Номер 6, страница 186 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

6. Приведите примеры практического применения наноматериалов.

Наноматериалы — это материалы, содержащие структурные элементы, размеры которых хотя бы в одном измерении находятся в диапазоне от 1 до 100 нанометров. Благодаря квантовым и размерным эффектам их свойства (механические, оптические, электрические, каталитические) кардинально отличаются от свойств тех же веществ в макрообъеме. Это открывает широкие возможности для их практического применения.

Медицина и биотехнологии: В этой области наноматериалы используются для адресной доставки лекарств к пораженным органам или клеткам (например, раковым). Наночастицы (липосомы, дендримеры) служат контейнерами, которые высвобождают препарат только в заданной точке, снижая побочные эффекты. Квантовые точки (полупроводниковые нанокристаллы) применяются в диагностике как флуоресцентные метки для визуализации биологических процессов. Наночастицы серебра ($\text{Ag}$) и оксида цинка ($ZnO$) обладают мощным антибактериальным действием, поэтому их вводят в состав перевязочных материалов, медицинских имплантов и дезинфицирующих средств.

Электроника и оптика: Углеродные нанотрубки и графен рассматриваются как основа для создания транзисторов нового поколения, которые будут меньше, быстрее и энергоэффективнее кремниевых аналогов. Квантовые точки уже активно используются в производстве дисплеев (технология QLED), обеспечивая более яркие, чистые цвета и высокую контрастность. Нанопровода и нанопленки применяются для создания гибкой электроники — прозрачных токопроводящих покрытий для сенсорных экранов, складных дисплеев и носимых гаджетов.

Энергетика: В солнечных элементах наночастицы, например, диоксида титана ($TiO_2$) или квантовые точки, позволяют повысить эффективность преобразования солнечного света в электричество. В литий-ионных аккумуляторах использование наноматериалов (например, кремниевых нанонитей или графена) в анодах и катодах позволяет значительно увеличить их емкость, скорость зарядки и срок службы. Наноразмерные катализаторы (из платины $\text{Pt}$, палладия $\text{Pd}$ и других металлов) многократно ускоряют химические реакции, что важно для топливных элементов и процессов нефтепереработки.

Потребительские товары: В солнцезащитных кремах используются наночастицы диоксида титана ($TiO_2$) и оксида цинка ($ZnO$), которые эффективно блокируют УФ-излучение, оставаясь при этом прозрачными на коже. Текстильные изделия с добавлением наночастиц серебра приобретают антибактериальные свойства, предотвращая появление неприятного запаха (например, в спортивной одежде и носках). Различные нанопокрытия придают поверхностям новые свойства: очковым линзам и автомобильной краске — устойчивость к царапинам, а стеклам и фасадам зданий — способность к самоочищению («эффект лотоса»).

Промышленность и строительство: Добавление углеродных нанотрубок в полимеры, металлы или цемент позволяет создавать композитные материалы с уникальной прочностью, жесткостью и легкостью. Такие материалы востребованы в авиакосмической отрасли, автомобилестроении и для производства высокотехнологичного спортивного инвентаря (велосипедные рамы, теннисные ракетки). Аэрогели — нанопористые материалы, состоящие на 99% из воздуха — являются одними из самых эффективных теплоизоляторов и применяются в строительстве и для изоляции оборудования.

Экология: Нанотехнологии предлагают эффективные решения для очистки воды и воздуха. Нанофильтры и мембраны способны задерживать мельчайшие загрязнители, включая вирусы и ионы тяжелых металлов. Специальные наночастицы могут использоваться в качестве катализаторов для разложения токсичных органических соединений в сточных водах.

Ответ: Примеры практического применения наноматериалов включают: адресную доставку лекарств и антибактериальные покрытия в медицине; создание более производительных процессоров и ярких QLED-дисплеев в электронике; повышение эффективности солнечных батарей и аккумуляторов в энергетике; производство солнцезащитных кремов, грязеотталкивающей одежды и износостойких покрытий; упрочнение конструкционных материалов (композитов) и создание сверхлегких теплоизоляторов (аэрогелей) в промышленности; а также фильтрацию воды и воздуха в экологии.