Детская нанотехнологическая викторина

Викторины
Детская нанотехнологическая викторина
Хочется встряхнуть серую обыденность разными простыми детскими вопросами в
области "нано", несмотря на то, что именно детские вопросы обычно самые сложные...
Можно сказать, даже философские, а еще хуже - жутко терминологические. Ведь детям
нужно знать, что, зачем и почему, причем совершенно конкретно, отговорок они не
принимают, а именно это и пытается (тоже) делать современная наука. Посмотрите ниже,
что у нас получилось ранним воскресным утром. Взрослые, конечно, знают ответы на все
эти вопросы, а вот те замечательные школьники, которые захотят присоединиться к
Заочной Нанотехнологической Школе (ЗНТШ), точно могут потренироваться игре в
вопросы и ответы, мы желаем им удачи.
Автор "иконки" викторины, "кота" из наночастиц серебра - "Владимир Владимирович"
(см. описание в разделе Галерея).
Что такое наночастица?
кусочек вещества с приставкой "нано"
элементарная частица
частица вещества из примерно миллиона атомов
частица вещества из десяти и менее атомов
то, из чего состоит дым и туман
то, из чего состоят абсолютно все вещества
Может ли молекула быть наночастицей?
может, для этого она должна одна занимать область пространства, соответствующую
наночастице
нет, не может, молекула - это молекула
может, если в молекуле миллион атомов
нет, не может, наночастицами могут быть только неорганические вещества
может, если мы ее так назовем
нет, не может, потому что молекулы реально существуют, а наночастицы придумали
ученые
Может ли наночастица быть молекулой?
нет, не может никогда, молекулы всегда меньше
может, причем всегда, раз там больше одного атома - значит это молекула
может быть, если связи между атомами какие - нибудь особенные
может, но только в возбужденном состоянии
может, но только при очень низких температурах
нет, не может, наночастицы состоят из атомов, а не молекул
Могут ли существовать живые наночастицы?
нет, не могут, поскольку они не умеют сами размножаться
могут, поскольку, например, существуют маленькие вирусы
могут, поскольку размер, близкий к нано, могут иметь отдельные молекулярные
машины в клетках
могут, поскольку можно сделать нанороботов - ассемблеров
могут, потому что они очень изменчивы
нет, не могут, потому что они не могут образовать сложные структуры типа колоний
Кто сильнее - наночастица или Геркулес?
Геркулес, он может поднять наночастицу, а она его - нет
наночастица, по отношению к своей массе и размеру она может оттолкнуть или
притянуть к себе очень много себе подобных
наночастица, потому что она может быть очень токсична и поэтому убьет Геркулеса
Геркулес, потому что он может раздавить наночастицу
наночастица, потому что она такая маленькая, что Геркулес ей ничего не сделает
Почему мы не видим наночастицы?
потому что они маленькие, а глаза у нас большие
потому что они быстро бегают
потому что они прозрачные
а мы можем видеть наночастицы, если они светятся!
а мы можем видеть наночастицы, если их заморозить!
а мы можем увидеть наночастицы, если наши глаза уменьшить!
Кто из атомов делает наночастицы?
нанотехнолог
биолог
химик
ядерный физик
наноэлектронщик
журналист
Если наночастицы трудно увидеть, сложно правильно сделать, ими трудно
манипулировать, то почему же ими так интересуются?
потому что просто из интереса и любопытства хотят решать сложные задачи
потому что у них возникают особые свойства
потому что их можно сделать очень много из малого количества вещества
потому что они стоят дорого
потому что их не нужно много
В какой из названных ниже составляющих частей фотоаппарата пока что точно не
используются наноструктуры и наноматериалы?
объектив
аккумуляторная батарея
флэш-память
матрица для получения изображения
крышка объектива
корпус
Какие из перечисленных ниже наночастиц можно использовать для лечения
онкологических заболеваний?
наночастицы оксида железа (II, III)
квантовые точки на основе селенида кадмия
углеродные нанотрубки
наночастицы диоксида кремния
наночастицы диоксида титана
коллоидосомы
Какие из перечисленных ниже наночастиц не используются при создании солнечных
батарей?
наночастицы золота
наночастицы диоксида титана
графен, углеродные нанотрубки
квантовые точки
наночастицы диоксида кремния
полимеры
Чего нам ждать от нанотехнологий в будущем?
ничего
всего
миниатюризации и экономии энергии, новых принципов работы устройств
вечного двигателя
манны небесной
Правильные ответы:
Что такое наночастица?
