Британскими учеными создан миниробот с ферромагнитной головкой

На 3D-принтере научились печатать сложных магнитных роботов

Yoonho Kim et al. / Nature, 2018

Американские исследователи нашли способ заранее программировать поведение 3D-печатных объектов в магнитном поле и для демонстрации работоспособности метода напечатали шестиногого робота, который может двигаться во внешнем поле и захватывать предметы.

В статье, опубликованной в Nature, авторы рассказали, что использовали мягкий материал с включениями ферромагнитных частиц таким образом, чтобы создавать области которые по-разному реагируют на внешнее магнитное поле.

Электромагнит вокруг печатающей головки принтера создает магнитное поле, ориентация которого задает ориентацию частиц в материале и определяет поведение объекта в магнитном поле после завершения печати.

Инженеры, создающие роботов для медицинских применений, сталкиваются с целым рядом проблем. Поскольку они должны быть небольшими, их сложно оборудовать электромоторами, аккумуляторами и другими ключевыми компонентами.

Многие разработчики подобных устройств решают эту проблему с помощью внешнего магнитного поля, позволяющего одновременно решить проблему с двигателем и источником энергии для него.

Но пока почти все эти разработки находятся на начальном уровне и не позволяют реализовывать в роботе сложные движения (или позволяют, но с помощью громоздких актуаторов), поэтому ученые продолжают разрабатывать более совершенные способы магнитного управления.

Группа ученых под руководством Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) из Массачусетского технологического института научились с помощью 3D-печати придавать мягкому материалу способность совершать сложные движения в ответ на изменения внешнего магнитного поля.

Материал для 3D-печати состоит из силиконового эластомера, выступающего в роли матрицы, и двух типов частиц-включений — ферромагнитных частиц сплава неодим-железо-бор размером около пяти микрометров, а также наночастиц диоксида кремния.

Кремниевые частицы позволяют подобрать текучесть материала для 3D-печати таким образом, чтобы они выходили из печатающей головки под давлением, но при этом сохраняли свою форму после печати даже при условии, что сверху нанесены еще несколько слоев.

Ученые предложили задавать поведение частей материала во внешнем поле на стадии печати. Для этого они оборудовали печатающую головку 3D-принтера электромагнитной катушкой, намотанной вокруг канала, по которому проходит материал печати.

Эта катушка создает магнитное поле, направленное вдоль или в обратном направлении относительно потока материала, за счет чего ферромагнитные частицы ориентируются соответствующим образом. В результате в напечатанном материале можно создать домены с нужным направлением намагниченности и нужной реакцией на внешнее поле.

При этом печатающая головка экранирована и слабо влияет на ориентацию частиц в уже напечатанных слоях.

Схема создания доменов с определенной намагниченностью в материале Yoonho Kim et al. / Nature, 2018Ученые разработали модель, которая позволяет предсказать изменения формы материала в зависимости от расположения созданных в нем доменов и показали ее эффективность, создав несколько необычных прототипов.

К примеру, они напечатали шестиконечного робота, который может складывать конечности, ползти, кататься и захватывать легкие предметы. Кроме того, исследователи напечатали несколько других структур, в том числе ауксетики, которые сокращаются по двум направлениям при приложении внешнего магнитного поля.

Структура магнитных доменов, симуляция и реальное поведение напечатанных прототипов ауксетиков Yoonho Kim et al. / Nature, 2018Недавно немецкие ученые разработали отчасти похожий метод создания магнитных роботов, способных совершать сложные движения во внешнем поле.

Они использовали силиконовый эластомер с ферромагнитными частицами, которые намагничиваются таким образом, что их векторы намагниченности в полоске имеют гармонический профиль.

В результате получаемая таким образом полоска изгибается во внешнем магнитном поле, причем величина и направление изгиба зависит от величины и направления вектора магнитной индукции.

Григорий Копиев

Ферромагнитные плавающие роботы — новое слово в диагностике и лечении заболеваний

Микроскопические роботы, которые могут передвигаться внутри нашего организма уже давно перестали быть чем-то невероятным и, скорее всего, рано или поздно найдут свое применение в медицине.

Но интересным остается другое: все существующие на сегодняшний момент роботы имеют в своей основе самые разные технологии перемещения. И недавно специалисты из Эксетерского университета (Великобритания) представили одну из, пожалуй, самых интересных.

Она основана на создании роботов с ферромагнитной головкой.

Как сообщает редакция журнала Physics of Fluids, робот состоит из двух основных частей: уже упомянутой ферромагнитной головки и гибкого подвижного жгуитика на другом конце.

Исследуются динамические характеристики робота-пловца на границе раздела фаз воздух-жидкость в зависимости от частоты и амплитуды внешнего магнитного поля удалось установить, что скоростью миниатюрного робота можно управлять, используя магнитное поле с частотой менее 3,5 микротесла.

При этом, изменяя длину жгутика, удалось добиться того, что можно четко контролировать перемещение робота, заставляя двигаться в требуемую сторону.

Геометрическая конфигурация модели робота (а) и схематичное изображение ферромагнитной частицы (b)

Само устройство робота довольно просто: на одном конце расположена головка из ферромагнитного материала, имеющего в своем составе неодим, железо и бор.

Кристаллическая решетка вещества имеет тетрагональную форму и позволяет ему иметь хорошие ферромагнитные свойства. Головка выполнена в форме куба с гранью равной 0,5 миллиметра.

На другом конце микробота располагается подвижный жгутик (или хвост).

Перемещение робота было позаимствовано у самой природы. Жгуик одноклеточных и некоторых клеток животных (например, сперматозоидов), двигаясь, создает завихрения потоков жидкости, что и позволяет двигаться. Жгутик робота делает то же самое.

Измерение скорости потока жидкости в зависимости от частоты. Тут показано схематическое изображение робота с ферромагнитной частицей в качестве насоса

О сфере применения робота создатели пока не говорят, замечая, что используя его в медицинской практике можно добиться потрясающих результатов. Например, применив таргетную доставку лекарственных средств или же в качестве устройства диагностики заболеваний и мониторинга за состоянием здоровья.

Эту и другие новости вы можете обсудить в нашем чате в Телеграм.

Британские учёные создают магнетизм в немагнитных металлах

Магниты находят многочисленные области применения, включая выработку электроэнергии в ветровых турбинах, запоминающих устройствах и рентгенографии.

Однако всего лишь три металла – железо, кобальт и никель – являются природными ферромагнитными, то есть они остаются магнитными в отсутствии поля.

