Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Нанотехнологии что это такое


Нанотехнологии будущего

Быстрое развитие науки привело к тому, что область исследований постепенно уменьшается с макрообъектов до микро. Сейчас одним из передовых направлений является нанотехнологии – отрасль теоретической и прикладной науки, сфера исследования которых направлена на теоретико-прикладной анализ и создание микроскопических объектов путем различных действий с участием атомов и молекул.

Нанотехнологии - история возникновения и развития

По большинству иностранных статей первые исследования, которые впоследствии получили название нанотехнологий, приписывают Ричарду Фейнману. Особенно знаменательно в этом плане его речь «Внизу полным-полно места» в конце 50-х годов XX века, которую он представил на собрании Американского сообщества физиков, которое происходило каждый год. По предположению Фейнмана механическое изменение положения отдельных атомов можно осуществить применением соответствующего манипулятора, таким, чтобы его размеры позволяли проводить операции на микроуровне. Данное предположение не противоречило современному знанию физических законов.

Фейнман также представил свое видение такого манипулятора. Для этого необходимо было сконструировать такое устройство, которое могло бы воспроизвести свою точную, но уменьшенную копию. Полученный механизм должен был также способен построить свой образ в уменьшенном варианте. Это действие необходимо было производить до тех пор, пока не будет получен прибор, соизмеримый с размерами атома. Для того чтобы манипулятор продолжал при этом работать на должном уровне в соответствии с изначально заданными параметрами, необходимо обеспечить его устройство такими изменениями, которые бы компенсировали снижение влияния сил гравитации и увеличение действия сил Ван-дер-Вальса и межмолекулярных связей с переходом с макроуровня до микро.

Итоговому варианту манипулятора должно было быть под силу собрать свой аналог из отдельных атомов. Число создаваемых при этом копий не ограничивается, позволяя за небольшой промежуток времени воспроизводить достаточное количество подобных механизмов. Они уже впоследствии и будут собирать макровещи подобной сборкой на атомарном уровне. Такой подход в значительной мере должен уменьшить количество расходов, так как нанороботам (именно такое название получили позднее мини-манипуляторы) потребуется конкретное количество молекул и энергия, а также написанный алгоритм для сборки конкретных новых предметов.

Идея Фейнмана по созданию наноманипулятора к нашему времени не была опровергнута, но, в то же время, никому и не подвернулась удача полностью претворить в жизнь этот подход. Одновременно теоретическое исследование его возможностей привело к составлению гипотетического плана конца света. Согласно этой теории, нанороботы в конечном счета поглотят всею биомассу Земного шара, просто следуя заданной программе самовоспроизведения.

Но еще до Фейнмана у ученых возникали мысли о более глубоком изучении мира. Так, Ньютон предполагал, что в будущем у ученых с помощью новых микроскопов появится возможность изучить основы всех наук.

Само слово «нанотехнологии» было предложено в середине 70-х годов. Его первым ввел в обиход Норио Танигути в отношении изделий, чьи габариты соизмеримы только нанометрами. Позднее данное определение подхватил Эрик Дрекслер, написав книгу о грядущей эре нанотехнологий.

На что способны нанотехнологии

Продвижение нанотехнологий стремительно ведет к научному прорыву сразу в нескольких областях. Рассмотрим подробнее некоторые из них.

Нанотехнологии в строительстве

Сфера строительства, благодаря внедрению нанотехнологий, должна улучшить качество возводимых конструкций. Так нанороботы будут отслеживать прочность возводимых зданий, уделяя особое внимание нарушению целостности. Объекты, построенные подобным образом, прослужат в несколько раз дольше. К тому же нанороботы обеспечат такие дома возможностью подстраивания температурного климата под людей и погоду.

Нанотехнологии в медицине

В медицине нанороботам пророчат наиболее чувствительную диагностику заболеваний, что в значительной мере повысит шансы пациентов на выздоровление. Станет возможной победа над раком и другими смертельными заболеваниями. Старые препараты, чье действие было направлено на уничтожение раковых клеток, поражали также и здоровые. Нанотехнологии должны позволить избежать этого, направляя лекарство исключительно на раковые клетки.

В генной сфере прогнозируется появление ДНК-нанотехнологии, которая с помощью манипулирования с основанием ДНК-молекулы и многочисленными нуклеотидами, позволит получать точно запрограммированные молекулы. Это планируется применять для создания сложных лекарственных препаратов.

Интенсивное развитие нанотехнологи уже внедрило в медицину некоторые улучшения. Так, уже в самом начале XXI века стала активно развиваться наноплазмоника, которая открыла возможность передачи электромагнитного импульса по цепочке из металлических наночастиц простым возбуждением плазмонных колебаний.

Нанотехнологии в энергетике

Нанотехнологии позволят уменьшить влияние нефти и газа на общий быт. Они также способны увеличить КПД солнечных батарей с 20% до 60%. Эта технология позволит обеспечить дешевой экологической энергией дома в солнечных регионах: для этого достаточно лишь покрыть солнечной нанопленкой их крыши.

Нанотехнологии в машиностроении

Громоздкую технику заменят компактные роботы, которые помимо того что легче в управлении, так еще и имеют больший функционал. Их задача состоит в создании и производстве различных предметов и механизмов на атомарном уровне. Материал, используемый для создания нанороботов, имеет низкий коэффициент трения, что обеспечить дополнительную защиту деталям от повреждений, а также в значительной мере сократить количество затрачиваемой энергии.

Однако все это лишь наброски того, куда сможет внедриться нанотехнология. На самом деле ее возможности куда шире и ограничиваются лишь фантазией ученых. Многие из них ассоциируют появление нанотехнологий с началом новой научно-технической революции, которая внесет в науку XXI века значительное изменения.

К сожалению, пока что внедрение нанотехнологий происходит очень медленно. Не многие устройства имеют возможность скомпилироваться для работы на наноуровне. По большинству это объясняется тем, что необходимо затратить очень много средства на тотальное внедрение нанотехнологий в науку, тогда как отдача будет очень медленной, и затраты не скоро компенсируют себя, на что в первую очередь обращают внимание инвесторы.

Тем не менее от них никто не отказывается. Предполагается, что в будущем будут доступны легкоуправляемые и полностью автоматизированные наноманипуляторы, которые полностью заменят современную крупногабаритную технику. Например, «стаей» биороботов можно заменить целую насосную станцию.

Также прогнозируют появление ДНК-компьютеров, которые позволят использовать числовые способности форм ДНК. В подобном отображении вся информация отображается не в виде привычного двоичного кода, а в форме молекулярной структуры, берущей в качестве своего основания ДНК. Анализ, управление и другие операции над такими структурами обеспечат особые ферменты.

