Нанотехнологии – это новое направление науки и технологии, активно развивающееся в последние десятилетия. Нанотехнологии включают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть ее упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров.
Приставка "нано", пришедшая из греческого языка ("нанос" по‑гречески ‑ гном), означает одну миллиардную долю. Один нанометр (нм) – одна миллиардная доля метра.
Термин "нанотехнология" (nanotechnology) был введен в 1974 году профессором‑материаловедом из Токийского университета Норио Танигучи (Norio Taniguchi), который определил его как "технология производства, позволяющая достигать сверхвысокую точность и ультрамалые размеры ...порядка 1 нм ...".
В мировой литературе четко отличают нанонауку (nanoscience) от нанотехнологий (nanotechnology). Для нанонауки используется также термин ‑ nanoscale science (наноразмерная наука).
На русском языке и в практике российского законодательства и нормативных документов термин "нанотехнологии" объединяет "нанонауку", "нанотехнологии", и иногда даже "наноиндустрию" (направления бизнеса и производства, где используются нанотехнологии).
Важнейшей составной частью нанотехнологии являются наноматериалы, то есть материалы, необычные функциональные свойства которых определяются упорядоченной структурой их нанофрагментов размером от 1 до 100 нм.
Согласно рекомендации 7‑ой Международной конференции по нанотехнологиям (Висбаден, 2004 г.) выделяют следующие типы наноматериалов:
‑ нанопористые структуры; ‑ наночастицы; ‑ нанотрубки и нановолокна ‑ нанодисперсии (коллоиды); ‑ наноструктурированные поверхности и пленки; ‑ нанокристаллы и нанокластеры.
Наносистемная техника ‑ полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.
Области применения нанотехнологий
Перечислить все области, в которых эта глобальная технология может существенно повлиять на технический прогресс, практически невозможно. Можно назвать только некоторые из них:
‑ элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры; ‑ фотодетекторы; солнечные элементы; различные сенсоры); ‑ устройства сверхплотной записи информации; ‑ телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии; суперкомпьютеры; ‑ видеотехника — плоские экраны, мониторы, видеопроекторы; ‑ молекулярные электронные устройства, в том числе переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне; ‑ нанолитография и наноимпринтинг; ‑ топливные элементы и устройства хранения энергии; ‑ устройства микро‑ и наномеханики, в том числе молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы; ‑ нанохимия и катализ, в том числе управление горением, нанесение покрытий, электрохимия и фармацевтика; ‑ авиационные, космические и оборонные приложения; ‑ устройства контроля состояния окружающей среды; ‑ целевая доставка лекарств и протеинов, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническая и медицинская диагностика, создание искусственных мускулов, костей, имплантация живых органов; ‑ биомеханика; геномика; биоинформатика; биоинструментарий; ‑ регистрация и идентификация канцерогенных тканей, патогенов и биологически вредных агентов; ‑ безопасность в сельском хозяйстве и при производстве пищевых продуктов.
Компьютеры и микроэлектроника
Нанокомпьютер — вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры.
ДНК‑компьютер — вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК. Биомолекулярные вычисления — это собирательное название для различных техник, так или иначе связанных с ДНК или РНК. При ДНК‑вычислениях данные представляются не в форме нулей и единиц, а в виде молекулярной структуры, построенной на основе спирали ДНК. Роль программного обеспечения для чтения, копирования и управления данными выполняют особые ферменты.
Дано: V = 20 л = 20*10⁻³ м³ M = 32*10⁻³ кг/моль - молярная масса кислорода p = 100 атм = 100*10⁵ Па t = 17⁰C или T = 273+17 = 290 К p₀ = 1 атм = 1*10⁵ Па t₀ = 0⁰ C или T₀ = 273 К ____________________________ V₀ - ?
Решение №1
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона: p*V =m*R*T / M Найдем массу: m = p*V*M / (R*T) = 100*10⁵*20*10⁻³*32*10⁻³ / (8,31*290) ≈ 2,7 кг
А теперь запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для нормальных условий газа: p₀*V₀ = m*R*T₀ / M Отсюда: V₀ = m*R*T₀/(p₀*M) = 2,7*8,31*273/(1*10⁵*32*10⁻³) ≈ 1,9 м³ или V₀ = 1 900 литров
Решение №2 Жаль, что в школе не проходят универсальный газовый закон Клапейрона: p*V/T = p₀*V₀/T₀
Отсюда: V₀=p*T₀*V/(p₀*T) = 100*273*20/(1*290) ≈ 1900 литров (естественно, получаем тот же ответ :(((
(Здесь ОТНОШЕНИЕ величин, и единственное, что надо сделать, это перевести температуру в кельвины...)
Данная тепловая машина работает по циклу Карно, следовательно Формула для КПД - n=(T1-T2)\T1, подставляем T1-нагреватель T2-холодильник T2 и T1 обязательно переводим в Кельвины, получается 300K и 1000K И считаем, (1000-300)\1000 = 0.7 = 70\% На заметку - 100\% КПД никогда не бывает, ибо невозможно, чтобы все тепло уходило в механическую работу