Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Задания олимпиады

Ключевые слова:  Интернет-олимпиада, нанотехнологии, учителю

Автор(ы): Нанометр

Опубликовал(а):  Ольга Валерьевна

01 июня 2007

Университетское образование, университетский дух - это свобода мысли и открытость. Поэтому мы публикуем здесь в открытом доступе задания первой Интернет - олимпиады по нанотехнологиям. Все задачи - авторские, разной сложности, практически все из них - комплексные и междисциплинарные. Да и как может быть иначе? Нанотехнологии не могут принадлежать какой-то одной касте ученых, технологов или политиков. Они призваны оказать большое влияние на все человеческое сообщество. Именно поэтому все, кто будет решать задачи, будет решать их на свой вкус и по своим способностям. Мы не расчитываем, что кто-либо решит все задачи. Это очень трудно. Мы хотим найти талантливых людей, для которых это интересно. Мы надеемся, что таких участников будет очень много и все они получат удовольствие и от своего участия в Олимпиаде и от своей победы - большой ли, или маленькой, но все равно - победы, которая будет... Над задачами, над собой и над коллегами по соревнованию. Удачи! Да, решать задания можно только после регистрации в качестве участника Олимпиады...

1. «Честность и справедливость» (максимум 5 баллов)

Текст задания
(ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВСЕХ)

В одном из фильмов с актером-единоборцем Джеки Чаном герой фильма выясняет “Who am I?” («Кто я?»). Интернет – олимпиада не подразумевает в этом году очного общения с участниками (за исключением процедуры награждения призеров), но нам хотелось бы все же узнать, кто Вы. Пожалуйста, сообщите правдивую информацию о себе и Ваше мнение о наноматериалах и нанотехнологиях. Это самая простая задача. Зачем терять баллы, если каждый из них может оказаться решающим?

Сведения об участнике
  • Ваш логин при регистрации:
  • ФИО (полностью):
  • Страна, регион:
  • Организация (в том числе, для школьников – номер школы, для студентов и аспирантов -институт, кафедра:
  • Адрес организации:
  • Сайт организации:
  • Класс / курс / год обучения (для школьников, студентов или аспирантов):
  • ФИО и телефон учителя / куратора / научного руководителя:
  • Телефон для связи:
  • Почтовый адрес для переписки:
  • Адреса электронной почты для связи (альтернативные):
Минианкета
  1. Откуда Вы слышали о наноматериалах и нанотехнологиях?
  2. Скажется ли и как скоро внедрение наноматериалов и нанотехнологий на Вашей жизни?
  3. Хотели бы Вы посвятить карьеру нанотехнологиям и в какой области их приложения?
  4. Что бы Вы хотели узнать о нанотехнологиях и наноматериалах?
Варианты ответов можно найти здесь!

Фотография с сайта Трансгуманизм - какое Будущее нас ожидает?
Максимальный балл: 5



2. «Подтемы эмблемы» (максимум 5 баллов)

Текст задания

(ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВСЕХ)

 

Обычно эмблемы различных соревнований имеют определенный смысл. Мы попытались сделать эмблему Олимпиады в качестве «героя» будущей задачи, вложив в ее название и графические элементы определенное историческое содержание. Предложите объяснение взаимосвязи графической части эмблемы олимпиады и ее названия e-NANOS (3 балла). Что именно, как Вам кажется, изображено на заднем фоне эмблемы и каким методом могло быть получено это изображение (2 балла)?

 

Эмблема олимпиады. В чем ее "секреты"?
Максимальный балл: 5



3. «Сверхрешетка» (максимум 5 баллов)

Текст задания

(СТУДЕНЧЕСКИЙ уровень, но могут решить все)

Достаточно часто наночастицы могут самопроизвольно формировать пространственно-упорядоченные агрегаты - «сверхрешетки» - и даже видимые невооруженным глазом коллоидные кристаллы достаточно большого (по сравнению с объемом частицы) объема. Предположим, что сверхрешетка состоит из сферических наночастиц: А, которые образуют гранецентрированную кубическую плотноупакованную решетку, и В, меньших по размеру, которые занимают 25 % тетраэдрических пустот в плотноупакованной структуре наночастиц А.

