Нано? Это просто!

Регистрация | Забыли свой пароль?

Выдержки из брошюры РОСНАНО. 2008

Что такое нанотехнологии?

Что такое «нано»?

Приставка «нано» («нанос» по-гречески – карлик) означает «одна миллиардная доля». Один нанометр (1 нм) – одна миллиардная доля метра (10-9 м).

Как представить себе такую короткую дистанцию? Проще всего это сделать с помощью денег: нанометр и метр соотносятся по масштабу как копеечная монета и земной шар (кстати, если каждый житель Земли даст по монетке, этого вполне хватит, чтобы выложить цепочку вокруг экватора – даже при том, что некоторые, как обычно, пожадничают).

Уменьшим слона до размера микроба (5000 нм) – тогда блоха у него на спине станет величиной как раз в нанометр. Если бы рост человека вдруг уменьшился до нанометра, мы могли бы играть в футбол отдельными атомами! Толщина листа бумаги казалось бы нам тогда равной… 170 километрам.

Конечно, это только фантазии. Таких крошечных человечков и даже насекомых на свете быть не может. Нанометрами измеряются лишь самые примитивные существа, вирусы (их длина в среднем 100 нм). Живая природа заканчивается на рубеже примерно в десять нанометров – такие размеры имеют сложные молекулы белков, строительные блоки живого. Простые молекулы в десятки раз меньше. Величина атомов – несколько ангстрем (один ангстрем равен 0,1 нм). Например, диаметр атома кислорода – 0,14 нм.

Здесь проходит нижняя граница наномира, мира наномасштабов. Именно в наномире идут процессы фундаментальной важности – совершаются химические реакции, выстраивается строгая геометрия кристаллов, структуры белков. С этими процессами и работают нанотехнологи.

«Нано» + «технологии»

Нанотехнологии – это способы создания наноразмерных структур, которые придают материалам и устройствам полезные, а иногда просто необыкновенные свойства. Нанотехнология позволяет поместить частицу лекарства в нанокапсулу и точно нацелить на пораженную болезнью клетку, не повредив соседние. Фильтр, пронизанный бесчисленными нанометровыми каналами, которые пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов, тоже продукт нанотехнологий. В лабораториях нанотехнологов уже испытывают суперматериалы – углеродные волокна, в тысячи раз прочнее стали, покрытия, делающие предмет невидимым. А другие виды нанопродукции уже продаются в магазинах.

НАНО вчера (в сокращенном варианте)

Первое упоминание о методах, которые впоследствии назовут нанотехнологиями, сделал один из крупнейших физиков современности Ричард Фейнман в 1959 году в своей знаменитой лекции «Там внизу много места». Он предложил приз в 1000 долларов тому, кто первым сделает работающий электрический мотор размером меньше 1/64 дюйма (0,4 мм) и еще столько же тому, кто уменьшит страницу текста в 25000 раз. Говорил он и о потенциальной возможности перемещать отдельные атомы и собирать их в конструкции при помощи манипулятора соответствующих размеров. Сам же термин «нанотехнологии» в 1974 году ввёл японский физик Норио Танигути.

В 1986 году вышла книга Эрика Дрекслера «Машины созидания: наступление эры нанотехнологий». В ней автор изложил идею молекулярных машин, способных к воспроизводству. Он утверждал, что эти машины – нанороботы, - выйдя из-под контроля, смогут настолько быстро размножаться, что из «машин созидания» превратятся в «машины уничтожения» и поглотят всю биомассу Земли. (Такая субстанция из обезумевших наномашин получила название «серая слизь»). Эта книга и последовавшая за ней дискуссия, в которой приняли участие крупнейшие ученые, буквально ошеломила общество. Благодаря этому нанотехнологии оказались в центре всеобщего внимания.

Прогнозы Дрекслера сегодня считают фантастикой. Но задачи, о которых он писал – самосборка наноструктур, производство на молекулярном уровне, медицинские манипуляции на наномасштабах – остаются на переднем крае исследований. И кто знает, может быть реалистичные нанотехнологии сегодняшнего дня приведут к еще более фантастическим достижениям, чем те, которые могли предвидеть визионеры в прошлом веке.

