Содержание
- 2. СТРУКТУРА КУРСА Лекционный материал, 1,5 лекции в неделю Лабораторные работы и их защита. Самостоятельная работа, объем,
- 3. Лекционный материал Введение Основные физические представления, лежащие в основе микро и нанотехнологии Основные понятия фрактальной геометрии
- 4. Рекомендованная литература В.И. Марголин, В.А. Жабрев, В.А. Тупик Физические основы микроэлектроники : учебник для студ. высш.
- 5. 8. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой Учеб. пособие. Москва - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002.
- 6. Электроника - "наука о процессах в приборах, основанных на движении электронов в вакууме, газе или полупроводнике;
- 7. До 1947 года основным прибором электроники являлась электронная лампа - усилительный прибор, основанный на использовании процессов,
- 8. В 1942 году американские физики Джон Моучли и Джон Эккерт разработали и представили проект вычислительной машины
- 9. Электроника и радиоэлектроника Ламповая электроника не могла обеспечить надежность работы устройств типа ЭВМ, а переход на
- 10. Прогресс был возможен только на пути развития принципиально новой элементной базы, на основе интегральных схем. Приоритет
- 11. Современный уровень электроники, теперь уже нано, характеризует достижение корпорации Intel, которая изготовила первый в мире чип
- 12. Подложку диаметром 450 мм даже держать в руках страшно, не то что с ней работать
- 13. Если бы темпы микроминиатюризации сохранились бы до 2010 г., то транзистор уменьшился бы до размеров вируса,
- 14. Успехи современного материаловедения и метрологии, особенно после изобретения туннельного электронного микроскопа и развития методов туннельно-зондового массопереноса,
- 15. Основным инструментом нанотехнологии в биологии, по смелым прогнозам далеких от нанотехнологии людей, должен стать молекулярный сборщик,
- 16. Кошмарные фантазии "специалистов ", весьма далеких от технологии вообще и нанотехнологии в частности. Чудеса и ужасы
- 17. Наноробот - лекарь Наноробот в крови Отважный наноробот сражается с вирусами Смерть злым вирусам Модернизация по
- 18. Болезненные фантазии далеких от технологии "специалистов" на тему нановооружений.
- 19. Бионанотехнология в настоящее время Молекулярные сита позволят направленно фракционировать болезнетворные вирусы и быстро находить пути их
- 20. Для покрытия наночастиц особенно часто используется полиэтиленгликоль, который создаёт эффект "стерической стабилизации". Его молекулы формируют защитный
- 21. Применение нанотехнологий в сельском хозяйстве только начинает становиться существенным и как это скажется на экологии, требует
- 22. Разработанные технологии позволяют реализовывать как двумерные чипы, так и трехмерные. Фотография двумерного чипа приведена на рисунке,
- 23. На двумерных чипах велико влияние подложки, которая вносит существенную неоднородность в молекулярные взаимодействия и приводит к
- 24. Основой биочипов, является матрица полусферических гидрогелевых ячеек (диаметром около 100 микрон), каждая из которых содержит молекулярные
- 26. Научное мировоззрение и наномир Если исходить из хронологических представлений, то на фоне всей предыдущей человеческой истории,
- 27. "Нужно руководствоваться показаниями опыта и разнообразить условия до тех пор, пока мы не извлечем из опыта
- 28. В результате победы научного мировоззрения был достигнут совершенно поразительный результат в области технического прогресса, опиравшегося на
- 29. Эксперимент, даже абсолютно корректный, сам по себе не обеспечивает правильное понимание наблюдаемых и регистрируемых этим экспериментов
- 30. Французская Академия увенчала работу Блондло своим признанием, присудив ему премию Лаланда и золотую медаль – «За
- 31. Наука - это люди, ее производящие. Двигаясь все дальше по пути познания мира, ученые вместе с
- 32. В 1939 году советская Академия наук весьма сурово обошлась с пионером ядерной энергетики И. В. Курчатовым,
- 33. Научное мировоззрение, "это научная честность, принцип научного мышления, соответствующий полнейшей честности, честности, доведенной до крайности. Например,
- 34. Исторические начала и корни нанотехнологии. Одним из отцов основателей нанотехнологии принято считать Р. Фейнмана, который в
- 35. В.Ю. Киреев ведет родословную нанотехнологии от английского физика Майкла Фарадея (1791-1867), получившего в 1857 г. устойчивые
- 36. Совершенно бесспорен приоритет работ школы академика П.А. Ребиндера (1808-1972) по диспергации материалов и приведению их в
- 37. Если исходить из принципов объективной научной истины, то отцом основателем нанотехнологии следует считать нашего совершенно забытого
- 38. В 1904 г. профессор Санкт-Петербургского горного института П.П. Веймарн постулировал, что между миром молекул и микроскопически
- 39. Веймарн также считал необходимым вообще отказаться от термина «коллоид» и заменить его на понятие «дисперсоид», а
- 40. Мы считаем, что к коллоидам следует относить не отдельный класс веществ, а особое состояние любого вещества,
- 41. С точки зрения физической наномир открылся 90 лет назад, когда наш соотечественник Г.А. Гамов (1904-1968) в
- 42. Кубок Ликурга В Месопотамии 4 тыс. лет до н.э. умели изготовлять гальванические элементы и с их
- 43. Раздел I. Основные физические представления, лежащие в основе микро и нанотехнологии. Переход от микротехнологии к нанотехнологии.
