История нанотехнологии и нанонауки

Оглавление

Реферат………………………………………………………………………..….4

Введение……………………………………………………………………….....5

1. История нанотехнологии и нанонауки…………………………………..7

2. Производство нановолокон и нанотканей…………………………........11

3. Сферы применения нанотекстиля……………….....................................15

3.1 Колористическое направление………………………………….......15

3.2 Ароматкани ……………………………………………………….....17

3.3 «Умная одежда» для комфортного микроклимата человека……..18

3.4 Биомиметика в текстиле………………………………………….…21

3.5 Наноткани в медицине……………………………………………....23

4. Наноисследование тканей с помощью зондовой микроскопии……….25

Заключение……………………………………………………………………....26

Библиографический список………………………………………………….....27

Приложение А…………………………………………………………………...28

Приложение Б……………………………………………………………………29

Приложение В……………………………………………………………………32

Реферат

Курсовая работа посвящена изучению нанотехнологий в производстве новых текстильных материалов.

Объём работы составляет 35 страниц.

Количество рисунков – 20.

Количество образцов – 3.

Количество диаграмм – 2.

Ключевые слова: нанотехнологии, наночастицы, нанотекстиль, модификация, зондовая микроскопия, структура, волокно.

Введение

Одним из основных направлений расширения, улучшения качества и повышения конкурентоспособности швейных изделий является применение новых материалов. Это достигается за счёт модификации уже существующих волокон и придания им заранее заданных свойств.

Химическая модификация заключается в частичном направленном изменении химического состава основного волокнообразующего полимера. Благодаря ей получают волокна с новыми свойствами. При такой модификации используют синтез волокнообразующих сополимеров на стадии приготовления прядильного раствора и формования нити, синтез привитых сополимеров, в результате волокна приобретают свойства, характерные как для основного полимера, так и для дополнительного, а также обработка готового волокна реагентами, что приводит к появлению новых свойств.

Физическая (структурная) модификация волокон заключается в направленном изменении надмолекулярного и морфологического строения волокон, что позволяет получать полые, многослойные, сверхтонкие синтетические волокна и многое другое [1].

Актуальность данной темы объясняется тем, что развитие нанотехнологий является одним из приоритетных направлений науки и техники. Внедрение и использование нанотехнологий важно не только для текстиля, но и оборудования, на котором он производится. Таким образом, будет достигнута минимализация до наноуровневых средств контроля, позволяющих воздействовать и управлять технологическими параметрами технологической линии. Также представляется перспектива внедрения наноэлементов по защите от контрафактной продукции.

Целью курсовой работы является изучение возможностей нанотехнологий для получения текстильных материалов с новыми заданными свойствами.

Поставленная цель предполагает решение следующих задач:

- анализ информационных источников и систематизация материала по теме

- определение основных направлений в применении текстильных материалов нового поколения

- проведение эксперимента с помощью зондовой микроскопии для изучения структуры тканей на наноуровне.

История нанотехнологии и нанонауки

В последние годы темпы научно-технического прогресса стали зависеть от использования искусственно созданных объектов нанометровых размеров (греческий термин «нанос» означает «гном»; 1 нанометр (нм) равен одной миллиардной доле метра или, одной миллионной доле миллиметра). Созданные на их основе вещества и объекты размером 1 – 100 нм называют наноматериалами, а способы их производства и применения – нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров. Свойства материалов в наномасштабе отличаются от крупных масштабов из-за того, что в наномасштабе площадь поверхности на единицу объема чрезвычайно велика. В самом широком смысле нанотехнологии – это исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале расстояний. Отцом нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом», что в переводе с греческого означает «неделимый», для описания самой малой частицы вещества. Вероятно, впервые в современной истории нанотехнологический прорыв был достигнут американским изобретателем Джорджем Истмэном (впоследствии основал известную компанию Kodak), который изготовил плёнку (1883 год). 1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

1939 год. Компания Siemens, в которой работал Руска, выпустила первый коммерческий электронный микроскоп с разрешающей способностью 10 нм. Днем рождения нанотехнологий считается 29.12.1959 г. Профессор Калифорнийского технологического института Р. Фейнман (Нобелевский лауреат 1965 г.) в своей лекции «Как много места там, внизу» («There’s plenty of room at the bottom»), прочитанной перед Американским физическим обществом, отметил возможность использования атомов в качестве строительных частиц.

1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей. 1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот термины «нанотехника и нанотехнология», которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона, и способы их создания. 1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы. 1982 год. Разработан растровый туннельный микроскоп. 1985 год. Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр. Они же открыли существование шарообразной углеродной молекулы – фуллерена. 1986 год. Создан атомный силовой микроскоп, ставший инструментом по сборке нанообъектов. 1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться. 1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона. 1991 год. Японские исследователи обнаружили углеродные нанотрубки. 1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий. 1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же как молекулярные цепочки.2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Это послужило толчком для создания национальных программ по нанотехнологиям во многих промышленно развитых странах. 2001 год. Марк Ратнер, автор книги «Нанотехнологии: Введение в Новую Большую Идею» считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда и произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии – «прорывом года», а влиятельный бизнес-журнал Forbes – «новой многообещающей идеей». Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение «новая промышленная революция». 2004–2006 год. Российский исследователь и изобретатель В.И. Петрик с помощью разработанного им же газофазного метода очистки металлов и разделения изотопов получил наноструктуры ряда металлов: платины, железа, никеля и др.

Направления нанотехнологий:

· изготовление электронных схем, элементы которых состоят из нескольких атомов;

· создание наномашин, то есть механизмов и роботов размером с молекулу;

· непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них чего угодно.

Современные достижения в области наноматериалов и нанотехнологий открывают новые возможности для повышения в десятки раз тактико-технических характеристик систем безопасности и являются по своей сути инновационными, поскольку направлены на создание, главным образом, новой продукции, востребованной рынком систем безопасности [12].

По поводу применения нанотехнологий на рынке легкой промышленности ближайшего будущего существует очень много прогнозов. Некоторые результаты исследований, проведенных с 1996 по 2003 гг., сегодня коммерициализованы и пользуются успехом на международном рынке. Например, компания Nano-Tex успешно производит ткани, улучшенные с помощью нанотехнологий. Одна из таких тканей обеспечивает абсолютную водонепроницаемость: благодаря изменению молекулярной структуры волокон, капли воды полностью скатываются с полотна, которое при этом «дышит». Помимо упомянутой выше Levi Strauss, эти ткани использует в своей джинсовой одежде и элементах обуви, в частности, компания Dockers [2].