WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаПедагогіка, Сценарії виховних заходів → Новітні технології і проблеми гуманізації технічної освіти - Реферат

Новітні технології і проблеми гуманізації технічної освіти - Реферат

Реферат на тему:

Новітні технології і проблеми гуманізації технічної освіти

Розвиток сучасної науки і на її базі новітніх технологій, які докорінно змінюють життя людей викликає важливу проблему надання освіті гуманістичного напрямку. Тепер замало бути гарним інженером, який має добрі знання із своєї спеціальності, а потрібно бути розвиненою особистістю готовою до виробничої суспільної і культурної діяльності передбачити негативні наслідки новітніх технологій і усувати їх. Це викликає радикальні зміни у вищій технічній освіті.

У ХХІ столітті в життя людей входять такі новітні науки і технології, як нанонаука і нанотехнологія. Ці терміни об'єднують різноманітні поняття і підходи, а також різні методи впливу на матерію. Назва нової науки виникла просто в результаті додання до загального поняття "технології" приставки "нано", яка означає зміну масштабу у 10-9 раз.

Область нанонауки виникла на перетині традиційної науки і техніки, квантової механіки та найбільш фундаментальних процесів самого життя. Нанотехнологія описує те, як ми використовуємо наші знання для створення матеріалів, машин і пристроїв, які фундаментально змінюють наші дії і саме життя.

Приставка "нано" відповідає розміру 10-9 м. Щоб відчути цей масштаб, скажемо, що товщина волосини людини складає 50.000 нанометрів, клітина бактерії вимірюється декількома сотнями нанометрів. Найменші елементи інтегральних схем мають розміри порядку 100 нанометрів. Один нанометр – це ряд всього з десяти атомів водню.

Нанонаука – це вивчення фундаментальних принципів молекул і структур, розміри яких складають від 1 до 100 нанометрів.

Нанотехнологія – це використання даних наноструктур в корисних наноскопічних пристроях.

Національний науковий фонд США так визначив поняття "нано" [1]: "Один нанометр (одна мільярдна частина метра) – це магічна точка на шкалі розмірів. Наноструктури містяться на перетині найменших зроблених людиною пристроїв і найбільших живих молекул. Наукою і технологією в наномасштабі визначаються як фундаментальне розуміння і отримані внаслідок цього технологічні переваги, які виникають при використанні нових фізичних, хімічних і біологічних властивостей систем, проміжкових по розмірах між окремими атомами і молекулами і масивними матеріалами, де можливо контролювати властивості, проміжкові між двома граничними станами".

Наномасштаб має унікальні властивості, оскільки це той масштаб розмірів, в якому знайомі повсякденні характеристики матеріалів, такі як провідність, міцність або точка плавлення, зустрічаються з такими характеристиками атомів і молекул, як корпускулярно-хвильовий дуалізм і квантові ефекти. В наносвіті найбільш фундаментальні властивості матеріалів і машин залежать від їх розмірів так, як не залежать при будь-якому іншому масштабі. Наприклад, нанорозмірний провід або компонент схеми не обов'язково підкорюються закону Ома. Зв'язок розміру з найбільш фундаментальними хімічними, електричними і фізичними властивостями матеріалів є ключовим для всіх наноструктур. Наноструктури знаходяться на стику найменших зроблених людиною пристроїв і найбільших молекул живих організмів [1].

Розглянемо напрямки, в яких нанотехнології у найближчому майбутньому дадуть фантастичні результати. В першу чергу необхідно пояснити які інструменти використовуються для вимірювання параметрів наноструктур. Одними з перших інструментів, які допомогли ініціювати нанотехнологічну революцію були так звані скануючі зонди. Такі зонди були запропоновані швейцарськими вченими Гердом Биннигом і Генріхом Рорером у 1980 році. За розробку і відкриття метода зондового сканування у 1986 році вони отримали Нобелевську премію. В чому суть цього метода? Якщо провести пальцем по поверхні, то легко відрізнити поверхню полірованого столу від поверхні ковдри або поверхні паперу. Різні матеріали з різною силою діють на палець. В даних експериментах палець діє як структура вимірювання сили. Дана ідея покладена в основу скануючого мікроскопа, одного з розповсюджених скануючих зондів. При вимірюванні за допомогою скануючого зонда сам зонд ковзає по поверхні так само, як це роблять пальці. Зонд має наноскопічний розмір всього один атом. При русі зонд виміряє декілька різних властивостей наноструктур. Найбільш поширеним є тунельний мікроскоп, за допомогою якого вимірюється величина електричного струму, що протікає між скануючим зондом і поверхнею. В залежності від того, як проводяться вимірювання, мікроскоп можна використовувати або для визначення локальної геометрії (наскільки поверхня локально виступає вперед), або для вимірювання локальних характеристик електропровідності [1].

