Для чего нужны нанотехнологии?
Для чего нужны нанотехнологии?
Сотовые телефоны, скомканные и кое-как засунутые в карман одежды, летняя куртка, в мгновение ока «отращивающая» капюшон или кепку в зависимости от полученного по интернету прогноза погоды, крохотные роботы, путешествующие по сосудам человека и сражающиеся с раковыми клетками…Фантастика? И да, и нет. Конечно, сегодня человечество пока еще не так могущественно. Но ученые верят в то, что в обозримом будущем благодаря нанотехнологиям мир значительно преобразится, станет более безопасным для проживания.
В термине «нанотехнология» ключевую роль играет слово «нано». В переводе с греческого «нано» означает одну миллиардную часть чего-либо. Если взять за основу измерения метр, то нанометр будет по размеру чуть больше атома. Ну, для большей красочности сравнения можно представить себе обыкновенную горошину, положенную на полюс Земли. Так вот, нанометр настолько же меньше метра, насколько горошина меньше всего земного шара.
Сочетание слов «нано» и «технология» неизбежно приводят к выводу, что ученые собираются воспользоваться достижениями прогресса, чтобы создать бесконечно малые частицы размером от одного до ста нанометров и поставить их на службу человечеству, используя их для производства новых материалов, лекарств и многого другого. Кстати говоря, сам процесс создания наночастиц, а именно так ученые решили называть образования с размером не более ста нанометров, происходит двумя способами. Первый, более простой, подразумевает, что наночастица образуется из большого объема вещества при помощи постепенного уменьшения последнего. Второй, несколько более сложный и затратный, предполагает воздействие непосредственно на отдельные атомы и их последующее объединение. Многие ученые считают, что второй способ предпочтительнее и за ним будущее нанотехнологии. Сам процесс напоминает конструктор, правда, с той разницей, что вместо деталей используются молекулы и атомы, из которых в буквальном смысле творятся новые материалы и наноустройства.Именно таким новационным, и в то же время отчасти традиционным методом, ученые надеются изменить мир, создав новые возможности для каждого человека. Область применения нанотехнологий практически неограниченна. Промышленность, энергетика, космические исследования, медицина, спасение людей, шельфовая добыча нефти, экипировка и технологическая оснащенность военных подразделений — все эти и многие другие отрасли решительно изменятся под влиянием нанотехнологий, станут более эффективными.С особенным нетерпением ожидаются достижения в области медицины. Уже сегодня есть вдохновляющие примеры нанотехнологий, использованных при создании специальной лекарственной капсулы, настроенной на взаимодействие с определенными видами клеток. Известно, что многие болезни надежно можно вылечить можно лишь на клеточном уровне. Однако лекарственные средства предыдущих поколений не могли действовать избирательно и вместе с больными клетками уничтожали также и здоровые. Именно из-за этого доза лекарства зачастую была слишком мала, чтобы одержать победу над недугом. Однако с помощью нанотехнологии стало возможным доставлять лекарственный препарат точно в больную клетку, избегая контакта со здоровой. Это огромный шаг вперед, который свидетельствует о возможной скорой победе над раковыми опухолями.
Странно, что для нас незамеченным прошло событие, когда человек впервые переместил отдельный атом с одного места на другое. Проникновение в микромир в такой степени, что стало возможным воздействовать на отдельные атомы и молекулы, является не менее значимым событием, чем полет в космос. Возникновение нанотехнологий открыло широкие возможности для человека во всех сферах его деятельности.
Инструкция
1
Существуют разные определения нанотехнологий. В наиболее простом и общем выражении нанотехнологии – это комплекс способов и приемов, позволяющих создавать, контролировать и изменять объекты, состоящие из элементов размерами менее 100 нанометров. Этим элементам присвоено название наночастиц, их размеры колеблются от 1 до 100 нанометров (нм). 1 нм равен 10-9 метра. Чтобы иметь представление об этой величине, будет полезно знать, что размеры большинство атомов колеблется в диапазоне от 0,1 до 0,2 нм, а человеческий волос имеет толщину 80000 нм.