- 44. Илья Романович Пригожин, в своей нобелевской лекции отметил, что классическая физика макроструктур занимается описанием необратимых процессов
- 45. Ситуация в наномире иная, чем в мире классической или квантовой физики. Вследствие его расположенности на границах
- 46. Все объекты наномира индивидуальны! Наносостояние есть особое состояние вещества,. Как рассматривать изолированную наночастицу из небольшого количества
- 47. Переход от микротехнологий к нанотехнологиям возродил междисциплинарный подход к естественным наукам, которые в наномире вновь начали
- 48. Эмерджентность — наличие новых свойств целостности у системы, т. е. таких свойств, которых нет ни у
- 49. Эмерджентная эволюция - идеалистическая теория развития. Получила распространение в современной буржуазной философии, особенно среди представителей неореализма.
- 50. Холистический процесс отменяет закон сохранения материи, а «фактор целостности» является нематериальным и непознаваемым и имеет мистический
- 51. Обвинение в идеализме было одним из самых страшных в СССР, поэтому утверждение, что миром управляет холистический
- 52. Наноструктуру можно определить как совокупность наночастиц с наличием функциональных связей. Нанокомпозиты представляют собой объекты, где наночастицы
- 53. Наночастицы представляют собой системы, обладающие избыточной энергией и высокой химической активностью. Частицы размером порядка 1 нм
- 54. Большинство методов синтеза наночастиц приводит к их получению в неравновесном метастабильном состоянии. Это обстоятельство безусловно осложняет
- 55. Особенность тонких наноразмерных пленок состоит в том, что у них объем, занимаемый поверхностными атомными или молекулярными
- 56. Наиболее осмысленный и прагматичный подход к промышленному внедрению демонстрируют США. Здесь уместно привести две иллюстрации, характеризующие
- 59. Проект космического лифта Одноэлектронный транзистор. Колеблясь, маятник ударяет молоточком в контакт – исток. В результате туннельного
- 60. Огромное значение имеют так называемые проблемы масштабирования. В настоящее время многие наноразмерные частицы с необычными свойствами
- 61. Перспективным направлением является также использование нанотехнологий в производстве конструкционных материалов. Это связано с тем, что свойства
- 62. Изготовление наноструктурных керамических и композиционных изделий, разработка наноструктурных твердых сплавов для режущих инструментов с повышенной износостойкостью
- 64. Скачать презентацию
СТРУКТУРА КУРСА
Лекционный материал, 1,5 лекции в неделю
Лабораторные работы и их защита.
Самостоятельная
СТРУКТУРА КУРСА
Лекционный материал, 1,5 лекции в неделю
Лабораторные работы и их защита.
Самостоятельная
Реферат по выбранной тематике из предложенного списка
Защита реферата и лабораторных работ
Экзамен (кошмарный)
СТРУКТУРА РЕФЕРАТА
Введение. Зачем это нужно (на хрена козе баян?)
Основная часть. Описание проблемы и методы ее решения.
Заключение и выводы. Ваша личная оценка проработанного материала.
Список использованной литературы. Весь использованный материал снабжается нумерованными ссылками в [ ], которые в списке литературы раскрываются, причем приводятся полностью.
Лекционный материал
Введение
Основные физические представления, лежащие в основе микро и нанотехнологии
Основные
Лекционный материал
Введение
Основные физические представления, лежащие в основе микро и нанотехнологии
Основные
Физические основы элементной базы микроэлектроники
Физические основы технологий получения тонких пленок
Физические основы литографических методов создания и переноса изображения.
Физические основы методов модификации микроэлектронных структур
Методы контроля и метрологии
Рекомендованная литература
В.И. Марголин, В.А. Жабрев, В.А. Тупик Физические основы микроэлектроники :
Рекомендованная литература
В.И. Марголин, В.А. Жабрев, В.А. Тупик Физические основы микроэлектроники :
Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Рыбалко В.В., Тупик В.А. Введение в нанотехнологию. Учебное пособие - Московский государственный институт электроники и математики (технический университет), М., 2007.- 293 с.
Марголин В.И., Тупик В.А. Основы нанотехнологии. Электронная литография и ионная имплантация: Учеб. пособие по дисциплине "Основы нанотехнологии". Спб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2000. 56 с.
М.В. Бестаев, В.А. Жабрев, В.И. Марголин, А.А. Арутюнянц Физико-химические и химико-технологические основы субмикронной технологии: Учебное пособие; Сев.-Осет. гос. ун-т им. К.Л. Хетагурова. Владикавказ: Изд-во СОГУ, 2009.- 172 с. гриф УМО .
В.А. Жабрев, В.И. Марголин, В.С. Павельев Введение в нанотехнологию (общие сведения, понятия и определения): учеб. пособие.- Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007.- 172 с.
Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии.- М.: Мир.- 1985
Практическая растровая электронная микроскопия / под ред. Гоулдстейна Дж., Яковица Х. М.: -Мир.- 1978.
Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с.
8. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой Учеб. пособие. Москва -
8. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой Учеб. пособие. Москва -
9. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники: Учеб. пособие.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.
10. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. М.: "Издано NNN".- 2005.- 433 с.
11. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. -М.: КомКнига, 2006.- 592 с.
12. Хартманн У. Очарование нанотехнологии М.: БИНОМ.- 2008.- 173
13. Елисеев Д.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы / под ред. Ю.Д. Третьякова – М. ФИЗМАТЛИТ, 2010.- 456 с.
14. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику.- М.: Машиностроение, 2007.- 496 с.
15. И.В. Мелихов Физико-химическая эволюция твердого вещества.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009, 309 с.
16. Балабанов В.И. Нанотехнологии. Наука будущего, М. Изд-во Эксмо, 2009.- 256 с.
17. Воронов В.К., Подоплелов А.В. Современная физика: Учебное пособие.- М.: КомКнига, 2005.- 512 с.
