Къде се използват нанотехнологиите? Нанотехнологиите: кой ги е изобретил и кога Нанотехнологиите са клон на науката.

Колкото и странно да звучи този въпрос в наше време, той ще трябва да получи отговор. Поне за себе си. Общувайки с учени и специалисти, занимаващи се с тази индустрия, стигнах до извода, че въпросът все още остава открит.

Някой в Уикипедия го дефинира по следния начин:

Нанотехнологията е интердисциплинарна област на фундаменталната и приложна наука и технология, занимаваща се с комбинация от теоретична обосновка, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и методи за производство и използване на продукти с дадена атомна структура чрез контролирано манипулиране на отделни атоми и молекули.

И това определение беше там преди 2 години:

Нанотехнологиите са област на приложната наука и технология, която се занимава с изучаването на свойствата на обектите и разработването на устройства с размери от порядъка на нанометър (според системата от единици SI, 10 -9 метра).

Популярната преса използва още по-просто и по-разбираемо определение за обикновения човек:

Нанотехнологията е технология за манипулиране на материята на атомно и молекулярно ниво.

(Обичам кратките определения :))

Или ето определението на проф. Г. Г. Еленин (МГУ, Институт по приложна математика на М. В. Келдиш РАН):

Нанотехнологиите са интердисциплинарна научна област, в която се изучават законите на физичните и химичните процеси в пространствени области с нанометрови размери, за да се контролират отделни атоми, молекули, молекулни системи при създаването на нови молекули, наноструктури, наноустройства и материали със специални физични свойства. , химични и биологични свойства.

Да, като цяло всичко е съвсем ясно.. Но нашият (особено отбелязвам, домашен) педантичен скептик ще каже: „Какво, всеки път, когато разтваряме парче захар в чаша чай, не манипулираме ли веществото при на молекулярно ниво?"

И той ще бъде прав. Необходимо е към водещите да се добавят понятия, свързани с „контрол и прецизност на манипулацията”.

Федералната агенция за наука и иновации в „Концепцията за развитие на работата в областта на нанотехнологиите в Руската федерация до 2010 г.“ дава следното определение:

„Нанотехнологиите са набор от методи и техники, които предоставят възможност за създаване и модифициране на обекти по контролиран начин, включително компоненти с размери по-малки от 100 nm, поне в едно измерение, и в резултат на това получаване на фундаментално нови качества, които позволяват интегрирането им в напълно функциониращи широкомащабни системи; в по-широк смисъл този термин обхваща и методи за диагностика, характерология и изследване на такива обекти.

Еха! Мощно казано!

Или държавният секретар на Министерството на образованието и науката на Руската федерация Дмитрий Ливанов определя нанотехнологиите като:

„набор от научни, технологични и индустриални области, които са обединени в една култура, основана на операции с материя на ниво отделни молекули и атоми.“

Простият скептик е доволен, но скептикът-специалист ще каже: „Не са ли същите тези нанотехнологии, с които традиционната химия или молекулярната биология и много други области на науката непрекъснато се занимават, създавайки нови вещества, в които се определят техните свойства и структура от обекти с нано размери, свързани по определен начин?“

Какво да правя? Ние разбираме какво е „нанотехнология“... чувстваме го, може да се каже... Нека се опитаме да добавим още няколко термина към определението.

Бръсначът на Окам

Нанотехнология: всяка технология за създаване на продукти, чиито потребителски свойства се определят от необходимостта да се контролират и манипулират отделни обекти с нано размери.

Кратко и пестеливо? Нека обясним термините, използвани в определението:

"Всяко": Този термин има за цел да обедини специалисти от различни научни и технологични области. От друга страна, този термин задължава организациите, които контролират бюджета за развитие на нанотехнологиите, да се грижат за финансирането на широк спектър от области. Включително, разбира се, молекулярните биотехнологии. (Без да е необходимо изкуствено да добавяте префикса „нано-“ към името на тези направления). Считам го за доста важен термин за ситуацията с нанотехнологиите у нас на сегашния етап :).

"Потребителски имоти" (можете, разбира се, да използвате традиционния термин „потребителска стойност“ - както искате): създаването на продукти, използвайки такива напреднали методи като контрол и манипулиране на материята в наноразмер, трябва да придаде някои нови потребителски свойства или да повлияе на цената на продукти, в противен случай се обезсмисля.

Също така е ясно, че например нанотръбите, в които един от линейните размери е в областта на традиционните размери, също попадат в това определение. В същото време самите създадени продукти могат да имат всякакъв размер - от „нано“ до традиционен.

"Индивидуален": присъствието на този термин отдалечава дефиницията от традиционната химия и ясно изисква наличието на най-напредналите научни, метрологични и технологични инструменти, способни да осигурят контрол върху индивидуални и, ако е необходимо, дори конкретни нано-обекти. С индивидуален контрол получаваме обекти, които имат потребителска новост. Може да се твърди, че например много от съществуващите технологии за промишлено производство на ултрафини материали не изискват такъв контрол, но това е само на пръв поглед; всъщност сертифицираниПроизводството на ултрадисперсни материали задължително изисква контрол върху размера на отделните частици.

"Контрол" , без "Манипулация" разширява дефиницията до т.нар. нанотехнологии от „предишно поколение“.
"Контрол" заедно с "Манипулация" разширява определението до напреднали нанотехнологии.

Така че, ако можем да намерим конкретен наноразмерен обект, да контролираме и, ако е необходимо, да променим неговата структура и връзки, тогава това е „нанотехнология“. Ако получаваме обекти с наноразмер без възможност за такъв контрол (върху конкретни нанообекти), то това не е нанотехнология или в най-добрия случай нанотехнология от „предишно поколение“.