Перспективным является и появление атомно-силового микроскопа. Он представляет собой зондовый микроскоп с возможность сканирования, обладающий высоким разрешением. В основу принципа его работы легло взаимодействие иглы зонда и поверхности исследуемого материала. От туннельного микроскопа атомно-силовой отличается направленностью своего действия как на проводящие, так и на непроводящие материалы через замедляющую среду, будь то даже толстую прослойку жидкости. Этой свойство должно обеспечить возможность работы с ДНК и РНК. Размер зонда и кривизна его иглы являются исходными параметрами для корректировки разрешения микроскопа, которое соответствует атомарному в горизонтальному направлении и намного большему – в вертикальном.

В 2005 году учеными Бостонского университета была сконструирована первая антенна-осциллятор с габаритами в 1 мкм. Она состоит из порядка 5000 атомов и способна воспроизводить частоту в 1,49 ГГц. Эта технология должна обеспечить передачу больших потоков информации.

ТОП-10 нанотехнологий с удивительным потенциалом

Если попросить любого человека навскидку назвать пару величайших изобретений, то в их числе наверняка окажется колесо, велосипед, Интернет и подобное. Навряд ли рядовой житель Земли упомянет в таком случае что-то из нанотехнологий. Хотя эта область еще мало изучена, она уже выдала нам просто фантастические вещи. Обычно человеческому глазу доступны для захвата объекты размером от 0,1 мм. Ниже представлены изобретения, чьи параметры меньше еще на шесть порядков.

Электропроводимый жидкий металл

С помощью электричества можно придать особому сплаву галлия, иридия и олова любую форму, в том числе заставить его бегать по кругу в чаше Петри. Этот мягкий сплав часто называют умным материалом, который в случае необходимости изменять свою форму в соответствии с окружающей средой и условиями огибающего ее пространства.

Данный сплав является биомимитическим, что объясняет воспроизведение им биохимических реакций, хотя сама его природа далека от биологической.

Управление этим сплавом осуществляется с помощью электрических зарядов. Однако при наличии дисбалансирующих нагрузок, созданных разностью давлений между частями молекул этого металла. По предположению некоторых ученых свойства этого сплава могут послужить началом разгадки нюансов превращения внутренней энергии в механическую. И хотя характеристики материала напоминают особенности одного терминатора, никто пока что не планирует применять его в таком ключе, как минимум потому, что все реакции возможно только в хлориде натрия или его же гидроксиде.

Нанопластыри

Деятельность ученых Йоркского университета уже многие годы направлена на получение особых нанопластырей. Их суть заключается в том, что с помощью них станет возможной транспортировка лекарственных препаратов внутрь организма без вмешательства игл. Такой пластырь приклеивается, например, к руке и направляет рассчитанную дозу лекарства в организм посредством нанороботов, проникающих через поры и фолликулы. Такие частицы могут самостоятельно обнаружить в организме болезнетворные клетки, воздействовать на них и способствовать их выводу с другими отходами организма.

Нанопластыри планируют использовать даже при лечении рака. Отличительной чертой наночастиц, в сравнении с химиотерапией, является их направленность: они способны разрушать только вредоносные клетки, не трогая здоровые.

Нанофильтр для воды

Такой фильтр представляет собой совокупность нанопленки и металлической нержавеющей сетки. Это сочетание материалов заставляет нефть отталкиваться, когда как дальше уже поступает чистая вода.

Идею для такого фильтра ученым подкинула сама природа. Подобными свойствами наделены листья лотоса, однако они проявляют обратный эффект – являются водоотталкивающими. В свое время лотос стал также источником вдохновения для создания множества гидрофобных материалов.

Сейчас ученые пытаются создать такую нанопленку, чтобы ее было возможно дополнить специализированными молекулами, обладающими способностью очищать воду. Ее невозможность заметить невооруженными органами зрения. Само производство планируется быть недорогим: порядка одного доллара за тысячу квадратных сантиметров нанопленки.

Очиститель воздуха для подводных лодок

Мало кого из жителей когда-либо интересовал вопрос, чем же дышит персонал подводных суден, тогда как для самих членов команды этот нюанс является очень важным. Очищение воздуха от углекислого газа в таких замкнутых помещениях должно производиться очень быстро, чтобы предотвратить недостаток кислорода, необходимый для поддержания нормального уровня жизни человека. Изначально с этой целью использовались амины – они прекрасно очищают воздух от углекислого газа, однако создают очень неприятных запах.

Решением этой проблемы стала так называемая технология SAMMS, согласно которой излишняя двуокись углерода поглощается пористостью керамических гранул со внедренными в них наночастицами. Совокупность материалов различается в зависимости от каких частиц необходимо очищать воздух, но в целом все такие фильтры обладают высокой эффективностью. Отличает подобный очиститель и экономичность: столовой ложки гранул достаточно для очищения воздуха над целым футбольным полем.

Нанопроводники

Отдельные ученые нашли свое призвание в создании электрического нанопроводника. Он по своей сути является твердой частицей, настраиваемой на транспортировку электричества в любом направлении. По уже проведенным исследованиям видно, что такой частицей можно спокойно заменить различные элементы электроники: диоды, переключатели и многое другое. Такая частица покрывается химическим веществом с положительным зарядом и окружается анионами. Поступающее электричество способствует перемещению анионов вокруг таких частиц.

По заверениям ученых такой проводник обладает непревзойденной эффективностью. Такая технология позволит в дальнейшем получать элементы электроники, которые могут сами перенастраиваться под решение новых, возникающих в процессе эксплуатации, задач. Это позволит уменьшить приборы как в габаритах, так и со стороны затрат, ибо возможность перенастройки отдельных наночастиц значительно облегчит ремонт и улучшение электроники.

Нанотехнологическое зарядное устройство

Создание этого устройства ожидает, наверное, каждый, так как его свойства позволят избавиться от использования огромного количества старых зарядников. Принцип работы нового приборы схож с губкой, однако в данном случае впитывается не какая-либо жидкость, а сама кинетическая энергия из окружающей среды. Применение будет отличаться сравнительной простотой: устройство будет достаточным прикрепить к смартфону, планшету или любому другом прибору, которому необходима периодическая подзарядка для нормального функционирования.

В основу такого устройства лег пьезоматериал, способный создавать электрический ток под механическим напряжением. Материал обеспечивают большим количеством наноскопических пор, что и делает его схожим с губкой.

Чаще всего устройство такого типа сейчас называют наногенератором. Ученые прогнозируют, что их применение широко развернется как от смартфонов, так и до замены обеспечения автомобилей горючим топливом.