18. Воронов В.К., Подоплелов А.В. Современная физика: Конденсированное состояние: Учебное пособие.- М.: Изд-во ЛКИ, 2008.- 36 с.
Электроника - "наука о процессах в приборах, основанных на движении
Электроника - "наука о процессах в приборах, основанных на движении
Для осмысленной работы в области электроники и микроэлектроники необходимо изучать процессы, происходящие при взаимодействии электронов и других заряженных и нейтральных частиц с веществом, находящемся в любом из известных агрегатных состояний.
Основы физики твердого тела и физической химии; кристаллография; наука о материалах в целом и материаловедение в частности; физика элементарных частиц и физика плазмы; физика газового разряда и ионизованных газов; электрохимия, коллоидная химия и химия ультрадисперсных частиц и многое другое полезное и не очень и уметь применять эти знания на практике для создания реально существующих и реально действующих приборов. Электроника и ее разделы, такие, как микро- и наноэлектроника, занимаются проблемой, что именно надо сделать, т.е. приборными, аппаратными и системными вопросами. Основное поле деятельности - это создание так называемой элементной базы.
Проблемой изготовления прибора и всей аппаратной части электроники, т.е. тем, как это сделать, как практически реализовать эту самую элементную базу − занимается технология, соответственно подразделяющаяся на технологию электроники, микро- и наноэлектроники.
До 1947 года основным прибором электроники являлась электронная лампа -
До 1947 года основным прибором электроники являлась электронная лампа -
Электронные лампы
В 1937 году гарвардский математик Говард Айкен предложил проект создания большой счетной машины на электромеханических реле. Проектирование MARK-1 началось в 1939 году, изготовлена в 1944. Компьютер содержал около 750 тыс. деталей, 3304 реле и более 800 км. проводов. При огромных размерах и массе машина работала лишь в силу десяти арифмометров,
В 1942 году американские физики Джон Моучли и Джон Эккерт
В 1942 году американские физики Джон Моучли и Джон Эккерт
Электроника и радиоэлектроника
Ламповая электроника не могла обеспечить надежность работы устройств
Электроника и радиоэлектроника
Ламповая электроника не могла обеспечить надежность работы устройств
Аналогичные исследования велись в отраслевых и академических институтах и нашей страны. Авторами первого точечного отечественного транзистора были А.В. Красилов и его дипломница С.Г. Мадоян. А.В. Красилов был в то время научным руководителем ряда научно-исследовательских работ в НИИ-160 (ныне – НИИ "Исток"), а студентка Московского химико-технологического института им. Менделеева С.Г.Мадоян выполняла дипломную работу по теме "Точечный транзистор". Лабораторный образец работал не больше часа, а затем требовал новой настройки. Это было в феврале 1949 года.
Прогресс был возможен только на пути развития принципиально новой элементной
Прогресс был возможен только на пути развития принципиально новой элементной
Совершенно неверно думать, что СССР на этом этапе в чем-то отставал от западных конкурентов. интегральная схема, спроектированная и изготовленная в стенах ЛЭТИ И. Казариным и О. Шевченко в июле 1962 г. Выглядит несколько более аккуратно, чем творение Килби и Нойса.
В пятидесятые годы прошлого века СССР был бесспорным мировым лидером в области информатики, а ЭВМ БЭСМ-6 еще долгие годы оставалась лучшей ЭВМ мира.
В 60-е годы под руководством академика В.М. Глушкова был создан проект Единая система – прообраз нынешнего Интернета, но идеология взяла верх и проект в жизнь не воплотился, что совершенно не удивительно. Массовый выпуск интегральных схем начался в 1962 году, а в 1964 начал быстро осуществляться переход от дискретных элементов к интегральным.
Система «Алтай» была прообразом мобильной связи.
Современный уровень электроники, теперь уже нано, характеризует достижение корпорации Intel,
Современный уровень электроники, теперь уже нано, характеризует достижение корпорации Intel,
Ежегодная микроэлектронная продукция, выпускаемая развитыми странами, эквивалентна 1015 тонн ламповых электронных приборов. Эта масса покрыла бы всю поверхность нашей планеты ровным слоем толщиной несколько десятков метров, чего, к счастью пока не наблюдается, благодаря успешному развитию микроэлектроники и особенно субмикронной технологии. Фундамент современной микроэлектроники составляет планарная технология. Несущей конструкцией всей микросхемы является подложка, на которую в различных комбинациях и в требуемом количестве наносятся полупроводниковые, проводящие и изолирующие слои, в которых создаются требуемые конфигурации и топологические рисунки. Толщина этих слоев колеблется в зависимости от технологической надобности от 0,05 мкм до 1 − 2 мкм (для сравнения − человеческий волос имеет среднюю толщину 70 мкм мужской и 50 женский). Создание высокоточного прецизионного топологического рисунка в тонких, субмикронных по толщине слоях сейчас является наиболее сложной задачей микро и нанотехнологии. Микротехнология имеет дело с элементами микросхем, размер которых превышает 1 мкм, субмикронная технология оперирует с размерами 0,1 − 1 мкм, нанотехнология пытается освоить диапазон размером менее 0,1 мкм.
Подложку диаметром 450 мм даже держать в руках страшно, не то
Подложку диаметром 450 мм даже держать в руках страшно, не то
Если бы темпы микроминиатюризации сохранились бы до 2010 г., то
Если бы темпы микроминиатюризации сохранились бы до 2010 г., то
Традиционная субмикронная технология довольно далеко продвинулась в направлении миниатюризации. Если ранний вариант транзисторной структуры содержал эмиттерный слой толщиной 5 мкм, базовый 3 и коллекторный 10, то структура современного гетеротранзистора, разработанного в ФТИ им. А.Ф. Иоффе около 10 лет назад, состоит из последовательно нанесенных на подложку 17 слоев арсенида галлия, легированного различными примесями, причем самый толстый слой составляет 0,5 мкм, а самый тонкий 1,5 нм.