"Наноразмерен обект": атом, молекула, надмолекулна формация.

Като цяло, определението се опитва да свърже науката и технологиите с икономиката. Тези. отговаря на постигането на основните цели на програмата за развитие на наноиндустрията: създаване на технологии, базирани на модерни изследователски и производствени методи, както и комерсиализация на постигнатите постижения.

Всеки ден се доближаваме до неизбежната революция, която нанотехнологиите носят. Създаваме нови устройства, получаваме уникални материали, за които не сме се замисляли преди. Използването на нанотехнологиите в ежедневието направи възможно промяната на формата на познатите ни предмети. В резултат на това получихме напълно различни, но полезни свойства на веществото. Реалността около нас става по-малко опасна и по-благоприятна за комфортен живот. Добър пример: намаляване на обичайните размери на използваните електрически устройства до размера на наночастици, невидими за човешкото око. Компютрите стават все по-малки, но много по-мощни. Нанотехнологиите в ежедневието и в индустрията направиха възможно значително да променим всичко около нас.

Възможно ли е да се създаде форма на изкуствен интелект, която да задоволи всички наши нужди? Отговорът се крие в рационалното прилагане на най-новите разработки. Нанотехнологиите са пътят на бъдещето, тъй като засягат всеки аспект от живота ни. Използването на нанотехнологиите предлага много възможности, но също така поражда редица опасения.

Прозорец към наносвета

Електронният микроскоп ви позволява да погледнете в микросвета. Без специално оборудване нанотехнологиите са много трудни за незабавно забелязване в ежедневието, тъй като са толкова малки, че са неразличими с просто око. Именно в такива мащаби веществата проявяват най-необичайните и неочаквани свойства. Използването на такива свойства обещава уникална технологична революция. Те предоставят радикално нови възможности, като например контролиране на човешкото тяло и околната среда.

Историята на нанотехнологиите

Всичко започва през 80-те години на 20 век с изобретяването на инструмент, наречен сканиране (STM). Професор Джеймс Джимжевски е прекарал целия си професионален живот в света на наномащаба. Той е един от първите хора в света, които имат възможността да изучават материята на ниво невероятно малки количества, милионни от милиметъра. Тези микроскопи ви позволяват да изучавате повърхността по същия начин, по който четат слепите.Тогава никой не би могъл да подозира колко полезна ще бъде нанотехнологията в ежедневието и индустрията.

Принципът на работа с наночастици

Сканиращият микроскоп използва сонда, която е игла с дебелина 1 атом. Когато се доближи само до няколко нанометра от пробата, електроните се обменят с най-близката наночастица. Това явление се нарича тунелен ефект. Системата за управление записва промените в големината на тунелния ток и въз основа на тази информация се извършва по-точно конструиране на топографията на повърхността на изследваната проба. Софтуерът позволява получените данни да бъдат преобразувани в изображение, което дава на учените ключа към един нов свят, използващ нанотехнологиите в ежедневието и други индустрии.

Според Джеймс Джимзевски благодарение на сканиращия електронен микроскоп учените за първи път са получили изображения на атоми и молекули и са успели да изследват формата им. Това беше истинска революция в науката, защото учените започнаха да гледат на много неща по съвсем различен начин, обръщайки внимание на свойствата на отделните атоми, а не на милиони и милиарди частици, както беше в миналото.

Първи открития

Използването на нови технологии доведе до невероятно откритие. Когато устройството се приближи на 1 нанометър от атом, се образува връзка между него и атома. Тази функция направи възможно намирането на начин за преместване на отделни микрочастици. Благодарение на това откритие стана възможно използването на нанотехнологиите за комфортен живот.

Както обясни Джеймс Джимзевски, професор в Калифорнийския университет, тунелният сканиращ микроскоп прави възможно практически докосване на молекули и атоми. За първи път учените успяха да манипулират атоми на повърхността на материята и да създадат структури, които преди това бяха невъобразими.

Това новооткрито откритие (способността да се наблюдават и манипулират най-малките частици, които изграждат материята) направи възможно използването на нанотехнологиите във всички индустрии без изключение.

Развитие на нанотехнологиите

Физикът и философ Етин Клин смята, че възможността за технологичен пробив чрез нанотехнологиите е съвсем реална, но в много отношения се основава на ентусиазма на учения.

Както казва физикът и философът Етин Клин, са изминали по-малко от 100 години от момента на експериментално потвърждение на съществуването на атомите до момента, в който е станало възможно да се манипулират. Пред учените се откриват възможности, за които никога не биха се сетили преди. Само благодарение на това правителството на всички развити страни започна да проявява интерес към съответните науки. Всичко започва с американска инициатива през 2002 г., лансирана от физиците Рока и Бенбридж. Тези учени стигнаха до налудничавата идея, че благодарение на нанотехнологиите човечеството ще може да реши всички проблеми, пред които е изправено.

Това твърдение беше тласък за началото на множество изследвания, които направиха възможно прилагането на такива напреднали области на науката и технологиите като микроелектроника, компютърни науки, изследвания на ядрената енергия, микробиология, лазерна технология, медицина и много други.

Нанотехнологии: примери

Има толкова много невидими, но много важни вещества в ежедневието, за чието присъствие дори не подозираме! Нека да разгледаме най-ярките примери:

паста за зъби.Преди това никой не се замисляше защо почистващите препарати за зъби са различни. Всичко това се обяснява с наличието на определени наночастици. Например калциевият хидроксиапатит, който е невидим с просто око, помага за възстановяване на увредения емайл и предпазва зъбите от кариес.