Искусственная сетчатка

Ученые Израиля сейчас увлеченно работают над технологией, напрямую контактирующей с нейронами и передающей зрительную информацию в кору мозга. С помощью такого наномоделирования возможно добиться полной замены функционала глазного яблока, предоставляя возможность слепым людям снова видеть.

Уже были проведены соответствующие испытания на ослепшей курице. Ей на зрачок была прикреплена нанопленка, которая помогла ей уловить изменение света. Окончательны итогов полной имитации зрения им еще не удалось добиться, но тем не менее полученные результаты уже говорят о прогрессе в этом деле.

Внедрение нанотехнологий в данном случае позволяет отказаться от присутствия проводов и металлических элементов, что также способствует получению более качественного изображения.

Светящаяся одежда

Научными работниками из Шанхая были разработаны особые светящиеся нити, которые также пригодны для изготовления тканей для одежды. В структуре таких нитей лежит проволока из нержавейки, покрытая наночастицами, полимерной электролюминесцентной прослойкой и нанотрубчатой защитой. Несмотря на словесную громоздкость такие нити получаются сверх тонкими и легкими, которые способны излучать свет за счет своей электрохимической энергии. Рабочая мощность таких нитей несколько меньше, чем у светодиодов.

К сожалению, на настоящие момент они не могут светить продолжительное время. Запаса энергии у таких нитей достаточно лишь на непрерывную работу в течение нескольких часов. Основоположники этой технологии утверждают, что смогут увеличить продолжительность работы на несколько порядков. Однако использование такой одежды все равно пока сомнительно, так как ее нельзя стирать.

Наноиглы для восстановления внутренних органов

Хотя уже разрабатываются нанопластыри, чтобы избежать использования игл в медицине, одновременно другая группа ученых решила заняться созданием наноигл. Уменьшение размеров обычных игл позволило бы существенно изменить представление о хирургии в целом.

Недавно уже были проведены успешные эксперименты на мышах. Через наноиглы им вводили под кожу нуклеиновые кислоты, которые должны улучшить регенерацию органов и нервных клеток, чтобы в дальнейшем вернуть им былую работоспособность. После выполнения своей задачи иглы не извлекаются из организма, а оставляются в нем. Через пару дней они полностью разлагаются и выводятся естественным путем. Во время проведения испытаний ученые не обнаружили какого-либо побочного воздействия на кровеносные сосуды мышц спины мышей.

В случае человека использование подобных наноигл может сводиться к доставке лекарственных препаратов, например, во время трансплантации органов. Полезные препараты обеспечат максимальное восстановление близлежащих тканей к пересаженному органу, чтобы увеличить шансы его приживания.

Трехмерная химическая печать

Химику Мартину Берку из Илинойса удалось посредством комбинирования различных молекул создать различные химические соединения, наделенные восхитительными и полезными характеристиками. К числу таких относится и ратанин, который в природе можно обнаружить только в одном растении в Перу.

Нанотехнологии открывают такой колоссальный неизведанный плацдарм для синтезирования новых веществ, что невозможно и представить его границы. Ученые предполагают, что таким образом можно получить дорогие медицинские аппараты, элементы солнечных панелей, а также химические вещества, ан чье естественное получение ученые тратили по несколько лет.

На настоящий момент возможности трехмерного химического принтера пока не безграничны. Ему доступно создание только новых молекул, одна Берк не теряет надежды, что в скором времени будет готова простая версия такого устройства, доступная каждому человеку, чтобы обеспечивать себя необходимым лекарственными препаратами.

Представляет ли нанотехнология угрозу человечеству или окружающей среде?

На удивление в сети мало встречается информации о вредоносности нанотехнологий, ведь люди, привыкшие к старому, так любят наделять негативными качествами новые изобретения, которые в корне меняют их представление. Однако некоторые исследования все-таки доказывают возможность пагубного их воздействия.

Таким образом испытания 2003 года дали результаты, когда использование углеродных нанотрубок повредило легкие грызунов. В 2004 году была замечена возможность накопления фуллеренов, которые впоследствии наносили повреждения мозгу испытуемых рыб. И хотя угроза человеческому организму пока не доказан, некоторые ученые склоняются в сторону ограничения использования нанотехнологий.

Часть из них выставляет в качестве аргументации то, что внедрение нанотехнологий в жизнь может оказать негативное влияние на социальное и этическое поведение людей. Например, введение промышленных наноманипуляторов на производство приведет к неминуемой потере большого количества рабочих мест. Также изменится концепция восприятия человеческого организма, так как некоторые нанотехнологии могут позволить как продлить жизнь, так и значительно улучшить физические показатели организма.

Место России в нанотехнологиях Мирового рынка

Лидерство по вложениям в эту сферу сейчас и на протяжении уже многих лет занимают страны Европейского союза и США. За последние года значительно увеличили свои капиталовложения в область исследований нанотехнологий Россия и Китай. Так, например, объем вложенных средств в это направление за последний год в России составил почти 30 миллиардов рублей.

По замечанию Лондона Россия и Китай проинвестировали в продвижение нанотехнологий уже в большей мере, чем сделали это США, хотя и присоединились они к этой гонке с заметным опозданием.

Не обошлось и без первенства. За столь незначительное время, что Россия уделяет продвижению нанотехнологий, нашим ученым уже удалось добиться лучших результатов в отдельных областях исследований и положить начало новым интересным задумкам в этой сфере, которые обладают высокой перспективностью и значимостью.

Среди таких ярких достижений часто выделяют изобретение ультрадисперсных наноматериалов, конструирование одноэлектронных устройств, а также значительное продвижение в создании атомно-силового микроскопа. В 2008 году в Санкт-Петербурге была проведена специализированная выставка,на которой были представлены около сотни перспективных наноразработок.

Тем временем некоторые изобретения уровня нанотехнологий в России уже вышли на потребительский рынок. К их числу относят нанопорошки, наномембраны и нанотрубки, которые уже активно используются в науке. Однако некоторые зарубежные эксперты все-таки указывают на заметную отсталость России в данном направлении как минимум на десяток лет.

Нанотехнологии в искусстве, примеры

Не воздержалось от веяния нанотехнологии и культура. Так некоторые картины художницы Наташи Вита-Мор из Америки отражают всю необычность и фантастичность этой области науки. Не смогло современное общество воздержаться от создания отдельного направления наноискуства, получившего название «наноарт». В его рамках создаются скульптуры соответствующих габаритов (микро и нано) посредством химических и физических процессов, возникающих при обработке материалов, сканировании и фотографировании отдельных элементов специальными микроскопами с последующей коррекцией в редакторе.