НАНО завтра

По прогнозам экспертов, к 2020 году многие идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, будут реализованы в коммерческих продуктах.

Аккумуляторы смогут не только накапливать электрическую энергию, но и преобразовывать в нее свет и тепло. Солнечные батареи будут совмещаться с конструкционными материалами – в идеале дом обеспечат теплом его стены и крыша. В ближайшие десять лет нанотехнологии готовят революцию в солнечной энергетике – резкое снижение цены при резком росте эффективности. Главный кандидат в фотовольтаики (преобразователи света в электроэнергию) следующего поколения – квантовые точки. Квантовая точка – полупроводниковый кристалл размером в несколько нанометров. Когда в квантовую точку попадает фотон, он освобождает до семи электронов (в кремнии, применяемом сегодня – только один).

Многослойные фотовольтаики на квантовых точках могут в принципе достичь эффективности в 86%, хотя более осторожные теоретики предсказывают 40-45%, что тоже очень неплохо (сегодня этот показатель всего лишь 16% в массовом секторе). Тонкие пленки, насыщенные квантовыми точками, будут гораздо дешевле и удобнее в использовании, чем нынешние солнечные батареи.

Электроника тоже не будет стоять на месте. Очень вероятно, что вместо кремния в компьютерах будут применяться иные материалы – например, графен, углеродный слой из атомов, объединенных в шестиугольные ячейки. Но не исключено, что процессорный чип будет похож на лес из нанотрубок-транзисторов, а «выращивать» такие леса будут при помощи молекул ДНК.

«Читалки» для электронных книг в виде тонкого пластикового листа формата А4 должны поступить в продажу в следующем году. Такие устройства должны будут просто печататься на пластике, вместе с процессором и дисплеем. Ну, а наномасштабов элементы пластиковой логики могут достичь лет через 10. Тогда и мощный компьютер можно будет наклеить на стену в виде плаката или даже стикера.

В медицине будет развиваться ранняя и точная диагностика на основе наносенсоров. Точечная доставка лекарств в форме нанокапсул прямо в пораженные клетки поможет справиться с множеством заболеваний. Исследования в области наноструктурированных материалов и биоактивных покрытий могут привести к революции в протезировании – созданию полноценных искусственных конечностей. Быстрый анализ индивидуальной ДНК поможет вовремя предотвращать тяжелые заболевания и настраивать лекарства на особенности пациента.

Строительные конструкции будут насыщены наносенсорами, следящими за их прочностью и целостностью. Подобно использованию видеокамер для наружного наблюдения, сенсорные технологии начнут включаться в процессы наблюдения и передачи данных для обнаружения любых угроз, от пожара до атаки террористов.

Промышленного уровня достигнут технологии молекулярной сборки. Вряд ли автомобили, чайники, стулья будут делаться прямо из молекул. Однако нанофабрикация по принципу «снизу вверх» (в сочетании с обычными методами), скорее всего, уже лет через 10-15 будет широко применяться в некоторых отраслях (прежде всего в электронике). Во всех отраслях машиностроения будут работать всевозможные нанопокрытия и нанодобавки, использоваться умные наноматериалы – снижая трение, защищая машины от грязи и повреждений, экономя энергию.

Однако самое интересное и важное – как повлияет развитие нанотехнологий на частную жизнь человека и жизнь общества в целом. Сейчас ясно одно: эти технологии сильно изменят мир. Но предвидеть эти изменения в деталях нам почти наверняка не удастся.

Хочешь узнать больше?!

Манипуляции атомами и молекулами!

Наноявления в природе!

Адресная доставка лекарственных соединений!

«Умный дом», насыщенный наноэлектронными устройствами!

Самовосстанавливающаяся броня и плащ-невидимка!

Квантовый процессор на основе нанотехнологий!

Государственная политика в области нанотехнологий в России и мире!


Возврат к списку публикаций


Ваше мнение о статье

Интернет-ресурсы

Популярные тэги ntsr.info

Нано в играх

Нанотехнологическое общество России

email: orgnanosociety@mail.ru