Учёные из университета в Лидса – Leeds University (Великобритания) открыли метод создания магнетизма в металлах, которые не являются природными магнитами, тем самым, открывая возможность использования целого ряда новых материалов для магнитных применений.

В своей новой работе учёные — исследователи показали, как изменять характер немагнитных материалов путём удаления нескольких электронов при использовании поверхности раздела покрытого тонким слоем молекул углерода С60, который также известен как бакибол (buckyball) или классический фуллерен (кластерная углеродная структура, содержащая от 10 до 1000 атомов и по форме напоминающая футбольный мяч). Движение электронов между металлом и молекулами даёт возможность немагнитным материалам стать магнитными. Как утверждают учёные, этот метод открывает новые возможности для различных областей применения во многих отраслях. Учёные из Лидского университета впервые продемонстрировали, как создавать магнетизм в металлах, не являющихся природными магнитами, что может положить конец нашей зависимости от некоторых редких и токсичных элементов, используемых в настоящее время. Они подробно описали способ изменения квантовых взаимодействий вещества, используя математическое уравнение, которое определяет, являются ли элементы магнитными, называемое критерием Стонера (условие возникновения ферромагнетизма в системе коллективизированных электронов). Умение генерировать магнетизм в материалах, не являющихся естественно магнитными, открывает новые пути к устройствам, в которых изобилуют такие элементы как углерод и медь. Магниты применяются в промышленных целях и во многих технологических приложениях, включая выработку энергии в ветровых турбинах, в жёстких компьютерных дисках, а также в рентгенографии в медицине.

Будущие технологии, такие как квантовые компьютеры, потребуют нового поколения магнитов с дополнительными свойствами для увеличения возможностей хранения и обработки данных. Как отметил один из учёных, это исследование – шаг вперёд на пути создания таких «магнитных метаматериалов», которые могут удовлетворить эту потребность.

Несмотря на их широкое применение, при комнатной температуре только три элемента являются ферромагнитными — это означает, что они обладают высокой склонностью к тому, чтобы стать и остаться магнитными в отсутствии поля, в противоположность парамагнитным материалам, которые всего лишь слабо притягиваются к полюсам магнита и не сохраняют магнетизм самостоятельно. Эти ферромагнитные элементы – металлы железо, кобальт и никель. Такое малое разнообразие магнитных материалов ограничивает возможности приспосабливания магнитных систем для конкретных целей применения без использования очень редких или токсичных материалов. Создание устройств только с этими тремя естественно доступными для нас магнитными металлами можно сравнить со строительством небоскрёба только из кованого железа. Почему бы не добавить немного углерода и не сделать сталь?

Условие, определяющее, является ли вещество ферромагнитным, называется критерием Стонера. Оно объясняет, почему железо ферромагнитное, а марганец – нет, даже притом, что эти элементы располагаются рядом в периодической таблице.

Критерий Стонера был сформулирован профессором Эдмундом Клифтом Стонером, английским физиком-теоретиком, который работал в Лидском университете с 1930-х годов по 1960-е годы. В основании критерия лежит анализ распределения электронов в атоме и сила взаимодействия между ними.

Элемент является ферромагнитным, если при умножении числа различных состояний, которые электроны занимают вокруг ядра атома (плотность состояний), на так называемое «обменное взаимодействие», результат должен быть больше, чем единица.

Обменное взаимодействие относится к магнитному взаимодействию между электронами внутри атома, которое определяется ориентацией каждого магнитного «спина» — квантово-механического свойства, описывающего внутренний кинетический момент, осуществляемый элементарными частицами, с только двумя вариантами: либо «вверх», либо «вниз».

В новом исследовании учёные из Лидского университета показали, как изменить обменное взаимодействие и плотность состояний в немагнитных материалах путём удаления некоторых электронов с использованием границы раздела, покрытой тонким слоем молекул углерода C60, также называемых бакиболом. Движение электронов между металлом и молекулами даёт возможность немагнитному материалу преодолеть критерий Стонера.

Научный руководитель проекта профессор Оскар Сеспедес (Oscar Cespedes) сказал, что после того, как было обнаружено, что создание такой молекулярной границы раздела изменяет поведение магнитов, следующим шагом было проверить, можно ли использовать молекулы также для того, чтобы придать магнитное упорядочение немагнитным металлам.

Учёные отметили, что этот шаг был успешно продемонстрирован, но необходима дальнейшая работа для того, чтобы сделать эти синтетические магниты сильнее. Профессор Сеспедес говорит, что пока ещё нельзя воткнуть один из таких магнитов в ваш холодильник.

Но уже есть уверенность в том, что, применяя этот способ с правильной комбинацией элементов, можно будет получить новую форму «дизайнерских» магнитов для настоящих и будущих технологических решений.

Британские ученые создали робота-воробья

Для изучения повадок воробьев американские биологи при содействии специалистов по робототехнике построили электромеханического воробья, которого остальные члены стаи могли бы принять за настоящего. Для придания проекту реалистичности машина была изготовлена из тушки настоящей птицы, погибшей ранее.

В проекте приняли участие инженеры из университета Дьюка в Северной Каролине (США), а также профессиональный таксидермист, то есть мастер по созданию чучел. Ключевым механическим компонентом стал небольшой линейный электродвигатель, управляемый при помощи доступных в продаже компьютерных чипов Picaxe.

Машина получила название Robosparrow, то есть «робоворобей». Проект посвящен изучению принципов агрессивного поведения среди видов птиц. Эксперимент проводился в течение двух месяцев, и по его итогам было подтверждено, что хлопанье крыльями у пернатых является знаком агрессии самцов.

Об этом в интервью BBC рассказал глава исследовательской группы доктор Ринди Андерсон (Rindy Anderson).

Доктор Андерсон отметил, что для управления мотором было необходимо создать программную платформу и настроить ее таким образом, чтобы крылья приходили в движение через определенные интервалы времени. Таким образом, взмахи крыльями производились не случайным образом, а в определенном порядке.

Но самым сложным моментом, как заявил глава исследовательской группы, было создание данного механизма в столь мелком масштабе. В конечном итоге проект обошелся в $1500, хотя изначально предполагалось, что «робоворобей» будет стоить еще дешевле.

Авторы проекта хотели установить на него модифицированный моторчик от радиоуправляемого аэроплана или игрушечного автомобиля, однако все фабричные образцы оказались слишком громоздкими, чтобы уместиться в 18-граммовой птице.

Поэтому инженеры проекта спроектировали свой мотор на основе коммерческих образцов и уменьшили его габариты до нужного масштаба.