Успехи современного материаловедения и метрологии, особенно после изобретения туннельного электронного
Успехи современного материаловедения и метрологии, особенно после изобретения туннельного электронного
Научное направление, связанное с ультрадисперсным состоянием вещества, называемым теперь наносостоянием, зародилось в СССР еще в самом начале 50-х годов на предприятиях ОПК, а с начала 70-х и во многих открытых организациях, что подтверждается соответствующими публикациями. Этот факт, хотя и без особого удовольствия, признают и зарубежные коллеги (что, впрочем, не мешает им при любом удобном и неудобном случае избегать ссылок на приоритетные работы их российских коллег). Нормальная политика двойных стандартов.
Основным инструментом нанотехнологии в биологии, по смелым прогнозам далеких от
Основным инструментом нанотехнологии в биологии, по смелым прогнозам далеких от
Итогом этой работы должен стать сборщик второго поколения - небелковый молекулярный робот, способный манипулировать атомами любых элементов. Предполагается запускать таких роботов в организм человека через кровеносную систему для чистки и ремонта этого самого организма. А уж чего эти роботы там начистят, сказать будет трудно.
Предпосылки к этому на самом деле имеются, однако исключительно в мире живой природы. Молекула хлорофилла при фотосинтезе получает сигнал в виде кванта света, после чего переходит в возбужденное состояние и практически без потерь передает этот сигнал и запускает цепь последовательных химических превращений. Причем структуры, ответственные за фотосинтез в клетках, имеют размеры порядка десяти нанометров и на одном квадратном миллиметре помещается более миллиарда таких элементов.
Кошмарные фантазии "специалистов ", весьма далеких от технологии вообще и нанотехнологии
Кошмарные фантазии "специалистов ", весьма далеких от технологии вообще и нанотехнологии
Наноробот в крови
Наноробот изымает инфицированную клетку
Нанороботы внутри человека будут отбирать качественные сперматозоиды и направлять их по назначению. Чтобы не заблудились по дороге к яйцеклетке.
Нанороботы на основе бактериофага Т4
Наноробот - лекарь
Наноробот в крови
Отважный наноробот сражается с вирусами
Смерть злым вирусам
Модернизация
Наноробот - лекарь
Наноробот в крови
Отважный наноробот сражается с вирусами
Смерть злым вирусам
Модернизация
Болезненные фантазии далеких от технологии "специалистов" на тему нановооружений.
Болезненные фантазии далеких от технологии "специалистов" на тему нановооружений.
Бионанотехнология в настоящее время
Молекулярные сита позволят направленно фракционировать болезнетворные вирусы
Бионанотехнология в настоящее время
Молекулярные сита позволят направленно фракционировать болезнетворные вирусы
Биосовместимые наноматериалы медикотехнических изделий, контактируя с биосредой, обеспечивают сохранение собственных параметров для заданного функционирования изделий и не вызывают иммунных реакций среды с появлением вредных изменений в тканях и органах.
Данные материалы чаще всего применяются для медицинских имплантатов в ортопедии, стоматологии, сердечно-сосудистой хирургии с целью восстановления нарушенных либо утраченных функций органов.
Такие имплантаты испытывают механические и биологические воздействия, поэтому обычно имеют комбинированную конструкцию, включающую прочную основу из биоинертного металла и покрытие из биоактивного материала
Для покрытия наночастиц особенно часто используется полиэтиленгликоль, который создаёт эффект
Для покрытия наночастиц особенно часто используется полиэтиленгликоль, который создаёт эффект
Биотехнология, основанная на нанокомпозитах, требует повышенного внимания с точки зрения воздействия на окружающую среду и общество. Сконструированные на молекулярном уровне биоразрушаемые химикаты для питания растений и защиты от насекомых, улучшение генофонда животных и растений, снабжение генами и лекарствами животных и растений – все эти направления прямо или косвенно могут воздействовать на человека, его здоровье и качество жизни.
Наиболее перспективным считается создание основанных на наномассивах тестовых технологии для тестирования ДНК. Такие технологии позволят растениеводам узнать, какие гены активизируются в растении при засолении (почвы, а не огурчиков) или засухе.
Применение нанотехнологий в сельском хозяйстве только начинает становиться существенным и
Применение нанотехнологий в сельском хозяйстве только начинает становиться существенным и
Необходимо изучение потенциальных рисков, которые могут нанести наноматериалы здоровью, регулировать порядок использования продуктов на основе нанотехнологии. Необходимо проведение исследований касающихся дальнейшей судьбы и транспортировки произведенных материалов, их влияния на окружающую среду, и в развитии технологий оценки полного жизненного цикла наноматериалов.
Важнейшей задачей нанотехнологии в медицине является разработка диагностических биочипов для экспресс анализа различных заболеваний и состояния организма. Ведущей организацией в России по разработке и производству биологических микрочипов (биочипов) является Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (г. Москва) и его дочерние фирмы, основная цель которых - коммерциализация результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых в этой области.
Разработанные технологии позволяют реализовывать как двумерные чипы, так и трехмерные.
Разработанные технологии позволяют реализовывать как двумерные чипы, так и трехмерные.
На двумерных чипах велико влияние подложки, которая вносит существенную неоднородность
На двумерных чипах велико влияние подложки, которая вносит существенную неоднородность
Увеличенное изображение двумерного биочипа.
Двумерный и трехмерный чипы.