Правильный ответ: частица вещества из примерно миллиона атомов
Первый ответ неверен, потому что вопрос не о сложностях русского языка (да и по сути
неверен). Второй ответ неверен, потому что элементарные частицы - область ядерной
физики, они куда меньше любой наночастицы (и даже самого атома). Третий ответ
ВЕРЕН, потому что дает частицы с размером МЕНЬШЕ 100 нанометров, а это и есть
общепринятый критерий отнесения частиц к области "нано", при этом они должны быть
БОЛЬШЕ примерно 1 нанометра, чтобы не попасть под "юрисдикцию" нашей родной и
традиционной химии, именно поэтому четвертый ответ неверен (он фактически
спрашивает о многоатомных молекулах или кластерах). Дым и туман мы видим, поэтому
частицы в них уже настолько большие, что рассеивают видимый свет, то есть превышают
порог в 100 нанометров. Очевидно также, что и пятый ответ неверен, потому что все
вещества состоят из атомов (молекулы тоже состоят из атомов) и их не рассматривают,
как построенные из "нанокирпичиков". Наноуровень есть у всех макроскопических
веществ, но очевидно, что его нет и не может быть, скажем, у простых молекул.
Может ли молекула быть наночастицей?
Правильный ответ: может, для этого она должна одна занимать область пространства,
соответствующую наночастице
Наночастицы в том виде, как их понимают в лучших научных статьях, не обязаны быть
чисто неорганическими. Более того, они могут быть и "органическими" или (чаще всего!)
содержать и неорганическое вещество и органические молекулы (например, для
стабилизации и продления времени жизни отдельных наночастиц). Главное, чтобы
молекула (полимерная) или молекулы (если их много) занимали бы область (формировали
бы "контур", "периметр", внешнюю оболочку), которая имела бы по одному из измерений
размер менее 100 нм. Такие образования известны, например, мицеллы из
блоксополимеров или молекул поверхностно - активных веществ, или глобулы
ферментов, или "клубки" полимеров...
Может ли наночастица быть молекулой?
Правильный ответ: может быть, если связи между атомами какие - нибудь особенные
Несмотря на то, что простые молекулы действительно обычно существенно меньше, чем
наночастицы, высокомолекулярные соединения (полимеры) могут иметь молекулы,
которые больше "обычных" наночастиц. Поэтому критерий "размера" не очень хорошо
срабатывает в данном случае. Смысл говорить о молекулах имеется тогда, когда для них
можно использовать химические или физические модели, разработанные для небольших
молекул. Поэтому говорить, что если есть больше двух атомов, то получается именно
молекула, неточно, поскольку тогда и любой булыжник - молекула, а это не так.
Наночастицы могут состоять не только из атомов, но и из молекул (например, какие нибудь липосомы), поэтому это тоже ничего не ограничивает. А вот если есть
специальные связи, например, прочные валентные связи в углеродных нанотрубках,
образующих специфическую структуру, то их можно рассматривать и как неорганический
"полимер", и как наночастицу - представителя наномира. Правда, это тоже несколько
условно.
Могут ли существовать живые наночастицы?
Правильный ответ: нет, не могут, поскольку они не умеют сами размножаться
Несмотря на то, что многие молекулярные машины, работающих в живых организмах,
органеллах клеток и пр., имеют биологическое происхождение, как и вирусы, но ни то, ни
другое не может само, без посторонней помощи, воспроизводить само себя, что является
важнейшим признаком живого (не путать с "разумным"!). Вирусы для этого задействуют,
например, клетку - хозяина. Нанороботы - ассемблеры, которые вряд ли будут когда нибудь существовать, вряд ли могут быть более совершенными, чем вирусы, и вообще это
чистой воды фантастика и мечты. Изменчивость не является признаком жизни, многие
неорганические ("мертвые") вещества могут быть очень изменчивыми. За счет
самоорганизации и самосборки (в рамках обычных химических или физико - химических
взаимодействий) наночастицы вполне могут формировать неживые, но достаточно сложно
организованные структуры.
Кто сильнее - наночастица или Геркулес?
