Nanoteknoloji nerelerde kullanılır? Nanoteknoloji: kim ve ne zaman icat etti? Nanoteknoloji bir bilim dalıdır.

Bu soru zamanımızda kulağa ne kadar tuhaf gelse de, yanıtlanması gerekecek. En azından kendim için. Bu sektörde yer alan bilim adamları ve uzmanlarla iletişim kurduğumda sorunun hala cevapsız kaldığı sonucuna vardım.

Wikipedia'da birisi bunu şu şekilde tanımladı:

Nanoteknoloji, teorik gerekçelendirme, pratik araştırma, analiz ve sentez yöntemlerinin yanı sıra, belirli bir atom yapısına sahip ürünlerin kontrollü manipülasyon yoluyla üretim ve kullanımına yönelik yöntemlerin bir kombinasyonuyla ilgilenen, temel ve uygulamalı bilim ve teknolojinin disiplinler arası bir alanıdır. Bireysel atomlar ve moleküller.

Ve bu tanım 2 yıl önce de vardı:

Nanoteknoloji, nesnelerin özelliklerinin incelenmesi ve nanometre düzeyinde (SI birim sistemine göre, 10-9 metre) boyutlara sahip cihazların geliştirilmesiyle ilgilenen uygulamalı bir bilim ve teknoloji alanıdır.

Popüler basın ortalama bir insan için daha basit ve anlaşılır bir tanım kullanıyor:

Nanoteknoloji, maddeyi atomik ve moleküler düzeyde işlemeye yönelik bir teknolojidir.

(Kısa tanımları seviyorum :))

Veya Profesör G. G. Elenin'in (MSU, M. V. Keldysh Uygulamalı Matematik Enstitüsü RAS) tanımı şöyledir:

Nanoteknoloji, yeni moleküllerin, nanoyapıların, nanocihazların ve özel fiziksel özelliklere sahip malzemelerin oluşturulmasında bireysel atomları, molekülleri, moleküler sistemleri kontrol etmek amacıyla nanometre boyutlarındaki uzaysal bölgelerdeki fiziksel ve kimyasal süreçlerin yasalarının incelendiği disiplinlerarası bir bilim alanıdır. , kimyasal ve biyolojik özellikler.

Evet, genel olarak her şey oldukça açık.. Ama bizim (özellikle yerli olduğunu belirtmek isterim) titiz şüphecimiz şunu söyleyecektir: “Ne, bir bardak çayın içinde bir parça şekeri her çözdüğümüzde, maddeyi aynı anda manipüle etmiyor muyuz? moleküler düzeyde mi?”

Ve haklı olacak. Başta gelen kavramlara “manipülasyonun kontrolü ve kesinliği” kavramını da eklemek gerekir.

Federal Bilim ve Yenilik Ajansı, “2010 yılına kadar Rusya Federasyonu'nda nanoteknoloji alanında çalışmaların geliştirilmesi konsepti”nde aşağıdaki tanımı vermektedir:

“Nanoteknoloji, boyutları 100 nm'den küçük bileşenler de dahil olmak üzere, en az bir boyutta nesneleri kontrollü bir şekilde oluşturma ve değiştirme yeteneği sağlayan ve bunun sonucunda temelde yeni nitelikler elde etmeyi sağlayan bir dizi yöntem ve tekniktir. tam işleyen büyük ölçekli sistemlere entegrasyonlarına izin verilmesi; Daha geniş anlamda bu terim aynı zamanda bu tür nesnelerin teşhis, karakteroloji ve araştırma yöntemlerini de kapsar."

Vay! Güçlü bir şekilde söyledi!

Veya Rusya Federasyonu Eğitim ve Bilim Bakanlığı Devlet Sekreteri Dmitry Livanov nanoteknolojiyi şöyle tanımlıyor:

“Tek tek moleküller ve atomlar düzeyinde maddeyle yapılan işlemlere dayalı, tek bir kültürde birleşmiş bir dizi bilimsel, teknolojik ve endüstriyel alan.”

Basit bir şüpheci tatmin olur, ancak şüpheci bir uzman şunu söyleyecektir: “Geleneksel kimyanın veya moleküler biyolojinin ve bilimin diğer birçok alanının sürekli olarak meşgul olduğu, özelliklerinin ve yapılarının belirlendiği yeni maddeler yaratan nanoteknolojiler değil mi? belirli bir şekilde birbirine bağlanan nano boyutlu nesnelerle mi?

Ne yapalım? “Nanoteknoloji”nin ne olduğunu anlıyoruz.. hissediyoruz diyebiliriz.. Tanıma birkaç terim daha eklemeye çalışalım.

Occam'ın usturası

Nanoteknoloji: Tüketici özellikleri bireysel nano boyutlu nesneleri kontrol etme ve işleme ihtiyacına göre belirlenen ürünler yaratmaya yönelik herhangi bir teknoloji.

Kısa ve yedek mi? Tanımda kullanılan terimleri açıklayalım:

"Herhangi": Bu terim, farklı bilimsel ve teknolojik alanlardan uzmanları uzlaştırmayı amaçlamaktadır. Öte yandan bu terim, nanoteknoloji geliştirme bütçesini kontrol eden kuruluşların çok çeşitli alanların finansmanıyla ilgilenmesini zorunlu kılmaktadır. Tabii ki moleküler biyoteknolojileri de içeriyor. (Bu yönlerin adına yapay olarak “nano-” ön ekini eklemeye gerek kalmadan). Ülkemizde nanoteknolojinin şu anki durumu açısından oldukça önemli bir terim olduğunu düşünüyorum :).

"Tüketici mülkleri" (tabii ki, geleneksel “Tüketici değeri” terimini istediğiniz gibi kullanabilirsiniz): maddenin nano ölçekte kontrolü ve manipülasyonu gibi ileri yöntemler kullanılarak ürünlerin yaratılması, bazı yeni tüketici özellikleri kazandırmalı veya ürünün fiyatını etkilemelidir. aksi takdirde anlamsız hale gelir.

Örneğin doğrusal boyutlardan birinin geleneksel boyutlar bölgesinde yer aldığı nanotüplerin de bu tanımın kapsamına girdiği açıktır. Aynı zamanda, oluşturulan ürünlerin kendisi de "nano" dan geleneksele kadar her boyutta olabilir.

"Bireysel": Bu terimin varlığı, tanımı geleneksel kimyadan uzaklaştırır ve bireysel, hatta gerekirse belirli nano nesneler üzerinde kontrol sağlayabilecek en gelişmiş bilimsel, metrolojik ve teknolojik araçların varlığını açıkça gerektirir. Tüketici yeniliğine sahip nesneleri bireysel kontrolle elde ederiz. Örneğin, ultra ince malzemelerin endüstriyel üretimine yönelik mevcut teknolojilerin çoğunun böyle bir kontrol gerektirmediği iddia edilebilir, ancak bu yalnızca ilk bakışta geçerlidir; Aslında sertifikalı Ultra dağılmış malzemelerin üretimi zorunlu olarak bireysel parçacıkların boyutu üzerinde kontrol gerektirir.

"Kontrol" , olmadan "Manipülasyon" tanımı sözde olana kadar genişletir. “önceki nesil” nanoteknoloji.
"Kontrol" birlikte "Manipülasyon" tanımı gelişmiş nanoteknolojileri kapsayacak şekilde genişletir.

Dolayısıyla nano boyuttaki belirli bir nesneyi bulup kontrol edebiliyor ve gerekiyorsa yapısını, bağlantılarını değiştirebiliyorsak buna “nanoteknoloji” denir. Eğer nano boyuttaki nesneleri böyle bir kontrol imkanı olmadan (belirli nano nesneler üzerinde) elde edersek, o zaman bu nanoteknoloji ya da en iyi ihtimalle “önceki nesil” nanoteknoloji değildir.

"Nano boyutlu nesne": atom, molekül, molekül üstü oluşum.

Genel olarak tanım, bilim ve teknolojiyi ekonomiye bağlamaya çalışmaktadır. Onlar. nanoendüstri geliştirme programının ana hedeflerine ulaşılmasını sağlar: ileri araştırma ve üretim yöntemlerine dayalı teknolojilerin yaratılması ve elde edilen başarıların ticarileştirilmesi.

Nanoteknolojinin getirdiği kaçınılmaz devrime her geçen gün biraz daha yaklaşıyoruz. Yeni cihazlar yaratıyoruz, daha önce hiç düşünmediğimiz benzersiz malzemeler elde ediyoruz. Nanoteknolojinin günlük yaşamda kullanılması, aşina olduğumuz nesnelerin şeklini değiştirmeyi mümkün kılmıştır. Bunun sonucunda maddenin tamamen farklı ama faydalı özelliklerini elde ettik. Çevremizdeki gerçeklik daha az tehlikeli ve rahat bir yaşam için daha uygun hale geliyor. Bunun iyi bir örneği: kullanılmış elektrikli cihazların olağan boyutlarının, insan gözüyle görülemeyen nanopartiküllerin boyutuna indirilmesi. Bilgisayarlar küçülüyor ama çok daha güçlü hale geliyor. Günlük yaşamda ve endüstride nanoteknolojiler etrafımızdaki her şeyi önemli ölçüde değiştirmeyi mümkün kılmıştır.

Tüm ihtiyaçlarımızı karşılayabilecek bir yapay zeka biçimi yaratmak mümkün mü? Cevap, en son gelişmelerin rasyonel uygulanmasında yatmaktadır. Nanoteknoloji hayatımızın her alanına dokunduğu için geleceğin yoludur. Nanoteknolojinin kullanımı birçok fırsat sunmakta ancak aynı zamanda bazı endişeleri de beraberinde getirmektedir.

Nanodünyaya açılan pencere

Elektron mikroskobu mikro dünyaya bakmanıza olanak tanır. Özel ekipman olmadan nanoteknolojinin günlük yaşamda hemen fark edilmesi çok zordur, çünkü o kadar küçüktür ki çıplak gözle ayırt edilemezler. Maddeler, en olağandışı ve beklenmedik özellikleri sergileyen ölçeklerdedir. Bu tür özelliklerin kullanılması benzersiz bir teknolojik devrim vaat ediyor. İnsan vücudunu ve çevreyi kontrol etmek gibi radikal yeni olanaklar sağlıyorlar.

Nanoteknolojinin tarihi

Her şey 20. yüzyılın 80'li yıllarında tarama (STM) adı verilen bir aracın icadıyla başlıyor. Profesör James Dzimzewski tüm profesyonel yaşamını nano ölçekli dünyada geçirdi. O, dünyada milimetrenin milyonda biri gibi inanılmaz derecede küçük miktarlardaki maddeyi inceleme fırsatına sahip olan ilk insanlardan biridir. Bu mikroskoplar, yüzeyi körlerin okuduğu şekilde incelemenize olanak tanır.O zaman hiç kimse nanoteknolojinin günlük yaşamda ve endüstride ne kadar yararlı olacağından şüphe edemezdi.

Nanopartiküllerle çalışma prensibi

Tarama mikroskobu, 1 atom kalınlığında bir iğne olan bir prob kullanır. Numunenin sadece birkaç nanometre yakınına geldiğinde, elektronlar en yakındaki nanoparçacıkla değiştirilir. Bu olaya tünel etkisi denir. Kontrol sistemi, tünel akımının büyüklüğündeki değişiklikleri kaydeder ve bu bilgiye dayanarak, incelenen numunenin yüzey topografyasının daha doğru bir şekilde oluşturulması gerçekleştirilir. Yazılım, elde edilen verilerin bir görüntüye dönüştürülmesine olanak tanıyor ve bu da bilim insanlarına nanoteknolojiyi günlük yaşamda ve diğer endüstrilerde kullanan yeni bir dünyanın anahtarını veriyor.

James Dzimzewski'ye göre bilim insanları, taramalı elektron mikroskobu sayesinde ilk kez atom ve moleküllerin görüntülerini alıp şekillerini inceleyebildiler. Bu bilimde gerçek bir devrimdi, çünkü bilim adamları geçmişte olduğu gibi milyonlarca ve milyarlarca parçacığın değil, tek tek atomların özelliklerine dikkat ederek birçok şeye tamamen farklı bakmaya başladılar.

İlk keşifler

Yeni teknolojilerin kullanımı inanılmaz bir keşfe yol açtı. Cihaz bir atomun 1 nanometre yakınına geldiğinde atomla arasında bir bağ oluştu. Bu özellik, bireysel mikropartikülleri hareket ettirmenin bir yolunu bulmayı mümkün kıldı. Bu keşif sayesinde nanoteknolojiyi konforlu bir yaşam için kullanmak mümkün hale geldi.

Kaliforniya Üniversitesi'nde profesör olan James Dzhimzewski'nin açıkladığı gibi, tünel tarama mikroskobu, moleküllere ve atomlara pratik olarak dokunmayı mümkün kıldı. Bilim adamları ilk kez maddenin yüzeyindeki atomları manipüle edebildiler ve daha önce hayal bile edilemeyen yapılar yaratabildiler.

Bu yeni keşif (maddeyi oluşturan en küçük parçacıkları gözlemleme ve işleme yeteneği), nanoteknolojinin istisnasız tüm endüstrilerde kullanılmasını mümkün kılmıştır.

Nanoteknoloji gelişimi

Fizikçi ve filozof Etin Klin, nanoteknoloji yoluyla teknolojik bir atılım olasılığının oldukça gerçek olduğuna, ancak bunun birçok açıdan bilim insanının coşkusuna dayandığına inanıyor.

Fizikçi ve filozof Etin Klin'in söylediği gibi, atomların varlığının deneysel olarak doğrulandığı andan, onları manipüle etmenin mümkün olduğu ana kadar 100 yıldan az bir süre geçti. Bilim adamlarına daha önce hiç düşünmeyecekleri fırsatlar açılıyor. Ancak bu sayede tüm gelişmiş ülkelerin hükümetleri ilgili bilimlere ilgi göstermeye başladı. Her şey 2002 yılında fizikçiler Roca ve Benbridge tarafından başlatılan bir Amerikan girişimiyle başladı. Bu bilim adamları, insanlığın karşılaştığı tüm sorunları nanoteknoloji sayesinde çözebileceği yönünde çılgın bir fikir ortaya attılar.

Bu açıklama, mikroelektronik, bilgisayar bilimi, nükleer enerji araştırmaları, mikrobiyoloji, lazer teknolojisi, tıp ve çok daha fazlası gibi ileri bilim ve teknoloji alanlarının uygulanmasını mümkün kılan çok sayıda çalışmanın başlatılmasına ivme kazandırdı.

Nanoteknoloji: örnekler

Günlük yaşamda varlığından şüphelenmediğimiz o kadar çok görünmez ama çok önemli madde var ki! En çarpıcı örneklere bakalım:

Diş macunu. Daha önce kimse diş temizleyicilerinin neden farklı olduğunu düşünmemişti. Bunların hepsi belirli nanopartiküllerin varlığıyla açıklanıyor. Örneğin çıplak gözle görülemeyen kalsiyum hidroksiapatit, hasar görmüş diş minesinin onarılmasına ve dişlerin çürüklerden korunmasına yardımcı olur.

Araba boyası. Modern araba boyaları nanopartiküller sayesinde gövdede oluşan sığ çizikleri ve diğer boşlukları kapatabilmektedir. Bu etkiyi sağlayan mikroskobik toplar içerirler.

/TK 229 nanoteknoloji şu anlama gelir:

tipik olarak 1 nm ölçeğinde süreçlerin bilgisi ve kontrolü, ancak bir boyut etkisinin (fenomenin) ortaya çıkmasının yeni uygulamaların olasılığına yol açtığı bir veya daha fazla boyutta 100 nm'nin altındaki ölçekler hariç değildir;
daha gelişmiş malzemeler, cihazlar, sistemler oluşturmak için, serbest atomların veya moleküllerin özelliklerinden ve bu atomlardan veya moleküllerden oluşan bir maddenin toplu özelliklerinden farklı olan nesnelerin ve malzemelerin nanometre ölçeğindeki özelliklerinin kullanılması bu özellikleri gerçekleştiren.

2. “Rusya Federasyonu'nda 2010 yılına kadar nanoteknoloji alanında çalışmaların geliştirilmesine yönelik Konsept” e (g.) göre, nanoteknoloji, yaratma ve geliştirme yeteneği sağlayan bir dizi yöntem ve teknik olarak tanımlanmaktadır. 100 nm'den küçük boyutlara sahip bileşenler de dahil olmak üzere nesneleri en az bir boyutta kontrollü bir şekilde değiştirmek ve bunun sonucunda alınan temelde yeni nitelikler, daha büyük ölçekte tam işlevli sistemlere entegrasyonlarına olanak tanır.

Nanoteknolojinin pratik yönü, atomları, molekülleri ve nanoparçacıkları oluşturmak, işlemek ve işlemek için gereken cihazların ve bunların bileşenlerinin üretimini içerir. Bir nesnenin mutlaka 100 nm'den daha küçük en az bir doğrusal boyuta sahip olması gerekmediği anlaşılmaktadır - bunlar, atomik yapısı tek tek atomlar düzeyinde çözünürlükle kontrollü olarak oluşturulan veya nano-nesneler içeren makro nesneler olabilir. nesneler. Daha geniş anlamda bu terim aynı zamanda bu tür nesnelerin teşhis, karakteroloji ve araştırma yöntemlerini de kapsar.

Nanoteknolojiler niteliksel olarak geleneksel disiplinlerden farklıdır, çünkü bu ölçeklerde maddeyi işlemeye yönelik olağan, makroskobik teknolojiler çoğu zaman uygulanamaz ve geleneksel ölçeklerde göz ardı edilebilecek kadar zayıf olan mikroskobik olaylar çok daha önemli hale gelir: bireysel atomların, moleküllerin veya kümelerin özellikleri ve etkileşimleri. moleküllerin (örneğin, Van kuvvetleri -der Waals), kuantum etkileri.

Nanoteknoloji ve özellikle moleküler teknoloji yeni ve çok az araştırılan disiplinlerdir. Bu alanda öngörülen büyük keşifler henüz yapılmadı. Ancak devam eden araştırmalar halihazırda pratik sonuçlar veriyor. Nanoteknolojideki ileri bilimsel başarıların kullanılması, onu yüksek teknoloji olarak sınıflandırmamıza olanak sağlar.

Bu olasılığın teorik olarak incelenmesi sırasında, nanorobotların Dünya'nın tüm biyokütlesini emeceğini ve kendi kendini yeniden üretme programını ("gri yapışkan madde" veya "gri bulamaç" olarak adlandırılan) yürüteceğini varsayan varsayımsal kıyamet senaryoları ortaya çıktı.

Nesneleri atom düzeyinde inceleme olanağına ilişkin ilk varsayımlar, Isaac Newton'un 1704'te yayınlanan "Opticks" kitabında bulunabilir. Kitapta Newton, gelecekteki mikroskopların bir gün "parçacıkların gizemlerini" keşfedebileceğine dair umudunu dile getiriyor.

Nanoteknoloji terimi ilk kez 1974 yılında Norio Taniguchi tarafından kullanılmıştır. Bu terimi birkaç nanometre boyutunda ürünlerin üretimini tanımlamak için kullandı. 1980'lerde Eric K. Drexler bu terimi kitaplarında kullandı: "Yaratılış Makineleri: Nanoteknolojinin Yaklaşan Çağı" ("Yaratılış Motorları: Nanoteknolojinin Yaklaşan Çağı") Ve "Nanosistemler: Moleküler Makine, İmalat ve Hesaplama". Araştırmasında merkezi bir yer, birkaç nanometre büyüklüğündeki cihazların çalışmasını analiz etmenin mümkün olduğu matematiksel hesaplamalarla oynandı.

Temel hükümler

Son zamanlarda makro ve nano dünyalardaki sürtünme yasalarının benzer olduğu ortaya çıktı.

Nanopartiküller

Minyatürleştirmeye yönelik modern eğilim, bir maddenin çok küçük bir parçacığını alırsanız tamamen yeni özelliklere sahip olabileceğini göstermiştir. Boyutları 1 ila 100 nanometre arasında değişen parçacıklara genel olarak "nanopartiküller" adı verilir. Örneğin bazı malzemelerin nanopartiküllerinin çok iyi katalitik ve adsorpsiyon özelliklerine sahip olduğu ortaya çıktı. Diğer malzemeler şaşırtıcı optik özellikler gösterir; örneğin güneş pilleri üretmek için ultra ince organik malzeme filmleri kullanılır. Bu tür piller, nispeten düşük kuantum verimliliğine sahip olmalarına rağmen daha ucuzdur ve mekanik olarak esnek olabilir. Yapay nanopartiküllerin doğal nano boyutlu nesnelerle (proteinler, nükleik asitler vb.) etkileşimini sağlamak mümkündür. Dikkatlice saflaştırılan nanopartiküller, belirli yapılara kendi kendine birleşebilir. Bu yapı katı bir şekilde sıralanmış nanopartiküller içerir ve sıklıkla sıra dışı özellikler sergiler.

Nanonesneler 3 ana sınıfa ayrılır: iletkenlerin patlamasıyla elde edilen üç boyutlu parçacıklar, plazma sentezi, ince filmlerin indirgenmesi vb.; iki boyutlu nesneler - moleküler biriktirme, CVD, ALD, iyon biriktirme vb. ile üretilen filmler; tek boyutlu nesneler - bıyıklar, bu nesneler moleküler katmanlama, maddelerin silindirik mikro gözeneklere sokulması vb. Yöntemiyle elde edilir. Ayrıca nanokompozitler de vardır - nanopartiküllerin herhangi bir matrise eklenmesiyle elde edilen malzemeler. Şu anda, matrislerin yüzeyinde 50 nm boyutunda düz ada nesnelerinin elde edilmesini mümkün kılan yalnızca mikrolitografi yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır, elektronikte kullanılmaktadır; CVD ve ALD yöntemi esas olarak mikron filmler oluşturmak için kullanılır. Diğer yöntemler esas olarak bilimsel amaçlar için kullanılır. İyonik ve moleküler katmanlama yöntemleri özellikle dikkat çekicidir, çünkü onların yardımıyla gerçek tek katmanlar oluşturmak mümkündür.

Özel bir sınıf, hem doğal hem de yapay kökenli organik nanopartiküllerden oluşur.

Nanopartiküllerin birçok fiziksel ve kimyasal özelliği, dökme malzemelerin aksine, büyük ölçüde boyutlarına bağlı olduğundan, son yıllarda çözeltilerdeki nanopartiküllerin boyutunu ölçmeye yönelik yöntemlere büyük ilgi olmuştur: nanopartikül yörüngelerinin analizi, dinamik ışık saçılımı, sedimantasyon. analiz, ultrasonik yöntemler.

Nanopartiküllerin kendi kendine organizasyonu

Nanoteknolojinin karşılaştığı en önemli sorulardan biri, sonuçta yeni materyaller veya cihazlar elde etmek için moleküllerin belirli bir şekilde gruplanmaya, kendi kendini organize etmeye nasıl zorlanacağıdır. Bu problem kimyanın bir dalı olan supramoleküler kimya tarafından çözülmektedir. Bireysel molekülleri değil, molekülleri belirli bir şekilde düzenleyerek yeni maddeler ve materyaller yaratabilen moleküller arasındaki etkileşimleri inceler. Benzer sistemlerin ve benzer süreçlerin doğada da mevcut olması cesaret vericidir. Böylece özel yapılar halinde organize olabilen biyopolimerler bilinmektedir. Bunun bir örneği, yalnızca küresel bir formda katlanamayan, aynı zamanda birkaç protein molekülü içeren yapılar olan kompleksler de oluşturabilen proteinlerdir. DNA molekülünün spesifik özelliklerini kullanan bir sentez yöntemi zaten mevcuttur. Tamamlayıcı DNA (cDNA) alınır ve uçlardan birine bir A veya B molekülü bağlanır.Elimizde 2 madde var: ----A ve ----B, burada ---- bir maddenin geleneksel görüntüsüdür. tek DNA molekülü. Şimdi, bu 2 maddeyi karıştırırsanız, DNA'nın iki tek ipliği arasında A ve B moleküllerini birbirine çekecek hidrojen bağları oluşur. Ortaya çıkan bağlantıyı kabaca tasvir edelim: ====AB. İşlem tamamlandıktan sonra DNA molekülü kolaylıkla çıkarılabilir.

Aglomerat oluşumu sorunu

Boyutları nanometre mertebesinde olan parçacıkların veya bilimsel çevrelerde nanopartiküller olarak adlandırılan nanopartiküllerin, kullanımlarını büyük ölçüde engelleyen bir özelliği vardır. Aglomeralar oluşturabilirler, yani birbirlerine yapışabilirler. Nanopartiküller seramik ve metalurji endüstrilerinde umut verici olduğundan bu sorunun çözülmesi gerekmektedir. Olası bir çözüm, amonyum sitrat (sulu çözelti), imidazolin, oleik alkol (suda çözünmeyen) gibi dağıtıcıların kullanılmasıdır. Nanopartiküller içeren bir ortama eklenebilirler. Bu konu, D. J. Shanefield, Kluwer Academic Publ., Boston (İngilizce) "Organic Additives And Ceramic Processing" kaynağında daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Son başarılar

Nanomalzemeler

Bileşenlerinin mikroskobik boyutlarından kaynaklanan benzersiz özelliklere sahip nanopartiküller temel alınarak geliştirilen malzemeler.

Karbon nanotüpler, bir ila birkaç on nanometre arasında çapa ve birkaç santimetreye kadar uzunluğa sahip, bir tüp içine sarılmış bir veya birkaç altıgen grafit düzlemden (grafenler) oluşan ve genellikle yarım küre şeklinde bir kafayla biten uzatılmış silindirik yapılardır.

Fullerenler, karbonun allotropik formları sınıfına ait moleküler bileşiklerdir (diğerleri elmas, karbin ve grafittir) ve çift sayıda üç koordineli karbon atomundan oluşan dışbükey kapalı çokyüzlülerdir.

Grafen, Ekim 2004'te Manchester Üniversitesi'nde elde edilen tek katmanlı bir karbon atomudur. Grafen, tek moleküllerin geliş ve gidişlerinin tespit edilmesine olanak tanıyan bir moleküler dedektör (NO 2) olarak kullanılabilir. Grafendeki yük taşıyıcıları oda sıcaklığında yüksek hareketliliğe sahiptir; bu nedenle, bu yarı metaldeki bant aralığı oluşumu sorunu çözüldüğünde, grafenin entegre devrelerde silikonun yerini alan umut verici bir malzeme olduğu ortaya çıkıyor.

Nanokristaller

Aerografit en sert malzemedir

Nanopiller - 2005'in başında Altair Nanotechnologies (ABD), lityum iyon pillerin elektrotları için yenilikçi bir nanoteknolojik malzeme yaratıldığını duyurdu. Li 4 Ti 5 O 12 elektrotlu pillerin şarj süresi 10-15 dakikadır. Şubat 2006'da şirket Indiana'daki fabrikasında pil üretmeye başladı. Mart ayında Altairnano ve Boshart Engineering, ortaklaşa bir elektrikli araç geliştirmek için bir anlaşma imzaladı. Mayıs ayında otomotiv nanopillerinin testleri başarıyla tamamlandı. Altair Nanotechnologies, elektrikli araçlara yönelik lityum iyon pil tedarikine yönelik ilk siparişini Temmuz ayında aldı.
Lotus efektine dayalı, kendi kendini temizleyen yüzeyler.

Araştırma Yöntemleri

Nanoteknolojinin disiplinler arası bir bilim olması nedeniyle bilimsel araştırmalarda “klasik” biyoloji, kimya ve fizikle aynı yöntemler kullanılmaktadır. Nanoteknoloji alanında nispeten yeni araştırma yöntemlerinden biri taramalı prob mikroskobudur. Şu anda araştırma laboratuvarları yalnızca “klasik” prob mikroskoplarını değil aynı zamanda optik mikroskoplar, elektron mikroskopları, Raman saçılımı ve floresans spektrometreleri ve ultramikrotomlarla (materyallerin üç boyutlu yapısını elde etmek için) birlikte SPM'leri de kullanıyor.

Taramalı prob mikroskobu

Nanonesneleri incelemek için kullanılan yöntemlerden biri taramalı prob mikroskobudur. Optik teknikler taramalı prob mikroskobu çerçevesinde uygulanmaktadır.

Taramalı prob mikroskobu (SPM) kullanılarak yüzey özelliklerinin incelenmesi, atmosferik basınçta havada, vakumda ve hatta sıvı içinde gerçekleştirilir. Çeşitli SPM teknikleri hem iletken hem de iletken olmayan nesnelerin incelenmesini mümkün kılar. Ayrıca SPM, klasik optik mikroskopi ve spektral yöntemler gibi diğer araştırma yöntemleriyle kombinasyonu da destekler.

Bu tür manipülasyonları gerçekleştirirken bir takım teknik zorluklar ortaya çıkar. Özellikle ultra yüksek vakum koşulları (10-11 Torr) oluşturmak gereklidir, substratı ve mikroskobu ultra düşük sıcaklıklara (4-10 K) soğutmak gerekir, substrat yüzeyi atomik olarak temiz olmalıdır ve atomik olarak pürüzsüz olup, hazırlanmasında özel yöntemler kullanılır. Alt tabakanın soğutulması, biriken atomların yüzey difüzyonunu azaltmak için gerçekleştirilir, mikroskobun soğutulması termal kaymadan kurtulmanızı sağlar.

Topografyanın hassas ölçümü, yüzey özellikleri ve taramalı atomik kuvvet mikroskobunun probu kullanılarak nanonesnelerin manipülasyonu ile ilgili sorunları çözmek için, özellik odaklı tarama (FOS) metodolojisi önerildi. OOS yaklaşımı, aşağıdan yukarıya nanoteknolojinin, yani nanocihazların element bazında birleştirilmesi teknolojisinin otomatik olarak uygulanmasını mümkün kılar. Bu durumda, OOS sürüklenme hızını gerçek zamanlı olarak belirlediğinden ve sürüklenmenin neden olduğu yer değiştirmeyi telafi ettiğinden, çalışma oda sıcaklığında gerçekleştirilir. Çok problu cihazlarda OOS, herhangi bir sayıda analitik ve teknolojik probu bir nanonesneye sırayla uygulamanıza olanak tanır; bu, çok sayıda ölçüm, teknolojik ve kontrol işleminden oluşan karmaşık nanoteknolojik süreçler oluşturmayı mümkün kılar.

Ancak çoğu durumda atomları veya nanoparçacıkları tek tek manipüle etmeye gerek yoktur ve ilgilenilen nesneleri incelemek için sıradan laboratuvar koşulları yeterlidir.

Nanotıp ve kimya endüstrisi

Modern tıpta nanomalzemelerin ve nanonesnelerin benzersiz özelliklerinin nanomoleküler düzeyde insan biyolojik sistemlerini izlemek, tasarlamak ve değiştirmek için kullanılmasına dayanan bir yön.

İlaç moleküllerinin endüstriyel sentezi ve iyi tanımlanmış bir formun (bis-peptidler) farmakolojik preparatları.

Bilgisayarlar ve mikroelektronik

Merkezi işlem birimleri - 15 Ekim 2007'de Intel, yaklaşık 45 nm boyutundaki en küçük yapısal elemanı içeren yeni bir prototip işlemcinin geliştirildiğini duyurdu. Gelecekte şirket, 5 nm'ye kadar yapısal elemanların boyutuna ulaşmayı planlıyor. Intel'in ana rakibi AMD de uzun süredir işlemcilerini üretmek için IBM ile ortak geliştirilen nanoteknolojik süreçleri kullanıyor. Intel'in geliştirmelerinden karakteristik bir fark, transistörü oluşturan yapıların ek yalıtımı nedeniyle akım sızıntısını önleyen ek bir yalıtım katmanı SOI'nin kullanılmasıdır. Halihazırda 32 nm transistörlü işlemci örnekleri ve 22 nm'lik prototipler mevcut.

Sabit sürücüler - 2007 yılında Peter Grunberg ve Albert Furth, verilerin atomik bilgi yoğunluğuna sahip sabit sürücülere kaydedilmesine olanak tanıyan GMR etkisini keşfettikleri için Nobel Fizik Ödülü'nü aldılar.

Taramalı prob mikroskobu, bir konsol iğnesinin (prob) incelenen numunenin yüzeyi ile etkileşimine dayanan yüksek çözünürlüklü bir mikroskoptur. Tipik olarak etkileşim, van der Waals kuvvetleri nedeniyle bir konsolun bir yüzeyden çekilmesini veya itilmesini ifade eder. Ancak özel konsollar kullanıldığında yüzeyin elektriksel ve manyetik özelliklerini incelemek mümkündür. SPM, bir sıvı tabakası aracılığıyla bile hem iletken hem de iletken olmayan yüzeyleri inceleyebilir, bu da organik moleküllerle (DNA) çalışmayı mümkün kılar. Taramalı prob mikroskoplarının uzaysal çözünürlüğü, kullanılan probların özelliklerine bağlıdır. Çözünürlük yatay olarak atomik seviyeye ulaşır ve dikey olarak onu önemli ölçüde aşar.

Osilatör anteni - 9 Şubat 2005'te Boston Üniversitesi laboratuvarında boyutları 1 mikron civarında bir osilatör anteni elde edildi. Bu cihaz 5.000 milyon atoma sahiptir ve 1.49 gigahertz frekansında salınma kapasitesine sahiptir, bu da onun muazzam miktarda bilgi iletmesine olanak tanır.

Plazmonlar bir metaldeki serbest elektronların kolektif titreşimleridir. Plazmon uyarımının karakteristik bir özelliği, ilk olarak 20. yüzyılın başında Mie tarafından tahmin edilen sözde plazmon rezonansı olarak düşünülebilir. Örneğin, 50 nm çapında küresel bir gümüş parçacık için plazmon rezonans dalga boyu yaklaşık 400 nm'dir; bu, nanopartiküllerin kırınım sınırının çok ötesinde kaydedilme olasılığını gösterir (radyasyon dalga boyu parçacık boyutundan çok daha büyüktür). Yılın başında, nano boyutlu parçacıkların üretilmesi teknolojisindeki hızlı ilerleme sayesinde, yeni bir nanoteknoloji alanı olan nanoplazmoniklerin geliştirilmesine ivme kazandırıldı. Plazmon salınımlarının uyarılmasını kullanarak elektromanyetik radyasyonun bir metal nanopartikül zinciri boyunca iletilmesinin mümkün olduğu ortaya çıktı.

Robotik

Moleküler rotorlar, kendilerine yeterli enerji uygulandığında tork üretebilen sentetik nano ölçekli motorlardır.

Moleküler pervaneler, makroskobik pervanenin şekline benzer şekilde, özel şekilleri nedeniyle dönme hareketi yapabilen nano boyutlu pervane şekilli moleküllerdir.

2006 yılından bu yana RoboCup projesi (robotlar arasında futbol şampiyonası) çerçevesinde, oyun alanının 2,5 mm kenarlı bir kare olduğu “Nanogram Yarışması” adaylığı ortaya çıktı. Maksimum oynatıcı boyutu 300 mikronla sınırlıdır.

Konsept cihazlar

Nokia Morph, Nokia Ar-Ge ve Cambridge Üniversitesi tarafından ortaklaşa oluşturulan, nanoteknolojik malzemelerin kullanımına dayalı, geleceğe yönelik bir cep telefonu projesidir.

Nanoteknoloji endüstrisi

Bazı araştırmacılar, uzman olmayanlar arasında nanoteknolojiye yönelik olumsuz tutumların, nanomateryallerin toksisitesine ilişkin endişelerin yanı sıra dindarlıkla da ilişkili olabileceğini belirtmektedir. Bu, özellikle özellikleri ve güvenliği son derece şüpheli olan, yaygın olarak reklamı yapılan kolloidal gümüş için geçerlidir.

Dünya toplumunun nanoteknolojinin gelişimine tepkisi

Nanoteknolojinin gelişiminin sonuçları konusu felsefi araştırmanın konusu haline geliyor. Bu nedenle, 2007 yılında WTA tarafından düzenlenen uluslararası fütürolojik konferans Transvision'da nanoteknolojinin gelişimine yönelik beklentiler tartışıldı.

Rus toplumunun nanoteknolojinin gelişimine tepkisi

26 Nisan 2007 Rusya Devlet Başkanı Vladimir Putin, Federal Meclis'e hitaben yaptığı konuşmada nanoteknolojiyi "bilim ve teknolojinin gelişmesinde en öncelikli yön" olarak nitelendirdi. Çoğu Rus için günümüz nanoteknolojisinin "30'lardaki nükleer enerji gibi bir tür soyutlama" olduğunu öne sürdü.

Daha sonra bir dizi Rus kamu kuruluşu nanoteknolojinin geliştirilmesi gerektiğini ilan etti.

8 Ekim 2008 Görevleri arasında "Rus toplumunu nanoteknoloji alanında eğitmek ve ülkenin nanoteknolojik gelişimi lehine olumlu kamuoyu oluşturmak" olan "Rusya Nanoteknoloji Topluluğu" oluşturuldu.

6 Ekim 2009 Başkan Dmitry Medvedev, Moskova'daki Uluslararası Nanoteknoloji Forumu'nun açılışında şunları söyledi: “Asıl mesele, iyi bilinen senaryonun gerçekleşmemesidir - dünya ekonomisi büyümeye başlar, ihracat potansiyeli artar ve nanoteknolojiye ihtiyaç duyulmaz ve enerji satılmaya devam edilebilir. Bu senaryo ülkemiz için tam bir felaket olacaktır. Hepimiz nanoteknolojinin ekonominin en güçlü sektörlerinden biri haline gelmesini sağlamalıyız. Sizi teşvik ettiğim şey tam olarak bu gelişme senaryosudur” diye vurguladı D. Medvedev, forum katılımcılarına hitaben. Cumhurbaşkanı aynı zamanda, "(iş dünyası için) bu (devlet) desteği özensiz iken, biz bu işin özünü kavrayamamışken, bu işi organize etmemiz gerektiğini özellikle kaydetti." D. Medvedev, Rusnano'nun 2015 yılına kadar bu amaçlara 318 milyar ruble ayıracağını da vurguladı. D. Medvedev, Eğitim ve Bilim Bakanlığı'nın, nanoteknoloji için nitelikli personele yönelik artan ihtiyaçla bağlantılı olarak uzmanlık sayısını artırmasını, aynı zamanda inovasyon için bir devlet düzeni oluşturmasını ve yüksek düzeydeki ürünlerin ihracatı için bir “yeşil koridor” açmasını önerdi. teknoloji ürünleri.

Sanatta nanoteknoloji

Amerikalı sanatçı Natasha Vita-Mor'un bir dizi eseri nanoteknoloji konularını ele alıyor.

Rus grup Re-Zone'un "Nanobots" adlı kompozisyonu nanorobotlara ve onların toplumsal ilerlemedeki rollerine adanmıştır.

Bilim kurguda nanoteknoloji

Rus yazar N. Leskov'un “Sollu” (yıl) adlı ünlü eserinde ilginç bir parça var:

Nanoteknolojinin temel araçları sayılan modern elektron ve atomik kuvvet mikroskopları ile 5.000.000 kat büyütme sağlanmaktadır. Dolayısıyla edebiyat kahramanı Lefty, tarihteki ilk “nanoteknolog” sayılabilir.

Nanoteknolojinin kontrolsüz gelişiminin bazı olumsuz sonuçları M. Crichton (“Sürü”), S. Lem (“Yerinde Teftiş” ve “Yeryüzünde Barış”), S. Lukyanenko (“Bölünecek Bir Şey Yok”) çalışmalarında anlatılmaktadır. ”).

Bilim kurgu dizisi Stargate SG-1'de teknolojik ve sosyal açıdan en gelişmiş ırklardan biri, Kadimlerin nanoteknolojinin çeşitli uygulamalarının kullanımı ve tanımlanması konusundaki başarısız deneyiminin bir sonucu olarak ortaya çıkan "çoğalıcı" ırkıdır. Başrolünü Keanu Reeves'in paylaştığı The Day the Earth Stood Still'de, uzaylı bir uygarlık insanlığı ölüme mahkum ediyor ve yollarına çıkan her şeyi yiyip bitiren, kendi kendini kopyalayan nanoreplikant böceklerin yardımıyla neredeyse gezegendeki her şeyi yok ediyor.

"Terminatör 2" ve "Terminatör 3" filmlerinde nanoteknoloji, "T-1000" ve "Te-X" robotları şeklinde sunulmaktadır.

Forumlar ve sergiler

Rusnano 2010

Rusya'daki ilk Uluslararası Nanoteknoloji Forumu Rusnanotek, 2008 yılında düzenlendi ve daha sonra yıllık bir etkinlik haline geldi. Uluslararası Nanoteknoloji Forumu'nun düzenlenmesine ilişkin çalışmalar, 31 Ocak'ta "Rusnanotech" Devlet Şirketi Denetleme Kurulu tarafından onaylanan Konsept ve 08/08 tarih ve 1169-r sayılı Rusya Federasyonu Hükümeti Kararnamesi uyarınca gerçekleştirildi. 12/2008 Forum 3 - 5 Aralık 2008 tarihleri arasında düzenlendi. Moskova Merkez Sergi Kompleksi "Expocentre"da. Forum programı iş bölümü, bilimsel ve teknolojik bölümler, poster sunumları, Nanoteknoloji Alanında Genç Bilim İnsanlarının Bilimsel Çalışmaları Uluslararası Yarışması katılımcılarının raporları ve bir sergiden oluşuyordu.

Forum etkinliklerine Rusya'dan ve 32 yabancı ülkeden toplam 9024 katılımcı ve ziyaretçi katıldı:

Forumun kongre kısmına 4048 katılımcı
4212 sergi ziyaretçisi
559 stant görevlisi
205 medya temsilcisi Forumun çalışmalarını aktardı

Nanoteknolojinin eleştirisi

Nanoteknolojiye yönelik eleştiriler esas olarak iki yöne odaklanmıştır:

Ayrıca bakınız

Spinhenge@home - nanoteknoloji alanında dağıtılmış bilgi işlem projesi (Moleküler mıknatıslar: Manyetizmanın nanodüzey kontrolü)
Nanoteknolojinin etkisini incelemek ( İngilizce)

Edebiyat

Alfimova M.M. Eğlenceli nanoteknoloji. - M .: Binom, 2011. - S. 96.
Golovin Yu.I. Formülsüz nanodünya. - M .: Binom, 2012. - S. 543.
Gudilin E.A. ve benzeri. Nanodünyanın zenginliği. Maddenin derinliklerinden fotoğraf raporu. - M .: Binom, 2009. - S. 176.
Defeys K., Defeys S.Şaşırtıcı nanoyapılar / trans. İngilizce'den. - M .: Binom, 2011. - S. 206.
C. Joaquim, L. Plever. Nanobilimler. Görünmez devrim. - M.: KoLibri, 2009. Kitaptan bölüm
Malinetsky G. G. Nanoteknoloji. Simyadan kimyaya ve ötesine // İntegral. 2007, Sayı 5, s. 4-5.
Mark Ratner, Daniel Ratner Nanoteknoloji: Bir sonraki harika fikrin basit bir açıklaması = Nanoteknoloji: Bir Sonraki Büyük Fikre Nazik Bir Giriş. - M .: “Williams”, 2006. - S. 240. - ISBN 0-13-101400-5
Hartman W. Nanoteknolojinin cazibesi / trans. onunla. – 2. baskı.. - M.: Binom, 2010. - S. 173.
Erlich G. Küçük nesneler - büyük fikirler. Nanoteknolojiye geniş bir bakış.. - M.: Binom, 2011. - S. 254.

Nanoteknoloji hakkında popüler
Nanoteknoloji, bireysel atomlar ve moleküllerle çalışan yüksek teknolojili bir endüstridir. Bu kadar ultra hassasiyet, doğa yasalarının niteliksel olarak yeni bir düzeyde insanın yararına kullanılmasını mümkün kılar - belirli bir atom yapısına sahip ürünler yaratmak için, bu nedenle nanoteknoloji alanındaki gelişmeler hemen hemen her endüstride kullanılmaktadır: tıpta, makine mühendisliği, elektronik, ekoloji... Nanoteknolojinin yardımıyla yağı arındırabilir, birçok virüsü yenebilir, robotlar yaratabilir, doğayı koruyabilir, süper hızlı bilgisayarlar yapabilirsiniz. 21. yüzyılda nanoteknolojinin gelişmesinin insanoğlunun hayatını yazının, buhar makinesinin veya elektriğin gelişmesinden daha fazla değiştireceğini söyleyebiliriz...

Dolayısıyla nanoteknoloji endüstrisinin beklentileri gerçekten çok büyük. Ancak bu, endüstrinin temel fikirlerinin geniş çapta yayılmasını gerektirir. IAC “Nanoteknolojiler ve Malzemeler”, nanoteknolojiler, bunlarla ilgili malzemeler ve nanoteknoloji dünyasındaki olaylar hakkında güncel ve doğrulanmış bilgiler sağlar.

Nanoteknoloji nedir?
Nanoteknoloji, parçacıkların özelliklerini inceleyen ve nanometre boyutunda cihazlar üreten bir bilim ve teknoloji alanıdır. Nano- öneki, bir şeyin milyarda biri anlamına gelen bir SI (metrik birim sistemi) önekidir, sırasıyla bir nanometre = 1.10-9 metre. Nanoteknoloji bazen bireysel atomları ve molekülleri manipüle etme teknolojisi olarak da tanımlanır. Nanoteknolojinin bu bölümüne “Moleküler Nanoteknoloji” de denir; oldukça umut verici ve gelecek vaat eden bir bölümdür. Nanoteknoloji şu anda gelişiminin erken aşamalarındadır, çünkü bu alanda öngörülen büyük keşifler henüz yapılmamıştır. Ancak yapılan araştırmalar halihazırda pratik sonuçlar veriyor. Gelişmiş bilimsel araştırmaların uygulanması nedeniyle nanoteknoloji yüksek teknoloji olarak sınıflandırılmaktadır.

Bu kadar küçük boyutlarla çalışırken kuantum etkileri ve van der Waals etkileşimleri gibi moleküller arası etkileşimlerin etkileri ortaya çıkıyor. Nanoteknoloji ve özellikle moleküler teknoloji çok az araştırılmış yeni alanlardır. Modern elektroniklerin gelişimi, cihazların boyutunu azaltma yolunda ilerlemektedir. Ancak klasik üretim yöntemleri, cihazın boyutunun çok fazla azalmadığı ancak ekonomik maliyetlerin katlanarak arttığı durumlarda doğal ekonomik ve teknolojik bariyerlerine ulaşır. Nanoteknoloji, elektronik ve diğer yüksek teknoloji endüstrilerinin gelişimindeki bir sonraki mantıklı adımdır.

Dünyada nanoteknoloji
Yabancı ülkelerin nanoteknolojinin gelişimine olan ilgisi aşağıdaki gerçeklerle kanıtlanmaktadır. Japonya'da 1999'dan beri yürürlükte olan Japon “Ulusal Nanoteknoloji Çalışma Programı” en yüksek devlet önceliğine sahip olan “Ogato”ya sahiptir. 2000 yılına kadar Amerika Birleşik Devletleri, bir zamanlar hükümetin tartışma konusu haline gelen bu alandaki çalışmaların finansmanı açısından Japonya'nın gerisindeydi. Sonuç olarak, yalnızca temel araştırmalara ayrılan fon miktarı her yıl iki katına çıkmaya başladı ve hükümet kararıyla nanoteknoloji çalışmaları en büyük önceliğe sahip oldu. Amerika Birleşik Devletleri'nde Ulusal Nanoteknoloji Girişimi programı geliştirildi ve 12 büyük sanayi ve askeri birimde nanoteknoloji çalışmalarını koordine etmek için Başkan'ın başkanlığında özel bir komite düzenlendi. 2004 yılında ABD Senatosu önümüzdeki dört yıl içinde nanoteknoloji araştırma ve geliştirmesine 3,7 milyar dolar sağlayan bir yasa tasarısını onayladı.

AB ülkeleri, tüm AB üyesi ülkelerin çabalarını entegre ederek ve üçüncü ülkeleri de dahil ederek bilimsel ve teknolojik potansiyeli geliştirme yolunu tutmuştur. Eski SSCB'den, özellikle Rusya'dan bilim adamlarıyla işbirliğine özellikle dikkat ediliyor.

Nanoteknoloji için beklentiler
İLAÇ
İnsan vücudunda “yaşayacak”, genetik hasar da dahil olmak üzere meydana gelen tüm hasarları ortadan kaldıracak veya oluşmasını önleyecek moleküler robot doktorların yaratılması. Öngörülen uygulama dönemi 21. yüzyılın ilk yarısıdır.

GERONTOLOJİ
Hücre yaşlanmasını önleyen moleküler robotların vücuda sokulması, ayrıca insan vücudunun dokularının yeniden yapılandırılması ve "asilleştirilmesi" yoluyla insanların kişisel ölümsüzlüğünün sağlanması. Şu anda kriyonik yöntemlerle dondurulan umutsuzca hasta insanların yeniden canlandırılması ve iyileştirilmesi. Öngörülen uygulama dönemi: 21. yüzyılın üçüncü - dördüncü çeyreği.

SANAYİ
Geleneksel üretim yöntemlerini, tüketim ürünlerini doğrudan atomlardan ve moleküllerden bir araya getiren moleküler robotlarla değiştirmek. Herhangi bir öğeyi oluşturmanıza olanak tanıyan kişisel sentezleyicilere ve kopyalama aygıtlarına kadar. İlk pratik sonuçlar 21. yüzyılın başında elde edilebilir.

TARIM
Gıda üretimine yönelik “doğal makinelerin” (bitkiler ve hayvanlar) yapay analoglarıyla (moleküler robot kompleksleri) değiştirilmesi. Canlı bir organizmada meydana gelen kimyasal süreçlerin aynısını yeniden üretecekler, ancak daha kısa ve daha verimli bir şekilde. Örneğin, "toprak - karbondioksit - fotosentez - çimen - inek - süt" zincirindeki tüm gereksiz bağlantılar kaldırılacaktır. Geriye kalan ise “toprak – karbondioksit – süt (süzme peynir, tereyağı, et – her neyse)”. Söylemeye gerek yok, böyle bir "tarım" hava koşullarına bağlı olmayacak ve ağır fiziksel emek gerektirmeyecektir. Ve üretkenliği gıda sorununu kesin olarak çözmeye yetiyor. Çeşitli tahminlere göre, bu tür komplekslerin ilki 21. yüzyılın ikinci - dördüncü çeyreğinde oluşturulacak.

BİYOLOJİ
Canlı bir organizmaya atom düzeyinde “girmek” mümkün hale gelecektir. Sonuçlar, soyu tükenmiş türlerin “restorasyonundan” yeni tür canlıların ve biyorobotların yaratılmasına kadar çok farklı olabilir. Öngörülen uygulama dönemi: 21. yüzyılın ortası.

EKOLOJİ
İnsan faaliyetinin çevre üzerindeki zararlı etkilerinin tamamen ortadan kaldırılması. Birincisi ekosferi insan atıklarını hammaddeye dönüştüren moleküler robotik hemşirelerle doyurmak, ikincisi sanayi ve tarımı atıksız nanoteknolojik yöntemlere aktarmak. Öngörülen uygulama dönemi: 21. yüzyılın ortası.

UZAY ARAŞTIRMASI
Görünen o ki, “olağan” düzende uzay keşfinden önce nanorobotlar tarafından keşif yapılacak. Robotik moleküllerden oluşan devasa bir ordu, Dünya'ya yakın uzaya salınacak ve burayı insan yerleşimine hazırlayacak; Ay'ı, asteroitleri ve yakındaki gezegenleri yaşanabilir hale getirecek ve "hayatta kalma malzemelerinden" (meteoritler, kuyruklu yıldızlar) uzay istasyonları inşa edecek. Mevcut yöntemlere göre çok daha ucuz ve güvenli olacaktır.

SİBERNETİK
Mevcut düzlemsel yapılardan hacimsel mikro devrelere geçiş olacak ve aktif elemanların boyutları moleküllerin boyutuna düşecek. Bilgisayarların çalışma frekansları terahertz değerlerine ulaşacak. Nöron benzeri elemanlara dayalı devre çözümleri yaygınlaşacak. Kapasitesi terabayt cinsinden ölçülecek olan protein moleküllerine dayanan yüksek hızlı, uzun süreli bir bellek ortaya çıkacak. İnsan zekasını bir bilgisayara “yeniden yerleştirmek” mümkün olacak. Tahmin edilen uygulama dönemi: 21. yüzyılın ilk – ikinci çeyreği.

AKILLI HABİTAT
Mantıksal nanoelementlerin çevrenin tüm özelliklerine dahil edilmesiyle “akıllı” ve insanlar için son derece konforlu hale gelecektir. Öngörülen uygulama dönemi: 21. yüzyıldan sonra.

Son zamanlarda “nanoteknoloji” kelimesini sıklıkla duyabiliyoruz. Herhangi bir bilim adamına nanoteknolojinin ne olduğunu ve neden gerekli olduğunu sorarsanız cevabı kısa olacaktır: “Nanoteknoloji, maddenin olağan özelliklerini değiştirir. Dünyayı dönüştürüyorlar ve daha iyi bir yer haline getiriyorlar.”

Bilim adamları nanoteknolojinin birçok faaliyet alanında uygulama bulacağını iddia ediyor: endüstride, enerjide, uzay araştırmalarında, tıpta ve çok daha fazlasında. Örneğin insan vücudunun herhangi bir hücresine nüfuz edebilecek minik nanorobotlar, bazı hastalıkları hızlı bir şekilde tedavi edebilecek ve en tecrübeli cerrahın bile yapamayacağı ameliyatları gerçekleştirebilecek.

Nanoteknoloji sayesinde “akıllı evler” ortaya çıkacak. Onlarda, bir kişi pratik olarak sıkıcı ev işleriyle uğraşmak zorunda kalmayacak. Bu sorumlulukları “akıllı şeyler” ve “akıllı toz” üstlenecek. İnsanlar kirlenmeyen kıyafetler giyecekler, üstelik sahibine örneğin öğle yemeği yeme veya duş alma zamanının geldiğini söyleyecekler.

Nanoteknoloji, mendil gibi katlanıp cepte taşınabilen bilgisayar ekipmanlarının ve cep telefonlarının icat edilmesini mümkün kılacak.

Kısacası nanoteknoloji uzmanları gerçekten insan yaşamını önemli ölçüde dönüştürmeyi amaçlıyor.

Nanoteknoloji nedir

Nanoteknoloji nedir? Peki şeylerin özelliklerini değiştirmenize tam olarak nasıl izin veriyorlar?

"Nanoteknoloji" kelimesi "nano" ve "teknoloji" olmak üzere iki kelimeden oluşur.

"Nano", metre gibi bir şeyin milyarda biri anlamına gelen Yunanca bir kelimedir. Bir atomun boyutu bir nanometreden biraz daha küçüktür. Ve bir nanometre, bir metreden, sıradan bir bezelyenin küreden küçük olması kadar küçüktür. Bir kişinin boyu bir nanometre olsaydı, o zaman bir kağıt yaprağının kalınlığı bir kişiye Moskova'dan Tula şehrine olan mesafeye eşit gibi görünürdü ve bu 170 kilometre kadardır!

“Teknoloji” kelimesi, kişinin ihtiyaç duyduğu şeyleri mevcut malzemelerden yaratmak anlamına gelir.

Nanoteknoloji ise kişinin ihtiyaç duyduğu şeyin atomlardan ve atom gruplarından (bunlara nanopartiküller denir) özel cihazlar kullanılarak yaratılmasıdır.

Nanopartikülleri elde etmenin iki yolu vardır.

İlk ve daha basit yöntem “yukarıdan aşağıya”dır. Başlangıç malzemesi, parçacık nano boyuta gelinceye kadar çeşitli şekillerde öğütülür.

İkincisi, tek tek atomların “aşağıdan yukarıya” birleştirilmesiyle nanopartiküllerin üretilmesidir. Bu daha karmaşık bir yöntemdir ancak bilim adamlarının nanoteknolojinin geleceği olarak gördükleri şey budur.

Nanopartikül elde etmenin ilk yolu, malzemeyi partikül nano boyuta gelinceye kadar öğütmektir. Nanoparçacıkları elde etmenin ikinci yolu, atomları çeşitli yollarla bir nanoparçacık halinde birleştirmektir.

Bu yöntemi kullanarak nanopartiküller elde etmek, bir inşaat kitiyle çalışmayı anımsatıyor. Bilim adamlarının yeni nanomalzemeler ve nanoaygıtlar yarattığı parçalar olarak yalnızca atomlar ve moleküller kullanılıyor.