Автомобилна боя.Съвременните автомобилни бои, благодарение на наночастиците, са в състояние да прикрият плитки драскотини и други кухини, образувани по каросерията. Те съдържат микроскопични топчета, които осигуряват този ефект.

/TK 229 нанотехнология означава следното:

познаване и контрол на процесите обикновено в мащаб от 1 nm, но без да се изключват мащаби под 100 nm в едно или повече измерения, където въвеждането на ефект на размера (феномен) води до възможност за нови приложения;
използването на свойства на обекти и материали в нанометров мащаб, които се различават от свойствата на свободните атоми или молекули, както и от свойствата на масата на вещество, състоящо се от тези атоми или молекули, за създаване на по-модерни материали, устройства, системи които реализират тези свойства.

2. Съгласно „Концепцията за развитие на работата в областта на нанотехнологиите в Руската федерация за периода до 2010 г.“ (g.), Нанотехнологиите се определят като набор от методи и техники, които осигуряват възможност за създаване и модифицира обекти по контролиран начин, включително компоненти с размери по-малки от 100 nm, поне в едно измерение, и в резултат на това получи принципно нови качества, което позволява интегрирането им в напълно функциониращи системи от по-голям мащаб.

Практическият аспект на нанотехнологиите включва производството на устройства и техните компоненти, необходими за създаване, обработка и манипулиране на атоми, молекули и наночастици. Разбираемо е, че един обект не е задължително да има поне един линеен размер по-малък от 100 nm - това могат да бъдат макрообекти, чиято атомна структура е контролирано създадена с разделителна способност на ниво отделни атоми или съдържащи нано- обекти. В по-широк смисъл този термин обхваща и методи за диагностика, характерология и изследване на такива обекти.

Нанотехнологиите са качествено различни от традиционните дисциплини, тъй като в такива мащаби обичайните, макроскопични технологии за работа с материя често са неприложими, а микроскопичните явления, пренебрежимо слаби в конвенционалните мащаби, стават много по-значими: свойствата и взаимодействията на отделните атоми и молекули или агрегати на молекули (например сили на Ван -дер Ваалс), квантови ефекти.

Нанотехнологиите и особено молекулярните технологии са нови, много малко проучени дисциплини. Предсказаните големи открития в тази област все още не са направени. Продължаващите изследвания обаче вече дават практически резултати. Използването на съвременни научни постижения в нанотехнологиите ни позволява да ги класифицираме като високи технологии.

По време на теоретичното изследване на тази възможност се появиха хипотетични сценарии за края на света, които предполагат, че нанороботите ще поемат цялата биомаса на Земята, изпълнявайки своята програма за самовъзпроизвеждане (т.нар. „сива слуз“ или „сива каша“).

Първите предположения за възможността за изучаване на обекти на атомно ниво могат да бъдат намерени в книгата „Оптика“ на Исак Нютон, публикувана през 1704 г. В книгата Нютон изразява надежда, че бъдещите микроскопи един ден ще могат да изследват „мистериите на корпускулите“.

Терминът „нанотехнология“ е използван за първи път от Норио Танигучи през 1974 г. Той използва този термин, за да опише производството на продукти с размери няколко нанометра. През 80-те години Ерик К. Дрекслър използва термина в своите книги: „Машини за създаване: Настъпващата ера на нанотехнологиите“ („Двигатели на съзиданието: Настъпващата ера на нанотехнологиите“) И „Наносистеми: Молекулярни машини, производство и изчисления“. Централно място в неговите изследвания заеха математическите изчисления, с помощта на които беше възможно да се анализира работата на устройства с размери няколко нанометра.

Основни положения

Наскоро беше установено, че законите на триенето в макро- и наносветовете се оказаха сходни.

Наночастици

Съвременната тенденция към миниатюризация показа, че едно вещество може да има напълно нови свойства, ако вземете много малка частица от това вещество. Частиците с размери от 1 до 100 нанометра обикновено се наричат "наночастици". Например, оказа се, че наночастиците на някои материали имат много добри каталитични и адсорбционни свойства. Други материали показват невероятни оптични свойства, например ултратънки филми от органични материали се използват за производството на слънчеви клетки. Такива батерии, въпреки че имат относително ниска квантова ефективност, са по-евтини и могат да бъдат механично гъвкави. Възможно е да се постигне взаимодействие на изкуствени наночастици с естествени наноразмерни обекти - протеини, нуклеинови киселини и др. Внимателно пречистените наночастици могат да се самосглобяват в определени структури. Тази структура съдържа строго подредени наночастици и често проявява необичайни свойства.

Нанообектите се разделят на 3 основни класа: триизмерни частици, получени чрез експлозия на проводници, плазмен синтез, редукция на тънки слоеве и др.; двуизмерни обекти - филми, произведени чрез молекулярно отлагане, CVD, ALD, йонно отлагане и др.; едномерни обекти - мустаци, тези обекти се получават чрез метода на молекулярно наслояване, въвеждане на вещества в цилиндрични микропори и др. Има и нанокомпозити - материали, получени чрез въвеждане на наночастици във всякакви матрици. В момента широко се използва само методът на микролитографията, който позволява получаването на плоски островни обекти с размер 50 nm върху повърхността на матриците, използва се в електрониката; Методът CVD и ALD се използва главно за създаване на микронни филми. Други методи се използват главно за научни цели. Особено внимание заслужават методите на йонно и молекулярно наслояване, тъй като с тяхна помощ е възможно да се създадат истински монослоеве.