  1. Напишите эмпирическую формулу для сверхрешетки (АВn) (1 балл)
  2. Каково должно быть оптимальное соотношение между диаметрами А и B для создания такой сверхрешетки? (2 балла)
  3. Каковы, на Ваш взгляд, причины возникновения ориентации отдельных коллоидных кристаллов на рисунке относительно элементов искусственного рельефа (канавок) – графоэпитаксии коллоидных кристаллов? (2 балла)
"Графоэпитаксия" коллоидных кристаллов, образуемых квантовыми точками селенида кадмия
Максимальный балл: 5



4. «Дендримеры – искусственные фотоантенны» (максимум 10 баллов)

Текст задания

(ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВСЕХ - даже школьников с математическим уклоном)

Помните ли вы, чем грозили ужасные, зловредные семена баобабов планете Маленького Принца из сказки Антуана де Сент-Экзюпери? Один лентяй на своей планете не выполол вовремя всего три кустика баобабов и... согласно сказке из этих кустиков вырости огромные деревья, которые завладели всей планетой и разорвали ее. Дендримеры, конечно же, не столь ужасны и даже полезны, хотя само слово «дендример» и происходит от греческого: «dendron» - дерево. Дендримеры относятся к классу полимерных соединений, молекулы которых имеют большое число разветвлений. При их получении c каждым элементарным актом роста молекулы количество разветвлений увеличивается. В результате, с увеличением молекулярной массы таких соединений изменяются форма и жесткость молекул, что, как правило, сопровождается изменением физико-химических свойств дендримеров, таких как характеристическая вязкость, растворимость, плотность и др.

Одни из наиболее эффективных природных наноструктур – светособирающие фотоантенны, которые играют ключевую роль на ранних стадиях фотосинтеза. Антенны состоят из нескольких десятков пигментов порфириного типа, находящихся в белковом окружении. При поглощении света антенна переходит в возбужденное состояние и направляет полученную энергию к реакционному центру фотосинтеза, где она используется для последующих окислительно-восстановительных реакций.

В искусственных фотосинтетических устройствах роль фотоантенн играют супермолекулы-дендримеры, имеющие иерархическую структуру. Рассмотрим один из классов дендримеров. Молекулы этого класса состоят из одного реакционного центра (РЦ) и некоторого количества пигментов, причем РЦ соединен с двумя пигментами, а каждый пигмент (кроме внещних) – с тремя соседями.

  1. Сколько пигментов включает дендример n-го поколения? (2 балла)
  2. Будем считать, что при поглощении света с равной вероятностью возбуждается любой из пигментов, а миграция энергии происходит только в сторону РЦ по кратчайшему пути, причем время миграции между любыми двумя элементами структуры – одно и то же, обозначим его t. Рассчитайте среднее время, за которое возбуждение дойдет до РЦ в дендримере n-го поколения. (2 балла)
  3. При миграции энергии от пигментов к РЦ часть энергии теряется. Эффективность фотоантенны определяется долей энергии, дошедшей от исходного возбужденного пигмента до РЦ. Пусть доля энергии, которая передается на каждом шаге, равна p (p = 1). Рассчитайте среднюю эффективность дендримера n-го поколения, считая, что все маршруты миграции энергии равновероятны. (2 балла)
  4. Пусть пигменты – это бензольные кольца, соединенные тройной связью. Сколько поколений пигментов уместятся в супермолекуле диаметром 10 нм, если диаметр РЦ составляет 4 нм (размерами РЦ пренебрегаем)? Каково среднее время возбуждения РЦ в такой молекуле, если t = 5 пс? Чему равна эффективность такого дендримера, если p = 0.95? (4 балла)

Баобабы, разрывающие корнями небольшую планету (сказочн.)
Дендример 2-го поколения. 1 – реакционный центр.
Дендример 3-го поколения. 1 – реакционный центр.
Схема строения "пигмента"
Максимальный балл: 10



5. «Сердце атомно-силового микроскопа» (максимум 10 баллов)

Текст задания

(СТУДЕНЧЕСКИЙ уровень, но решить задачу стоит пытаться всем - за нее можно получить отдельную премию)

 

Альфа – кварц – самый известный пьезоэлектрик, в котором прикладываемое напряжение вдоль определенных граней кристалла вызывает его направленную деформацию. Это явление лежит в основе работы пошаговых двигателей, кварцевых резонаторов и пр. Однако при использовании поликристаллического материала (керамики), полученного из кварца, суммарное перемещение будет равно нулю, так как при случайной ориентации кристаллитов суммарный вектор, складывающийся из отдельных хаотических векторов перемещений, будет ничтожно мал. Титанат бария – тоже пьезоэлектрик, однако керамическая трубка из твердых растворов на основе BaTiO3 может служить сердцевиной пьезодвигателя зонда. Опишите кристаллическую структуру альфа-кварца и титаната бария (1 балл). В чем принципиальная разница между этими материалами (1 балл)? Как именно нужно «обработать» керамический титанат бария, чтобы керамическая деталь смогла работать в самом сердце атомно-силового микроскопа (5 баллов)? В чем причина так называемого «крипа» при получении АСМ изображений (3 балла)?