В трехмерной конфигурации ячеек в гелевых биочипах общее число иммобилизуемых молекулярных зондов на 2-3 порядка выше, чем в поверхностных биочипах, что приводит соответственно к более сильному и достоверному сигналу флуоресценции при проведении анализа.
Основой биочипов, является матрица полусферических гидрогелевых ячеек (диаметром около 100
Основой биочипов, является матрица полусферических гидрогелевых ячеек (диаметром около 100
Научное мировоззрение и наномир
Если исходить из хронологических представлений, то
Научное мировоззрение и наномир
Если исходить из хронологических представлений, то
1. Мистический путь познания мира
2. Схоластический путь (Аристотель). Среди его рассуждений "неоспоримые" факты: у мухи 8 лап; если жениться рано, то дети от этого брака будут женского пола, потому что кровь женщин темнее, чем кровь мужчин; что слонов, страдающих бессонницей, надо лечить, смазывая их плечи оливковым маслом и пик формы - доказательство того, что у женщин меньше зубов, чем у мужчин, а у мужчин их 34.
До нас дошло описание многочасового спора Альберта Великого (Альберт фон Больштедт Magnus, 1193-1280) и его ученика Фомы Аквинского (1225-1274) на актуальную и животрепещущую тему - есть ли у крота глаза.
Развитие научного подхода
В специальном трактате монах Роджер Бэкон (1214-1292) призывал расстаться со словами как источником мудрости и обратиться к опыту. Бэкон выдвинул идею о качественно различных элементах, комбинации которых образуют конкретные вещи.
"Нужно руководствоваться показаниями опыта и разнообразить условия до тех пор,
"Нужно руководствоваться показаниями опыта и разнообразить условия до тех пор,
Через 300 лет после Роджера другой монах, между прочим лорд-канцлер, Фрэнсис Бэкон (1561-1626) постулировал основные принципы научного мировоззрения. Они очень просты в формулировке и в то же время не просты в исполнении. Первая заповедь или основной постулат: "критерий истины - эксперимент". И только он. Это значит, что если самая замечательная и единственно верная теория противоречит эксперименту, то неверна теория, а не эксперимент или его результаты. (Безусловно, эксперимент должен быть абсолютно корректен.)
Далее. "Эксперимент должен быть воспроизводим и повторяем". Это значит, что если эксперименты проводятся в одинаковых условиях, то они должны давать одинаковые результаты, где бы они не производились. И результаты эти должны быть повторяемы и воспроизводимы. Поэтому наука не занимается исследованием таких невоспроизводимых и неповторяемых явлений, как телепатия, телекинез и прочие, несть им числа.
В результате победы научного мировоззрения был достигнут совершенно поразительный результат
В результате победы научного мировоззрения был достигнут совершенно поразительный результат
Происходящее на наших глазах становление и развитие нанонауки требует от исследователей определенной ломки привычных научных представлений и принятия новых научных парадигм. Принятие основных положений фрактальной геометрии и физики, нелинейной динамики и многомерной геометрии уже не вызывает прежнего отторжения и является осознанной необходимостью. Будучи пограничной междисциплинарной областью знания нанотехнология впитала в себя в числе прочего и различные положения квантовой механики. Вследствие этого, совокупное, или как теперь модно говорить, синергетическое воздействие этих составляющих нанотехнологии приводит к размытию основных постулатов научного мировоззрения. Малейшее, совершенно незначительное изменение параметра в начальных условиях нелинейной системы приводит к ее эволюции по разному сценарию. Самое неприятное, что количественное изменение этого параметра чаще всего находится за пределами чувствительности нашей аппаратуры. В наносистемах мы чаще всего не имеем возможности эти изменения проконтролировать, и вопрос о воспроизводимости экспериментов из дискуссионного переходит в область практического, что будет обсуждено далее.
Эксперимент, даже абсолютно корректный, сам по себе не обеспечивает правильное
Эксперимент, даже абсолютно корректный, сам по себе не обеспечивает правильное
Особую опасность в плане неверно трактуемых экспериментов представляют собой так называемые пограничные явления - лежащие на пределе чувствительности используемой аппаратуры. Это может приводить к "наблюдению" несуществующих феноменов, таких, к примеру, как "обнаруженные" в 1903 г. Р. Блондло (1849-1930) N-лучи.
Около ста статей о N-лучах были опубликованы в первой половине 1904 года, причем только французскими физиками. N-лучи поляризовали, намагничивали. Жан Беккерель утверждал, что N-лучи можно передавать по проводу, так же, как свет передается по изогнутой стеклянной палочке. Блондло утверждал, что металлы можно «анестезировать» эфиром, хлороформом или спиртом, после чего они переставали испускать и передавать N-лучи. Он установил также, что N-лучи проходят и через черную бумагу и через алюминий. Блондло ставил опыты с кирпичом: заворачивал его в черную бумагу и оставлял на улице, где лучи солнца, проходя через бумагу, попадали в кирпич. При этом кирпич запасался N-лучами и испускал их, даже будучи завернутым в черную бумагу. Французские физики «обнаружили», что N лучи испускались растущими растениями, овощами и даже трупом человека. Шарпантье нашел, что слух и обоняние также обострялись под их влиянием, как и зрение. Колеблющийся камертон испускал сильные N-лучи.
Французская Академия увенчала работу Блондло своим признанием, присудив ему премию Лаланда
Французская Академия увенчала работу Блондло своим признанием, присудив ему премию Лаланда
Многие явления наномира пока лежат на пороге чувствительности имеющейся аппаратуры, и надо очень внимательно и скрупулезно относится к наблюдаемым явлениям и их трактовке, чтобы не повторить путь Блондло.
