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

Някой в ​​Уикипедия го дефинира по следния начин:

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

И това определение беше там преди 2 години:

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

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

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

(Обичам кратките определения :))

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

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

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

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

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

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

Еха! Мощно казано!

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

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

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

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

Бръсначът на Окам

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Президентът на Русия Дмитрий Медведев е уверен, че в страната има всички условия за успешното развитие на нанотехнологиите.

Нанотехнологиите са ново направление в науката и технологиите, което се развива активно през последните десетилетия. Нанотехнологиите включват създаването и използването на материали, устройства и технически системи, чието функциониране се определя от наноструктурата, тоест нейните подредени фрагменти с размери от 1 до 100 нанометра.

Префиксът "нано", който идва от гръцки език ("nanos" на гръцки - гном), означава една милиардна част. Един нанометър (nm) е една милиардна от метъра.

Терминът „нанотехнология“ е измислен през 1974 г. от Норио Танигучи, професор по материалознание в Токийския университет, който го дефинира като „технология за производство, която може да постигне ултра-висока прецизност и ултра-малки размери... по поръчка от 1 nm...” .

В световната литература нанонауката се разграничава ясно от нанотехнологията. Терминът наномащабна наука се използва и за нанонаука.

На руски и в практиката на руското законодателство и регулаторни документи терминът „нанотехнология“ съчетава „нанонаука“, „нанотехнология“, а понякога дори „наноиндустрия“ (области на бизнеса и производството, където се използват нанотехнологии).

Най-важните компоненти на нанотехнологиите са наноматериали, тоест материали, чиито необичайни функционални свойства се определят от подредената структура на техните нанофрагменти с размер от 1 до 100 nm.

- нанопорести структури;
- наночастици;
- нанотръби и нановлакна
- нанодисперсии (колоиди);
- наноструктурирани повърхности и филми;
- нанокристали и нанокластери.

Наносистемна технология- функционално завършени системи и устройства, създадени изцяло или частично на базата на наноматериали и нанотехнологии, чиито характеристики са коренно различни от тези на системи и устройства за подобни цели, създадени с помощта на традиционни технологии.

Области на приложение на нанотехнологиите

Почти невъзможно е да се изброят всички области, в които тази глобална технология може значително да повлияе на технологичния прогрес. Можем да назовем само няколко от тях:

- елементи на наноелектрониката и нанофотониката (полупроводникови транзистори и лазери);
- фотодетектори; Слънчеви клетки; различни сензори);
- свръхплътни устройства за запис на информация;
- телекомуникации, информационни и изчислителни технологии; суперкомпютри;
- видео техника - плоски екрани, монитори, видео проектори;
- молекулярни електронни устройства, включително ключове и електронни схеми на молекулярно ниво;
- нанолитография и наноотпечатване;
- горивни клетки и устройства за съхранение на енергия;
- устройства на микро- и наномеханика, включително молекулярни двигатели и наномотори, нанороботи;
- нанохимия и катализа, включително контрол на горенето, покритие, електрохимия и фармацевтични продукти;
- авиационни, космически и отбранителни приложения;
- устройства за мониторинг на околната среда;
- целенасочена доставка на лекарства и протеини, биополимери и заздравяване на биологични тъкани, клинична и медицинска диагностика, създаване на изкуствени мускули, кости, имплантиране на живи органи;
- биомеханика; геномика; биоинформатика; биоинструментация;
- регистриране и идентифициране на канцерогенни тъкани, патогени и биологично вредни агенти;
- безопасност в селското стопанство и производството на храни.

Компютри и микроелектроника

Нанокомпютър— изчислително устройство, базирано на електронни (механични, биохимични, квантови) технологии с размер на логическите елементи от порядъка на няколко нанометра. Самият компютър, разработен на базата на нанотехнологиите, също е с микроскопични размери.

ДНК компютър- изчислителна система, която използва изчислителните възможности на ДНК молекулите. Биомолекулярното изчисление е сборно наименование за различни техники, свързани по един или друг начин с ДНК или РНК. В ДНК изчисленията данните се представят не под формата на нули и единици, а под формата на молекулярна структура, изградена на базата на спиралата на ДНК. Ролята на софтуер за четене, копиране и управление на данни се изпълнява от специални ензими.

Атомно-силов микроскоп- микроскоп със сканираща сонда с висока разделителна способност, базиран на взаимодействието на конзолна игла (сонда) с повърхността на изследваната проба. За разлика от сканиращия тунелен микроскоп (STM), той може да изследва както проводими, така и непроводими повърхности дори през слой течност, което прави възможна работата с органични молекули (ДНК). Пространствената разделителна способност на атомно-силовия микроскоп зависи от размера на конзолата и кривината на нейния връх. Разделителната способност достига атомна хоризонтално и значително я надвишава вертикално.

