Введение в нанотехнологии. Модуль Физика. 10-11 классы. Зубков Ю.Н., Кадочкин А.С. и др.

СПб.: 2012. - 160 с.

Данное учебное пособие предназначено для учащихся 10-х и 11-х классов общеобразовательной школы и содержит ознакомительный материал по основным направлениям новой области науки, получившей название «нанотехнологии». В краткой и доступной форме изложен материал по основным направлениям исследований физики наноструктур и многочисленных практических приложений этих исследований. Пособие состоит из двух частей. Первая часть вводит в мир естественных и искусственных нанообъектов, содержит обзоры по современным наноматериалам, методам их получения и исследования. Особое внимание уделяется понятиям самоорганизации и самосборки, углеродным наноструктурам – фуллеренам, графенам, нанотрубкам, зондовым методам исследования и формирования нанообъектов. Вторая часть пособия знакомит учащегося с основными закономерностями нанофизики, с такими явлениями как сверхпроводимость и магнетизм, уникальными физическими свойствами квантово-размерных структур – квантовых ям, нитей и точек, а также с одной из основных областей их приложения – наноэлектроникой.

Формат: pdf

Размер: 3,9 Кб

Смотреть, скачать: drive.google

Содержание
Предисловие 4
Введение
1. Кто стоял у истоков нанотехнологий (6) 2. От макро- к нанотехнологиям (7)
З.Три научно-технических революции (9)
Часть 1.НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
Глава 1.1. Нанотехнологий вокруг нас 12
1.1.1. Информационные технологии (12) 1.1.2. Нанотехнические устройства (15) 1.1.3. Космический лифт (17) 1.1.4. Нанопорошки и нанопокрытия (20) 1.1.5. Нанотехнологий в быту (22) 1.1.6. «Умная» одежда (24) 1.1.7. Нанотехнологий в военном деле (28)
Глава 1. 2. Наночастицы и наноструктуры 32
1.2.1. Классификация наноструктур (32) 1.2.2. Наночастицы и нанокластеры (34) 1.2.3. Роль поверхностных атомов (36) 1.2.4. Магические числа (40) 1.2.5.Углеродные наноструктуры (42) 1.2.6. Нанокомпозиты, нанопористые и нанофазные материалы (46)
Глава 1.3. Методы получения и исследования наноструктур 51
1.3.1. Общие характеристики физических методов (51) 1.3.2. Технологии «сверху-вниз» (54) 1.3.3. Технологии «снизу-вверх» (56) 1.3.4. Самоорганизация и самосборка в нанотехнологиях (58) 1.3.5. Электронная микроскопия (61) 1.3.6. Сканирующая туннельная микроскопия (64) 1.3.7 Атомно-силовая микроскопия (66)
Часть 2. ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О НАНОСТРУКТУРАХ
Глава 2.1. Квантовая физика и наноструктуры 70
2.1.1. Электромагнитные волны (70) 2.1.2. Квантовые свойства излучения фотоны (73)
2.1.3. Гипотеза де Бройля (76) 2.1.4. Соотношения неопределённостей (79)
2.1.5. Квантовые представления об атоме (81) 2.1.6. Кристаллы и энергетические зоны (85)
2.1.7. Потенциальные яма и барьер. Туннельный эффект (89) 2.1.8. Квантовые ямы, нити,точки (99)
Глава 2.2.Уникальные свойства наноструктур 99
2.2.1. Число «ближайших соседей» в наночастице (99) 2.2.2. Механическая прочность нанотрубок (101) 2.2.3. Температура плавления наночастиц (105)
2.2.4. Электросопротивление наноструктур (106) 2.2.5. Магнетизм наноструктур (109)
2.2.6. Цвет наночастиц (115) 2.2.7. Сверхнизкие температуры и нанообъекты (117)
Глава 2.3. Наноэлектроника 124
2.3.1. Наноэлектроника и тенденции ее развития (124) 2.3.2. Одноэлектронное туннелирование (125) 2.3.3. Резонансное туннелирование (129) 2.3.4. Спинтроника (132) 2.3.5. Сверхпроводниковая электроника (135) 2.3.6. Нано-и квантовые компьютеры (142) 2.3.7. Нанотехнологий в оптоэлектронике (145)
Ближайшие перспективы нанотехнологий 153
Историческая ретроспектива 156
Рекомендуемая литература 159

Что такое нанотехнологии? На сегодняшний день существует много формулировок, описывающих эту область человеческой деятельности -от достаточно пространных до очень кратких. Мы приведем здесь одно из таких определений, которое достаточно полно дает ответ на поставленный вопрос.
Нанотехнологии - это совокупность физических, химических и биологических методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать объекты и материалы из отдельных атомов, молекул и компонентов с размерами от 1 до 100 нм, хотя бы в одном измерении.
В популярной литературе часто используется более простое и доходчивое определение, суть которого состоит в следующем: НАНОТЕХНОЛОГИИ - это технологии манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровне. В настоящей книге мы будем знакомиться, в основном, с физическими основами нанотехнологии.
Современное техническое обеспечение науки достигло такого уровня, который позволяет манипулировать отдельными молекулами, атомами и даже электронами. Именно эти объекты составляют элементную базу наноустройств, в работе которых физической основой являются процессы, происходящие в областях с атомными размерами. Между тем, физические законы, которые описывают поведение электронов в нанообъектах, существенно отличаются от классических, на основе которых работает очень большое число сложных электронных приборов (например, кинескопы телевизоров и ускорители). Эти законы, являясь квантовыми по своей природе, зачастую кажутся весьма странными сточки зрения здравого смысла. В их основе лежит идея корпускулярно-волнового дуализма материи. Наличие у электрона волновых свойств, которые начинают играть существенную роль при его движении в микроскопически малых объемах, требует нового подхода к описанию его поведения. Новый способ описания движения микрочастицы, основанный на квантовых представлениях, не всегда совместим с хорошо обоснованным бытовым представлением о траектории движения макрообъекта (маленького шарика), поэтому часто теряет свою наглядность.