Одним із величезних досягнень нанотехнології на теперішній час є створення нових матеріалів. Наноструктури будуються на основі великих компоновочних блоків або молекул. На молекулярному рівні графіт сформовано з шарів вуглецю. Дані шари вуглецю складаються з атомів вуглецю, які зв'язані шестикутною стекою. При скручуванні у трубку такі сітки мають дивовижні властивості. Дані циліндри графіту отримали назву вуглецевих нанотрубок. Якщо товщина трубки дорівнює одному шару атомів вуглецю, то вона отримала назву одношарової вуглецевої нанотрубки. Нанотрубки – це одні з перших нанорозмірних структур, побудованих на молекулярному рівні, які демонструють захоплюючі фізичні і електричні властивості. Лабораторні дослідження показали, що їх межа міцності при розтягу може у 60 разів перевищувати значення для високоякісної сталі. Багато учених стверджують, що нанотрубки – це не тільки міцні матеріали коли-небудь створені, вони входять у число найміцніших матеріалів, які взагалі можливо створити. По деяким оцінкам на волокно з нанотрубки, яке тонше волосини людини можна підвісити вантажну автомашину. Нанотрубки не тільки мають вказану міцність, вони до того ж легкі і гнучкі. Нанотрубки повинні вивести технології на наступний рівень, але їх виробництво все ще знаходиться у початковому стані. На сьогоднішній день великі фабрики виготовляють лише грами нанотрубок за тиждень.

Фізичні властивості нанотрубок достатньо разючі, але їх електричні властивості можуть бути ще більш захоплюючими. Учені пророкували, що електрони можуть протікати по трубці, як по провіднику. Проте досліди показали, що нанотрубки ведуть себе подібно надпровідникам, тобто електричний струм проходить через них без опору. Дослідження інших показали, що нанотрубки подібні напівпровідникам. Існуюча теорія довела, що нанотрубки мають властивості надпровідників, напівпровідників в залежності від того, які матеріали і в якій пропорції, окрім вуглецю, введені в матрицю трубки.

Не всі нанотрубки зроблені з вуглецю, існують нанотрубки з кремнію, які отримали назву нанопроводів. Розміри нанотрубок складають приблизно 1% розмірів з'єднуючих елементів сучасних ультравеликих інтегральних схем. Заміна з'єднуючих елементів на надпровідні нанотрубки в інтегральних схемах дозволить вирішити одну із найскладніших проблем інтегральної мікроелектроніки – усунути тепло, що виділяється, за рахунок проходження електронів по металічним проводам. Нанотрубки також можна використати для створення транзисторів, властивості яких значно кращі кремнієвих транзисторів.

Сонячна енергія залишається ключовим напрямком досліджень в нанотехнології, оскільки чиста, відновлена енергія, яку вона обіцяє є привабливою з економічної, політичної, екологічної і соціальної точок зору. Слід підкреслити, що людство використовує всього менше ніж 0,2% сонячного потенціалу. Основними перетворювачами сонячної енергії на електричну є напівпровідникові фоточутливі прилади. Природний фотосинтез виконується без участі кремнієвих кристалів – він відбувається за допомогою молекул. Отож, одним основним наноскопічним підходом до описаної задачі є практичне покращення перетворення сонячної енергії. У процесі, що отримав назву штучного фотосинтезу, з використанням молекулярних наноструктур для поглинання світла і розподілу позитивних і негативних зарядів. Молекулярні наноструктури мають декілька переваг у порівнянні з напівпровідниковими структурами, включаючи низьку вартість, малу вагу. У гібридному підході до наноскопічних фотоелектричних матеріалів органічна молекула (краска, яка поглинає світло) об'єднується з наноструктурним електродом, який зроблений з диоксиду титану (напівпровідник). Це дозволяє отримати ефективний розподіл зарядів. Тільки такі гібридні структури, які містяться між м'якими (молекули) і твердими (напівпровідник) наноструктурами, можуть дати значні переваги з точки зору стійкості, ефективності і вартості [1, 2, 3].

Ідея створення квантового комп'ютера народилась у фірмі ІБМ, коли її співробітники Рольф Ландауєр і Чарльз Х. Бернетт запропоновували відмовитись від застосування електричних сіток в процесах обробки інформації до використання законів квантової механіки. В квантовому комп'ютері один біт інформації представляється спінами електронів, які мають значення + – , що відповідає 0 і 1 в двійковій системі. Існуючі комп'ютери обробляють інформацію тільки на основі представлення про один біт інформації. На відміну від них квантові комп'ютери можуть переробляти інформацію, виходячи із представлення про так званий квантовий біт (кубит), що дозволяє наприклад, здійснювати одночасно чотири логічні операції (типа: 0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=2). У зв'язку з цим п'ять кубітів відповідає числу 25=32, а десять кубітів – числу 210 = 1024, що дозволяє обчислювачам працювати з дуже великими числами (з числами у вигляді показової функції) і значно підвищити швидкість переробки інформації.

Loading...

 
 

Цікаве