 

Пьезосканер производства фирмы Quesant
Схематическое изображение пьезотрубки
Сканирующий зондовый микроскоп NT-MDT NTEGRA Aura (NT-MDT, Россия)
Максимальный балл: 10



6. «Лунный воздух» (максимум 10 баллов)

Текст задания

(ЗАДАНИЕ ДЛЯ ТЕХ, кто знает основы химии и умеет искать информацию в Интернете)

 

Аэрогели – удивительный класс нанопористых материалов, которые на 99% состоят из воздуха (99% пористости, площадь поверхности до 1000 м2/г, плотность около 0.05 г/см3). Они очень красивы внешне – похожи на «лунный камень». Традиционным способом получения аэрогелей является использование приема так называемой сверхкритической сушки. В чем сущность и практическая значимость этого приема (2 балла)? Как с помощью сверхкритической сушки получить аэрогели SiO2, BaTiO3, V2O5 (3 балла)? Для чего можно использовать полученные материалы (2 балла)? Почему такие материалы на ощупь кажутся «горячими»? (1 балл) В чем отличие структуры аэрогелей от структуры «обычных» гелей? (2 балла)

 

Внешний вид кусочков аэрогеля под электронным микроскопом (фото - Химический факультет МГУ)
Максимальный балл: 10



7. «Изысканные формы наномира» (максимум 10 баллов)

Текст задания
(СТУДЕНЧЕСКИЙ уровень, но задачу могут решить все)

Кубическая структура алмаза (одного из самых твердых веществ в мире, твердость 10 по шкале Мооса) – один из самых известных структурных типов. Тем не менее, оказывается, что при переходе к «наноалмазу» атомы углерода с легкостью изменяют своей обычной упаковке, в результате чего наночастицы приобретают икосаэдрическую форму.
  • Опишите, как устроена кристаллическая решетка алмаза в объемном состоянии (1 балл)?
  • Опишите, как может быть устроена «кристаллическая решетка» икосаэдрического наноалмаза (2 балла)?
  • Какая из решеток стабильнее и почему (3 балла)?
  • Как изменятся химические, механические и электрофизические свойства наноалмаза по сравнению с объемным кристаллом? (4 балла)
Строение нанокластера (из работ академика РАН В.Я.Шевченко)
Максимальный балл: 10



8. «Платинированная углеродная бумага» (максимум 15 баллов)

Текст задания

Для создания каталитического слоя низкотемпературного топливного элемента обычно используют газопроницаемую углеродную бумагу, состоящую из углеродных волокон, на которую нанесены наночастицы платины. Предположим, что платину наносили электроосаждением из электролита состава 0.1 M HClO4 + 2 мM H2PtCl6 (площадь электрода Ag=1 см2, потенциал 0.1 В относительно стандартного водородного электрода) в течение t=4 мин.

  1. Рассчитайте удельную массу осажденного металла (W, в мкг на 1 см2 подложки), если средняя сила тока I при электролизе составила 0.09 мА. (2 балла)
  2. Реальная поверхность полученного платинового покрытия Ar, определенная электрохимически, составила 1.9 см2. Рассчитайте его удельную поверхность S2/г). (1 балл)
  3. Предполагая, что частицы платины имеют сферическую форму и образуют монослой на подложке, рассчитайте их средний диаметр d (нм) и плотность N (см-2). (1 балл)
  4. Крайне важной характеристикой каталитической активности является отношение активной поверхности катализатора Arк занимаемому им объёму (см2/см3). Рассчитайте его: (а) для данного случая, (б) для монослоя атомов платины на поверхности подложки, (в) для платинового шара объемом 1 см3. Как Вы считаете, почему именно электроосаждение широко применяется для получения покрытий металлов платиновой группы? (2 балла)
  5. Для чего, помимо основного компонента H2PtCl6, в электролите присутствует и HClO4? (1 балл)
  6. Как, на Ваш взгляд, изменится плотность частиц платины N при уменьшении потенциала электроосаждения? (1 балл)
  7. Как на размере частиц платины d отразится увеличение концентрации H2PtCl6 в электролите (при отсутствии перемешивания во время электроосаждения)? (1 балл)
  8. Зачем «углеродную бумагу» для каталитического слоя топливных элеменов платинируют? (1 балл) Предложите способы платинирования и напишите уравнения реакции (1 б.). Опишите детально с помощью химических реакций работу метанольного топливного элемента – события происходящие на различных границах раздела (частях топливного элемента). (4 балла)
Справочные данные:молярная масса платины M=195.1 г/моль, плотность платины ρ=21.4 г/см3, постоянная Фарадея F=96 485 Кл/моль, ковалентный радиус атома платины r=0,13 нм.
"Нано"кластеры платины на углеродных волокнах по данным просвечивающей электронной микроскопии (фото института проблем химической физики Российской Академии Наук, г.Черноголовка)
Максимальный балл: 15



9. «Краткость – сестра таланта». За и против нанотехнологий (максимум 20 баллов).