Заметки о нанотехнологиях находят и в более старых произведениях. Так в художественной повести Н. Лескова «Левша», написанной в далеком 1881 году, упоминалось об микроскопе, способном делать большим изображение в несколько миллионов раз. Такой возможностью сейчас обладают некоторые модели атомно-силовых зондирующих микроскопов, которые являются детищами развития наноиндустрии. Исходя из этого, можно относить Лескова к одному из самых первых продвиженцев нанотехнологий.

Мысли Фейнмана и его предположения по создания наноманипулятора по поводу развития нанотехнологий, высказанные им на его выступлении, практически совпадают по своему смысловому содержанию с произведением Б. Житкова «Микроруки», написанному почти за двадцать лет до того громогласного выступления. Негативные последствия внедрения нанотехнологий в производство и в повседневную жизнь можно уловить также в работах М. Крайтона, С. Лукъяненко и С. Лема. Тем временем Ю. Никитин делает главного героя своего романа «Трансчеловек» управляющим корпорацией нанотехнологий, который собственноручно провел на себе первые испытания медицинских нанопрепаратов.

И, конечно же, не избежала этого влияния и сфера кинематографа. Так во вселенной сериала «Звездные врата» к числу наиболее продвинутых рас относят репликаторов, которые появились в качестве итога неудачных испытаний различных элементов нанотехнологий. А кино «День, когда Земля остановилась», где главного героя сыграл Киану Ривз, цивилизация инопланетян ставит человеческую расу перед фактом, что их ждет неминуемая смерть, и пытается претворить свой приговор в жизнь, уничтожив практические все живое на планете с использованием саморазмножающихся нанороботов, поглощающих все, что встречается на их пути.

Page 2

На первый взгляд довольно скучные и простые, растения - это невероятно сложные организмы, которые чувствуют и реагируют на окружающую среду. Они, используют методы обучения, чтобы расти к свету Читать дальше

Лорел Бруннер рассказал о использовании наночастиц в чернилах в печатной промышленности и то, как это может повлиять на окружающую среду и здоровье человека. Читать дальше

Хотя мы видели роботовую рыбу, предназначенную для ненавязчивого изучения морской жизни, ученые чаще используют жесткие дистанционно управляемые транспортные средства с шумными пропеллерами, которые пугают животных. Тем не менее, это может измениться, благодаря созданию абсолютно бесшумного, прозрачного, мягкого физического робота. Читать дальше

Octobot- автономный маленький робот с мягким покрытием. Читать дальше

Привязка некоторых передач к Аляскинскому Маламуту производит данные, которые могут обучать алгоритмы глубокого обучения для навигации по миру, как собака Читать дальше

Что такое нанотехнологии: популярно и доступно

Что такое нанотехнологии: просто о сложном

На сайте британского журнала New Scientist основные сведения о нанотехнологиях представлены в очень удобном виде – в форме ответов на часто задаваемые вопросы

Что такое нанотехнология?

Под термином «нанотехнология» следует понимать комплекс научных и инженерных дисциплин, исследующих процессы, происходящие в атомном и молекулярном масштабе.

Нанотехнология предполагает манипуляции с материалами и устройствами настолько маленькими, что ничего меньшего быть не может. Говоря о наночастицах, обычно подразумевают размеры от 0,1 нм до 100 нм. Заметим, что размеры большинства атомов лежат в интервале от 0,1 до 0,2 нм, ширина молекулы ДНК примерно 2 нм, характерный размер клетки крови приблизительно 7500 нм, диаметр человеческого волоса — 80 000 нм.

Почему маленькие объекты приобретают столь специфические свойства на уровне наномасштабов?

К примеру, небольшие группы (их называют кластерами) атомов золота и серебра демонстрируют уникальные каталитические свойства, в то время как большие по размеру образцы обычно инертны. А наночастицы серебра демонстрируют отчетливо выраженные антибактериальные свойства и потому обычно используются в новых типах перевязочных материалов.

При уменьшении размера частиц возрастает отношение поверхности к объему. По этой причине наночастицы существенно легче вступают в химические реакции. В дополнение к этому на уровне менее 100 нм появляются эффекты квантовой физики. Квантовые эффекты могут влиять на оптические, электрические или магнитные свойства материалов непредсказуемым образом.

Маленькие кристаллические образцы некоторых веществ становятся прочнее, поскольку они просто достигают состояния, при котором не могут раскалываться так, как это происходит у больших кристаллов, когда на них воздействуют с усилием. Металлы становятся похожими в некотором отношении на пластмассу.

Каковы перспективы применения нанотехнологий?

Еще в 1986 году футуролог Эрик Дресслер нарисовал образ утопического будущего, в котором самореплицирующиеся (то есть воспроизводящие сами себя) нанороботы выполняют всю необходимую обществу работу. Эти крошечные устройства способны ремонтировать человеческий организм изнутри, делая людей виртуально бессмертными. Нанороботы могут также свободно перемещаться в окружающей среде, что делает их незаменимыми в борьбе с загрязнением этой среды.

Ожидается, что нанотехнологии обеспечат существенный прорыв в компьютерных технологиях, в медицине, а также и в военном деле. Например, медицинская наука разработала способы доставки лекарств непосредственно к раковым тканям в крошечных «нанобомбах». В будущем наноустройства могут «патрулировать» артерии, противодействуя инфекциям и обеспечивая диагностику заболеваний.

Американские ученые успешно использовали покрытые золотом «нанопули» для поиска и разрушения неоперабельных раковых опухолей. Ученые прикрепили «нанопули» к антителам, которые способны контактировать с раковыми клетками. Если подвергнуть «нанопули» действию излучения, близкого по частоте к инфракрасному, то их температура будет повышаться, что способствует уничтожению канцерогенных тканей.

Исследователи из финансируемого армией США Института армейских нанотехнологий в Кембридже (США) используют нанотехнологии для создания принципиально нового типа обмундирования. Их цель — создать ткань, которая может менять окраску, отклонять в сторону пули и энергию взрывной волны и даже склеивать кости.

Где применяются нанотехнологии в настоящее время?

Нанотехнологии уже используются при производстве жестких дисков персональных компьютеров, каталитических конвертеров — элементов двигателей внутреннего сгорания, теннисных мячей с длительным сроком службы, а также высокопрочных и одновременно легких теннисных ракеток, инструментов для резки металлов, антистатических покрытий для чувствительной электронной аппаратуры, специальных покрытий для окон, обеспечивающих их самоочистку.

Как создаются наноустройства?

В настоящее время используется два основных способа изготовления наноустройств.

Снизу вверх. Сборка наноустройств по принципу «молекула к молекуле» что напоминает сборку дома или автомобиля. Простые наночастицы, такие как используемые в косметике диоксид титана или оксид железа, могут быть получены с помощью химического синтеза.

