечественным концерном «Наноиндустрия» разработана технология получения наночастиц серебра, устойчивых в растворах и адсорбированном состоянии. Полученные препараты обладают широким спектром антимикробного действия. Таким образом, появилась возможность создания целой линейки продуктов с антимикробными свойствами при незначительном изменении технологического процесса производителями существующих продуктов.
Наночастицы серебра могут быть использованы для модификации традиционных и создания новых материалов, покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла), косметических средств. Покрытия и материалы (композитные, текстильные, лакокрасочные, углеродные и др.), модифицированные наночастицами серебра, могут применяться в качестве профилактических антимикробных средств в местах, где повышен риск распространения инфекций: на транспорте, на предприятиях общественного питания, в сельском хозяйстве и животноводстве.
зданий, в детских, спортивных, медицинских учреждениях. Наночастицы серебра можно использовать для очистки воды и уничтожения патогенов в фильтрах кондиционеров, бассейнах, душевых и других подобных общественных местах.
Аналогичные продукты производятся в каждом секторе. Одна фирма производит покрытия с наночастицами серебра для лечения хронических воспалений и открытых ран.
Чтобы получить дополнительную информацию об оксиде кальция в повседневной жизни,
, вы можете прочитать наш блог.
Углеродные нанотрубки
Еще один вид наноматериалов — углеродные нанотрубки с колоссальной прочностью. Это своеобразные полимерные молекулы цилиндрической формы диаметром около половины нанометра и длиной до нескольких микрометров. Впервые они были обнаружены менее 10 лет назад как побочные продукты синтеза фуллерена C60. Тем не менее электронные устройства нанометровых размеров уже создаются на основе углеродных нанотрубок.
Ожидается, что в обозримом будущем они заменят многие элементы в электронных схемах различных устройств, в том числе современных компьютеров.
Однако нанотрубки используются не только в электронике. На рынке уже есть теннисные ракетки, усиленные углеродными нанотрубками, чтобы ограничить скручивание и обеспечить большую силу удара. Они также используются в некоторых частях спортивных велосипедов.
Заключение
Таким образом, быстрая технологическая эволюция сформировала основу для экспоненциального роста инноваций. Достижения в области новых технологий вышли за рамки нашей способности точно прогнозировать их влияние на общество, бизнес и экономику. Необходимо иметь соответствующие знания, чтобы визуализировать новый контекст в режиме реального времени. Мы находимся в середине сдвига парадигмы, когда науки, предназначенные для познания природы, заменяются интегрированными науками-технологиями, предназначенными для преобразования природы, чтобы восстановить утраченные закономерности, ответить на социально-экономические потребности и сделать возможной жизнь на Земле.
Наша цивилизация является свидетелем самых быстрых и всеобъемлющих технологических изменений в истории. Нанотехнологии обладают характеристиками, необходимыми для переопределения, изменения и трансформации экономики и общества в глобальном масштабе. Манипуляции с материей на атомном уровне впервые заставят переоценить глобальные рынки, экономику и промышленность в масштабах, никогда прежде не испытанных человечеством. Вездесущая природа нанотехнологии как фундаментальной науки-технологии находит применение во многих сферах услуг и отраслях, связанных, в частности, со здравоохранением, материалами, электроникой, роботами, фотоникой и охраной окружающей среды.
Чтобы получить дополнительную информацию, вы можете посетить Blografi.
Ссылки
https://weburbanist.com/2008/08/17/15-astonishing-real-life-applications-of-nanotechnology/
https://www.nanonextnl.nl/nanotechnology -повседневная-жизнь-и-будущее/
https://academic.