Текст задания

(НЕСОМНЕННО, это задание ДЛЯ ВСЕХ, особенно одаренных фантазией и творческими способностями. За это задание дается отдельная премия!)

На сайте Нанометр порой разворачивались горячие дискуссии по поводу опубликованных заметок. Теперь у Вас есть шанс поспорить не только со своими оппонентами, но и с самим собой. Наши предки считали, что тот мудрец, кто сможет дважды доказать, что белое – это черное, а черное – это белое. Представьте на мгновение, что перед Вами – совершенно неподготовленный человек. Докажите ему важность (научную, практическую, социальную или любую другую) одной из тем, которые приведены ниже. А потом убедительно опровергните свое же собственное мнение. На это своеобразное эссе у Вас не больше 4000 знаков (считая пробелы и знаки препинания). Факты приветствуются, для ссылок на любые источники (книги, журналы, сайты) отводится не больше одной страницы текста, которая не входит в зачет. По этой задаче назначена отдельная премия за лучшее эссе!

Тема на выбор:

  1. «Эта музыка будет вечной, если я заменю батарейки» (наноэнергетика и наноионика),
  2. «Труба зовет» (углеродные и неуглеродные нанотрубки),
  3. «Точка, точка, запятая…» (получение и использование квантовых точек),
  4. «Ау, Демоны Максвелла!» (нанороботы и наномедицина),
  5. «Атом – это сила!» (атомно-силовая микроскопия)
  6. «Гремучий газ» (водородная энергетика)
  7. «Да здравствуют киборги!» (биоматериалы и имплантанты на основе наноматериалов)
  8. «Там внизу – много места» (социальные аспекты нанотехнологий.)
  9. «Вспомнить все… по нанотехнологически» (наноматериалы информационных технологий)
  10. «Встал утром – прибери свою Планету» (наноматериалы и экология)


Максимальный балл: 20



10. «Очень маленькие магниты» (максимум 20 баллов)

Текст задания

(СТУДЕНЧЕСКИЙ и АСПИРАНТСКИЙ уровень)

Вы, конечно, знаете, что ферромагнитные материалы ниже температуры Кюри имеют определенную доменную структуру (приставка «ферро» означает именно это, а не часть латинского названия железа «феррум»). Если мы начнем уменьшать размер ферромагнитных кристаллов, то в диапазоне микрометров-нанометров происходят определенные качественные изменения магнитных свойств материала.

  1. Опишите изменения магнитных свойств, происходящие при уменьшении размера частиц ферромагнетика (2 балла).
  2. Какие параметры и как определяют эти эффекты? (3 балла)
  3. Нарисуйте схематически зависимость коэрцитивной силы от размера частицы для ансамбля неупорядоченных и фиксированных в пространстве частиц, объяснив основные участки кривых в координатах «размер – индукция магнитного поля» (5 баллов).
  4. Нарисуйте схематически кривую гистерезиса намагниченности от магнитного поля для подобного ансамбля частиц с размерами а) в единицы нанометров, б) десятки-сотни нанометров и в) десятки микрон (3 балла). Нарисуйте схематически кривую магнитного гистерезиса для наночастицы никеля, покрытой оболочкой из оксида никеля (1 балл).
  5. Оцените время релаксации t до термодинамически стабильного состояния находящейся при Т=300 K системы сферических наночастиц после отключения внешнего магнитного поля (1 балл). Средний диаметр частиц принять равным R=30 нм, а константу магнитной анизотропии K300=1·104 Дж/м3. Определите критический размер наночастицы такого материала Dкр, при котором он перейдет в суперпарамагнитное состояние при температуре Т=300 K, полагая время релаксации t равным 100 с (1 балл). Время релаксации описывается следующей формулой: t = t0exp(E/(kBT)), где E – величина энергетического барьера, Т- температура, kB – постоянная Больцмана, t0 –предэкспоненциальный множитель, принимаемый равным 10-9 с. Энергетический барьер представляет собой произведение объема частицы V на константу магнитной анизотропии K (разность энергий, затрачиваемых на намагничивание единицы объема ферромагнетика по осям трудного и легкого намагничивания.
  6. При одинаковом диаметре частиц, превышающем суперпарамагнитный предел, и прочих равных условиях, какие из магнитных жидкостей будут лучше разогреваться переменным магнитным полем – содержащие частицы литий-марганцевой шпинели, ортоферрита иттрия, магнетита, маггемита, гематита, альнико, гексаферрита бария, платины или меди (2 балла)? Объясните, каковы могут быть причины разогрева таких магнитных наночастиц в адиабатических условиях (1 балл). Какие из этих частиц будут обладать наименьшей цитотоксичностью при использовании в гипертермии раковых опухолей (1 балл)?
Художественное изображение наночастицы, разогревающейся переменным магнитным полем
Максимальный балл: 20