Специален клас се състои от органични наночастици както от естествен, така и от изкуствен произход.

Тъй като много физични и химични свойства на наночастиците, за разлика от насипните материали, силно зависят от техния размер, през последните години има значителен интерес към методите за измерване на размера на наночастиците в разтвори: анализ на траекториите на наночастиците, динамично разсейване на светлината, утаяване анализ, ултразвукови методи.

Самоорганизация на наночастиците

Един от най-важните въпроси, пред които са изправени нанотехнологиите, е как да накарат молекулите да се групират по определен начин, да се самоорганизират, за да се получат в крайна сметка нови материали или устройства. С този проблем се занимава клон на химията - супрамолекулна химия. Той изучава не отделни молекули, а взаимодействия между молекули, които могат да подредят молекулите по определен начин, създавайки нови вещества и материали. Обнадеждаващо е, че подобни системи и подобни процеси действително съществуват в природата. Така са известни биополимери, които могат да се организират в специални структури. Един пример са протеините, които не само могат да се сгъват в глобуларна форма, но също така образуват комплекси - структури, които включват няколко протеинови молекули. Вече има метод за синтез, който използва специфичните свойства на ДНК молекулата. Взема се допълнителна ДНК (cDNA) и към един от краищата се свързва молекула A или B. Имаме 2 вещества: ----A и ----B, където ---- е конвенционален образ на единична ДНК молекула. Сега, ако смесите тези 2 вещества, ще се образуват водородни връзки между двете единични вериги на ДНК, които ще привлекат молекулите A и B една към друга. Нека грубо изобразим получената връзка: ====AB. ДНК молекулата може лесно да бъде отстранена след приключване на процеса.

Проблемът с образуването на агломерати

Частици с размери от порядъка на нанометри или наночастици, както ги наричат в научните среди, имат едно свойство, което силно възпрепятства използването им. Те могат да образуват агломерати, тоест да се слепват. Тъй като наночастиците са обещаващи в керамичната и металургичната промишленост, този проблем трябва да бъде решен. Едно възможно решение е използването на дисперсанти като амониев цитрат (воден разтвор), имидазолин, олеинов алкохол (неразтворим във вода). Те могат да се добавят към среда, съдържаща наночастици. Това е обсъдено по-подробно в източника „Organic Additives And Ceramic Processing“, D. J. Shanefield, Kluwer Academic Publ., Бостън (английски).

Последни постижения

Наноматериали

Материали, разработени на базата на наночастици с уникални характеристики, произтичащи от микроскопичните размери на техните компоненти.

Въглеродните нанотръби са разширени цилиндрични структури с диаметър от един до няколко десетки нанометра и дължина до няколко сантиметра, състоящи се от една или няколко шестоъгълни графитни равнини (графени), навити в тръба и обикновено завършващи с полусферична глава.

Фулерените са молекулни съединения, принадлежащи към класа на алотропните форми на въглерода (други са диамант, карбин и графит) и са изпъкнали затворени полиедри, съставени от четен брой трикоординирани въглеродни атоми.

Графенът е монослой от въглеродни атоми, получен през октомври 2004 г. в Университета на Манчестър. Графенът може да се използва като молекулярен детектор (NO 2), позволяващ откриването на пристигането и напускането на единични молекули. Носителите на заряд в графена имат висока подвижност при стайна температура, поради което, след като проблемът с образуването на забранена лента в този полуметал бъде решен, графенът се оказва обещаващ материал, който замества силиция в интегралните схеми.

Нанокристали

Аерографитът е най-твърдият материал

Нанобатерии - в началото на 2005 г. Altair Nanotechnologies (САЩ) обяви създаването на иновативен нанотехнологичен материал за електродите на литиево-йонни батерии. Батериите с Li 4 Ti 5 O 12 електроди имат време за зареждане от 10-15 минути. През февруари 2006 г. компанията започва да произвежда батерии в своя завод в Индиана. През март Altairnano и Boshart Engineering сключиха споразумение за съвместна разработка на електрическо превозно средство. През май успешно приключиха тестовете на автомобилни нанобатерии. През юли Altair Nanotechnologies получи първата си поръчка за доставка на литиево-йонни батерии за електрически превозни средства.
Самопочистващи се повърхности, базирани на ефекта на лотоса.

Изследователски методи

Поради факта, че нанотехнологиите са интердисциплинарна наука, научните изследвания използват същите методи като „класическата“ биология, химия и физика. Един от сравнително новите изследователски методи в областта на нанотехнологиите е сканиращата сондова микроскопия. Понастоящем изследователските лаборатории използват не само „класически“ сондови микроскопи, но и SPM в комбинация с оптични микроскопи, електронни микроскопи, спектрометри за раманово разсейване и флуоресценция и ултрамикротоми (за получаване на триизмерната структура на материалите).

Сканираща сондова микроскопия

Един от методите, използвани за изследване на нанообекти, е сканираща сондова микроскопия. Оптичните техники се прилагат в рамките на сканиращата сондова микроскопия.

Изследванията на повърхностните свойства с помощта на сканиращ сондов микроскоп (SPM) се извършват във въздух при атмосферно налягане, във вакуум и дори в течност. Различни SPM техники позволяват да се изследват както проводящи, така и непроводими обекти. В допълнение, SPM поддържа комбинация с други изследователски методи, като класическа оптична микроскопия и спектрални методи.

