Нанотехнологии в военном деле

 

 

 

 

 

Реферат

Нанотехнологии  в военном деле

 

 

 

 

Выполнил

Суслин А.Ю

Руководитель

Куйбышева В.И.

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение   -------------------------------------------------------------------      2
2. Виды нано материалов и методы их изучения  ---------------------      5
3. Сканирующие зондовые микроскопы   -------------------------------      11
4. Костюм «Скорпиона»  ------------------------------------------------------      14
5. Оружие на основе нанотехнологий  -----------------------------------     21
6. Умная пыль  ----------------------------------------------------------------      23
7. Заключение   ------------------------------------------------------------------  25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Прогресс не стоит на месте, и с каждым десятилетием общество  получает новую волну технического прогресса. Одно из главных на сегодняшний день направлений прогресса - это нанотехнологии. Они проявляются везде: в медицине, в досуге (телевидение, информационные носители) и т.д. В реферате рассмотрим применение нанотехнологий в военном деле. Развитию военного комплекса в нашей стране всегда уделялось огромное внимание. Еще в годы СССР создавались лучшие образцы военной техники для своего времени. Они доказали это на полях сражений Второй Мировой Войны и в годы противостояния СССР и США. Лучшие образцы военной техники покрыли себя не увядаемой славой – это танк Т-34, штурмовик ИЛ-2, гвардейские минометы Катюша, автомат Калашникова, наши балистические и космические ракеты, орбитальные станции и т.д. Достижения таких высот в технике было возможно благодаря тому, что Советское правительство уделяло огромное внимание комплексному развитию образования в СССР, подготовке инженерных кадров для промышленности, но самое главное развитию фундаментальных направлений в науке: физике, химии, механике. Все это смогло дать хорошие результаты в создании новейших образцов военной техники в сжатые сроки в условиях Мировой войны.

Но сейчас «война»  идет на другом фланге науке, которая выдвыгает новые технологии, материалы и их свойства. Также особое внимание теперь уделяется экипировке солдат:   легкие и прочные бронежилеты,приборы ночного видения, ультрасовременные приборы связи и навигации, новые способы оказания медицинской помощи, новые технологии в снабжении солдат. Открыть новое поле в разработке всего выше сказанного помогают нанотехнологии.

В реферате приведена информация о военной технике с элементами нанотехнологий. Новые уровни развития военного промышленного комплекса.

Нанотенология – наука, которая способна изменить структуру предметов, путем изменения их молекулярного строения.  Углерод – один из главных составляющих всего живого – является главным рабочим материалом для ученых работающих с наноматериалами. Другой стороной нанотехнологии является создание образцов приборов, устройств или их элементов крайне малых размеров, размер одной наночастици 10^-9, это дает возможность создавать маленькте самолеты разведчики, приборы связи и наблюдения, новые медицинские приборы.

Цель реферата – показать все стороны развития наноотрасли в военном комплексе не только в нашей стране, но и за рубежом.

Задачи: рассказать, что из себя представляют нанотехнологии, каково их применение в военном деле, каковы перспективы развития этого  направления.

Результатом можно  будет считать, окончательный вариант реферата, состоящий из 3х параграфов, введением и заключением, в которых будут указываться вся информация найденная и отредактированная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§1

Виды  нанометериалов и методы их изучения.

Высокотехнологичная война будет беспрецедентно быстрой и разрушительной

Освоение и  внедрение нанотехнологий называют третьей научно-технической революцией. Благодаря такому прорыву человек  сможет создавать новый мир по своему желанию, даже «конструировать» живую материю, основанную на саморегуляции. В будущем нанороботы будут способны к самовоспроизведению (невольно вспомнишь писателей-фантастов, которые предсказывали выход машин из-под контроля их создателей, что грозило уничтожением человечества). Однако все это дело отдаленного будущего.

 

Нано — одна миллиардная часть единого целого. Дольная приставка  означающая множитель 10⁻⁹ (одна миллиардная).

Введена в обращение в 1960 году. Происходит от др.-греч. νᾶνος, nanos — «гном, карлик» Чаще всего используется для измерения времени (наносекунда) или расстояния (нанометр) в основном в компьютерах и электронике

Наноматериалы

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих.