11. «Делаем нанокерамику» (20 баллов)

Текст задания

(СТУДЕНЧЕСКИЙ и АСПИРАНТСКИЙ уровень)

Усилия многих исследователей-материаловедов сосредоточены на разработке топливных ячеек, которые превращают энергию химической реакции непосредственно в электрическую энергию. В топливной ячейке реагенты разделены многослойной мембраной, внешние поверхности которой играют роль анода и катода, а пространство между ними заполняет твердый электролит, способный переносить катионы или анионы. Запишите уравнения реакций, протекающих на электродах топливной ячейки в случае реакции между кислородом и водородом, если электролит является переносчиком ионов кислорода O2- или ионов H+ (3 балла). Что изменится, если вместо водорода использовать CO? (1 балл)

В разработке эффективных топливных ячеек свое весомое слово призвана сказать нанотехнология. Ниже описана методика получения материала анода для топливной ячейки, представляющей собой наноструктурированный композит металлический Ni - ZrO2(Y2O3), т.е. оксид циркония, легированный оксидом иттрия. Какие функции выполняют компоненты композита при работе топливной ячейки? (3 балла). Напишите уравнения химических реакций, отвечающих разным стадиям синтеза и объясните, как поэтапно формируется структура нанокомпозита.

  1. Zr(OC2H5)4 и 2-х кратное количество NaOH растворяют совместно в избытке этиленгликоля (CH2OH)2, затем этиленгликоль отгоняют в вакууме. Какая реакция происходит? Какова роль этиленгликоля? (2 балла)
  2. Полученный продукт прибавляют к избытку воды с добавками бромида N-цетил-N,N,N-триметиламмония [(CH3)3N(СH2)14CH3]Br (3 весовых %) и эквивалента NaOH. Все перемешивают длительное время. Что происходит? (2 балла)
  3. Туда же добавляют раствор нитрата никеля в этиленгликоле. Все перемешивают при комнатной температуре. Запишите уравнение реакции (2 балла). Где выделяется продукт реакции? (1 балл)
  4. Далее смесь перемешивают при 800С. Что происходит? (1 балл)
  5. Продукт отделяют фильтрованием и нагревают на воздухе до 450oC. Что происходит? (1 балл)
  6. Полученный материал выдерживают в токе водорода при 400oC. Что происходит? (1 балл)


В результате мы получаем нанокомпозит, содержащий упаковку ажурных горизонтальных трубок из оксида циркония с внутренним диаметром и толщиной стенок 3-5 нм, свободно пропускающих газообразный водород, и начиненных нанокластерами металлического никеля. Объясните, как это получилось? (3 балла)

Агрегатная структура керамики
Максимальный балл: 20



12. «Органические светодиоды» (максимум 20 баллов)

Текст задания
(АСПИРАНТСКИЙ уровень)

Недавно ученые из университета Аризоны объявили о создании «белого» органического светодиода (OLED) (Adv. Mater. 2007, 19, 197–202; по материалам сайта Нанометр от 24 апреля 2007 года) с высокой квантовой эффективностью.


  1. Почему именно при использовании фосфоресцентных молекулярных материалов существует принципиальная возможность добиться 100% внутренней квантовой эффективности в OLED (1 балл)? Какие существуют альтернативы электролюминесцентным материалам на основе фосфоресцентных комплексов иридия(III) и платины(II), для которых также теоретически возможно достижение 100% внутренней квантовой эффективности (3 балла)?
  2. Возможно ли создание «белых» OLED с использованием в качестве эмиссионных слоев электролюминесцентных материалов на основе квантовых точек селенида кадмия (2 балла)? Предложите методы их получения (2 балла).
  3. Каковы основные ограничения на внешнюю квантовую эффективность OLED (2 балла)? Можно ли добиться ее увеличения в предложенных авторами OLED без изменения общей структуры и состава слоев (2 балла)?
  4. Предложите материалы, которые могут послужить заменой наиболее широко используемого в настоящее время материала анода – «индий-оловянного оксида» (ITO) (3 балла)? Какой технологической стадии это позволит избежать (1 балл)?
  5. Почему в OLED необходимо использовать тонкие, «наноразмерные» пленки (4 балла)?