Когда все технические проблемы были решены, а управляющий чип соответствующим образом запрограммирован, робот был помещен в стаю. Для привлечения других особей авторы проекта оборудовали «робоворобья» дискретным аудиочипом. Машущий крыльями робот выдержал всего два месяца работы, потому что другие птицы постоянно на него нападали.

Доктор Андерсон отметил, что у исследователей не было запасного робота, и на всем протяжении эксперимента ученые «молились», чтобы с единственным экземпляром ничего не случилось. Однако в конечном итоге у Robosparrow отвалилась голова, а крылья перестали двигаться.

Ученые установили, что агрессия других особей не зависела от того, хлопал робот крыльями или нет.

Топ-6 самых маленьких роботов в мире

Робот – это не всегда двухметровый механический гигант, неповоротливый и угловатый, издающий скрежет при каждом движении.

Разработчики стараются делать свои изобретения как можно более компактными, механизмы становятся изящнее, меньше, быстрее. Сегодня самые маленькие роботы могут достигать всего лишь нескольких миллиметров.

Сферы применения механических крох самые разные и удивительные – от деятельности разведчика до хирургических операций.

Топ-6 миниатюрных роботов

Робот Микро

Ученые из Нью-Мексико создали робота, высота которого равна сантиметру. Механизм может повернуться вокруг своей оси, не выходя за пределы монеты – настолько он миниатюрен.

Общие габариты модели – около пяти сантиметров в кубе, робот передвигается на гусеницах, которые работают от мини-моторов, получающих, в свою очередь, энергию от батареек из наручных часов.

Инженеры наградили детище восемью килобайтами памяти и встроенным температурным сенсором. Робот легок, мобилен и почти невидим благодаря своим габаритам – если навесить на корпус камеру, можно будет использовать его в качестве шпиона.

https://www.youtube.com/watch?v=twpIiVjvV3Y

Чтобы придать сложному механизму такой маленький объем, разработчики пришли к нестандартному решению, подсмотренному в фильме «Звездный путь».

Корпус микроробота был фактически выращен в соответствии с технологиями, о которых рассказывается в фантастической саге «Star Treck», а именно с помощью метода стереоскопической литографии.

Эта технология заключается в том, что лазер, ориентируясь на компьютерный чертеж, рисует в емкости с пластичным фотополимером одну точку за другой, и с каждой вспышкой света субстанция твердеет.

Возможно, ученые смогли бы сделать модель еще более микроскопической, но препятствием стал размер батареек, замены которым пока не нашлось.

Робот-таракан

Разработчики из Франции, Бельгии и Швейцарии создали 30-миллиметрового робота-таракана, который перемещается с помощью колес, имеет встроенные камеры и инфракрасные сенсоры.

Робот не может похвастаться идеальным сходством с самым нелюбимым домашним насекомым, человеческий глаз сразу различит подвох, но настоящих тараканов провести оказалось гораздо проще: все потому, что они ориентируются на скорость движения особей и их запах. И если с имитацией первого у ученых проблем не возникло, то со вторым пунктом все оказалось сложнее.

Насекомые опознают друг друга по запаху, который вырабатывается углеводородами на поверхности тела. Лаборанты смывали пахучие вещества с тела тараканов с помощью специальных растворителей, а затем заворачивали каждого робота в фильтровальную бумагу, пропитанную «ароматизированной» эссенцией.

Старания ученых не были напрасными: в конце концов роботы настолько втерлись в доверие живых насекомых, что, ни много ни мало, смогли управлять коллективным поведением остальных.

В ходе эксперимента настоящих тараканов и их механических собратьев посадили в ярко освещенный сосуд с двумя укрытиями из пластика, которые давали разное количество тени.

В итоге все особи собрались под наименее защищенным от света укрытием, устремившись туда вслед за роботами под воздействием стадного инстинкта.

Примечательно, что при аналогичном опыте с участием только настоящих тараканов испытуемые занимали хорошее укрытие.

Фокус удался благодаря исследованию биологов, которые при изучении поведения общественных животных увидели, что те при принятии решения ориентируются на поведение состайников.

Роботы-тараканы могут стать мощным инструментом влияния на большие группы насекомых и даже уничтожать популяции вредителей. Возможно, в недалеком будущем подобные методы можно будет применять и к позвоночным.

Самый маленький робот-гуманоид

Самый миниатюрный человекоподобный механизм был разработан компанией GeStream Technology и представлен на международной робовыставке в Тайвани.

Нобелевские премии 2007 года. гигантское магнетосопротивление – триумф фундаментальной науки

Нобелевскую премию 2007 года по физике получили физики из Европы Альбер Фер (Albert Fert) и Петер Грюнберг (Peter Grunberg), независимо друг от друга открывшие эффект гигантского магнетосопротивления (GMR — Giant Magnetoresistance).

Это не первая награда ученых: за последние двадцать лет их заслуги отметили Физические общества Америки и Европы, Международный союз по физике и прикладной физике, наградили премией Японский фонд науки и технологии и израильский Фонд Вольфа. Открытие стало важным шагом в развитии технологии хранения информации.

За необычайно короткий срок удалось перейти от лабораторных образцов к промышленному использованию эффекта GMR в считывающих головках жестких дисков и сверхчувствительных магнитных сенсорах.

Однако, как бы ни было велико практическое значение открытия, нельзя не отметить, что Нобелевская премия по физике 2007 года — это прежде всего триумф фундаментальной науки.

Мы с вами — свидетели удивительных достижений последних лет в области компактного хранения информации: размеры жестких дисков уменьшаются, а емкость увеличивается и измеряется уже терабайтами (тысячами миллиардов байт).

Однако этот технологический прогресс вряд ли был бы возможен без продолжительных фундаментальных исследований магнитных и квантово-механических свойств материалов. Еще 150 лет назад британский физик Уильям Томпсон (лорд Кельвин) начал изучать влияние магнитного поля на электрическое сопротивление материалов.

В 1857 году он опубликовал статью, в которой описал, как изменяется сопротивление железа в зависимости от направления магнитного поля. Оказалось, что, если пропускать электрический ток вдоль магнитного поля, сопротивление возрастает, а если поперек — уменьшается. Это явление получило название анизотропного магнетосопротивления.

На его основе созданы широко используемые на практике магниторезистивные материалы, в частности пермаллой — сплав железа и никеля. Следующий шаг сделал английский физик Невилл Мотт, получивший в 1977 году Нобелевскую премию по физике “за фундаментальные теоретические исследования электронной структуры магнитных и неупорядоченных систем”.

В середине тридцатых годов XX века он обратил внимание коллег на некоторые аномалии переноса электричества в ферромагнетиках, возникающие из-за того, что у электрона, помимо заряда, есть спин.

Понятие “спин” вошло в физику более восьмидесяти лет назад.

Спин — это собственный момент вращения электрона (хотя, строго говоря, никакого вращения у электрона нет), его важное квантовое свойство (подробнее см. “Наука и жизнь”, № 11, 2003 г.). Со спином связан и магнитный момент электрона, поэтому его поведение в магнитном материале зависит от направления спина. Большинство электронов выстраиваются так, что их спин направлен вдоль магнитного поля, но некоторая часть электронов имеет противоположно направленный спин. Различия в направлении спинов можно использовать для получения разнообразных магнитоэлектрических эффектов. Однако до последнего времени электроника, используемая в компьютерной и бытовой технике, “эксплуатировала” только заряд электрона. Более того, по словам ирландского физика Майкла Коуи, традиционная электроника игнорировала спин. Это известное высказывание получило название “леммы Коуи”.

Эра спиновой электроники началась в 1988 году, когда было открыто гигантское магнетосопротивление (GMR) в многослойных материалах с чередующимися тонкими слоями ферромагнитных и немагнитных металлов. Толщина отдельного слоя составляет всего несколько атомов.

Сопротивление таких образцов велико, если магнитные поля в ферромагнетиках направлены в противоположные стороны, и минимально, когда магнитные поля параллельны.

В чем причина этого эффекта? Электрическое сопротивление проводника тем выше, чем чаще электроны, влекомые электрическим полем, сталкиваются с препятствиями (неоднородностями кристаллической решетки, примесями) и отклоняются от прямого пути.

При этом электроны с разнонаправленными спинами при встрече с препятствиями ведут себя немного по-разному. Одни из них, например, те, спины которых совпадают с направлением магнитного поля, тормозятся в меньшей степени, а противоположно направленные — в большей.

Какие электроны будут иметь преимущество, зависит от типа магнитного материала, в который специально вводят примеси других веществ. Например, если добавить в никель небольшое количество железа или кобальта, электроны со спином, направленным вниз, будут рассеиваться в 20 раз сильнее, чем электроны, спин которых направлен вверх.

Явление гигантского магнетосопротивления удается наблюдать только в очень тонких пленках. При движении в толстых проводниках электрон успевает сменить направление спина под влиянием разных причин.

Предпосылкой к открытию эффекта GMR стали технологии для изготовления тончайших (нанометровых) слоев металла, появившиеся в семидесятые годы XX века. Так что GMR-технологию можно рассматривать как одно из первых применений популярных сегодня нанотехнологий. Новое научно-технологическое направление, использующее спиновые эффекты, получило название “спинтроника”. Были разработаны спиновые клапаны и магнитные туннельные переходы, которые позволили на порядки увеличить плотность записи информации.

МАГНЕТОСОПРОТИВЛЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

В жестких дисках информация накапливается в виде плотно упакованных крошечных областей, намагниченных по-разному. Одно направление намагниченности соответствует логическому “0”, другое — “1”. Для того чтобы обработать информацию, записывающая/считывающая головка сканирует жесткий диск.

В погоне за его миниатюризацией ученым и инженерам приходится уменьшать размеры магнитных областей. Это означает, что магнитное поле над поверхностью участка, хранящего один бит информации, становится слабее и его сложнее считывать. И следовательно, для такого плотно упакованного жесткого диска требуется более чувствительная считывающая техника.

Первоначально для этих целей использовались катушки индуктивности, и они до сих пор играют важную роль при записи информации на диск. А вот для ее считывания лучше подходят магниторезистивные сенсоры.

До недавнего времени для считывания информации с жесткого диска использовались головки с сенсорами из магниторезистивных материалов, основанных на эффекте анизотропии, обнаруженном лордом Кельвином. Открытие гигантского магнетосопротивления стало чрезвычайно важным шагом в повышении магнитной чувствительности сенсоров.

В качестве примера устройства, использующего эффект GMR, рассмотрим работу спинового клапана. В нем слой немагнитного металла (хром, медь) проложен между двумя слоями ферромагнетика (железа, кобальта, никеля). Первый слой ферромагнетика называется фиксирующим, потому что магнитное поле в нем закрепляет плотно прилегающий слой антиферромагнетика.

За проводящим немагнитным слоем следует чувствительный ферромагнитный слой. Магнитное поле фиксирующего ферромагнетика направлено всегда в одну сторону, а чувствительного — определяется внешним магнитным полем. Если оба этих слоя намагничены в одном направлении, большая часть электронов будет иметь параллельные спины и легко проскочит через “сэндвич”.

То есть у образца будет низкое сопротивление. Если магнитные поля у ферромагнитных слоев направлены в противоположные стороны, все электроны будут иметь антипараллельные спины в одном из ферромагнитных слоев, которые рассеиваются в большей степени. Их движение будет затруднено, а сопротивление образца окажется высоким.

Такой спиновый клапан помещают в считывающую головку, сканирующую жесткий диск. У него фиксирована намагниченность первого ферромагнитного слоя, а намагниченность второго ферромагнитного слоя изменяется при изменении магнитного поля жесткого диска. При параллельной намагниченности двух слоев сопротивление образца низкое, и наоборот. Этот скачок сопротивления позволяет с высокой точностью различать два состояния намагниченности системы, которым приписывают логический “0” и “1”.

ВКЛАД АЛЬБЕРА ФЕРА И ПЕТЕРА ГРЮНБЕРГА

Альбер Фер с коллегами исследовал систему из нескольких десятков чередующихся слоев железа и хрома. Чтобы получить должный эффект, ученые проводили эксперименты в условиях почти полного вакуума при низкой температуре.

Группа Петера Грюнберга работала с более простой системой, состоящей из двух или трех слоев железа, проложенных слоем хрома.

Фер обнаружил, что электрическое сопротивление пленок уменьшается на 50%, когда относительная намагниченность ферромагнитных слоев изменяется от антипараллельной до параллельной конфигурации при наложении внешнего магнитного поля в условиях низких температур.

У Грюнберга показатели меньше — всего 1,5%, но при комнатной температуре (эта цифра выросла до 10% при температуре 5К). Физическая природа эффекта, который наблюдали независимо обе группы ученых, оказалась одинаковой. Ученые констатировали, что наблюдали совершенно новое явление.

Альбер Фер был одним из тех, кто предложил теоретическое объяснение гигантского магнетосопротивления и в своей первой публикации 1988 года указал, что открытие может иметь большое значение для практики. Петер Грюнберг также отметил практический потенциал явления и одновременно с публикацией своих научных исследований в 1989 году предусмотрительно оформил патенты в Германии, Европе и США.

Но для широкого применения новой технологии требовалось разработать промышленный процесс получения тончайших слоев. Метод, который использовали и Грюнберг, и Фер, был достаточно сложным и дорогим. Он больше подходил для лабораторных исследований, а не для крупномасштабных промышленных разработок.

Воплотить фундаментальные разработки в жизнь помогли работы англичанина Стюарта Паркина (Stuart Parkin). Он показал, что для изготовления тонкослойных магнитных “сэндвичей” можно использовать технологию магнетронного распыления, причем при комнатной температуре.

И с 1997 года началось производство GMR-головок, которые позволили многократно увеличить емкость жестких дисков.

МАГНИТНАЯ ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (MRAM) – ЕЩЕ ОДИН ШАГ ВПЕРЕД

Используя явление магнитного туннельного перехода (MTJ — Magnetic Tunnel Junction), ученые создали еще один спиновый клапан, в котором закрепленный и свободный магнитные слои разделены слоем тонкого изолятора. Электрический ток не проходит через изолятор.

Однако если изолирующий слой достаточно тонкий, то электроны способны просачиваться через барьер. Этот квантово-механический эффект называется туннелированием. Большое магнетосопротивление в магнитных туннельных переходах наблюдали при комнатных температурах в 1995 году несколько исследователей.

Магнитный туннельный переход уже применяется в считывающих головках новейшего поколения. На использовании MTJ-эффекта основана еще одна революционная технология — магнитная оперативная память MRAM (Magnetic Random Access Memory). Это быстродействующая память с низким электропотреблением, высоким быстродействием и высокой плотностью записи.

Поскольку работа MRAM зависит от намагниченности ферромагнитного слоя, то ее содержимое не исчезает при отключении электропитания. Более того, в отличие от обычной динамической памяти (DRAM) и ферромагнитной (FRAM) на работу MRAM не влияет ионизирующее излучение. Поэтому ее можно с успехом использовать в космической технике.

Что касается суммарной величины магниторезистивного эффекта, который используется на практике, то она достигает нескольких десятков процентов, хотя магнитное поле над жестким диском всего в 10—20 раз превосходит небольшое магнитное поле Земли. При этом современный бит информации имеет буквально нанометровый размер.

Экспериментируя со слоями образцов, ученые смогли довести величину магнетосопротивления до сотен процентов и обещают увеличить ее еще на порядок.

Фундаментальные исследования магнитных явлений продолжаются: вслед за гигантским магнетосопротивлением было открыто колоссальное магнетосопротивление, которое возникает в перовскитах (например, LaMnO3) в очень сильных магнитных полях. Затем обнаружили эффект экстраординарного магнетосопротивления, основанный на изменении орбитального движения электронов в магнитном поле.

Открытие гигантского магнетосопротивления и развитие спинтроники — отличный пример, когда фундаментальная наука и новая технология переплетаются и укрепляют одна другую.

Возможность работать с тонкими пленками, толщиной в несколько атомов, появилась благодаря развитию нанотехнологических методов.

Теперь же дальнейшее изучение GMR-эффекта способствует прогрессу нанотехнологий.

КОММЕНТАРИЙ

ПЯТЬ ЭФФЕКТОВ ФИЗИКИ МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ

Прокомментировать выдающееся событие в области магнетизма — награждение Нобелевской премией по физике исследователей, открывших явление гигантского магнетосопротивления, — мы попросили вице-президента Магнитного общества России профессора кафедры общей физики и магнитоупорядоченных сред физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, доктора физико-математических наук Александра Метталиновича ТИШИНА.

Надо отметить, что в физике магнитных явлений можно насчитать всего пять групп эффектов, подобных явлению гигантского магнетосопротивления. Эти эффекты либо уже широко используются, либо близки к применению. Во-первых, магнитооптические эффекты (Керра, Фарадея), приводящие к повороту плоскости поляризации луча света, проходящего через магнитное вещество или отраженного от него.

Во-вторых, эффект магнитокристаллографической анизотропии, приводящий к зависимости магнитных свойств тела от направления приложенного магнитного поля, как следствие воздействия кристаллического поля образца. В-третьих, явление гигантской магнитострикции — существенное изменение объема и линейных размеров тела при намагничивании.

В-четвертых, обсуждаемый выше эффект гигантского магнетосопротивления. И, в-пятых, магнитокалорический эффект, который заключается в изменении температуры магнитного материала при его намагничивании или размагничивании во внешнем магнитном поле в адиабатических условиях (при отсутствии теплового обмена с окружающей средой).

В частности, магнитооптический эффект используется при производстве магнитооптических дисков. Эффект магнитной анизотропии применяют для создания высококоэрцитивных постоянных магнитов, таких, например, как неодим-железо-бор (NdFeB), ежегодный выпуск которых составляет 40—50 тыс. тонн. Безусловно, большинство из этих явлений были известны более ста лет назад.

Но эффект гигантского магнетосопротивления, который нашел наиболее широкое практическое применение (большинство жестких дисков компьютеров содержат спиновые клапаны), занимает особое место среди них. В этом смысле его можно сравнить только с явлением магнитной анизотропии, ведь постоянные магниты используются повсюду — от мобильных телефонов и компьютеров до автомобилей.

В последнем вы можете найти от 30 до 70 узлов (в зависимости от комплектации), в которых установлены постоянные магниты. По моему мнению, одним из наиболее близких по коммерческому потенциалу к GMR-эффек-ту является гигантский магнитокалорический эффект (GMCE). GMCE, как и GMR-эффект, был открыт около 18 лет назад и запатентован группой профессоров и сотрудников нашей кафедры (С. А.

Никитин, Г. М. Мяликгулыев, А. М. Тишин и др., Авторское свидетельство SU 1746162 A1, 1990). GMCE достигает значения -7 К/Тл в сплавах FeRh. Сегодня в мире создано около тридцати прототипов магнитных холодильников для области комнатных температур, в большинстве из которых используются рабочие тела, предложенные нами.

Созданные устройства демонстрируют крайне высокую эффективность магнитного охлаждения — до 60% от цикла Карно (теоретически она может достигать 80—90 % от цикла Карно, а в современных бытовых фреоновых холодильниках — на уровне 10—13%!).