2
Привлекательность нанотехнологий для человека состоит в том, что с их помощью можно получать наноматериалы, обладающие такими свойствами, которых не имеют ни отдельные атомы и молекулы, ни обычные материалы, состоящие из них. Оказалось, что если собрать атомы или молекулы (или их группы) несколько иным, отличным от обычного способа образом, полученные структуры обретают удивительные свойства. Причем не только тогда, когда они существуют сами по себе. Будучи внедренными в обычные материалы, они изменяют и их свойства.
Нанотехнологии уже сейчас довольно широко применяются в различных областях человеческой деятельности, и есть все основания считать, что со временем это применение станет просто безграничным.
Нанотехнологии уже сейчас довольно широко применяются в различных областях человеческой деятельности, и есть все основания считать, что со временем это применение станет просто безграничным.
3
В настоящее время различают несколько классов наноматериалов.
Нановолокна — волокна, имеющие диаметр менее 100 нм, длину – нескольких сантиметров. Нановолокна применяются в биомедицине, при изготовлении тканей, фильтров, в качестве армирующего материала при изготовлении пластика, керамики, других нанокомпозитов.
Нановолокна — волокна, имеющие диаметр менее 100 нм, длину – нескольких сантиметров. Нановолокна применяются в биомедицине, при изготовлении тканей, фильтров, в качестве армирующего материала при изготовлении пластика, керамики, других нанокомпозитов.
4
Наножидкости – различные коллоидные растворы, в которых равномерно распределены наночастицы. Наножидкости используются в электронных микроскопах, вакуумных печах, в автомобилестроении (в частности, в качестве магнитной жидкости, уменьшающей трение между трущимися деталями).
5
Нанокристаллы – наночастицы с упорядоченным строением вещества. Своей выраженной огранкой они похожи на обычные кристаллы. Их применяют в электролюминесцентных панелях, во флуоресцентных маркерах и пр.
Графен, представляющий собой кристаллическую решетку атомов углерода толщиной в один атом, считают материалом будущего. Его прочность превосходит прочность стали и алмаза. Широкое использование графена предполагается в качестве элемента микросхем, где он, благодаря своей высокой теплопроводности, сможет заменить кремний и медь. Его малая толщина позволит создавать очень тонкие приборы.
Графен, представляющий собой кристаллическую решетку атомов углерода толщиной в один атом, считают материалом будущего. Его прочность превосходит прочность стали и алмаза. Широкое использование графена предполагается в качестве элемента микросхем, где он, благодаря своей высокой теплопроводности, сможет заменить кремний и медь. Его малая толщина позволит создавать очень тонкие приборы.
6
Многообещающими видятся перспективы использования нанотехнологий в медицине. Нанокапсулы и наноскальпели обещают внести переворот в борьбу человека с болезнями. Они позволят напрямую общаться с каждой клеткой человеческого тела, преодолевать, если это необходимо, иммуноотторжение, локализованно воздействовать на вирусы и бактерии, диагностировать очаг болезни молекулярного размера.
7
В нанотехнологиях приходится воздействовать на отдельные атомы и молекулы. Чтобы делать это, необходимо иметь инструменты, размеры которых соизмеримы с размерами самих объектов. Разработка таких инструментов является одной из основных задач нанотехнологий. Применяемый в настоящее время сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ), позволяет не только видеть отдельные атомы, но и прямо воздействовать на них, перемещая их из одной точки в другую.
8
Возможно, в будущем кропотливую работу по сборке атомов и молекул удастся возложить на нанороботов – микроскопических «существ», соизмеримых по размеру с атомами и молекулами и обладающих способностью выполнять определенную работу. В качестве двигателей для нанороботов предполагается использовать нанодвигатели – молекулярные роторы создающие крутящий момент при сообщении им энергии, молекулярные пропеллеры (винтообразные молекулы, способные вращаться благодаря своей форме) и др. Довольно реальным выглядит и использование нанороботов в медицине. Внедренные в наш организм, они будут наводить там порядок при возникновении болезней.