1. Eiropas Savienības struktūrfondu nacionālās programmas projekts “MĀCĪBU SATURA IZSTRĀDE UN SKOLOTĀJU TĀLĀKIZGLĪTĪBA DABASZINĀTŅU, MATEMĀTIKAS UN TEHNOLOĢIJU PRIEKŠMETOS”
NANOTEHNOLOĢIJAS

2. NANOTEHNOLOĢIJAS
Fantastika vai realitāte?

3. Saturs Kas ir nanotehnoloģijas? Nanotehnoloģiju virzieni.
Mazliet vēstures.
Nanotehnoloģiju iespējas.
Skenējošais mikroskops.
Nanomehānika.
Nano - optoelektronika.
Pusvadītāji un kvantu punkti.
Nanomedicīna (fantastika vai realitāte?).
Informāciju tehnoloģijas.
Evolūcija un nākotnes vīzijas.

4. Kas ir NANOTEHNOLOĢIJAS?
Nano ir skaitļa decimālais daudzkārtnis, kas apzīmē 1 miljardo daļu (10-9).
Viens nanometrs (nm) ir aptuveni desmit tūkstoš reižu mazāks par cilvēka mata diametru.

5. Kas ir NANOTEHNOLOĢIJAS?
Nanotehnoloģijas ir viens no pēdējiem ierakstiem cilvēces tehnoloģisko sasniegumu hronoloģijā.
Nanoierīces tikai nedaudz pārsniedz vairāku atomu izmērus.

6. Kas ir NANOTEHNOLOĢIJAS? Dzīvie organismi ─ perfektas nanosistēmas!
Nanotehnoloģijas ir vielu un priekšmetu veidošana no atsevišķiem atomiem vai molekulām ar programmētu, dažus nanometrus lielu mehānismu/robotu (biobotu) palīdzību.
Dzīvie organismi ─ perfektas nanosistēmas!

7. Kas ir NANOTEHNOLOĢIJAS?
Jebkuras elementāras šūnas, kas veido dzīvos organismus, ir nanostruktūras.

8. Kas ir NANOTEHNOLOĢIJAS?
Iespējams, ka dzīvības noslēpums meklējams nanoveidojumu pasaulē?

9. Kas ir NANOTEHNOLOĢIJAS? Atomu izvietojums nosaka vielas īpašības.
Grafīts
Dimants

10. Nanotehnoloģiju virzieni fizikālās ķīmijas un fizikas metožu lietojums
"Slapjais"
"Sausais"
bioloģisku sistēmu
atdarināšana
fizikālās ķīmijas un fizikas metožu lietojums
nanotehnoloģisko sistēmu datormodelēšana
"sauso" un "slapjo" struktūru formu un funkciju paredzēšana

11. Nanotehnoloģiju jēdziens un ideja saistās ar
Mazliet vēstures
Nanotehnoloģiju jēdziens un ideja saistās ar
R.P. Feinmanu, kurš
1959. g. decembrī piedāvāja izveidot strādājošu elektrodzinēju, kas nebūtu lielāks par
1/64 kub. collas
( ~0,25 cm3).
( )

12. Mazliet vēstures N. Vīners - (1894. - 1964.)
kibernētikas principu pamatlicējs.
Ē. Drekslers, g. ieguva pirmo doktora grādu nanotehnoloģijā.

13. Mazliet vēstures (XX gadsimts)
sešdesmitie gadi:
Cietvielu fizika (mikroelektronika).
Informācijas un komunikāciju tehnoloģija.
septiņdesmitie gadi:
Molekulārā ģenētika un jaunā biotehnoloģija.
deviņdesmitie gadi:
Mikroeletronika + molekulārā bioloģija.
Nanotehnoloģijas.

14. Mazliet vēstures
1974. – pirmo reizi lietots termins “nanotehnoloģijas”.
1981. – pirmais raksts zinātniskajā žurnālā par molekulāro nanotehnoloģiju.
1984. – izveidots atomspēka mikroskops.
1988. – veikta atomu pārvietošana ar ASM (atomspēka mikroskops) palīdzību.
1990. – atklāti oglekļa fulerēni.
1997. – iegūti nanodimanti no oglekļa ar jonizējošā starojuma palīdzību.
1998. – atklāta DNS elektrovadītspēja.
1998. – izveidotas oglekļa nanocaurules.
2000. – ASV uzsāk nanotehnoloģiju pētniecības programmu.