К современным наноматериалам относятся:

• Фуллерены — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

                                              фуллерен С60

• Графен  — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных посредством sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам, графен обладает большоймеханической жёсткостью и хорошей теплопроводностью (~1 ТПа и ~5×10³ Вт·м⁻¹·К⁻¹ соответственно). Высокая подвижностьносителей заряда делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.Основной из существующих в настоящее время способов получения графена, в условиях научных лабораторий основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоёв графита. Он позволяет получать наиболее качественные образцы с высокой подвижностью носителей. Этот метод не предполагает использования масштабного производства, поскольку это ручная процедура. Другой известный способ — метод термического разложения подложки карбида кремния гораздо ближе к промышленному производству. Поскольку графен впервые был получен только в 2004 году, он ещё недостаточно хорошо изучен и привлекает к себе повышенный интерес.

                       Графен.                        

• Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и обычно заканчивающиеся полусферической головкой.

Нанотрубки Углерода

 

• Нанокристаллы - или кристалл (от греч. κρύσταλλος, изначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — объект нанотехнологий на микроуровне:наночастицы, нанопорошки — объекты, у которых три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм. Идеальный нанокристалл — это трёхмерная частица совершенной структуры, лишенная всех дефектов строения, скорее это математический объект, имеющий полную, свойственную ему симметрию, идеально гладкие грани и т. д. Идеальный нанокристалл (кристалл) является теоретической моделью, широко используемой в теории твёрдого тела. Реальный нанокристалл всегда содержит различные дефекты, неровности на гранях и пониженную симметрию вследствие воздействия окружающей среды. Реальный нанокристалл вообще может не обладать кристаллографическими гранями, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в решётке.

 Нанокристалы оксида титана  Ti₃O₄

• Аэрогель - (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность и т. д. Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-хполучены первые образцы аэрогеля на основе углерода. Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50 % объёма. Как правило, этот процент достигает 90—99, а плотность составляет от 1 до 150 кг/м³. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в кластерынаночастиц размером 2—5 нм и пор размерами до 100 нм. Самое легкое и твердое вещество.

Аэрогель.

• Наноаккумуляторы — в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li₄Ti₅O₁₂ электродами имеют время зарядки 10-15 минут. В феврале 2006 года компания начала производствоаккумуляторов на своём заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионныхаккумуляторов для электромобилей.

Методы исследования

В силу того, что нанотехнология — междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы, что и «классические» биология, химия, физика. Одним из относительно новых методов исследований в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только «классические» зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими микроскопами, электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трёхмерной структуры материалов).

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ, англ. SPM — Scanning Probe Microscope) — класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением. Сканирующий зондовый микроскоп в современном виде изобретен (принципы этого класса приборов были заложены ранее другими исследователями) Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. За это изобретение были удостоены Нобелевской премии по физике за 1986 год, которая была разделена между ними и изобретателем просвечивающего электронного микроскопа Э. Руска.

 

СЗМ Solver P47 PRO

Отличительной СЗМ особенностью является наличие:

• Зонда,
• Системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,

регистрирующей системы.

Регистрирующая система фиксирует  значение функции, зависящей от расстояния зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной  обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор.

Принцип работы сканируюшего микроскопа.

Работа сканирующего зондового микроскопа основана на взаимодействии поверхности образца с зондом (кантилевер, игла или оптический зонд). При малом расстоянии между поверхностью и образцом действие сил взаимодействия (отталкивания, притяжения,и других сил) и проявление различных эффектов (например, туннелирование электронов) можно зафиксировать с помощью современных средств регистрации. Для регистрации используют различные типы сенсоров, чувствительность которых позволяет зафиксировать малые по величине возмущения. Для получения полноценного растрового изображения используют различные устройства развертки по осям X и Y .

Основные технические  сложности сканирующего зондового микроскопа:

• Конец зонда должен иметь размеры сопоставимые с исследуемыми объектами.
• Обеспечение механической (в том числе тепловой и вибрационной) стабильности на уровне лучше 0,1 ангстрема.
• Детекторы должны надежно фиксировать малые по величине возмущения регистрируемого параметра.
• Создание прецизионной системы развёртки.
• Обеспечение плавного сближения зонда с поверхностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 2

  Костюм Скорпиона

 

Практическое применение нанотехнологий, как и всяких новинок, первыми ищут военные. Новая техника, уверены ученые в погонах, в корне изменит характер боевых действий – война станет быстрой и разрушительной.

  Первыми изобретателями нанооружия стали американцы. По данным Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ) США, в 2006 году в Афганистане были испытаны системы слежения за передвижением войск союзников НАТО, чтобы координировать их действия. А эксперты Института глобального климата и экологии «Росгидромета» говорят, что нанооружие как разновидность климатического оружия могло быть испытано США еще во Вьетнаме в начале 70-х годов прошлого века – тогда там искусственно вызывались муссонные дожди.