Можно создавать наноустройства, перетаскивая отдельные атомы с помощью так называемого атомного силового микроскопа (либо сканирующего туннельного микроскопа), достаточно чувствительного для выполнения подобных процедур. Впервые эта методика была продемонстрирована специалистами IBM — с помощью сканирующего туннельного микроскопа они выложили аббревиатуру IBM, расположив соответствующим образом 35 атомов ксенона на поверхности никелевого образца.

Сверху вниз. Эта методика предполагает, что мы используем макроскопический образец и, к примеру, с помощью травления создаем на его поверхности обычные компоненты микроэлектронных устройств с параметрами, характерными для наномасштабов.

Представляет ли нанотехнология угрозу здоровью человека или окружающей среде?

Информации о негативном воздействии наночастиц не так уж и много. В 2003 г. в одном из исследований было показано, что углеродные нанотрубки могут повреждать легкие у мышей и крыс. Исследование 2004 г. показало, что фуллерены могут накапливаться и вызывать повреждения мозга у рыб. Но в обоих исследованиях были использованы большие порции вещества при необычных условиях. По словам одного из экспертов, химика Кристена Кулиновски (США),

«было бы целесообразно ограничить воздействие этих наночастиц, невзирая на то что в настоящее время информация об их угрозе человеческому здоровью отсутствует».

Некоторые комментаторы высказываются также относительно того, что широкое использование нанотехнологий может привести к рискам социального и этического плана. Так, к примеру, если использование нанотехнологий инициирует новую промышленную революцию, то это приведет к потере рабочих мест. Более того, нанотехнологии могут изменить представление о человеке, поскольку их использование поможет продлевать жизнь и существенно повышать устойчивость организма.

«Никто не может отрицать, что широкое распространение мобильных телефонов и интернета привело к огромным изменениям в обществе», — говорит Кристен Кулиновски. — Кто возьмет на себя смелость сказать, что нанотехнологии не окажут более сильного воздействия на общество в ближайшие годы?»

http://www.newizv.ru/lenta/83530/

Ну вот, как сейчас вижу, как кое-какие «снобы» презрительно усмехаются: мы, дескать, всё это давным-давно знаем!.. Ну, правильно! Эта статья – не для вас. Я, например, считаю, что нужно как можно чаще публиковать такого рода популярные статьи, делать радио- и телепередачи… Чтобы даже дотошные «домохозяйки» поняли (на своём уровне, конечно), что такое нанотехнологии и с чем их едят. Если человек захочет узнать побольше, он будет искать другие материалы, в соответствии со своими интересами. А тот, кто в этом «всё понимает», он может найти статьи в научных журналах, прочитать их, разобраться в них и, при случае, популярно рассказать об этом для «других», если захочет… Кстати, уже давно замечено, что крупный специалист обычно может немногими словами и весьма доходчиво рассказать о том, чем он занимается или интересуется. А вот недоучившиеся «образованцы» обычно не могут популярно и просто рассказать о сложных, но весьма увлекательных вещах. Они-то обычно и «гневаются» на тех, кто не может или «не хочет» понять их маловразумительные россказни… Впрочем, я увлёкся… ;-)))

нанотехнология - это... Что такое нанотехнология?

Что такое нанотехнология?

Нанотехнологии — это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра.

Приведенные здесь в качестве эпиграфа строки взяты из фантастического произведения и пока не могут претендовать на серьезное отношение со стороны простого человека. Но для современного специалиста по нанотехнологиям, лемовские фантазии уже не утопия, а повседневная работа.

Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии — это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Это ничтожно малая величина, в сотни раз меньшая длины волны видимого света и сопоставимая с размерами атомов. Поэтому переход от «микро» к «нано» — это уже не количественный, а качественный переход — скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.

Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления:

изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов;

разработка и изготовление наномашин, т.е. механизмов и роботов размером с молекулу;

непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего существующего.

Реализация всех этих направлений уже началась. Почти десять лет назад были получены первые результаты по перемещению единичных атомов и сборки из них определенных конструкций, разработаны и изготовлены первые наноэлектронные элементы. По оценкам специалистов, уже на рубеже следующего века начнется производство наноэлектронных чипов, например, микросхем памяти емкостью в десятки гигабайт.

ВОЗМОЖНОСТИ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Нанотехнологический контроль изделий и материалов, буквально на уровне атомов, в некоторых областях промышленности стал обыденными делом. Реальный пример — DVD-диски, производство которых было бы невозможно без нанотехнологического контроля матриц.

Существующие способы осаждения примесей в полупроводниках (эпитаксии) по литографическим шаблонам уже практически приблизились к своему пределу не только в смысле размеров, но и топологически. Дело в том, что нынешние технологии фотолитографии позволяют изготовлять только планарные структуры — когда все элементы и проводники расположены в одной плоскости. А это накладывает существенные ограничения схемотехнику: наиболее прогрессивные схемные решения не могут быть осуществлены по такой технологии.

В частности, таким образом невозможно воспроизвести нейронные схемы, на которые возлагаются большие надежды. В то же время, сейчас активно развиваются нанотехнологические методы, позволяющие создавать активные элементы (транзисторы, диоды) размером с молекулу и формировать из них многослойные трехмерные схемы. По видимому, именно микроэлектроника будет первой отраслью, где «атомная сборка» будет осуществлена в промышленных масштабах.

Хотя сейчас в нашем распоряжении и имеются средства для манипуляций отдельными атомами, вряд ли их можно «напрямую» применять для того, чтобы собрать что-либо практически необходимое: уже хотя бы только из-за количества атомов, которые придется «монтировать».

Однако возможностей существующих технологий уже достаточно, чтобы соорудить из нескольких молекул некие простейшие механизмы, которые, руководствуясь управляющими сигналами извне (акустическими, электромагнитными и пр.), смогут манипулировать другими молекулами и создавать себе подобные устройства или более сложные механизмы.

Те, в свою очередь, смогут изготовить еще более сложные устройства и т.д. в конце концов этот экспоненциальный процесс приведет к созданию молекулярных роботов — механизмов, сравнимых по размерам с крупной молекулой и обладающих собственным встроенным компьютером.

Перспективы

За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека

МЕДИЦИНА

Создание молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Прогнозируемый срок реализации — первая половина XXI века.

ГЕРОНТОЛОГИЯ

Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и «облагораживания» тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья — четвертая четверти XXI века.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века.

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

Замена «естественных машин» для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами — комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки «почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко» будут удалены все лишние звенья.Останется «почва — углекислый газ — молоко (творог, масло, мясо — все, что угодно)». Стоит ли говорить о том, что подобное «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй — четвертой четвертях XXI века.