Картинка мз будущего (фото сайта Трансгуманизм)
Гетероструктура OLED
Белый пиксель OLED
Максимальный балл: 20



13. «Происки невнимательного студента» (максимум 25 баллов)

Текст задания

(СТУДЕНЧЕСКИЙ и АСПИРАНТСКИЙ уровень)

Студент попытался приготовить квантовые точки состава CdSe c высоким выходом люминесценции. Он нагрел TOPO («триоктил-фосфин-оксид») и растворил требуемое количество триоктилфосфина и диметилкадмия, однако совершенно случайно добавил сульфид триоктилфосфина вместо селенида триоктилфосфина. После того, как наночастицы выросли до ~ 2 нм в диаметре, аспирант осознал свою ошибку и попытался немедленно остановить реакцию. В попытке это сделать и спасти эксперимент он перенес наночастицы в TOPO, добавил уже правильный реагент – селенид триоктилфосфина и со спокойной совестью продолжил нагревание реакционной смеси. После того, как наночастицы доросли до ~ 4 нм в диаметре, он окончательно остановил синтез и попытался измерить квантовый выход люминесценции полученных квантовых точек. К его глубочайшему сожалению, люминесценция у полученных наночастиц отсутствовала.

  • Каков механизм формирования квантовых точек в указанных превращениях (5 баллов)?
  • За счет чего наблюдается люминесценция в квантовых точках (3 баллов)?
  • Как аспирант останавливал реакции и почему это ему удавалось сделать (2 балла)?
  • Почему у полученных наночастиц отсутствовала люминесценция? (5 баллов)
  • Что бы Вы посоветовали студенту, чтобы все-таки получить люминесцирующие наночастицы с высоким квантовым выходом из уже полученных им наночастиц, чтобы исправить ситуацию и получить зачет у профессора по спецпрактикуму (5 баллов)?
  • Как можно было бы ковалентно привязать молекулу белка к таким наночастицам – маркерам (объясните коротко основные стадии предложенной Вами методики)? (5 баллов)
Люминесценция ПРАВИЛЬНО полученных квантовых точек селенида кадмия
Максимальный балл: 25



14. "Блиц-турнир" (максимум 50 баллов)

Текст задания
(ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВСЕХ - просто ищите вопросы и отвечайте на те, которые нравятся)

В этом задании даны вопросы различного уровня и тематики. Коротко ответьте на понравившиеся Вам вопросы (не более 1000 знаков на ответ по любому из вопросов). Большее количество правильных ответов приведет к большему количеству баллов. Однако не переживайте, если Вы знаете ответы не на все вопросы!