При извършване на подобни манипулации възникват редица технически трудности. По-специално, необходимо е да се създадат условия на свръхвисок вакуум (10–11 Torr), необходимо е субстратът и микроскопът да се охладят до ултраниски температури (4-10 K), повърхността на субстрата трябва да бъде атомно чиста и атомно гладка, за което се използват специални методи за нейното приготвяне. Охлаждането на субстрата се извършва, за да се намали повърхностната дифузия на отложените атоми; охлаждането на микроскопа ви позволява да се отървете от топлинния дрейф.

За решаване на проблеми, свързани с прецизно измерване на топографията, свойствата на повърхността и манипулирането на нанообекти с помощта на сондата на сканиращ атомно-силов микроскоп, беше предложена методологията на сканиране, ориентирано към характеристики (FOS). Подходът OOS дава възможност за автоматично внедряване на нанотехнология отдолу нагоре, тоест технологията за сглобяване на наноустройства елемент по елемент. В този случай работата се извършва при стайна температура, тъй като OOS определя скоростта на дрейфа в реално време и компенсира изместването, причинено от дрейфа. При инструменти с множество сонди OOS ви позволява последователно да прилагате произволен брой аналитични и технологични сонди към нанообект, което прави възможно създаването на сложни нанотехнологични процеси, състоящи се от голям брой измервателни, технологични и контролни операции.

Въпреки това, в повечето случаи не е необходимо да се манипулират отделни атоми или наночастици и обикновените лабораторни условия са достатъчни за изследване на обектите, представляващи интерес.

Наномедицина и химическа индустрия

Направление в съвременната медицина, основано на използването на уникалните свойства на наноматериалите и нанообектите за проследяване, проектиране и модифициране на човешки биологични системи на наномолекулно ниво.

Промишлен синтез на лекарствени молекули и фармакологични препарати с точно определена форма (бис-пептиди).

Компютри и микроелектроника

Централни процесори - На 15 октомври 2007 г. Intel обяви разработването на нов прототип на процесор, съдържащ най-малкия структурен елемент с размери приблизително 45 nm. В бъдеще компанията възнамерява да достигне размер на структурните елементи до 5 nm. Основният конкурент на Intel, AMD, също отдавна използва нанотехнологични процеси, разработени съвместно с IBM, за производството на своите процесори. Характерна разлика от разработките на Intel е използването на допълнителен изолационен слой SOI, който предотвратява изтичането на ток поради допълнителна изолация на структурите, които образуват транзистора. Вече има работещи образци на процесори с 32 nm транзистори и прототипи с 22 nm.

Твърди дискове – през 2007 г. Питър Грюнберг и Алберт Фърт получиха Нобелова награда за физика за откриването на GMR ефекта, който позволява данните да се записват на твърди дискове с атомна плътност на информацията.

Сканиращият сондов микроскоп е микроскоп с висока разделителна способност, базиран на взаимодействието на конзолна игла (сонда) с повърхността на изследваната проба. Обикновено взаимодействието се отнася до привличането или отблъскването на конзола от повърхността поради силите на Ван дер Ваалс. Но когато се използват специални конзоли, е възможно да се изследват електрическите и магнитните свойства на повърхността. SPM може да изследва както проводими, така и непроводими повърхности, дори през слой течност, което прави възможна работата с органични молекули (ДНК). Пространствената разделителна способност на сканиращите сондови микроскопи зависи от характеристиките на използваните сонди. Разделителната способност достига атомна хоризонтално и значително я надвишава вертикално.

Осцилаторна антена - На 9 февруари 2005 г. в лабораторията на Бостънския университет е получена осцилаторна антена с размери от порядъка на 1 микрон. Това устройство има 5000 милиона атома и е в състояние да осцилира с честота от 1,49 гигахерца, което му позволява да предава огромни количества информация.

Плазмоните са колективни вибрации на свободни електрони в метал. Характерна особеност на плазмонното възбуждане може да се счита за така наречения плазмонен резонанс, предсказан за първи път от Мие в началото на 20 век. Дължината на вълната на плазмонния резонанс, например, за сферична сребърна частица с диаметър 50 nm е приблизително 400 nm, което показва възможността за запис на наночастици далеч отвъд границата на дифракция (дължината на вълната на излъчване е много по-голяма от размера на частиците). В началото на годината, благодарение на бързия напредък в технологията за производство на частици с наноразмери, беше даден тласък на развитието на нова област на нанотехнологиите - наноплазмоника. Оказа се, че е възможно да се предава електромагнитно излъчване по верига от метални наночастици, като се използва възбуждането на плазмонни трептения.

роботика

Молекулярните ротори са синтетични наномащабни двигатели, които могат да генерират въртящ момент, когато към тях се приложи достатъчно енергия.

Молекулярните пропелери са молекули с наноразмерна форма на витло, способни на въртеливо движение поради специалната си форма, подобна на формата на макроскопично витло.

От 2006 г. в рамките на проекта RoboCup (футболен шампионат сред роботите) се появи номинацията „Нанограмно състезание“, в което игралното поле е квадрат със страна 2,5 mm. Максималният размер на играча е ограничен до 300 микрона.

Концептуални устройства

Nokia Morph е бъдещ проект за мобилен телефон, създаден съвместно от Nokia R&D и Университета в Кеймбридж, базиран на използването на нанотехнологични материали.

Нанотехнологична индустрия

Редица изследователи посочват, че негативното отношение към нанотехнологиите сред неспециалистите може да бъде свързано с религиозност, както и поради опасения за токсичността на наноматериалите. Това важи особено за широко рекламираното колоидно сребро, чиито свойства и безопасност са много съмнителни.