15. Nanotehnoloģiju iespējas Skenējošais mikroskops
Skenējošā tuneļmikroskopa izgudrošana 1982.g.
Nobela prēmija – 1986.g.
G. Binnigs
H. Rorers

16. Nanotehnoloģiju iespējas Skenējošais mikroskops
Skenējošais tuneļmikroskops (STM)
1982.g.
Atomspēka mikroskops (ASM)
1986.g.
Optiskais tuvā lauka mikroskops g.

17. Nanotehnoloģiju iespējas Skenējošais tuneļmikroskops

18. Nanotehnoloģiju iespējas Skenējošais tuneļmikroskops
shēma

19. Nanotehnoloģiju iespējas Skenējošais tuneļmikroskops
a, b – konstantes;
V – potenciālu starpība;
d – attālums starp adatu un virsmu;
 – barjeras augstums.

20. Nanotehnoloģiju iespējas Atomspēka mikroskops

21. Nanotehnoloģiju iespējas
Nanomehānika

22. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomehānika
Molekulārā konstrukcija, kas transformē rotējošo kustību virzes kustībā.
ūdeņradis
benzola molekula
nanomehānisms

23. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomehānika
Molekulārā konstrukcija, kas nodod viena veltņa rotējošo kustību citam.

24. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomehānika
Motors izveidots no diviem koncentriskiem grafīta cilindriem
(rotora un statora).

25. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomehānika
Lāpstiņas veidotas no nanoveidojumiem, kurus darbina šķidruma vai gāzu plūsma.

26. Nanotehnoloģiju iespējas Nano-optoelektronika Oglekļa nanocarulītes

27. Nanotehnoloģiju iespējas Nano-optoelektronika
1998 g.
K. Dekkersa grupa (Delfta universitāte)
izveidoja molekulāro
tranzistoru.
1999 g.
J.Turs (Rico universitāte) un
M.Rīds (Jēlas universitāte)
izveidoja kontaktierīci
no vienas molekulas.

28. Nanotehnoloģiju iespējas Nano - optoelektronika
Nanostieples veidošana
Gaismas
intensitāte
Kā izveidota vismazākā spīdošā diode?

29. Nanotehnoloģiju iespējas Nano - optoelektronika Spīdošais nanosensors

30. Nanotehnoloģiju iespējas Pusvadītāji- kvantu punkti
Kvantu punkti (QDs) ir neorganisko pusvadītāju kristāli, kuru diametrs no 1 nm līdz 10 nm (daži simti atomu).

31. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomedicīna
Fantastika vai realitāte?
Smadzeņu uzlabojumi

32. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomedicīna
Mākslīgais eritrocīts

33. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomedicīna
Fantastika vai realitāte?
Implanti
Ātra DNS noteikšana

34. Nanotehnoloģiju iespējas Nanomedicīna
Fantastika vai realitāte?
Precīza zāļu ievadīšana
Plaušas un asinsvadus tīrošie nanoroboti

35. Nanotehnoloģiju iespējas Informāciju tehnoloģijas
fluors
ūdeņradis
Dimanta atmiņa
pirīda molekula
1015 baiti/cm2
Pievienojot oglekļa nanocaurulīti, ar piridīna molekulu skenējošā mikroskopa zondes adatai būtu iespējams nolasīt informāciju, kas uzrakstīta ar vienu molekulu.

36. Nanotehnoloģiju iespējas Informāciju tehnoloģijas
Teorētiski pierādīts, ka, izmantojot nanotehnoloģijas, ir iespējams informācijas izvietojuma blīvums
1015 bitu/cm2.
Salīdzināšanai:
pašos jaunākajos DVD informācijas blīvums ir 108 bitu/cm2 .

37. Evolūcija un nākotnes vīzijas
zema
vidēja
augsta
Nanototehnoloģiju attīstība

38. Evolūcija un nākotnes vīzijas
XXI gadsimta 10 gadi:
bionanokomponenti

39. Evolūcija un nākotnes vīzijas XXI gadsimta 20 gadi: nanoroboti

40. Evolūcija un nākotnes vīzijas
XXI gadsimta 50 gadi:
nanorobotu kolonijas uz kosmiskiem objektiem?

41. Izmantotie avoti:
Spektrum der wissenschaft, Verlagsgellschaft mbH, D Heidelberg, November 2001.
Spektrum der wissenschaft, Verlagsgellschaft mbH, D Heidelberg, December2004
Feynman RP. There's plenty of room at the bottom. Eng. and Sci. 1960
Regis E. Nano: The Emerging Science of Nanotechnology. New York: Little, Brown & Company
Nature 409, 32 (2001) Molecular electronics: Nanowires begin to shine David H. Cobden