Підручник Фізика 8 клас - А. М. Сердюченко - Освіта 2016 рік

Розділ 2. Зміна агрегатних станів речовини

ЧАСТИНА І. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

§ 20. Наноматеріали

Думки вголос

Я вивчатиму деякі питання сучасної фізики. Дізнаюся, що таке наноматеріали, нанотехнології.

Розвиток фізики як науки і пізнання матерії тісно пов’язані. Молекулярна будова речовини має багато різноманітних доказів, найяскравішим із яких стали фотографії дискретної будови речовини, зроблені електронними мікроскопами.

Електронні мікроскопи стали першим кроком до наносвіту. За їх допомогою люди побачили окремі атоми в кристалах у вигляді точок, розміри яких — близько 0,17 нм. Префікс «нано» — це 10-9 м (від латинського слова нанус — карлик). Нано — це мільярдна частинка метра.

Дуже велике значення у нанотехнологіях мають сканувальні зондові мікроскопи, які винайшли німецькі вчені Г. Біннінг і Г. Рорер 1981 року. Цей мікроскоп увесь час удосконалювався. За його допомогою люди навчилися маніпулювати окремими атомами і молекулами. Відтоді настала ера нанотехнологій, а префікс «нано» набув широкого застосування.

Якщо раніше простір ділився на мега-, макро- і мікросвіт, то тепер цей поділ передбачає і наносвіт, який вивчає об’єкти, менші за 10-6 м. Для фізиків наносвіт цікавий тим, що в ньому можна із атомів і молекул створювати речовину з новими фізичними властивостями.

Які ж існують наноматеріали?

Графен — вуглецевий наноматеріал, шар атомів Карбону завтовшки в один атом, з’єднаних у двовимірні кристалічні ґрати з правильних шестикутників (мал. 81).

Графен — найміцніший серед відомих кристалічних речовин (у 200 разів міцніший за сталь), прозорий (пропускає 97,7 % світла), має високу електричну провідність. Він є ідеальним матеріалом для виробництва мікросхем, може використовуватися як ефективне антикорозійне покриття.

Великий внесок у вивчення графену зробили й українські вчені. Ці дослідження проводять в Інституті теоретичної фізики імені М. М. Боголюбова НАН України (мал. 82).

Мал. 81. Графен

Мал. 82. Інститут теоретичної фізики імені М. М. Боголюбова НАН України

Мал. 83. Нанотрубки

Нанотрубки — згорнута в циліндр графітова площина (мал. 83). Вуглецеві нанотрубки мають механічну міцність у 100 разів більшу, ніж такі самі сталеві конструкції, а густину у 10 разів меншу. Мають дуже добрі електричні властивості. Вуглецеві нанотрубки можна використовувати в наноелектроніці.

А ти знаєш?

«Трос» з нанотрубок завтовшки з людську волосину здатний утримувати вантаж у сотні кілограмів!

Нанотехнології набувають широкого застосування на практиці:

• нанотехнологи розробили нову тканину, що не промокає навіть під час повного занурення у воду.

Цю нанотканину виготовляють із ниток поліестеру, вкритого 40-нанометровим шаром нановолокон.

Ця тканина ще й зменшує тертя у воді, що дає можливість виготовляти з неї спортивні купальники;

• в автомобільній галузі створюють лаки і фарби із самоочисним ефектом. Автомобіль Mercedes-Benz (2003 року) — автомобіль, який найлегше мити (мал. 84);

• створюють матеріали, здатні до самоочищення;

• використовують нанодріт, який має високу міцність;

• в медицині нанокапсули можуть доставляти ліки безпосередньо до клітин, які потребують цих препаратів (мал. 85);

• створені найчутливіші і найменші терези у світі — нанотерези. Вони утворені з вуглецевої нанотрубки завдовжки 4 мкм. За допомогою нанотерезів можна зважувати навіть бактерії і віруси (m ≈ 10-15 г).

Мал. 84. Автомобіль Mercedes-Benz

Мал. 85. Нанокапсули

Підсумки

• Наносвіт — світ об’єктів, менших за 10-6м.

• Сканувальні зондові мікроскопи дають можливість «побачити» атоми, «доторкнутись» до них і перемістити.

• Наноматеріали — речовини з новими властивостями, створені з атомів і молекул.

• Нанотехнології — застосування наноматеріалів у практичних цілях.

Завдання (попрацюйте в групах)

Знайдіть відомості про нові наноматеріали і застосування їх на практиці. Підготуйте повідомлення.

Для тих, хто хоче знати більше

Інститут теоретичної фізики імені М. М. Боголюбова НАН України — провідний український науковий центр з фундаментальних проблем теоретичної, математичної і обчислювальної фізики.

Напрямки наукових досліджень:

• фізика й астрофізика високих енергій;

• квантова космологія;

• теорія ядерних систем;

• квантова теорія поля;

• теорія симетрій;

• наносистеми, плазма.

При інституті працює центр неперервної освіти для старшокласників.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити