Пояснительная записка

Развитие нанотехнологий открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики, здравоохранения и вооружения. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют значительное увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул, а также новые открытия в химии и физике.[1]

Нанотехнологии - это не просто количественный, а качественный скачок от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами. О том, что могут нанотехнологии рассказано в лекциях этого элективного курса.

Данный курс предназначен для учащихся 9-10 класса общеобразовательных средних школ. При проведении курса используются разнообразные формы проведения уроков: уроки-беседы, уроки-лабораторные работы,  уроки-конференции.  Предполагается  также  участие  слушателей  в  конференциях исследовательских работ различного уровня.

Для  изучения  курса  школьники  должны  иметь  элементарные  знания  в  областиматематики, физики и химии. При проведении уроков широко используются  современные  средства  обучения– компьютер,  интерактивная  доска, информационные образовательные ресурсы. Сопровождаются уроки иллюстративными фото-, аудио- и видео-материалами.

Школьникам  рекомендуются  образовательные  порталы,  в  первую  очередь

www.nanometer.ru. , www.nanomodel.ru

Курс основан на знаниях, полученных учащимися при изучении физики в основной и средней школе.

Элективный курс рассчитан на 12 часов (1 час в неделю)

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, т.к. для развития нанотехнологий требуются знания не только физики, но и других наук;

- приобретение знаний об истории возникновения нанотехнологий, о методиках, используемых при создании нанообъектов, об уникальных свойствах наноматериалов, об их применении перспективах развития этой отрасли науки;

- научиться моделировать процессы архитектуры наночастицс помощью виртуального лабораторного практикума "Многомасштабное моделирование в нанотехнологиях" – nanoModel

-научиться создавать электронные учебники для научного исследования наночастиц

При проведении занятий целесообразны лекции и семинары. К семинарам учащиеся  с помощью преподавателя находят информацию, касающуюся темы семинара, из научно-популярной литературы и сайтов Интернета. Работа учащихся по этому курсу оценивается в конце года по результатам зачёта.

1. Учебно-тематический план.

Таблица 1

2.Содержание курса

Введение(1 ч)

Положение нанообъектов на шкале размеров. Исторические аспекты развития нанотехнологии .Родоначальники нанотехнологической революции. Почему освоение наномира может быть так полезно для человечества? Нанотехнологии внутри и снаружи нас. Нанотехнологии – область знаний, где объединяются усилия физиков, химиков, биологов, врачей, инженеров – электроников, математиков и специалистов самых разных специальностей для очередного прорыва на пути человечества к прогрессу.

Оборудование нанотехнологии (1 ч)

Можно ли увидеть молекулы в микроскоп? Представление  об  электронном  микроскопе.  Примеры  фотографий,  сделанных  припомощи электронного микроскопа. Сканирующий электронный микроскоп. Как атомно-силовая микроскопия чувствует прикосновение атомов. Что такое туннельный микроскоп. Лазерный пинцет – инструмент для передвижения нанообъектов.Манипуляция атомами на поверхности. Нанопинцет. Перемещение молекул по поверхности–наноавтомобиль.

От вещества к материалу(1 ч)

Что такое наноматериал? Примеры материалов, в состав которых входят наночастицы.

Нанотермометр.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.

Самоорганизация и самосборка наночастиц(1 ч)

Стремление  к  беспорядку  как  самопроизвольный  процесс.  Примеры  самоорганизации. Принцип«ключ-замок».  Межмолекулярные  взаимодействия.  Самоорганизующиесямоно слои.. Физикохимия – невозможное становится возможным.

Наноэлектроника(1 ч)

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.  

Наномедицина и биотехнология(1 ч)

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.

Будущее нанотехнологий (1 ч)

Нанотехнологии в медицине, авиации, космонавтике, военном деле, энергетике, сельскомхозяйстве. Примеры товаров, созданных с использованием нанотехнологий и причины их уникальных свойств. Нанокомпозитные материалы. Нанотехнологии в различных областях производства. Динамика развития нанотехнологий в России и за рубежом. Перспективы мировой наноэкономики.

Визуализационное моделирование(1 ч)

Наиболее современная визуализационная программа nanoModel на базе учебно-методического программного комплекса «Многомасштабное моделирование в нанотехнологиях». Возможности программы наблюдении в трехмерном виде нано­структуры. Расчет необходимых параметров для наноструктур в школьном диапазоне изучения физики.

Виртуальный лабораторный практикум
"Многомасштабное моделирование в нанотехнологиях"

(2 ч)

Исследовать построение моделей наночастиц металлов и неметаллов в зависимости от координационного числа прииспользования компьютерной программы. Понимание понятия самоорганизации нанночастиц. Моделирование процессов самосборки ансамблей коллоидных наночастиц и наноструктур основывается на реализации адаптированных физико – химических моделей.

Защита работ(2 ч)

Защита работ проходит в виде конференции.

3. Приложение.

Темы творческих работ :

1. Моделирование и исследование свойств молекул

2.Конструирование и исследование свойств наночастиц

3.Моделирование и исследование свойств наночастиц

4.Моделирование самоорганизации наночастиц

Литература для учителей и учащихся

1. Виктор Иванович Балабанов, Нанотехнология наука будущего, Издательство Эксмо,2009 г.

2. Тарасевич Ю.Ю. 2004. Механизмы модели дегидратационной самоорганизации биологических жидкостей // УФН. Т. 174. С. 779-790.

3. Алфимов М.А. и др. 2004. Имитационное моделирование процессов самоорганизации наночастиц // Российские нанотехнологии. Т. 1-2. С. 127-132.
1. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М., 2003.

3. Большой энциклопедический словарь под.ред. А.М. Прохорова, Москва; «Большая Российская энциклопедия», Санкт-Петербург «Норинт», 1997г.

4.  Encyclopedia of  Nanoscience and Nanotechnology. Edited by H. S. Nalwa. VolumeX: Pages (1-23).

5. Алфимов, М.В. Имитационное моделирование процессов самоорганизации наночастиц /М.В. Алфимов, Р.М. Кадушников, Н.А. Штуркин, В.М. Алиевский, П.В. Лебедев-Степанов // Российские нанотехнологии. - 2006. - N 1-2. С. 127-133.

Интернет-сайты

6. http://www.nanomodel.ru/

7. http://physicsweb.org/ - сайт о нанотехнологиях

8. http://www.nanonewsnet.ru/ - сайт о нанотехнологиях #1 в России

9. http://www.nanometer.ru/ - сайт нанотехнологического общества «Нанометр»

10.http://www.nanorf.ru/ - журнал «Российскиенанотехнологии»

11. http://www.nanojournal.ru/ - Российский электронный наножурнал

12. http://kbogdanov1.narod.ru/ - «Что могут нанотехнологии?», научно- популярный сайт о нанотехнологиях .

13. http://technomag.edu.ru/doc/113580.html (Дистанционное компьютерное моделирование в Интернете)

14. www.isuct.ru/etc/nano/lection.doc В.И. Светцов Лекция :Нанотехника – современное состояние и перспективы развития

15. http://www.wikipedia.ru.