Наука - это люди, ее производящие. Двигаясь все дальше по
Наука - это люди, ее производящие. Двигаясь все дальше по
Наш соотечественник Б. Белоусов (1893-1970) открыл периодические реакции и установил, что неравновесность состояния какого-либо явления может стать причиной возникновения в нем порядка. Против Белоусова выступили академики Л. Ландау (1908-1968) и М. Леонтович (1902-1981).
А. Эйнштейн (1879-1955), ознакомившись с квантовой моделью Н. Бора (1885-1962), заявил: "Мне все очень понятно. Но если это правильно, то оно означает конец физики как науки.
В 1939 году советская Академия наук весьма сурово обошлась с
В 1939 году советская Академия наук весьма сурово обошлась с
Биографы К. Гаусса после его смерти отыскали в его черновиках подробные разработки неэвклидовой геометрии и признание ученого, что он не хочет рисковать обнародованием новой теории пространства потому, что опасается крика беотийцев.
Во времена начала поисков высокотемпературной сверхпроводимости в керамике Л. Ландау с некоторым свойственным ему высокомерием заявил "В глиняных горшках сверхпроводимость искать не надо" и приоритетные работы наших ученых легли на полку до момента присуждения западным ученым Нобелевской премии.
В штыки был встречен и Периодический закон Д.И. Менделеева. Немецкий химик Р. Бунзен назвал результат Д. Менделеева обыкновенной игрой в цифры, а В. Оствальд заявил, что периодический закон не закон, а неопределенное правило.
Однако и сам Дмитрий Иванович вкупе с А. Кольбе и Н. Меншуткиным резко выступал против идей Вант-Гоффа и А. Бутлерова по архитектуре молекул.
Научное мировоззрение, "это научная честность, принцип научного мышления, соответствующий полнейшей честности,
Научное мировоззрение, "это научная честность, принцип научного мышления, соответствующий полнейшей честности,
Исторические начала и корни нанотехнологии.
Одним из отцов основателей нанотехнологии
Исторические начала и корни нанотехнологии.
Одним из отцов основателей нанотехнологии
Сам термин нанотехнология по общепринятой концепции впервые применил японский исследователь Танагучи в 1974 г. применительно к прецизионной обработке хрупких материалов, после чего он (термин) получил права гражданства.
Совершенно неправильно думать, что ранее человек не имел дело с некоторыми объектами и явлениями нанотехнологии, но с глубоким прискорбием надо осознать, что единичные образцы даже самой уникальной техники не определяют уровень развития технологии в целом.
В.Ю. Киреев ведет родословную нанотехнологии от английского физика Майкла Фарадея
В.Ю. Киреев ведет родословную нанотехнологии от английского физика Майкла Фарадея
Совершенно бесспорен приоритет работ школы академика П.А. Ребиндера (1808-1972) по диспергации
Совершенно бесспорен приоритет работ школы академика П.А. Ребиндера (1808-1972) по диспергации
Герб Ребиндеров
Если исходить из принципов объективной научной истины, то отцом основателем нанотехнологии
Если исходить из принципов объективной научной истины, то отцом основателем нанотехнологии
В 1904 г. профессор Санкт-Петербургского горного института П.П. Веймарн постулировал, что
В 1904 г. профессор Санкт-Петербургского горного института П.П. Веймарн постулировал, что
Веймарн выдвинул следующее положение: «Коллоидное состояние не является обусловленным какими-либо особенностями состава вещества; наоборот, было доказано, что о коллоидах можно говорить как о твердых, жидких, газообразных, растворимых и нерастворимых веществах. При определенных условиях каждое вещество может быть в коллоидном состоянии»
Веймарн также считал необходимым вообще отказаться от термина «коллоид» и заменить
Веймарн также считал необходимым вообще отказаться от термина «коллоид» и заменить
Мы считаем, что к коллоидам следует относить не отдельный класс
Мы считаем, что к коллоидам следует относить не отдельный класс
Наноразмерное состояние вещества есть качественно особая форма его существования с присущими только ей физико-химическими свойствами.
С точки зрения физической наномир открылся 90 лет назад, когда
С точки зрения физической наномир открылся 90 лет назад, когда
При этом с глубоким прискорбием надо осознать, что единичные образцы даже самой уникальной техники не определяют уровень развития технологии. Многое человечеству было известно и ранее, хотя по разным причинам не получило развития.
Более 6 тысяч лет до нашей эры на Ближнем Востоке разработали технологию изготовления искусственной бирюзы путем последовательного нанесения очень большого числа тонких пленок сложного состава с отжигом в закрытой камере при определенных для каждого этапа условиях.
Кубок Ликурга
В Месопотамии 4 тыс. лет до н.э. умели изготовлять
Кубок Ликурга
В Месопотамии 4 тыс. лет до н.э. умели изготовлять
Багдадская батарейка
Батарейка состоит из глиняного сосуда с пробкой из битума, которая протыкается железными прутами. Внутри банки пруты окружены медным цилиндром. Залитая винным уксусом, она дает напряжение порядка 2 В.
Фрагмент средневекового витража
Раздел I. Основные физические представления, лежащие в основе микро и нанотехнологии.
Раздел I. Основные физические представления, лежащие в основе микро и нанотехнологии.
Переход от микротехнологии к нанотехнологии.
Развитие науки и технологии в середине прошлого века подготовили фундамент для очередного витка научно-технической революции, который уже начал стремительно разворачиваться в настоящее время.
Были заложены основы таких наук, как фрактальная геометрия и фрактальная физика, компьютерная оптика, нелинейная динамика и детерминированный хаос и ряд других. Начали на практике применяться знания, доступные ранее узкому кругу математиков и физиков. Возник интерес к изучению хаотической динамики различных объектов на основе анализа временных рядов, изучению их свойств на базе представлений о самоподобии и масштабной инвариантности, чему в немалой степени способствовал прогресс компьютерной техники.