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

Наномедицина и фармацевтична индустрия

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

ДНК нанотехнология- използват специфични бази на ДНК и молекули на нуклеинова киселина за създаване на ясно дефинирани структури на тяхна основа.

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

В началото на 2000 г. бързият напредък в технологията за наночастици даде тласък на развитието на нова област на нанотехнологиите: наноплазмоника. Оказа се, че е възможно да се предава електромагнитно излъчване по верига от метални наночастици, като се използва възбуждането на плазмонни трептения.

роботика

Нанороботи- роботи, създадени от наноматериали и сравними по размер с молекула, с функции за движение, обработка и предаване на информация и изпълнение на програми. Нанороботи, способни да създават свои копия, т.е. самовъзпроизвеждане се наричат ​​репликатори.

В момента вече са създадени електромеханични наноустройства с ограничена подвижност, които могат да се считат за прототипи на нанороботи.

Молекулярни ротори- синтетични наноразмерни двигатели, способни да генерират въртящ момент, когато към тях се приложи достатъчно енергия.

Мястото на Русия сред страните, разработващи и произвеждащи нанотехнологии

Световните лидери по общи инвестиции в нанотехнологиите са страните от ЕС, Япония и САЩ. Напоследък Русия, Китай, Бразилия и Индия значително увеличиха инвестициите в тази индустрия. В Русия размерът на финансирането по програмата „Развитие на инфраструктурата на наноиндустрията в Руската федерация за 2008 - 2010 г.“ ще възлиза на 27,7 милиарда рубли.

Последният (2008) доклад на базираната в Лондон изследователска фирма Cientifica, наречен Доклад за перспективите на нанотехнологиите, описва руските инвестиции дословно по следния начин: „Въпреки че ЕС все още е на първо място по отношение на инвестициите, Китай и Русия вече изпревариха Съединените щати. ”

Има области в нанотехнологиите, в които руските учени станаха първите в света, като получиха резултати, които поставиха основата за развитието на нови научни направления.

Сред тях са производството на ултрадисперсни наноматериали, проектирането на едноелектронни устройства, както и работата в областта на атомната сила и сканиращата сондова микроскопия. Само на специална изложба, проведена в рамките на XII Санкт Петербургски икономически форум (2008 г.), бяха представени наведнъж 80 конкретни разработки.

Русия вече произвежда редица нанопродукти, които се търсят на пазара: наномембрани, нанопрахове, нанотръби. Въпреки това, според експерти, в комерсиализацията на нанотехнологичните разработки Русия изостава от САЩ и други развити страни с десет години.

Материалът е изготвен въз основа на информация от открити източници

) — Този термин в момента няма единна, общоприета дефиниция. Под термина „нанотехнология“ RUSNANO разбира набор от технологични методи и техники, използвани при изследването, проектирането и производството на материали, устройства и системи, включително целенасочен контрол и управление на структурата, химичния състав и взаимодействието на техните отделни наномащабни елементи (с размери от порядъка на 100 nm и по-малко според поне едно от измерванията), което води до подобряване или поява на допълнителни експлоатационни и/или потребителски характеристики и свойства на получените продукти.

Описание

Терминът „нанотехнология” е използван за първи път от професора в неговия доклад „За основната концепция на нанотехнологиите” на международна конференция в Токио през 1974 г. Първоначално терминът „нанотехнология” се използва в тесен смисъл и означава съвкупност от процеси. които осигуряват високо прецизна обработка с помощта на високоенергийни електронни, фотонни и йонни лъчи, отлагане на филм и ултратънки. Понастоящем терминът „нанотехнология“ се използва в широк смисъл, като обхваща и комбинира технологични процеси, техники и системи от машини и механизми, предназначени да извършват свръхпрецизни операции в мащаб от няколко нанометра.

Обектите на нанотехнологиите могат да бъдат както пряко нискоразмерни обекти с размери, характерни за нанообхвата в поне едно измерение (нанофилми), така и макроскопични обекти (насипни материали, отделни елементи на устройства и системи), чиято структура се създава и модифицира контролирано. с разделителна способност на ниво отделни наноелементи . Устройствата или системите се считат за произведени с помощта на нанотехнологии, ако поне един от основните им компоненти е обект на нанотехнологии, т.е. има поне един етап от технологичния процес, резултатът от който е обект на нанотехнологии.