Реакцията на световната общност към развитието на нанотехнологиите

Темата за последствията от развитието на нанотехнологиите се превръща в обект на философски изследвания. По този начин перспективите за развитие на нанотехнологиите бяха обсъдени на международната футурологична конференция Transvision, проведена през 2007 г., организирана от WTA.

Реакцията на руското общество към развитието на нанотехнологиите

26 април 2007 гРуският президент Владимир Путин в обръщението си към Федералното събрание нарече нанотехнологиите „най-приоритетното направление в развитието на науката и технологиите“. Той предположи, че за повечето руснаци нанотехнологиите днес са „някаква абстракция, като ядрената енергия през 30-те години“.

Тогава редица руски обществени организации декларират необходимостта от развитие на нанотехнологиите.

8 октомври 2008 ге създадено „Нанотехнологично общество на Русия“, чиито задачи включват „образование на руското общество в областта на нанотехнологиите и формиране на благоприятно обществено мнение в полза на нанотехнологичното развитие на страната“

6 октомври 2009 гПрезидентът Дмитрий Медведев при откриването на Международния форум за нанотехнологии в Москва каза: „Основното е, че добре познатият сценарий не се случва - световната икономика започва да расте, експортният потенциал се увеличава и не са необходими нанотехнологии и енергия може да продължи да се продава. Този сценарий би бил просто пагубен за страната ни. Всички трябва да гарантираме, че нанотехнологиите ще станат един от най-мощните сектори на икономиката. Именно към този сценарий на развитие ви призовавам“, подчерта Д. Медведев, обръщайки се към участниците във форума. В същото време президентът специално отбеляза, че „докато тази (държавна) подкрепа (за бизнеса) е небрежна, докато не успяхме да разберем същността на тази работа, трябва да я организираме“. Д. Медведев също подчерта, че Руснано ще отдели 318 милиарда рубли за тези цели до 2015 г. Д. Медведев предложи Министерството на образованието и науката да увеличи броя на специалностите във връзка с нарастващата нужда от квалифицирани кадри за нанотехнологиите, както и да създаде държавна поръчка за иновации и да отвори „зелен коридор“ за износ на високотехнологични продукти. технически стоки.

Нанотехнологиите в изкуството

Редица произведения на американската художничка Наташа Вита-Мор се занимават с нанотехнологични теми.

Композицията „Наноботите” на руската група Re-Zone е посветена на нанороботите и тяхната роля в социалния прогрес.

Нанотехнологиите в научната фантастика

В известната творба на руския писател Н. Лесков „Левицата“ (година) има интересен фрагмент:

Увеличение от 5 000 000 пъти се осигурява от съвременните електронни и атомно-силови микроскопи, считани за основни инструменти на нанотехнологиите. Така литературният герой Лефти може да се счита за първия „нанотехнолог“ в историята.

Някои негативни последици от неконтролираното развитие на нанотехнологиите са описани в произведенията на М. Крайтън („Ряк“), С. Лем („Проверка на място“ и „Мир на Земята“), С. Лукяненко („Няма какво да разделяме“ “).

В научно-фантастичната поредица Stargate SG-1 една от най-технологично и социално напредналите раси е расата „репликатор“, възникнала в резултат на неуспешния опит на Древните с използването и описанието на различни приложения на нанотехнологиите. В Денят, в който Земята спря, с участието на Киану Рийвс, извънземна цивилизация осъжда човечеството на смърт и почти унищожава всичко на планетата с помощта на самовъзпроизвеждащи се нанорепликативни буболечки, които поглъщат всичко по пътя си.

Във филмите "Терминатор 2" и "Терминатор 3" нанотехнологиите са представени под формата на роботи "T-1000" и "Te-X"

Форуми и изложби

Руснано 2010

Първият международен форум по нанотехнологии в Русия, Rusnanotech, се проведе през 2008 г., който впоследствие се превърна в ежегодно събитие. Работата по организирането на Международния форум по нанотехнологии се проведе в съответствие с Концепцията, одобрена от Надзорния съвет на Държавната корпорация "Роснанотех" на 31 януари и Постановление на правителството на Руската федерация № 1169-р от 08/08 г. 12/2008 г. Форумът се проведе от 3 до 5 декември 2008 г. Москва в Централния изложбен комплекс "Експоцентър". Програмата на форума се състоеше от делова част, научна и технологична секции, постерни презентации, доклади на участници в Международния конкурс за научни разработки на млади учени в областта на нанотехнологиите и изложба.

Общо 9024 участници и посетители от Русия и 32 чужди страни взеха участие в събитията на форума, включително:

4048 участници в конгресната част на форума
4212 посетители на изложението
559 служител на щанд
205 представители на медиите отразяваха работата на форума

Критика на нанотехнологиите

Критиката на нанотехнологиите се фокусира главно в две посоки:

Вижте също

Spinhenge@home - проект за разпределени изчисления в областта на нанотехнологиите (Молекулярни магнити: Нанониво контрол на магнетизма)
Проучване на въздействието на нанотехнологиите ( Английски)