  1. Предложите методы сепарации по размерам изотропных наночастиц для трех основных размерных диапазонов – менее 10 нм, от 10 до 30 нм и более 30 нм. (1 балл)
  2. Что такое температура плавления в применении к наночастицам? (1 балл) Какого рода фазовый переход может быть связан с плавлением наночастиц? (1 балл)
  3. Где нельзя применить наноматериалы и какие материалы вредно получать в ультрадисперсном состоянии? (2 балла)
  4. Может ли наночастица быть мезопористой с точки зрения терминологии IUPAC? (1 балл)
  5. Почему наночастицы нельзя разглядеть в оптический микроскоп? (1 балл)
  6. Какие наночастицы содержит сажа и платиновая чернь? (1 балл)
  7. Какие дефекты могут быть и какие не должны существовать в наночастицах? (1 балл)
  8. Ксерогель пентоксида ванадия и нанотрубки оксида ванадия дают четкие спектры рентгеновской дифракции. Можно ли эти материалы считать моно- или поликристаллическими? (1 балл)
  9. Как крышечка закрытой с одного конца нанотрубки изменит ее химические, механические и физические свойства? (2 балл)
  10. Каковы рекордные коэффициенты полезного действия солнечных батарей, использующих наноматериалы? (1 балл)
  11. Что термодинамически стабильнее при нормальных условиях - графен, фуллерен, одностенная углеродная нанотрубка, наноалмаз? (1 балл)
  12. Назовите максималое число способов разделения одностенных и многостенных углеродных нанотрубок. (1 балл)
  13. Предложите простейший способ получения магнитных наночастиц оксида железа. (1 балл) Почему при добавлении цинка Тс таких частиц снижается? (1 балл)
  14. Выберите лучший материал для наноиндентера – кварц, алмаз, УНТ, SiC, BN, высокоуглеродистая сталь, золото, политетрафторэтилен. (1 балл)
  15. Какую моду и какой кантилевер СЗМ лучше всего выбрать для анализа поверхности алмаза, поверхности магнитной пленки, запоминающих элементов флэф-дискеты, пленки органического светодиода, пленки жидкости с магнитными наночастицами, поверхности графита, поверхности сверхпроводника, ион-проводящего нитевидного кристалла? (3 балла)
  16. Что такое «кассиев пурпур»? Когда он был открыт? (1 балл) Почему он может обладать различным цветом в зависимости от способа получения? (1 балл) Где сейчас могут найти практическое применение такие системы? (1 балл)
  17. Как происходит генерация синглетного кислорода при фотодинамической терапии рака с использованием нанокристаллического кремния? (1 балл)
  18. Где применяют гвозди и шурупы из «нанокристаллического» титана? (1 балл) Как сделать такой гвоздь? (2 балла)
  19. В чем причина упорядочения лиотропных жидкокристаллических систем, используемых для получения мезопористых матриц – так называемых одномерных нанореакторов для получения наочастиц, нанопроволок и пр.? (1 балл) Как можно контролировать диаметр пор? (1 балл)
  20. В чем плюсы и минусы использования наноматериалов для создания химических источников тока. (1 балл)
  21. Назовите наибольшее число наноматериалов, протестированных для хранения водорода. Какие из них считаются наиболее перспективными и почему? (2 балла)
  22. В Мессбауэровском спектре наночастиц оксида железа (III) наблюдается секстет. Означает ли это, что данную кристаллическую модификацию оксида железа можно эффективно использовать для регионарной гипертермии раковых опухолей? (2 балла)
  23. Как сделать диод Шоттки из одностенной углеродной нанотрубки (1 балл)? Объясните, почему возможно создание такого диода. (1 балл)
  24. Почему суперпарамагнитные частицы могут разогреваться в переменном магнитном поле? (1 балл)
  25. Предположим, что средняя скорость дрейфа электронов в золоте – 1 м/с, а в графене – 1000 000 м/с. Расчитайте с точностью до секунды разность по времени, когда абонент компании МГТС на Камчатке (10 000 км) услышит свою тещу, живущую в Москве, по телефонному кабелю, сделанному из графена или золота, соответственно. (1 балл)
  26. Как звучит нанопианино и наногитара? (1 балл)
  27. Почему при растяжении золотой проволоки до определенных пределов начинает нарушаться закон Ома и как в этом случае выглядит вольт-амперная характеристика? (1 балл)
  28. Опишите качественно график изменения проводимости углеродных нанотрубок типа «кресла», «зигзаг» и хиральных НТ («левых» и «правых») при изгибе, кручении и сжатии. Объясните причину изменения проводимости. Можно ли этого же эффекта ожидать от металлоксидных нанотубуленов? Из каких нанотрубок лучше делать светоизлучающий элемент, основанный на электронной эмиссии – изогнутых, хиральных, одностенных, многостенных? (5 баллов)
  29. Через сколько метров оборвется под собственным весом мононить из одностенной углеродной нанотрубки для космического лифта в однородном поле земного тяготения? Принять диаметр нанотрубки D нм (конфигурация «зигзаг»), а энергия связи углерод-углерод - E [эрг]. (2 балл)
  30. Почему крем от загара, содержащий нанокристаллический диоксид титана, может быть опасен для здоровья? (2 балла)

Сплошные вопросы, в том числе и "детские"...
Максимальный балл: 50



15. «Промышленный шпионаж» или нанотехнологический Шерлок Холмс (до 90 баллов)

Текст задания

(ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВСЕХ. Разбудите полет Вашей фантазии, но помните, что вслед за гипотезой идут умозаключения и доказательства)

 

Микрофотографии современных материалов чаще всего содержит достаточно много «скрытой» информации, как правило, достаточно специфично характеризующей тот или иной класс материалов, стоит только скурпулезно проанализировать все детали. Иногда этим пользуются развивающиеся промышленные компании, чтобы попытаться воспользоваться секретами конкурентов в своих целях. В этом случае научное знание может быть поставлено на службу сомнительной коммерческой выгоде. Тем не менее, попробуйте испытать себя в роли Шерлока Холмса, который, как известно, сам пытался бороться в одном из рассказов с промышленным шпионажем.

 

Ниже приведено несколько (точнее, 18) различных фотографий неорганических материалов. Предположите, что это может быть за материал для каждой (по 2 балла) из фотографий, обосновав логику своего выбора и указав, с помощью какого инструментального метода получены микрофотографии. Укажите элементы наноструктурирования на каждой (по 1 баллу) фотографии, если они имеются. Как может быть получен указанный Вами материал (по 1 баллу)? Каковы могут быть практические применения (по 1 баллу) предложенных Вами материалов?

 

Примечание: чем больше фотографий Вы опишите, тем больше будет количество набранных баллов за задачу – при условии, что Ваши гипотезы хотя бы гипотетически будут соответствовать истине. Мы не ожидаем, что Вы сможете точно указать, что изображено на фотографии, нас интересует любая здравая гипотеза и логика Ваших рассуждений.

