Използване на изкуствен интелект за изследване свойствата на наноматериали
Венета Тодорова, старши учител в 2.СУ“Акад.Емилиян Станев“,София
e-mail : veneta.todorova@2su.bg
РЕЗЮМЕ:Наноматериалите са вещества, които имат уникални физични, химични и механични свойства благодарение на размерите си в нанометровия мащаб (по-малко от 100 нанометра). Те предизвикват революция в различни области на науката и индустрията, включително електроника, медицина, енергийни технологии и материалознание..
КЛЮЧОВИ ДУМИ:Графен , устойчивост, нанопокритие
Основни характеристики и приложения на наноматериалите
Наноматериалите притежават специфични характеристики, които ги правят изключително интересни за изследване и приложение. Те могат да бъдат класифицирани в различни категории, като наночастици, нанотръби, нанопорести материали, нанопокрития и други. Основните им предимства включват:
Приложения на наноматериали:
Разрешаване на казус: Проблеми с прилагането на наноматериали
Независимо от техните обещаващи приложения, наноматериалите поставят редица предизвикателства, които трябва да бъдат решени. Тези проблеми могат да бъдат както технически, така и етични.
1.Проблем с устойчивото производство
Един от основните проблеми при производството на наноматериали е свързан с тяхната екологична устойчивост. Процесите на синтез на наноматериали често изискват използването на токсични химикали или високи енергийни разходи. Учениците могат да изследват възможността за замяна на тези химикали с по-безопасни и природосъобразни алтернативи, както и да оптимизират енергийната ефективност на производствените процеси.
Пример за решаване: Процеса на синтез на наночастици може да се оптимизира чрез използване на водни разтвори и зелени химични методи, които минимизират отпадъците и замърсяванията.
Наноматериалите, когато се отделят в околната среда, могат да имат неизвестни или непредвидими ефекти върху живите организми и екосистемите. Поради малките си размери, наночастиците могат да проникват в клетките и да нарушават нормалната им функция.
Казус за решаване: Изследване на методи за безопасно и контролирано използване на наноматериали в индустриалните процеси. Учениците могат да разработят концепции за безопасно изхвърляне или рециклиране на наноматериали, за да се намали риска от тяхното разпространение в околната среда.
Възможности за етични и социални проблеми
Въпросите на етиката при използването на наноматериали също са от съществено значение. Например, приложението на наноматериали в медицината може да доведе до неравенство в достъпа до новите технологии. Освен това, съществуват опасения относно възможното използване на нанотехнологиите за създаване на нови видове оръжия.
Казус за решаване :
Учениците се разделят на две групи;
-първата група търси аргументи покрепяши отговорното и етично изплзване на наноматериали и нанотехнологии.
-втората група търси аргументи, засягащи етични проблеми свързани с използването на наноматериали. Като например проблемът свързан с ограничената употреба поради по-висока цена на лекарства получени на база наноматериали. .
Изследователски казус : Проект за създаване на устойчив наноматериал
Учениците получават за задача да намерят най-новите приложения на наночастиците свързани с добива на енергия и иновации при намаляване на разходите.
Един от най-новите методи е разработен от учени от Торонто, които са получили частици, чрез които ще се постигне лесен и евтин начин за нощно виждане.
Тези наночастици, реагират на невидимите за човешкото око инфрачервени лъчи. Известно е, че дължината на вълната на инфрачервените лъчи е извън обхвата на окото. А също като слънчевите панели тези частици могат да натрупват енергия за определени цели.
Със съвременните светлочувствителни камери и биноклите за нощно виждане се получава изображение в инфрачервения спектър, но използваните в тях полупроводници се произвеждат по доста трудоемка технология и са много скъпи.
Резултатите показват, че частиците ще могат да се прибавят като съставка на защитни покрития, тъкани или пластмаси, като по този начин значително ще се намалят производствените разходи. Специално обработеният обектив на камерата ще заснема кадри на тъмно, като улавя инфрачервеното излъчване. Стени, покрити с чувствителна към инфрачервени лъчи боя, ще реагират на появата на неканени гости или животни само по телесната им температура.
Сериозно предимство на тези частици е свойството им да улавят енергията на инфрачервените вълни от слънчевата светлина и да я превръщат в електричество. Тази възможност може да спомогне за усъвършенстването на гъвкавите слънчеви клетки. Много компании, правят опити за замяна на неподвижните и доста непривлекателни на вид слънчеви панели от кристалин с пластмасови, които да могат дискретно да се монтират на покрива или на някоя от стените на сградата.
Проучването направено от учениците въз основа на данни от виртуалното пространство показват твърде ниска ефективност на сегашните полимерни слънчеви клетки,. Експериментално е постигнато превръщане на слънчевата енергия в електрическа на не повече от 3 до 12 % от общия поток, попадащ върху полимерния панел.
Чрез добавяне на инфрачервените частици полимерните слънчеви клетки могат да постигнат превръщане на до 30 % от попадащата върху тях слънчева светлина,
Половината от слънчевата енергия, достигаща Земята, е в невидимата за човешкото око част от спектъра. Уникалното постижение е постигнато чрез специален вид пластмаса която улавя инфрачервената част от спектъра
Тайната съставка, която позволява едновременно да се вижда на тъмно и да се улавя енергията на слънчевата светлина, е въглерод. Чувствителните към инфрачервените лъчи нанокристали се състоят от осем атома въглерод, свързани верижно. Въглеродът е основният елемент на нанотръбите – това са устойчиви електрически активни частици, които са намерили приложение в самолетостроенето и полупроводниковата индустрия.
Заключение:Наноматериалите са новаторска и многообещаваща област на науката, но тяхното прилагане изисква внимателно разглеждане на многобройни технически, екологични и етични аспекти. Учениците, участващи в изследвания и разработки в тази сфера, играят важна роля в намирането на иновативни решения на тези проблеми. Като част от процеса на обучение, те трябва да се запознаят с всички аспекти на нанотехнологиите и да участват активно в създаването на нови материали и технологии, които могат да променят света в бъдеще.
Използвана литература:
Георгиева,А.(2017).Нанотехнология на карбонатни наноструктури-получаване,свойства и моделиране-
Попкочев, Т. (2010) Методът на конкретните ситуации (case study) в
подготовката на педагози. Благоевград: Сборник Интерактивните методи в съвременното образование
Ангелов, К. (2023). Евристика, изкуствен интелект, квантова информатика –
обзор и перспективи за подпомагане на модернизацията на образователната
среда. XIII МЕЖДУНАРОДЕН ЕСЕНЕН НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЕН ФОРУМ
„Креативност на образователния процес в подкрепа на българския учител“. София
07. XII. 2023 година