Версия 11:46, 22 декабря 2010

Пояснительная записка к курсу «Нанотехнологии»

• Нанотехнологии – это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы невидимые обычным глазом. Нанотехнологии впитали в себя самые новые достижения.

Нанотехнологии - это очередная технологическая революция - переход от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами. О том, что могут нанотехнологии рассказано в курсе нанотехнология в школе.

Данный курс предназначен для учащихся 10-11 классов общеобразовательных средних школ естественно-научного, физико-математического и подобных профилей. Курс основан на знаниях, полученных учащимися при изучении физики в основной и средней школе.
Курсе нанотехнологии  рассчитан на 32 часа, однако занятия курса можно провести и в одном из полугодий 10-11 классов . При этом наиболее эффективным было бы проведение этого курса во втором полугодии, так как к этому времени учащиеся уже знакомы с основными положениями физики.

• Цель курса:

- познакомить учащихся с новой отраслью знаний – нанотехнологиями.

• Основные задачи курса:

- расширение представлений школьников о физической картине мира на примере знакомства со свойствами нанообъектов;
- реализация межпредметных связей,
- приобретение знаний об истории возникновения нанотехнологий, о методиках, используемых при создании нанообъектов, об уникальных свойствах наноматериалов, об их применении и перспективах развития этой отрасли науки.

Блок   

Цель   

Основное содержание

• 1.    Введение в наномир

(2 часа)
    Объяснить ученикам почему так важно изучение данной темы, кратко изложить содержание курса    - Положение нанообъектов на шкале размеров.
- Ричард Фейнман – пророк нанотехнологической революции. - Почему освоение наномира может быть так полезно для человечества?
- Нанотехнологии внутри и снаружи нас.
- Нанотехнологии – область знаний, где объединяются усилия физиков, инженеров – электроников, и специалистов самых разных специальностей для очередного прорыва на пути человечества к прогрессу.

• 2.    Инструменты и методы наномира

(6 часов)
    Сформировать представление о принципах работы электронного просвечивающего, электронного растрового и ионно-полевого микроскопов, сканирующего туннельного микроскопа, атомно-силового, ближнепольного оптического микроскопов, а также о нанолитографии    - Пути создания нанообъектов: «снизу-вверх»  или  «сверху-вниз».
- Можно ли увидеть молекулы в микроскоп?
- Сканирующий электронный микроскоп.
- Как атомно-силовая микроскопия чувствует прикосновение атомов.
- Что такое туннельный микроскоп.
- Лазерный пинцет – инструмент для передвижения нанообъектов.

• 3.    Наноматериалы 

(4 часа)
    Сформировать представление о наноматериалах, их разнообразии, технологиях получения и уникальных свойствах    - Особая роль углерода в наномире.
- Графен – слой графита.
- Фуллерены – наношарики из углерода.
- Углеродные нанотрубки – трубки из графена.
-Нанопроволоки.
- Дендримеры – капсулы наноразмеров.
- Самоорганизация нанообъектов и её использование при создании наноматериалов.
- Моделирование наноструктур.

• 4.    Физические свойства нанообъектов 

(6 часов)
    Сформировать представление о свойства нанообъектов, температура плавления металлических нанообъектов, сопротивление нанотрубки.      - Большое отношение поверхности к объёму – основное свойство нанообъектов. «Эффект лотоса».
- Отсутствие дислокаций - причина колоссальной прочности нанопроволок и нанотрубок. –
- Почему температура плавления металлических нанообъектов уменьшается на сотни градусов?
- Квантовые явления в наномире.
- Почему электрическое сопротивление нанотрубки не зависит от её длины.
- Квантовые точки – искусственные атомы наномира.
- Зависимость цвета в наномире от размера объектов.

• 5.    Наноэлектроника 

(5 часов)
    Сформировать представление о нано- и оптоэлектронике как о направлении прикладной науки, базирующейся на принципах функциони-рования электронных приборов на основе нанообъектов    - Полевой транзистор – основной элемент цифровых электронных схем.
- История создания и современное воплощение. Фотолитография или как рождается микросхема.
- Закон Мура – удвоение плотности транзисторов в микросхемах каждые два года.
- Современный транзистор – это уже нанотранзистор.
- Основная болезнь нанотранзистора – высокая температура.
- Углеродные нанотрубки – будущие элементы нанотранзисторов.
- Наносенсоры – глаза для наноэлектроники.
- Наномоторы – мышцы нанороботов.

• 6.    Наномедицина и биотехнология   

(5 часов)
    Рассказать о возможностях применения нанотехнологий в медицине.    - Генная инженерия.
- Использование ДНК для синтеза лекарств.
- Трансгенные животные и растения.
- Генмодифицированные продукты: за и против.
- Нанотехнологии против вирусов и бактерий.
- Адресная доставка лекарств, упакованных в нанокапсулы, больным клеткам. 
- Нанотехнологии в борьбе с раковыми заболеваниями. 
- Нанотехнологии в диагностике.
- Возможные риски использования наноматериалов.

• 7.    Нанотехнологии вокруг нас  

(4 часа)
    Познакомить учащихся с современным состоянием дел и ближайшими перспективами применения нанотехно-логических методов в быту, в медицине, промышленности и военном деле    - Примеры товаров, созданных с использованием нанотехнологий и причины их уникальных свойств.
- Несмачиваемые и всегда чистые ветровые стёкла, диски колёс и т.п.
- Созданные на основе наночастиц оксида титана и серебра поверхности, обладающие бактерицидными свойствами.
- Нанокомпозитные материалы. - Нанотехнологии в различных областях производства.
- Нанотехнологии в энергетике и экологии. Нанотехнологии в криминалистике и косметике. Динамика развития нанотехнологий в России и за рубежом. Перспективы мировой наноэкономики.