Номер 8, страница 117 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Химия и современное общество. Параграф 22. Химическая технология. Производство аммиака и метанола. Используйте дополнительную информацию - номер 8, страница 117.

Условие.

8. Подготовьте сообщение о нанотехнологии и основных направлениях её развития, используя возможности Интернета.

Решение.

Решение 2.

Нанотехнология — это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки, которая занимается проектированием, созданием и применением материалов, устройств и систем, функционирующих на нанометровом уровне. Ключевой особенностью является работа с объектами, размеры которых хотя бы в одном измерении лежат в диапазоне от 1 до 100 нанометров (1 нм = $10^{-9}$ м). На этом уровне вещество приобретает уникальные физические, химические и биологические свойства, отличные от свойств тех же материалов в макроскопическом масштабе. Эти новые свойства открывают путь к созданию революционных продуктов и технологий.

Развитие нанотехнологий происходит по нескольким ключевым направлениям, каждое из которых обещает кардинальные изменения в соответствующей отрасли.

Наноматериалы

Это направление сфокусировано на создании материалов с заранее заданными свойствами путем манипулирования их структурой на наноуровне. К наноматериалам относятся наночастицы, нанотрубки, нановолокна, нанопленки и другие.

• Углеродные наноструктуры: Графен и углеродные нанотрубки обладают исключительной прочностью, легкостью и высокой электропроводностью. Их применяют для создания сверхпрочных композитов в авиастроении и автомобилестроении, в электронике для прозрачных проводящих покрытий, а также в качестве компонентов сенсоров.
• Наночастицы металлов и их оксидов: Наночастицы серебра используются в качестве мощного антибактериального средства в медицине, текстиле и упаковке пищевых продуктов. Наночастицы диоксида титана ($TiO_2$) и оксида цинка ($ZnO$) эффективно поглощают ультрафиолетовое излучение, что делает их ключевым компонентом современных солнцезащитных кремов.
• Квантовые точки: Это полупроводниковые нанокристаллы, цвет свечения которых зависит от их размера. Они уже используются в дисплеях нового поколения (QLED), обеспечивая более яркие и насыщенные цвета, а также находят применение в биовизуализации для мечения клеток и в светодиодах.

Ответ: Основная задача направления наноматериалов — создание веществ с уникальными механическими, оптическими, электрическими и химическими свойствами за счет контроля их структуры в нанометровом масштабе, что находит применение в производстве, электронике и потребительских товарах.

Наноэлектроника

Целью наноэлектроники является преодоление физических ограничений традиционной микроэлектроники путем создания электронных компонентов на основе наноструктур. Это позволяет производить более миниатюрные, быстрые и энергоэффективные устройства.

• Транзисторы нового поколения: Разрабатываются транзисторы на основе углеродных нанотрубок или нанопроволок, которые могут быть значительно меньше и быстрее кремниевых аналогов.
• Энергонезависимая память: Ведутся исследования по созданию памяти с высокой плотностью записи и низким энергопотреблением, например, на базе мемристоров — элементов, способных менять свое сопротивление и "запоминать" его.
• Спинтроника: Перспективное направление, которое использует не только заряд электрона, но и его спин (собственный момент импульса) для передачи и хранения информации, что обещает создание принципиально новых вычислительных устройств.

Ответ: Наноэлектроника направлена на разработку электронных компонентов нанометрового размера, что ведет к созданию более мощных и экономичных процессоров, модулей памяти и других элементов для вычислительной техники и средств связи.

Наномедицина

Наномедицина применяет нанотехнологии для диагностики, лечения и профилактики заболеваний, а также для регенерации тканей. Это одно из самых быстрорастущих и социально значимых направлений.

• Адресная доставка лекарств: Создание наноконтейнеров (липосом, полимерных наночастиц), которые доставляют лекарственное вещество непосредственно к пораженным клеткам, например, раковым. Это значительно повышает эффективность лечения и снижает токсическое воздействие на здоровые ткани организма.
• Диагностика и сенсоры: Разработка высокочувствительных наносенсоров, способных обнаруживать биомаркеры заболеваний (например, онкомаркеры или вирусы) в крови или слюне на самых ранних стадиях, когда лечение наиболее эффективно.
• Регенеративная медицина: Использование нановолоконных каркасов (скаффолдов), имитирующих внеклеточный матрикс, для направленного роста клеток и восстановления поврежденных тканей и органов, таких как кости, хрящи или кожа.

Ответ: Наномедицина использует наноразмерные системы для целевой доставки лекарств, ранней диагностики заболеваний и тканевой инженерии, что открывает новые возможности в лечении рака, инфекционных и генетических заболеваний.

Энергетика и экология

В этой области нанотехнологии помогают решать глобальные проблемы, связанные с производством чистой энергии и защитой окружающей среды.

• Солнечная энергетика: Применение наноматериалов (например, квантовых точек или наноструктурированных покрытий) позволяет увеличить КПД солнечных батарей, делая их более эффективными и дешевыми в производстве.
• Хранение энергии: Использование наноматериалов, таких как графен, в электродах аккумуляторов и суперконденсаторов позволяет значительно увеличить их емкость, скорость зарядки и срок службы.
• Очистка воды и воздуха: Разработка нанофильтров с порами нанометрового размера для удаления из воды мельчайших загрязнителей, вирусов и тяжелых металлов. Наночастицы-катализаторы применяются для разложения токсичных веществ в промышленных стоках и выхлопных газах.

Ответ: В энергетике и экологии нанотехнологии способствуют созданию более эффективных систем генерации и хранения энергии (солнечные батареи, аккумуляторы) и разработке новых методов очистки воды и воздуха от загрязнений.