Фото 1.
Фото 2
Фото 3
Фото 4
Фото 5
Фото 6
Фото 7
Фото 8
Фото 9
Фото 10
Фото 11
Фото 12
Фото 13
Фото 14
Фото 15
Фото 16
Фото 17
Фото 18
Максимальный балл: 90


В статье использованы материалы: Нанометр


Средний балл: 8.0 (голосов 28)

 


Комментарии
Интересные задания!
К сожалению нет литературы по нанотехнологии в библиотеке школы и села.
Очень удивительная картина наномира...
Я глубоко задумалась, стоит ли учавствовать в следующей олимпиаде)))Задания действительно интересеные
Блииииин...сложняк...это для какого класса? До меня только первое дошло...
...и второе кое-как...
Хара Кирилл Александрович, 17 февраля 2009 22:10 
Я только сегодня понял, что окружающий Мир - это не то, что мы привыкли видеть.
Владимир Владимирович, 17 февраля 2009 22:23 
А дальше - лишь больше, то есть мельче, ну то есть глубже
Хужин Тагир Ришатович, 18 февраля 2009 17:08 
изумительные фотографии, нет слов, но для меня эти задачки не под силу
______________
Валютная политика
Картинки! непонятные...
задания легче некуда!!!!!
потом:
Климова Катя Алексеевна, 10 февраля 2011 20:49 
ОГО!!!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Нано-незнакомка
Нано-незнакомка

PHD и Postdoc позиции в Сколтехе / машинное обучение
В группе проф. А.Шапеева открыты позиции научного сотрудника и аспиранта по применению машинного обучения для представления и оптимизации свойств материалов при их сильном растяжении.

Конкурс на лучший проект в области популяризации научных знаний для школьников «Школа юных ученых»
Цель Конкурса РАН «Школа юных ученых» - популяризация современных достижений науки и техники и развитие интереса к науке как к будущей профессии среди школьников. В рамках конкурса проводится отбор лучших проектов в области популяризации научных знаний для школьников, включающих одно или серию обучающих мероприятий любой формы организации на усмотрение участника конкурса. Это могут быть лекция, мастер-класс, деловая игра, исследовательская лаборатория, семинар, дискуссионный клуб, симуляционная игра, квест-марафон, лабораторная работа и др.

Самая тонкая плоская линза из Гарварда
Исследователи из Гарвардского университета продемонстрировали первую плоскую линзу, которая работает во всём диапазоне видимого света. Новая линза является метаповерхностью. Она представляет собой пластинку прозрачного кварца, покрытую миллионами крошечных столбиков из диоксида титана, каждый из которых имеет ширину в несколько десятков и высоту в несколько сотен нанометров

СТО АСМК.021МУ-2015 и добавленная стоимость инноваций: как не споткнуться на рынке интеллектуальной собственности
Зорина Юлия Геннадьевна (эксперт-аудитор по интеллектуальной собственности), Парвулюсов Юрий Юрьевич (вице-президент фонда «ФИНАС»), Розов Денис Викторович (руководитель правового управления оборонного предприятия), Фокин Геннадий Васильевич (председатель технического комитета по стандартизации и депозитарий стандартов профессионального менеджмента интеллектуальной собственности серии «Интеллектуальная собственность и инновации»), +7(495)4904726, +7(985)0234384, +7(916)2050579, gvf@finas.su, www.finas.su
Правовой нигилизм и пренебрежение правовыми нормами гражданского оборота интеллектуальной собственности, искажение учета нематериальных активов (несоответствие первичной документации требованиям пункта 3 ПБУ 14/2007) и отсутствие эффективной системы документооборота менеджмента интеллектуальной собственности — грозят упущенной выгодой и административными, налоговыми, уголовными правонарушениями. Как поправить положение?

Форум тьюторов (1 часть)
Асмолова Екатерина
6 и 7 февраля 2016 года в рамках мероприятий X Всероссийской олимпиады школьников «Нанотехнологии – прорыв в будущее!» проходила Открытая Нанотехнологическая Школа-конференция для школьников, студентов и преподавателей. Представляем Вашему вниманию краткий фототчет Форума Тьюторов.

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.

Проектная деятельность с точки зрения учителя

Это специальный опрос для учителей и представителей школ, которых мы просим оценить значимость предлагаемых материалов, мероприятий и перспективы их дальнейшего совершенствования на пути эффективного взаимодействия школ и ВУЗов. В опросе могут также участвовать школьники, студенты и аспиранты, особенно со своими критическими замечаниями в комментариях.

Проекты или прожекты?

Проектная деятельность школьников становится все более популярной, фактически превращается в "обязаловку" для школ и их воспитанников. При этом, что это такое и как с этим быть, знают не очень многие. Этот небольшой опрос ставит себе целью оценить, как сейчас понимаются вопросы проектной деятельности всеми потенциальными участниками этого непростого процесса.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.