Научное сообщество вплотную приступило к изучению так называемого наномира или, в рамках другого подхода − мезомира, мира мезоскопической природы вещества. Физика, химия и биология начали интенсивно исследовать объекты и структуры, размеры которых измеряются в пределах нанометровой шкалы, что обусловило появление терминов наномир, наночастицы, наноструктуры, нанокомпозиты и нанотехнология.
Илья Романович Пригожин, в своей нобелевской лекции отметил, что классическая
Илья Романович Пригожин, в своей нобелевской лекции отметил, что классическая
"Когда же речь заходит о необратимости и вероятности, мы традиционно подразумеваем, что эти понятия были введены в природу нами. Однако, даже такое привнесение стало невозможным после появления квантовой механики. Все, что мы знаем, например, о радиоактивности, сводится к понятию среднего периода полураспада. Никто не может предугадать, сколько атомов распадается за какой-либо заданный временной интервал. Мы можем лишь приблизительно подсчитать. Поэтому можно смело сказать, что квантовая механика обозначила гибель детерминизма
Микроструктура вещества макроподходом не учитывается, неоднородности и индивидуальности локальных микробластей усредняются. На атомно-молекулярном уровне превалирует описание обратимых процессов или описание больших ансамблей частиц, что позволяет применять стохастическое описание.
К объектам наномира неприменимы подходы классической физики, использующие интегральные и усредненные характеристики объектов и не интересующиеся характеристиками локальных микро и нанообластй.
Ситуация в наномире иная, чем в мире классической или квантовой физики.
Ситуация в наномире иная, чем в мире классической или квантовой физики.
Поэтому для описания наномира необходимо пользоваться системами нелинейных дифференциальных уравнений, имеющих несколько решений, что приводит к необходимости заниматься и проблемами эволюции объектов наномира, поскольку эволюция эта может происходить разными путями, в зависимости от изменения (иногда чрезвычайно незначительного) начальных условий и параметров.
Все объекты наномира индивидуальны!
Наносостояние есть особое состояние вещества,.
Как рассматривать
Все объекты наномира индивидуальны!
Наносостояние есть особое состояние вещества,.
Как рассматривать
Многие процессы нанотехнологии, характеристики нанообъектов могут быть объяснены, если предположить, что они происходят в пространстве с размерностью более 3-х, например в четырехмерном.
Это новое состояние вещества, которое всегда было и рядом с нами, и внутри нас самих, но которое мы только сейчас открыли и осознали и начали изучать осмысленно и в полной мере.
Наносостояние можно рассматривать как особое состояние вещества, которое по мере укрупнения своей структуры, выхода из нанообласти, переходит в жидкую фазу и подходит к точке бифуркации, из которой может перейти в твердую фазу или газообразную фазу, до следующей точки бифуркации, после которой возможен переход в плазму.
Переход от микротехнологий к нанотехнологиям возродил междисциплинарный подход к естественным
Переход от микротехнологий к нанотехнологиям возродил междисциплинарный подход к естественным
Начали осмысленно применяться принципы холизма.
Принцип холизма утверждает, что целое больше совокупности составляющих его частей, а свойства целого больше суммы свойств составляющих его фрагментов. Значит, изучая объект по сложившейся методике (разделение-анализ-синтез) мы теряем информацию об объекте, и чем сложнее объект, тем больше теряется информации.
В нашей стране до недавнего времени холизм представлялся идеалистической «философией целостности», близкой по своим идеям к теории эмерджентной эволюции и истолковывался как идеалистический принцип несводимости целого к сумме частей.
Эмерджентность — наличие новых свойств целостности у системы, т. е.
Эмерджентность — наличие новых свойств целостности у системы, т. е.
Таким образом, из элементов, имеющих одни качественные особенности, может сложиться система, обладающая иными качественными чертами. В литературе, чтобы подчеркнуть парадоксальность идеи целостности, ее символизируют формулой "2+2=4". Это означает, что система представляет собой нечто отличное (количественно или качественно) от суммы составляющих се частей.
Эмерджентность (от англ. emerge—неожиданное появление) возникает при формировании или функционировании системы и выступает как форма проявления закона перехода количественных изменений в качественные. Например, превышение критической массы соединяемых ядер, приводящие к ядерной реакции.
Эмерджентная эволюция - идеалистическая теория развития. Получила распространение в современной
Эмерджентная эволюция - идеалистическая теория развития. Получила распространение в современной
Эмерджентная эволюция — метафизическая концепция, в соответствии с которой вещи возникают из основы мира, состоящей из "точек" пространства-времени, и посредством эмерджентной эволюции восходят на все более высокие ступени, поскольку наделяются все большим числом качеств. Концепцию эту, как философское направление следует отличать, с одной стороны, от совокупности эволюционных гипотез и концепций, используемых в науках, а с другой — от различных форм философий эволюционизма, прежде всего натуралистского, материалистического и биологического характера.
[Философия: Энциклопедический словарь. — М.: Гардарики. Под редакцией А.А. Ивина. 2004.]
Холистический процесс отменяет закон сохранения материи, а «фактор целостности» является нематериальным
Холистический процесс отменяет закон сохранения материи, а «фактор целостности» является нематериальным
Холизм исходит из целостности мира как высшей и всеохватывающей целостности – и в качественном, и в организационном отношении, – целостности, обнимающей собой область психологической, биологической и, наконец, самой внешней, хотя и самой рациональной – физической действительности; все эти области представляют собой упрощение и обособление этой охватывающей целостности.