БИОЛОГИЯ

Станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными — от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

ЭКОЛОГИЯ

Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

ОСВОЕНИЕ КОСМОСА

По-видимому, освоению космоса «обычным» порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком — сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

КИБЕРНЕТИКА

Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая — вторая четверть XXI века.

РАЗУМНАЯ СРЕДА ОБИТАНИЯ

За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. Прогнозируемый срок реализации: после XXI века.

Элементы информационных систем

Это позволяет уменьшить размеры одного транзистора приблизительно до 10 нм, а рабочие частоты увеличить до порядка 1012 Гц.

ВВЕДЕНИЕ

Разработанные в последние годы наноэлектронные элементы по своей миниатюрности, быстродействию и потребляемой мощности составляют серьезную конкуренцию традиционным полупроводниковым транзисторам и интегральным микросхемам на их основе как главным элементам информационных систем.

Уже сегодня техника вплотную приблизилась к теоретической возможности запоминать и передавать 1 бит информации с помощью одного электрона, локализация которого в пространстве может быть задана одним атомом. Это позволяет уменьшить размеры одного транзистора приблизительно до 10 нм, а рабочие частоты увеличить до порядка 1012 Гц.

КВАНТОВЫЕ ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

При переходе к наномасштабам, на первый план выходят квантовые свойства рассматриваемых объектов. С позиций квантовой механики электрон может быть представлен волной, описываемой соответствующей волновой функцией. Распространение этой волны в наноразмерных твердотельных структурах контролируется эффектами квантового ограничения, интерференцией и возможностью туннелирования через потенциальные барьеры.

Специфическим проявлением квантового ограниче-ния является одноэлектронное туннелирование в условиях кулоновский блокады. Рассмотрим иллюстрируемый на следующем рисунке пример прохождения электроном структуры металл-диэлектрик-металл.

Первоначально граница раздела между диэлектриком и металлом электрически нейтральна. При приложении к металлическим областям потенциала на этой границе начинает накапливаться заряд. Это продолжается до тех пор, пока его величина не окажется достаточной для отрыва и туннелирования через диэлектрик одного электрона. После акта туннелирования система воз-вращается в первоначальное состояние. При сохранении внешнего приложенного напряжения все повторяется вновь. Так перенос заряда в структуре осуществляется порциями, равными заряду одного электрона.

НАНОЭЛЕКТРОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Одними из первых, появились элементы на резонансном туннелировании, представляющие собой двухбарьерный диод на квантовых ямах, у которых потенциал ям и соответствующие резонансные условия контролируются третьим электродом.

Туннельный транзистор, состоит из двух последовательно включенных туннельных переходов. Туннелирование индивидуальных электронов контролируется ку-лоновской блокадой, управляемой потенциалом, приложенным к активной области транзистора в его середине между двумя прослойками твердого диэлектрика. Если представить один бит как наличие или отсутствие одного электрона, то схема памяти емкостью 100 Гб разместится на кристалле, площадью всего 6 см2.

В 1993 г. было разработано новое семейство цифровых переключающих приборов на атомных и молекулярных шнурах. На этой основе разработаны логические элементы НЕ-И и НЕ-ИЛИ. Размер такой структуры ~ 10 нм, а рабочая частота ~ 10 12 Гц.

Квантовые точки

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Полупроводниковые квантовые точки представляют собой размерами порядка нанометра, гигантские молекулы, состоящие из 103 — 105 атомов, созданные на основе обычных неорганических полупроводниковых материалов Si, InP, CdSe и т.д. они больше обычных для химии традиционных молекулярных скоплений (~ 1 нм при содержании не больше 100 атомов), но меньше структур порядка нанометра по размерам, которые производятся современными литографическими средствами электронной промышленностью.

Аналогия с атомной физикой (но со сжатием энергетического масштаба в 10000 раз!) позволяет изучать «атомоподобную физику» используя магнитные поля, доступные в лабораторных условиях.

КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ МОГУТ БЫТЬ ПОЛУЧЕНЫ ПОСРЕДСТВОМ

КОЛЛОИДАЛЬНЫЕ ТОЧКИ

Коллоидальные точки являются свободными, т.е. они не погребены внутри другого полупроводника. Таким образом, они свободны от натяжения. Они закрыты органическими молекулами, используемыми для предотвращения свертывания маленьких точек в процессе их роста. Размер этих молекул можно контролировать в процессе роста и их форма приближается к сферической. Коллоидальные технологии были развиты достаточно глубоко в основном для ионных систем II — IV (CdS, CdSe) и недавно для полупроводников III — V групп (InP, GaP, InAs). В связи с совершенной универсальностью размеров, можно проводить спектроскопические исследования высокого разрешения. Последние выявили новые физические эффекты, включая значительное расширение взаимодействия электронно-дырочного обмена применительно к соответствующим массивным твердым телам, передача заряда в возбужденном состоянии, необычное поведение (в отношении масс) под давлением (например, задержанные фазовые переходы), и определение до 10 возбужденных состояний электронно-дырочных переходов. Теперь стала возможной замена органической протравленную оболочку вокруг этих точек неорганическими полупроводниками — например: CdSe (ZnS) — таким образом производя структуры «ядро — оболочка». Были созданы массивы каллоидальных точек. Более того входные структуры запрещающие загрузку каллоидальных квантовых точек носителями недавно стали возможны для точек размерами 6нм.

УПРАВЛЯЕМЫЕ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ

Управляемое затвердевание пленки материала А выращенного на субстрате созданном из материала В производит острова А, т. к . разница между атомными размерами А и В достаточно велика. Примеры А/В пар включают InAs|GaAs и InP|GaInP. Если остановить металлоорганическое химическое выпаривание или молекулярно-лучевой эпитоксический рост сразу перед объединением островов, можно получить удивительно универсальный набор точек материала А.

Формы этих точек сильно разнятся. Они появляются в виде пирамид, но накрапление изменяет форму и состав. Обычно может получиться только маленькое число размеров. Спектроскопические и транспортные изменения этих точек раскрыли мультиэкситонные переходы (несколько электронов и несколько дырок распадаются вместе). Также были обнаружены эффекты Кулоновской блокады, где загрузка точки электронами вызывает Кулоновское отталкивание электронов от других электронов так электронное сложение требует повышенного входного напряжения. Вертикальное выравнивание самособирающихся точек в настоящее время обещает заманчивые перспективы для создания сетки точек и приложения устройств.

ФЛУКТУАЦИИ РАЗМЕРОВ В КВАНТОВЫХ ЯМАХ

Флуктуации размеров в квантовых ямах нарушает периодичность в двух расширенных направлениях, таким образом вызывая образование точки. Управление формой и размером достаточно сложно, но качество восприимчивости такое хорошее, что можно наблюдать чрезвычайно точные спектроскопические черты. Фактически многие из недавних достижений одноточечной спектроскопии и наноядерного магнитного резонанса или нанофотолюменесценции были сфокусированы на этом типе точек.