Литература

Алфимова М.М.Забавни нанотехнологии. - М.: Бином, 2011. - С. 96.
Головин Ю.И.Наносвят без формули. - М.: Бином, 2012. - С. 543.
Гудилин Е.А. и т.н.Богатството на наносвета. Фоторепортаж от дълбините на материята. - М.: Бином, 2009. - С. 176.
Дефис К., Дефис С.Удивителни наноструктури / прев. от английски - М.: Бином, 2011. - С. 206.
C. Joaquim, L. Plever.Нанонауки. Невидима революция. - М.: КоЛибри, 2009. Глава от книгата
Малинецки Г. Г.Нанотехнологии. От алхимия към химия и отвъд // Интеграл. 2007, № 5, стр. 4-5.
Марк Ратнър, Даниел РатнърНанотехнология: Просто обяснение на следващата голяма идея = Нанотехнология: Нежно въведение в следващата голяма идея. - М.: "Уилямс", 2006. - С. 240. - ISBN 0-13-101400-5
Хартман У.Очарованието на нанотехнологиите / прев. с него. – 2-ро изд.. – М.: Бином, 2010. – С. 173.
Ерлих Г.Малки предмети - големи идеи. Широк поглед върху нанотехнологиите.. - М.: Бином, 2011. - С. 254.

Популярно за нанотехнологиите
Нанотехнологиите са високотехнологична индустрия, която работи с отделни атоми и молекули. Такава свръхпрецизност позволява да се използват законите на природата на качествено ново ниво в полза на човека - да се създават продукти с дадена атомна структура, поради което разработките в областта на нанотехнологиите се използват в почти всяка индустрия: в медицината, машиностроене, електроника, екология... С помощта на нанотехнологиите можете да пречистите петрола, да победите много вируси, да създадете роботи, да защитите природата, да изградите супер бързи компютри. Можем да кажем, че развитието на нанотехнологиите през 21 век ще промени живота на човечеството повече от развитието на писмеността, парната машина или електричеството...

Така че перспективите пред нанотехнологичната индустрия са наистина огромни. Но това изисква широко разпространение на основните идеи на индустрията. МАК “Нанотехнологии и материали” предоставя актуална и проверена информация за нанотехнологиите, материалите, свързани с тях, както и събитията в света на нанотехнологиите.

Какво е нанотехнология?
Нанотехнологията е област на науката и технологиите, която изучава свойствата на частиците и създава устройства с размер от порядъка на нанометър. Префиксът нано- е префикс от SI (метрична система от единици), означаващ една милиардна част от нещо, съответно един нанометър = 1·10-9 метра. Нанотехнологията понякога се определя и като технология за манипулиране на отделни атоми и молекули. Този раздел на нанотехнологиите се нарича още „Молекулярна нанотехнология“; това е много обещаващ и обещаващ раздел. Понастоящем нанотехнологиите са в ранен етап на развитие, тъй като големите открития, предвидени в тази област, все още не са направени. Проведените изследвания обаче вече дават практически резултати. Поради прилагането на напреднали научни изследвания, нанотехнологиите се класифицират като високи технологии.

При работа с такива малки размери се появяват квантови ефекти и ефекти на междумолекулни взаимодействия, като ван дер Ваалсови взаимодействия. Нанотехнологиите и по-специално молекулярните технологии са нови области, които са много малко проучени. Развитието на съвременната електроника се движи по пътя на намаляване на размера на устройствата. Класическите производствени методи обаче достигат своята естествена икономическа и технологична бариера, когато размерът на устройството не намалява много, но икономическите разходи нарастват експоненциално. Нанотехнологиите са следващата логична стъпка в развитието на електрониката и други високотехнологични индустрии.

Нанотехнологиите в света
За интереса на чуждите страни към развитието на нанотехнологиите свидетелстват следните факти. В Япония японската „Национална работна програма за нанотехнологии“, в сила от 1999 г., има най-висок държавен приоритет „Ogato“. До 2000 г. САЩ изоставаха от Япония по отношение на финансирането на работата в тази област, което по едно време стана обект на правителствени дискусии. В резултат на това размерът на финансирането само за фундаментални изследвания започна да се удвоява всяка година и с решение на правителството работата по нанотехнологиите получи основен приоритет. В Съединените щати е разработена програма Национална инициатива за нанотехнологии и е организиран специален комитет към президента, който координира работата по нанотехнологиите в 12 основни индустрии и военни отдели. През 2004 г. Сенатът на САЩ одобри законопроект, предоставящ 3,7 милиарда долара за изследване и развитие на нанотехнологиите през следващите четири години.

Страните от ЕС поеха по пътя на развитие на научния и технологичен потенциал чрез интегриране на усилията на всички страни членки на ЕС и привличане на трети страни. Особено внимание се обръща на сътрудничеството с учени от бившия СССР, особено от Русия.

Перспективи за нанотехнологиите
ЛЕКАРСТВО
Създаване на молекулярни роботи лекари, които да „живеят“ в човешкото тяло, елиминирайки всички възникващи щети или предотвратявайки появата на такива, включително генетични. Прогнозираният период на изпълнение е първата половина на 21 век.

ГЕРОНТОЛОГИЯ
Постигане на лично безсмъртие на хората чрез въвеждане в тялото на молекулярни роботи, които предотвратяват стареенето на клетките, както и преструктуриране и „облагородяване“ на тъканите на човешкото тяло. Съживяване и изцеление на тези безнадеждно болни хора, които в момента са били замразени чрез крионика. Очакван период на изпълнение: трета - четвърта четвърт на 21 век.

ИНДУСТРИЯ
Замяна на традиционните производствени методи с молекулярни роботи, сглобяващи потребителски стоки директно от атоми и молекули. До лични синтезатори и устройства за копиране, които ви позволяват да правите всякакви предмети. Първите практически резултати могат да бъдат получени в началото на 21 век.