С точки зрения холизма совокупность предметов, образующих целостность, обретает некое новое качество, которое отсутствует во входящих в нее предметах. Связи между элементами такой совокупности имеют законоподобный характер и определяют место в ней каждой части. Философский энциклопедический словарь. 2010.
Обвинение в идеализме было одним из самых страшных в СССР,
Обвинение в идеализме было одним из самых страшных в СССР,
Невозможно было признать, что в ходе эволюции формы материи непрестанно увеличиваются и обновляются. Холистический процесс, якобы, отменяет закон сохранения материи, а «фактор целостности» является нематериальным и непознаваемым и имеет мистический характер.
На самом деле холизм исходит из целостности мира как высшей и всеохватывающей целостности – и в качественном, и в организационном отношении.
Наноструктуру можно определить как совокупность наночастиц с наличием функциональных связей.
Наноструктуру можно определить как совокупность наночастиц с наличием функциональных связей.
Нанокомпозиты представляют собой объекты, где наночастицы разного рода упакованы вместе в макроскопический образец, в котором межчастичные взаимодействия становятся сильными и нивелируют свойства изолированных частиц. Для каждого вида взаимодействий важно знать, как изменяются свойства материала в связи с его размерами.
В наноструктурах трудно провести границы между гомогенной и гетерогенной фазами, между аморфным и кристаллическим состоянием вещества. В настоящее время обычные представления химии, включающие понятия состав-свойство, структура-функция, дополняются понятиями размера и самоорганизации, которые и ведут к обнаружению новых фактов и закономерностей.
Наночастицы представляют собой системы, обладающие избыточной энергией и высокой химической
Наночастицы представляют собой системы, обладающие избыточной энергией и высокой химической
Большинство методов синтеза наночастиц приводит к их получению в неравновесном
Большинство методов синтеза наночастиц приводит к их получению в неравновесном
Это обстоятельство безусловно осложняет их изучение и использование в нанотехнологии, но с другой стороны, неравновесность системы позволяет осуществлять необычные, непрогнозируемые и невозможные в равновесных условиях химические превращения и реакции.
Размерные эффекты наиболее сильно проявляются в малых частицах и особенно характерны для нанохимии, где преобладают нерегулярные зависимости свойств от размера.
Особенность тонких наноразмерных пленок состоит в том, что у них
Особенность тонких наноразмерных пленок состоит в том, что у них
Ситуация с пленками нанометровых размеров (естественно, по толщине) усугубляется тем, что такую пленку можно рассматривать, как особую двумерную систему, свойства которой определяются исключительно свойствами поверхностного слоя, т.к. слоев, соответствующих объемному образцу, практически не существует.
Точно такая же ситуация складывается с частицами нанометрового размера. При диаметре частицы порядка 1,0 – 1,5 нм практически вся она представляет собой поверхность, и свойства ее будут совершенно уникальными.
Наиболее осмысленный и прагматичный подход к промышленному внедрению демонстрируют США.
Наиболее осмысленный и прагматичный подход к промышленному внедрению демонстрируют США.
Программа работ НАСА по наноматериалам
Программа работ НАСА по наноэлектронике
Проект наноспутника
Проект космического лифта
Одноэлектронный транзистор. Колеблясь, маятник ударяет молоточком в контакт –
Проект космического лифта
Одноэлектронный транзистор. Колеблясь, маятник ударяет молоточком в контакт –
Прототип оптического транзистора, состоящий из одной молекулы красителя. Краситель может находиться в двух состояниях - основном и возбужденном, причем во втором случае молекула красителя способна испустить фотон (при этом краситель переходит в основное состояние).
Идея заключается в следующем: находясь в возбужденном состоянии и испуская фотон, молекула красителя усиливает направленный на него луч. В основном состоянии краситель только поглощает часть излучения. Чтобы управлять исходным состоянием красителя, исследователи воспользовались вторым лучом. Когда второй луч переводит краситель в возбужденное состояние, первый луч усиливается, когда второй луч отсутствует, нет и усиления первого.
Огромное значение имеют так называемые проблемы масштабирования. В настоящее время
Огромное значение имеют так называемые проблемы масштабирования. В настоящее время
Как следствие, в нанохимии формируются две тенденции. Одна из них определяется получением и поиском возможных новых объектов, синтезируемых в небольших количествах. Такие объекты являются сенсорными материалами и наноэлектронными устройствами.
Вторая тенденция - использование нанохимии в процессах получения материалов, применяемых в больших объемах. Это новые промышленные реагенты, например оксиды металлов и катализаторы на основе наночастиц металлов; это порошки, композиты, керамики, гибридные, консолидированные и другие новые наноматериалы.
Перспективным направлением является также использование нанотехнологий в производстве конструкционных материалов.
Перспективным направлением является также использование нанотехнологий в производстве конструкционных материалов.
Это связано с тем, что свойства нанокристаллических материалов, включая конструкционные стали и сплавы, отличаются от обычных, для которых увеличение прочности приводит к снижению пластичности.
Изготовление наноструктурных керамических и композиционных изделий, разработка наноструктурных твердых сплавов
Изготовление наноструктурных керамических и композиционных изделий, разработка наноструктурных твердых сплавов
Инструмент с нанокомпозитом
Разработанные в НТЦ "Нанотехнология" покрытия имеют нанослойную структуру и состоят из слоев на основе алюминия, титана, хрома, циркония, молибдена и их соединений с азотом, углеродом, кислородом в разных сочетаниях толщиной ~ 5-10 нм. Сравнительные испытания показали, что обработанный твердосплавной инструмент имеет в 2,5 - 3 раза большую износостойкость.