НАНОПРОИЗВОДСТВО

Нанопроизводство квантовых точек идеально для изучения транспортных свойств таких как наблюдение перехода электронов поодиночке в точки. Это раскрывает красивую последовательность переходов перекомпановывая атомную физику в ее правиле отбора, но на энергетическом масштабе миллиэлектронвольт (вместо приблизительно 10эВ). Аналогия с атомной физикой (но со сжатием энергетического масштаба в 10000 раз!) позволяет изучать «атомоподобную физику» используя магнитные поля, доступные в лабораторных условиях.

Квантовые точки позволяют изучать обычные квантовые структуры, о которых можно прочесть в учебнике, в лабораторных условиях (например, «частица в ящике») на максимальном пределе нулевого измерения (т.е. никакой периодичности), и изучать необычное поведение, на чем могут быть основаны новые концепции различных устройств. В числе последних, высокоэкономичный квантовый лазер, диоды излучающие свет, ячейки солнечных батарей и одноэлектронные транзисторы. Таким образом эта область интересна теоретикам квантовой физики, экспериментаторам в области электроскопии, передачи информации и, вероятно, специалистам в области оптоэлектроники. Фактически, сегодня сложно найти конференцию по физике, химии или материаловедения одним из ключевых вопросов которых не являлся бы вопрос о квантовых точках.

НАНОТЕХНОЛОГИЯ

приставку  «нано»  –  от  греч.  карлик  –  придумал японский ученый  Танигучи) – 1) закономерный этап развития технологии, связанный с управлением веществом на атомно-молекулярном уровне и объединяющий гуманитарную и инженерную философию техники; 2)  совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать имодифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном  измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их  интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; 3) в более широком смысле – это методы диагностики, характерологии и исследований различных объектов. Ю.Д. Третьяков  дает  эпистемологическое определение  нанотехнологии: это  областьзнания, ориентированная на изучение и применение материалов, которые наноструктурированы и имеют размер частиц от 1 до 100 нанометров». Г.Г. Еленин утверждает, что  нанотехнология –  это  «междисциплинарная  область  науки,  в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью  управления отдельными атомами,  молекулами,  молекулярными  системами  при  создании  новых  молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими  свойствами». В зарубежных источниках наукой и технологией в наномасштабе называют фундаментальное  понимание и получаемые вследствие него технологические преимущества, возникающие при использовании новых физических, химических и биологических свойств систем, промежуточных, по размеру между  отдельными атомами, молекулами и массивными материалами, где можно контролировать свойства, промежуточные между двумя граничными состояниями (Дрекслер определил, что нанотехнология – это технология, основанная на манипуляции отдельными атомами и молекулами для построения структуры к сложным,  атомным спецификациям, а Кобаяси заключил, что нанотехнология – это совокупность прикладных  исследований нанонауки и их практических применений, включая промышленное производство и социальные  приложения). Нанонаука – это междисциплинарная область знания, исследующая свойства и закономерности частиц от 1 до 100 нанометров. Нанотехнология – это система приемов, позволяющих создавать и изменять  наноразмерные объекты в целях получения новых предметных свойств. Понятие нанонауки имеет свой смысл только, когда ее результаты находят свое практическое применение в технологии, иначе она остается наукой,  продолжающей изучение мира элементарных частиц, начатого с конца XIX в. Прикладной характер нанонауки и предпосылки тотальности нанотехнологий выражаются в том, как с начала XXI нанотехнологии имеют  конкретные достижения в самых различных сферах – таких как  –  создание  новых  материалов, медицина,  оптика и  электроника, бытовые предметы. Общими для всех определений являются: 1) приставка «нано», означающая размер; 2) закономерная конвергенция науки и технологий, которые не противоречат друг другу (хотя  по-разному в них предстает сама человеческая деятельность:  то  созиданием и  изменением, то  изучением и  применением,  то управлением атомами, то пониманием и получением).

Источник: Философия науки и техники: словарь

междисциплинарная обл. фундаментальной и прикладной науки и техники. Слово «нано» означает 10-9. Напр., 1 нм = 10-9м. Н. вкл. в себя теор. обоснование, практ. методы исследования, анализа, синтеза, производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путем контролируемого манипулирования отд. атомами и молекулами. Мир по массе и величине объектов делится на три класса: мегамир (греч. megas — огромный; это планеты, звезды, галактики и вселенная в целом), макромир (греч. makros — большой; это мир, непосредственно окружающий нас) и микромир (греч. mikros — малый; это молекулы, атомы, атомные ядра, элементарные и фундаментальные частицы). Микрообъекты даже одного вида имеют разл. размеры, но можно говорить об их средней величине. Средний (типичный) размер молекулы равен 10-8м, средний размер атома — 10-10м, средний размер атомного ядра — 10-15м. Н., с одной стороны, имеют дело с объектами, характеристические размеры к-рых менее 100 нм. Во-первых, это наночастицы и нанопорошки: у них три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм. Во-вторых, это нанотрубки и нановолокна: у них два характеристических размера (напр., диаметр и толщина стенок) находятся в диапазоне до 100 нм. В-третьих, это нанопленки: у них один характеристический размер (толщина) находится в диапазоне до 100 нм. С др. стороны, объектами нанотехнологий м.б. макроскопические объекты, но их атомарная структура контролируемо создается на уровне отд. атомов. На уровне Н. определяющими становятся микроскопические явления: свойства и особенности взаимодействия отд. атомов и молекул, квантовые эффекты, несущественные на макроуровне. В практ. плане Н. связаны с производством устройств и их элементов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами с размерами 1-100 нм. Хотя Н. находится сегодня на начальной стадии развития, можно уже говорить о ее опред. успехах. Напр., развитие совр. электроники идет по пути уменьшения размеров устройств. При классич. методах производства небольшое уменьшение размера техн. устройства приводит к росту экон. затрат по экспоненте. Н. — это след. логич. шаг в микроэлектронике и др. наукоемких производствах. Уже сегодня с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), дающего увеличение ? 5?106 раз, можно не только увидеть отд. атомы, но и избирательно воздействовать на них. Сверхтонкие пленки органич. материалов применяются для производства солнечных батарей. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в опред. структуры (самоорганизация). Микролитография позволяет получать на поверхности матриц плоские объекты размером до 50 нм, применяющиеся в электронике (микросхема, наносхема). В 2005 г. удалось получить графен — монослой атомов углерода, позволяющий фиксировать приход и уход отд. молекул. В перспективе он может заменить кремний в интегральных схемах. В 2005 г. компания «Intel» создала прототип процессора, структурные элементы к-рого имеют размер ? 65 нм. В 2006 г. успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов, что открывает прямой путь к широкому использованию электромобилей. Австрал. ученые предложили изготовлять бронежилеты из материалов на основе углеродных нанотрубок, обладающих отталкивающим свойством. В наст. время развитые страны, в т.ч. Россия, значительно увеличивают затраты на развитие разл. направлений Н.: наноинженерии, наноэлектроники, нанобиотехнологии, наноматериалы для энергетики, космоса и т.д. Ф.М.Дягилев

Источник: История и философия науки. Энциклопедический словарь

Что такое нанотехнология?