СЕЛСКО СТОПАНСТВО
Замяна на „естествените машини” за производство на храни (растения и животни) с техните изкуствени аналози – комплекси от молекулярни роботи. Те ще възпроизвеждат същите химични процеси, които протичат в живия организъм, но по по-кратък и по-ефективен начин. Например от веригата „почва – въглероден диоксид – фотосинтеза – трева – крава – мляко“ ще бъдат премахнати всички ненужни връзки. Това, което ще остане, е „почва – въглероден диоксид – мляко (извара, масло, месо – каквото и да е).“ Излишно е да казвам, че такова „земеделие“ няма да зависи от метеорологичните условия и няма да изисква тежък физически труд. И неговата производителност е достатъчна, за да реши проблема с храната веднъж завинаги. Според различни оценки първите такива комплекси ще бъдат създадени през втората - четвъртата четвърт на 21 век.

БИОЛОГИЯ
Ще стане възможно „въвеждането“ в жив организъм на атомно ниво. Последствията могат да бъдат много различни - от „възстановяването“ на изчезнали видове до създаването на нови видове живи същества и биороботи. Очакван период на изпълнение: средата на 21 век.

ЕКОЛОГИЯ
Пълно премахване на вредното въздействие на човешката дейност върху околната среда. Първо, чрез насищане на екосферата с молекулярни роботизирани медицински сестри, които превръщат човешките отпадъци в суровини, и второ, чрез прехвърляне на промишлеността и селското стопанство към нанотехнологични методи без отпадъци. Очакван период на изпълнение: средата на 21 век.

ИЗСЛЕДВАНЕ НА КОСМОСА
Очевидно изследването на космоса в „обичайния“ ред ще бъде предшествано от изследването му от нанороботи. Огромна армия от роботизирани молекули ще бъде пусната в околоземното пространство и ще го подготви за заселване от хора - ще направи Луната, астероидите и близките планети обитаеми и ще изгради космически станции от „материали за оцеляване“ (метеорити, комети). Ще бъде много по-евтино и по-безопасно от сегашните методи.

КИБЕРНЕТИКА
Ще има преход от съществуващите в момента планарни структури към обемни микросхеми, а размерите на активните елементи ще намалеят до размера на молекулите. Работните честоти на компютрите ще достигнат терагерцови стойности. Решенията за схеми, базирани на невроноподобни елементи, ще станат широко разпространени. Ще се появи високоскоростна дългосрочна памет, базирана на протеинови молекули, чийто капацитет ще се измерва в терабайти. Ще стане възможно „преместването“ на човешкия интелект в компютър. Прогнозиран период на изпълнение: първа - втора четвърт на 21 век.

УМНО ХАБИТАТ
Чрез въвеждането на логични наноелементи във всички атрибути на околната среда, тя ще стане „интелигентна“ и изключително удобна за хората. Очакван период на изпълнение: след 21 век.

Напоследък често можете да чуете думата „нанотехнология“. Ако попитате някой учен какво представлява и защо са необходими нанотехнологиите, отговорът ще бъде кратък: „Нанотехнологиите променят обичайните свойства на материята. Те трансформират света и го правят по-добро място.“

Учените твърдят, че нанотехнологиите ще намерят приложение в много области на дейност: в индустрията, в енергетиката, в изследването на космоса, в медицината и много други. Например, малки нанороботи, които могат да проникнат във всяка клетка на човешкото тяло, ще могат бързо да лекуват определени заболявания и да извършват операции, които дори и най-опитният хирург не може да направи.

Благодарение на нанотехнологиите ще се появят „умни домове“. В тях човек практически няма да се занимава със скучни домакински задължения. „Умните неща“ и „интелигентният прах“ ще поемат тези отговорности. Хората ще носят дрехи, които не се цапат, освен това ще кажат на собственика, че например е време за обяд или душ.

Нанотехнологиите ще направят възможно изобретяването на компютърно оборудване и мобилни телефони, които могат да се сгъват като носна кърпа и да се носят в джоба.

Накратко, нанотехнолозите наистина възнамеряват значително да трансформират човешкия живот.

Какво е нанотехнология

Какво е нанотехнология? И как точно ви позволяват да променяте свойствата на нещата?

Думата "нанотехнология" се състои от две думи - "нано" и "технология".

„Нано“ е гръцка дума, означаваща една милиардна част от нещо, като например метър. Размерът на един атом е малко по-малък от нанометър. А един нанометър е толкова по-малък от един метър, колкото обикновеното грахово зърно е по-малко от земното кълбо. Ако ръстът на човек беше един нанометър, тогава дебелината на лист хартия ще изглежда равна на разстоянието от Москва до град Тула, а това е цели 170 километра!

Думата „технология“ означава създаване от налични материали на това, от което човек се нуждае.

А нанотехнологията е създаването на това, от което човек се нуждае от атоми и групи от атоми (те се наричат наночастици) с помощта на специални устройства.

Има два начина за получаване на наночастици.

Първият, по-прост метод е „отгоре надолу“. Изходният материал се смила по различни начини, докато частицата стане наноразмерена.

Второто е производството на наночастици чрез комбиниране на отделни атоми „отдолу нагоре“. Това е по-сложен метод, но това е, което учените виждат като бъдещето на нанотехнологиите.

Първият начин за получаване на наночастици е да се смила материалът, докато частицата стане наноразмерена. Вторият начин за получаване на наночастици е да се комбинират атоми в наночастици по различни начини.

Получаването на наночастици по този метод напомня работа с конструктор. Като части се използват само атоми и молекули, от които учените създават нови наноматериали и наноустройства.