Поскольку рабочие тела в магнитных холодильниках — твердотельные магнитные материалы, то такие холодильники будут компактными и экологически чистыми, ведь в них отсутствует фреон. (Более подробная информация об GMCE — в книге A. M. Tishin, Y.I. Spichkin. The Magnetocaloric Effect and Its Applications. Institute of Physics Publishing, Ltd., Bristol & Philadelphia, 2003, 475 p.)

Наука и жизнь // Иллюстрации

Альбер Фер (Albert Fert), Университет Париж-Сюд (Париж).

Петер Грюнберг (Peter Grunberg), Исследовательский центр города Юлиха (Германия).

За два с небольшим десятка лет плотность записи данных на жестких дисках многократно возросла.

Сопротивление проводника электрическому току возникает из-за того, что электроны рассеиваются, сталкиваясь с неоднородностями материала.

Когда проводник с магнитными свойствами помещен в магнитное поле, спин большинства электронов направлен параллельно магнитным линиям.

Принцип работы спинового клапана.

Эффект туннельного магнетосопротивления возникает в “сэндвиче”, состоящем из двух ферромагнитных слоев, разделенных нанометровым слоем изолятора или полупроводника.

‹

›

Детальное описание иллюстрации

Феррожидкость — что это и как сделать ферромагнитную жидкость самому

Человеку, далекому от научных открытий, попрощавшемуся с физикой или химией еще в школе, многие вещи кажутся необычными.

Пользуясь в повседневности, например, электроприборами, мы не задумываемся о том, как именно они работают, воспринимая блага цивилизации, как должное.

Но когда речь заходит о чем-то, выходящем за рамки бытового восприятия, даже взрослые люди изумляются, словно дети, и начинают верить в чудеса.

Чем, кроме магии, можно объяснить явление возникновения из, казалось бы, обычной жидкости объемных фигур, цветов и пирамид, волшебных картин, сменяющих друг друга? А ведь не волшебство, наука дает обоснование происходящему.

Что такое феррожидкость?

Речь идет о феррожидкости – коллоидной системе, состоящей из воды или другого органического растворителя, содержащего мельчайшие частицы магнетита, и любого материала, который содержит железо.

Их размеры настолько малы, что даже трудно представить: они в десятки раз тоньше человеческого волоса! Такие микроскопические показатели величины позволяют им равномерно распределяться в растворителе с помощью теплового движения.

До поры, пока нет внешнего воздействия, жидкость спокойна, напоминая собою зеркало. Но стоит только поднести к этому «зеркалу» направленное магнитное поле, как оно оживает, являя зрителю удивительные объемные картины: расцветают волшебные цветы, вырастают на поверхности движущиеся фигуры, изменяющиеся под воздействием поля.

В зависимости от силы и направленности воздействия магнитного поля, картины меняются на глазах – от легкой, едва заметной ряби, появляющейся на поверхности жидкости, через иглы и пики, меняющие остроту и наклон и перерастающие в цветы и деревья.

Возможность создавать цветные картины с помощью подсветки, поистине завораживающие наблюдателя, раскрывают перед ним неизведанный мир.

К сожалению, частицы металла, хоть и названы ферромагнитными, в полном смысле таковыми не являются, так как не могут сохранять получившуюся форму после исчезновения магнитного поля.

Поскольку они не обладают собственной намагниченностью.

В связи с этим и использование данного открытия, являющегося, к слову, не совсем новым – его совершил американец Розенцвейг еще в середине прошлого века, не нашло широкого применения.

Как сделать и где применяется ферромагнитная жидкость?

Феррожидкости применяются в электронике, в автомобильной промышленности, и хочется верить, что их повсеместное применение не за горами, и с развитием нанотехнологий они будут достаточно широко использоваться. Пока же это большей частью забава для восхищенной публики, избалованной различными видами зрелищ.

Объемные картины заставляют следить за ними, затаив дыхание, сомневаться, не монтаж ли это, и искать объяснение происходящему, хотя бы в интернете.

Как знать, быть может маленький мальчик, который сегодня следит за металлическими «живыми» цветами и фигурами, разинув рот, завтра найдет этому явлению принципиально новое применение, произведя революцию в науке и технике. Но это – завтра, а пока – смотрите и наслаждайтесь!

Научно-исследовательская работа “Ферромагнитная жидкость”

Содержание

Глава I ВВЕДЕНИЕс.3

Цель и задачи работы с.3

Актуальность работы с.4

Гипотеза с.4

Глава II ИЗ ГЛУБИНЫ ВЕКОВс.4

Наноистория и нанореволюция с.4

Наноразмер с.5

Глава III ЗАГАДКА НАНОМИРА. МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ с.5

История открытия ферромагнитной жидкости с.5

Получение магнитной жидкости в школьной лаборатории с.5-7

Изучение свойств магнитной жидкости с.8

Эксперимент №1Взаимодействие МЖ с магнитным полем с.8

Эксперимент № 2 Изготовление «магнитной» бумаги с.8

Эксперимент № 3 Эффект Тиндаля с.9

Эксперимент № 4 Исследование поведения МЖ в этаноле с.9

Эксперимент № 5 Удаление с поверхности воды загрязнений из машинного масла с.10

Эксперимент № 6 Разрушение магнитной жидкости кислотами с.10

Применение магнитной жидкости с.11

Глава IV ЗАКЛЮЧЕНИЕ с.12-13

Литература и интернет источники с.14

Приложение 1 с.15

Приложение 2 с.16

Приложение 3 с.17

«Нанотехнологии – это ворота,

открывающиеся в совершенно новый мир».
Р. Колвелл

Глава I. ВВЕДЕНИЕ

Конец прошлого и начало нынешнего века ознаменовались бурным ростом интереса к нанотехнологиям. О нанотехнологиях говорится очень много и на самых различных уровнях. Тема развития нанотехнологий часто поднимается в средствах массовой информации и в выступлениях политиков.

При этом говорится о начале новой нанотехнологической революции и XXI век называют веком нанотехнологий .В природе нанороботы и нанофабрики работают уже миллиарды лет. Никого не удивляет то, что всего из одной яйцеклетки вырастает человек.

Сегодня в промышленных масштабах производятся такие изделия, что по сравнению с ними гвозди, которыми Левша подковал блоху, все равно, что египетские пирамиды рядом с детскими кубиками.

Цель работы

Получить и изучить свойства ферромагнитной жидкости в школьной лаборатории

Задачи работы

Изучить историю развития нанотехнологий
Разработать методику получения ферромагнитной жидкости в школьной лаборатории
Изучить свойства ферромагнитной жидкости
Ознакомится с новейшими достижениями в области наножелеза и примерами использования его в повседневной жизни.

Актуальность работы

Нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Возможности её поражают воображение, мощь – вселяет страх.

Технологии получения магнитных жидкостей и применения их в различных областях современной науки и техники, биологии и медицины являются, безусловно, актуальными. Они представляют большой интерес для специалистов в физике, химии, технике, биологии и медицине. Перспективы применения магнитной жидкости неисчерпаемы.

Гипотеза

Мы выдвинули гипотезу: «Можно ли в школьной лаборатории получить нанообъект – магнитную жидкость и исследовать ее свойства»

Глава II . ИЗ ГЛУБИНЫ ВЕКОВ

Ученые говорят о применении «нанотехнологии» еще в древности. В средние века ремесленники-гончары из провинции Умбрия использовали нанотехнологии. В эпоху Ренессанса достаточно широко использовались наночастицы золота и серебра при изготовлении витражных стекол, красота и богатство красок, которых восхищают нас до сих пор.

Дедушкой нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. 2400 лет назад он впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества.

Официальным моментом рождения понятия «нанотехнология» считают 29 декабря 1959 года, когда нобелевский лауреат профессор Ричард Фейнман выступил с лекцией «Внизу полным-полно места».

В ней он рассказал, что принципы физики не запрещают манипуляции с отдельными атомами и в будущем человечество сможет синтезировать все, что угодно прямо из атомов.

Чтобы стимулировать интерес к этой области, Фейнман назначил приз в $1000, тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке, (это осуществилось уже в 1964 году.)

1974 году Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово “нанотехника”, предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона. Открытие фуллеренов, нанотрубок, графенастало настоящей революцией в нанотехнологии.

В переводе с латыни нано означает маленький, а с греческого “ nanos”- гном (карлик). В настоящее время “нано” используется как приставка, обозначающая размерность 10-9 метра. Это одна миллиардная часть!

Глава III. ЗАГАДКА НАНОМИРА. МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ

Магнитная жидкость – жидкость, притягиваемая магнитом, то есть реагирующая на магнитное поле. Она представляет собой коллоидный раствор мельчайших частиц магнитного материала (обычно магнетита Fe3O4 или феррита), устойчивую взвесь твёрдых частиц в жидкости.

История открытия ферромагнитной жидкости

Магнитные жидкости были почти одновременно синтезированы в США и России в середине 60-х годов двадцатого века. Первые магнитные жидкости были получены американцем Пайпеллом, в результате механического измельчения частиц магнетита в шаровых мельницах. В России родоначальником магнитожидкостных технологий был Дмитрий Васильевич Орлов.

Получение магнитной жидкости в школьной лаборатории

Для получения магнитной жидкости в школьной химической лаборатории мы использовали метод химической конденсации высокодисперсного магнетита, этод метод разработали отечественные учёные М.А. Лунина, Е.Е. Бибик и Н.П. Матусевич.

В основе метода лежит реакция солей железа (II) и (III) в щелочной среде:

FeSO4·7H2O+2FeCl3·6H2O+8NH3·H2OFe3O4 + 6NH4Cl + (NH4)2SO4 + 20H2O

Оборудование

Аптечные весы с набором разновесов.
Колбы, химические стаканы, фарфоровые стаканы.
Фильтровальная бумага, индикаторная бумага, воронка.
Сильный магнит, желательно кольцевой (из динамика).
Электроплитка и термометр.

Реактивы

Соли двух- и трёхвалентного железа (хлорные или сернокислые).
Аммиачная вода 25%-ной концентрации, дистиллированная вода
Натриевая соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло) (Моющее средство «Fairy»)

Экспериментальная часть

1. Растворите в 500 мл дистиллированной воды (можно при слабом подогреве и несильном помешивании) 24 грамма трехвалентной соли хлорида железа и 12 граммов двухвалентной соли сульфата железа.

2. Полученный раствор отфильтруйте на воронке в другую колбу через фильтровальную бумагу для отделения механических примесей.

3. В первую колбу, предварительно промыв её водой, залейте (осторожно!) около 100–150 мл аммиачной воды (работу лучше проводить под тягой или на открытом воздухе).

4. Очень осторожно, тонкой струёй вливайте из второй колбы отфильтрованный раствор в первую, содержащую аммиачную воду, и интенсивно взбалтывайте её. Коричневый раствор мгновенно превратится в суспензию чёрного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.

После того, как образовавшиеся частицы магнетита в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадут на дно колбы, осторожно слейте около двух третей раствора, удерживая осадок магнитом, и снова залейте в колбу дистиллированную воду. Хорошенько её взболтайте и опять поставьте на магнит. Операцию повторяйте до тех пор, пока pH раствора не достигнет 7.5–8.5 (cлабощелочная реакция среды).

6. После того, как последней промывной раствор на две трети слит, загущённую суспензию отфильтруйте через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок чёрного цвета смешайте с 7.5 грамма натриевой соли олеиновой кислоты. Вместо олеиновой кислоты можно использовать моющее средство „Fаiry“.

7. Смесь поместите в фарфоровый стаканчик и прогрейте до 80°С на электрической плитке, хорошо перемешивая, в течение часа.

8. Полученную «патоку» чёрного цвета охладите до комнатной температуры. Долейте 50–60 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте получившуюся коллоидную систему.

9. Хранить водную магнитную жидкость желательно в светонепроницаемой таре в прохладном месте.

Свойства магнитной жидкости

Все экспернименты с магнитной жидкостью надо делать осторожно, не оставлять её рядом с магнитами.

Эксперимент № 1. Взаимодействие магнитной жидкости с магнитным полем

Нанесите каплю магнитной жидкости на предметное стекло или налейте магнитную жидкость в химический стакан, колбу, чашку Петри. Поднесите магнит. Перемещайте магнит по предметному стеклу или по колбе, сделайте рисунок.

Вывод. Магнитная жидкость взаимодействует с магнитным полем: если поднести магнит сбоку, то жидкость полезет на стенку и может подняться за магнитом как угодно высоко.

Меняя направление движения магнитной жидкости, можно создать рисунок на стенке сосуда. Магнитная жидкость, налитая в чашку Петри, заметно вспучивалась при поднесении магнита.

Образуются силовые лини магнитного поля: частицы магнетита выстраиваются в упорядоченные линии.

Эксперимент № 2. Изготовление «магнитной» бумаги

Фильтровальную бумагу пропитайте магнитной жидкостью и высушите. Поднесите магнит к фильтровальной бумаге.

Вывод. Наночастицы магнитной фазы, заполнив поры бумаги, придали ей слабые магнитные свойства – бумага непосредственно притягивается к магниту и удерживается на нем. Нам удалось с помощью магнита вытащить из стакана через стекло фигурку, изготовленную из «магнитной» бумаги.

Эксперимент № 3. Эффект Тиндаля

Добавьте в дистиллированную воду немного магнитной жидкости и тщательно перемешайте раствор. Пропустили через стакан с дистиллированной водой и через стакан с полученным раствором луч света от лазерной указки. Лазерный луч проходит через воду, не оставляя следа, а в растворе магнитной жидкости оставляет светящуюся дорожку.

Вывод. Основа появления конуса Тиндаля – рассеяние света коллоидными частицами, в данном случае частицами магнетита. Если размер частицы меньше длины полуволны падающего света, то наблюдается дифракционное рассеяние света. Свет огибает частицы и рассеивается в виде волн, расходящихся во все стороны.

В коллоидных системах размер частиц дисперсной фазы составляет
10-9 – 10-7 м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе.

Эксперимент №4. Исследование поведения магнитной жидкости в этаноле

В этиловый спирт добавили небольшое количество полученной нами магнитной жидкости. Тщательно перемешали. Наблюдали за скоростью оседания частиц магнетита.

Вывод. Частицы магнетита осели за 2-3 минуты вне магнитного поля. Магнетит осел в этаноле компактно в виде сгустка, перемещается вслед за магнитом, не оставляет следа на стенке пробирки. Оставленный в таком положении магнитная жидкость сохраняется в течение длительного времени вне магнитного поля.

Эксперимент №5. Удаление с поверхности воды загрязнений из машинного масла

В воду налили немного машинного масла, затем добавили небольшое количество магнитной жидкости. После тщательного перемешивания дали смеси отстояться.

Вывод. Магнитная жидкость растворилась в машинном масле. Под действием магнитного поля пленка из машинного масла с растворенной в нем магнитной жидкостью начинает стягиваться к магниту. Поверхность воды постепенно очищается.

Эксперимент № 6. Разрушение магнитной жидкости кислотами

Добавьте в магнитную жидкость раствор серной или соляной кислот, нагрейте над пламенем спиртовки.

Вывод. Поскольку магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор магнетита, она разрушается под действием сильных минеральных кислот. Наблюдается постепенное растворение магнетита в кислотах.

Fe3O4 + 8HCl(разб.) = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

Fe3O4 + 4H2SO4(разб.) = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

Применение магнитной жидкости

Сейчас для магнитных жидкостей придумали множество полезных применений: Магнитные жидкости находят широкое применение в технике в качестве магнитных смазок, она снижает трениена 20 % эффективнее.Применение магнитной жидкости для уплотнения вращающихся валов позволяют существенно увеличить ресурс механизмов и снизить уровень шума.

Магнитные жидкости используют для обогащение полезных ископаемых.

Магнитную жидкость можно применять для сбора нефтепродуктов на поверхности морей, океанов, озер.

Магнитные жидкости находят широкое применение в медицине: в хирургии, в качестве контрастного средства при рентгеноскопии, так как частицы активно поглощают рентгеновские лучи, при лечении раковых заболеваний. Противоопухолевые препараты, к примеру, вредны для здоровых клеток.

Но если их смешать с магнитной жидкостью и ввести в кровь, а у опухоли расположить магнит, магнитная жидкость, а вместе с ней и лекарство сосредоточиваются у пораженного участка, не нанося вреда всему организму.

Глава IV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Магнитные жидкости – это уникальный искусственно синтезированный материал, обладающий жидкотекучими и магнитоуправляемыми свойствами с широкими перспективами применения в технике, медицине, экологии.

Мы думаем, что решили проблему своей работы, так как была изучена история становления нанонауки, проведен эксперимент по получению магнитной жидкости.

В настоящее время развитие нанотехнологий и разработка методик создания и изучения нановещества может быть названа одной из важнейших областей науки XXI века.

Как говорил знаменитый физик Фейнман, проникновение в наномир – это бесконечный путь человека, на котором он практически не ограничен материалами, но следует лишь за собственным разумом.

Когда учёные смогут ещё точнее управлять химическими и физическими свойствами наночастиц, миру откроются самые невероятные чудеса, которые придут в каждый дом!

Нанотехнологии могут привести мир к новой технологической революции и полностью изменить не только экономику, но и среду обитания человека. Остается только надеяться, что люди разумно распорядятся потенциалом нанотехнологий и направят их энергию во благо человечества

Нами было проведено анкетирование учащихся 8-11 классав. В результате было выяснено, что практически большинство учащихся, не знают, что такое нанотехнологии, но знают, что без них нельзя жить.

Анкетирование показало все единогласно считают, что нанотехнологии нам нужны, но только 33% из опрошенных учащихся знают о нанотехнологиях, 50 % учащихся предполагают областью применения нанотехнологии является медицина и биология, 30 % – физика и химия, 20 % – энергетика и машиностроение.

На вопрос хотели бы в дальнейшем связать свою будущую профессию с нанотехнологиями 60 % ответили «да», но при таком большом желании, только 20 % считают полезным изучение нанотехнологии на элективных уроках, 30% против этого и 50 % еще сомневаются.

Работа показала нам, что область применения нанотехнологий гораздо шире. И возможно в ближайшем будущем в школьном курсе появится такая новая дисциплина как «Нанохимия» или «Нанотехнологии».

Литература

Брук Э., Фертман В.Е. «Еж» в стакане. Магнитные материалы. – Минск.: Высшая школа, 1983. – 253

А.И. Еремин В.В., Дроздов А.А. Нанохимия и нанотехнологии. 10-11 классы. Профильное обучение. Учебное пособие – М.:Дрофа, 2009

Гусев Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М., Физматлит, 2005.

Роснано. Список терминов.

Контарев А.В., Стадник С.В., Лешуков В.А. Применение магнитных жидкостей // Успехи современного естествознания. – 2006. – № 10 – с. 67

Разумовская И.В. Нанотехнология. 11 класс. Учебное пособие. – М.:Дрофа, 2009

Ратнер М., Ратнер Д. Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи. / Пер. с англ. – М.: Вильямс, 2004. С. 20–22.

Сенатская И.И., Байбуртский Ф.С. Жидкость, которая твердеет в магнитном поле// Химия и жизнь. – 2002. – №10.

Сергеев Г. Б. «Нанохимия», 2003.

Энциклопедия для детей “Аванта. Техника”.

Энциклопедия “Золотой фонд. Физика”