Правильный ответ: наночастица, по отношению к своей массе и размеру она может
оттолкнуть или притянуть к себе очень много себе подобных
На расстояниях, сопоставимых с размером наночастицы, начинают действовать силы
(например, ван - дер - ваальсовы), которые могут притянуть или оттолкнуть от
наночастицы даже несколько ее собратьев. А может Геркулес перебороть хотя бы одного
такого же Геркулеса? :-))) Человечество уже очень давно (с самого своего рождения)
"бомбардируется" наночастицами, оно их буквально ест миллиардами, дышит ими,
поэтому одна наночастица, конечно, никак не может убить Геркулеса, их опасность явно
преувеличена. Более того, попав в организм, наночастица вполне может быть
трансформирована в безопасные продукты в печени, почках и пр. без ущерба организму в
целом. А вот раздавить наночастицу Геркулес не сможет. Кожный эпителий состоит из
достаточно мягких оболочек, жесткая наночастица, скорее, просто войдет в этот слой и
может проникнуть дальше в организм. Поэтому, наверное, наночастица все же "сильнее"
Геркулеса.
Почему мы не видим наночастицы?
Правильный ответ: а мы можем видеть наночастицы, если они светятся!
Конечно, наночастицы маленькие (меньше длин волн видимого света, которые
воспринимают светочувствительные колбочки в наших глазах), конечно, броуновское
движение их швыряет из стороны в сторону, однако если они светятся (например,
люминесцентные квантовые точки), то они освещают достаточно большой объем
пространства по отношению к самой себе, поэтому этот светящийся "кусочек
пространства" с содержащейся в нем наночастицей, уже можно увидеть, хотя для этого
стоит, конечно, использовать хотя бы оптический микроскоп.
Кто из атомов делает наночастицы?
Правильный ответ: химик
Нанотехнологии занимаются надмолекулярным уровнем организации материи, поэтому
фантазии, что с помощью иглы сканирующего зондового микроскопа можно поатомно
собрать наночастицу из сотен тысяч атомов, так фантазиями и останутся. Биологи
работают с биомолекулами, видимо, тоже не с атомами, журналисты ничего руками не
делают (только головой). Ядерная физика работает с ядрами, это "субатомный" уровень
организации материи. А вот химия без проблем сделает вам почти любые наночастицы,
потому уже давно химия из атомов делает все, что угодно.
Если наночастицы трудно увидеть, сложно правильно сделать, ими трудно
манипулировать, то почему же ими так интересуются?
Правильный ответ: потому что у них возникают особые свойства
Конечно, есть наночастицы, которых нужно достаточно много (например, углеродные
нанотрубки, если их получать дешево), и конечно, что очень много еще открытий они
обещают, но главное, что наночастицы могут иметь особые химические, электрические,
магнитные, оптические и биологически свойства, которые обещают их использование в
наноэлектронике, фотонике, информационных технологиях, наномедицине и пр.
В какой из названных ниже составляющих частей фотоаппарата пока что точно не
используются наноструктуры и наноматериалы?
Правильный ответ: крышка объектива
Объектив содержит многослойное просветляющее покрытие, аккумуляторная батарея высокодисперсные катодные и анодные материалы, флэш - память содержит отдельные
элементы для записи информации, размеры которых меньше 100 нм, а матрица для
получения изображения (оптический "сенсор") содержит элементы с высочайшей
плотностью расположения на единице поверхности, корпус обычно делают из
композитного пластика, устойчивость которого к истиранию и механическим
воздействиям повышается за счет введения дисперсных частиц. Остается дешевая крышка
на объектив, которая состоит из "обычных" материалах.
Какие из перечисленных ниже наночастиц можно использовать для лечения
онкологических заболеваний?
Правильный ответ: наночастицы оксида железа (II, III)
Магнитные наночастицы оксидов железа являются биосовместимыми и могут
разогреваться в переменном магнитном поле, что позволяет использовать так называемую
гипертермию для лечения онкологических заболеваний ("перегрев" опухоли магнитным
полем в присутствии магнитных наночастиц).
Какие из перечисленных ниже наночастиц не используются при создании солнечных
батарей?
Правильный ответ: наночастицы диоксида кремния
Квантовые точки и наночастицы золота могут улучшать степень поглощения светового
потока солнечной батареи, то есть повышать ее коэффициент полезного действия.
Диоксид титана (широкозонный полупроводник) используется в ячейках Гретцелевского
типа, графен и углеродные нанотрубки могут быть использованы для создания гибких
проводящих покрытий на прозрачных полимерах. Поэтому только диоксид кремния не
особо пока востребован в большинстве типов солнечных батарей.
Чего нам ждать от нанотехнологий в будущем?
Правильный ответ: миниатюризации и экономии энергии, новых принципов работы
устройств
Конечно, самый разумный ответ заключается в том, что нанотехнологии приведут к
миниатюризации и экономии энергии, а также к разработке новых принципов работы
различных устройств в науке, технике и медицине, однако не стоит ожидать, что
нанотехнологии решат все наши проблемы.