Нанотехнология — это наука и технология маленьких вещей — в частности, вещи размером менее 100 нм. Один нанометр составляет 10-9 метров или около 3 атомов в длину. Для сравнения, человеческий волос имеет ширину около 60-80 000 нанометров.

Ученые обнаружили, что материалы с малыми размерами — маленькие частицы, тонкие пленки и т. Д. — могут иметь значительно отличающиеся свойства, чем те же материалы в более крупном масштабе. Таким образом, существуют бесконечные возможности для усовершенствованных устройств, структур и материалов, если мы можем понять эти различия и научиться управлять сборкой небольших структур.

Существует множество разных взглядов на то, что конкретно входит в нанотехнологию. В целом, однако, большинство согласны с тем, что важны три вещи: 1. Малый размер, измеренный в 100-нанометрах или менее 2. Уникальные свойства из-за небольшого размера

3. Контролируйте структуру и состав по шкале нм, чтобы управлять свойствами.

Наноструктуры — объекты с нанометровыми масштабными особенностями — не являются новыми и не были впервые созданы человеком. Есть много примеров наноструктур в природе в том, как эволюционировали растения и животные. Подобным образом существует много природных наноматериалов … катализаторов, пористых материалов, некоторых минералов, частиц сажи и т. Д., Которые обладают уникальными свойствами, особенно из-за особенностей наномасштаба. Что нового в нанотехнологии, так это то, что мы можем теперь, по крайней мере частично, понять и контролировать эти структуры и свойства, чтобы создавать новые функциональные материалы и устройства. Мы вступили в эру инженерных наноматериалов и приборов.

Одна из областей нанотехнологий развивается в течение последних 40 лет и является источником большой революции в области микроэлектроники — методов микро- и нанолитографии и травления. Это иногда называют «сверху вниз» нанотехнологии. Здесь небольшие функции выполняются, начиная с более крупных материалов и рисунка и «резания вниз», чтобы сделать наносную структуру в точных рисунках. Могут быть созданы сложные структуры, включая микропроцессоры, содержащие 100 миллионов миллионов точно расположенных наноструктур. Из всех форм нанотехнологий это наиболее хорошо известно. Производственные машины для этих технологий могут стоить миллионы долларов, а завод по производству микропроцессоров в полном объеме может стоить один миллиард долларов. В последние годы такие же методы «сверху вниз» нанотехнологий позволили использовать многие неэлектронные приложения, в том числе микромеханические. Микроскопических и микрожидкостных устройств.

Другая принципиально иная область нанотехнологий — это начало в атомном масштабе и создание материалов и структур, атом за атомом. Это по существу молекулярная инженерия, которую часто называют молекулярной или химической нанотехнологией. Здесь мы используем силы природы для сборки наноструктур — часто используется термин «само собрание». Здесь химические силы находятся под контролем, и у нас есть, по крайней мере на сегодняшний день, несколько меньшая гибкость в создании произвольных структур. Однако наноматериалы, созданные таким образом, привели к появлению ряда потребительских продуктов. Существенные достижения ожидаются в следующем десятилетии в этой области, поскольку мы более полно понимаем область химической нанотехнологии.

И есть много захватывающих приложений, которые сочетают обработку «снизу вверх» и «сверху вниз», например, для создания одномолекулярных транзисторов, имеющих большие (макроскопические) выводы, изготовленные сверху вниз и одной молекулой, собранной снизу вверх.

В другом месте на этом сайте освещаются некоторые из текущих приложений нанотехнологий, а также те, которые мы можем разумно прогнозировать.

Из-за их небольших размеров эти материалы обладают уникальными свойствами. На наноуровне свойства материалов ведут себя по-разному и, как говорят, ведут себя по атомным и молекулярным правилам. Исследователи используют эти уникальные свойства материалов в этом небольшом масштабе для создания новых и интересных инструментов и продуктов во всех областях науки и техники.

Нанотехнология объединяет физику твердого тела, химию, электротехнику, химическую инженерию, биохимию и биофизику, а также материаловедение. Это очень междисциплинарная область, означающая, что она включает идеи, интегрированные из многих традиционных дисциплин. Некоторые университеты начали выдавать степени в области нанотехнологий; Другие рассматривают его как часть существующих академических областей. В любом случае потребуется обучить многих ученых, инженеров и техников в этих областях в течение следующих 30 лет.

Федеральное правительство считает, что нанотехнология — одно из важнейших исследований нашей страны. В 2001 году она учредила Национальную инициативу нанотехнологий (NNI) в качестве зонтичной организации для продвижения и организации исследований в области нанотехнологий в рамках правительства. В рамках NNI десять федеральных агентств финансируют исследования в области нанотехнологий с текущим бюджетом около 1 млрд. Долл. США в год. NNI устанавливает агрессивный набор технологических достижений и серьезных задач. В 2004 году президент Буш подписал закон о науке и развитии нанотехнологий 21 века, который в дальнейшем способствовал исследованиям в области нанотехнологий. Другие страны во всем мире следовали за значительными программами в области нанотехнологий.

Этот веб-сайт является частью Национальной сети инфраструктуры нанотехнологий (NNIN). Национальная сеть по нанотехнологической инфраструктуре (NNIN), которая состоит из специализированных нанотехнологических лабораторий в 13 университетах по всей стране, была финансирована в 2004 году Национальным научным фондом в рамках программы NNI. NNIN обеспечивает исследователей со всей страны экономичным доступом к современным нанотехнологическим средствам.

Многие предсказывают, что нанотехнологии — следующая техническая революция, и продукты, полученные в результате этого, повлияют на все сферы нашей экономики и образ жизни. По оценкам, к 2015 году на эту интересную область потребуется 7 миллионов рабочих во всем мире. Рабочая сила будет поступать из всех областей науки и техники и будет включать тех, кто имеет двухгодичные технические степени, до ученых-докторантов в университетах и ​​промышленности.


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.