автори

• Голдт Илия Валериевич
• Гусев Александър Иванович

Източници

1. Гусев А.И. Наноматериали, наноструктури, нанотехнологии. - М.: Физматлит, 2007. - 416 с.
2. Гусев А. И., Ремпел А. А. Нанокристални материали. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. - 351 p.

Нанотехнологията е област на фундаменталната и приложна наука и технология, която се занимава с набор от теоретични обосновки, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и методи за производство и използване на продукти с дадена атомна структура чрез контролирано манипулиране на индивидуални атоми и молекули.

История

Много източници, предимно на английски език, свързват първото споменаване на методи, които по-късно ще бъдат наречени нанотехнологии, с известната реч на Ричард Файнман „Има много място на дъното“, произнесена от него през 1959 г. в Калифорнийския технологичен институт на годишната среща на Американското физическо общество. Ричард Фейнман предположи, че е възможно механично да се движат единични атоми с помощта на манипулатор с подходящ размер, поне такъв процес няма да противоречи на законите на физиката, известни днес.

Той предложи този манипулатор да се направи по следния начин. Необходимо е да се изгради механизъм, който да създаде копие на себе си, само с порядък по-малко. Създаденият по-малък механизъм трябва отново да създаде копие на себе си, отново с порядък по-малък, и така нататък, докато размерите на механизма станат съизмерими с размерите от порядъка на един атом. В този случай ще е необходимо да се направят промени в структурата на този механизъм, тъй като гравитационните сили, действащи в макрокосмоса, ще имат все по-малко влияние, а силите на междумолекулните взаимодействия и силите на Ван дер Ваалс ще влияят все повече върху работата на механизмът.

Последният етап - полученият механизъм ще сглоби своето копие от отделни атоми. По принцип броят на такива копия е неограничен, ще бъде възможно да се създаде произволен брой такива машини за кратко време. Тези машини ще могат да сглобяват макро-неща по същия начин, чрез атомно сглобяване. Това ще направи нещата много по-евтини - на такива роботи (нанороботи) ще трябва да се даде само необходимия брой молекули и енергия и да се напише програма за сглобяване на необходимите елементи. Досега никой не е успял да опровергае тази възможност, но все още никой не е успял да създаде подобни механизми. По време на теоретичното изследване на тази възможност се появиха хипотетични сценарии за края на света, които предполагат, че нанороботите ще поемат цялата биомаса на Земята, изпълнявайки своята програма за самовъзпроизвеждане (т.нар. „сива слуз“ или „сива каша“).

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

Терминът „нанотехнология“ е използван за първи път от Норио Танигучи през 1974 г. Той използва този термин, за да опише производството на продукти с размери няколко нанометра. През 80-те години на миналия век терминът е използван от Ерик К. Дрекслър в книгите му Двигатели на сътворението: Предстоящата ера на нанотехнологиите и наносистемите: молекулярни машини, производство и изчисления.

Какво може да направи нанотехнологията?

Ето само някои от областите, в които нанотехнологиите обещават пробиви:

Лекарство

Наносензорите ще осигурят напредък в ранната диагностика на заболявания. Това ще увеличи шансовете ви за възстановяване. Можем да победим рака и други болести. Старите лекарства за рак унищожават не само болните клетки, но и здравите. С помощта на нанотехнологията лекарството ще се доставя директно до болната клетка.

ДНК нанотехнология– използват специфични бази на ДНК и молекули на нуклеинова киселина, за да създадат ясно дефинирани структури на тяхна основа. Индустриален синтез на лекарствени молекули и фармакологични препарати с ясно определена форма (бис-пептиди).

В началото на 2000 г., благодарение на бързия напредък в технологията за производство на частици с нано размери, беше даден тласък на развитието на нова област на нанотехнологиите - наноплазмоника. Оказа се, че е възможно да се предава електромагнитно излъчване по верига от метални наночастици, като се използва възбуждането на плазмонни трептения.

Строителство

Наносензорите на строителните конструкции ще следят тяхната здравина и ще откриват всякакви заплахи за целостта им. Обектите, построени с помощта на нанотехнологии, могат да издържат пет пъти по-дълго от съвременните структури. Домовете ще се адаптират към нуждите на жителите, като ги поддържат прохладни през лятото и топли през зимата.

Енергия

Ще бъдем по-малко зависими от петрола и газа. Съвременните соларни панели имат ефективност около 20%. С използването на нанотехнологиите той може да нарасне 2-3 пъти. Тънките нанофилми на покрива и стените могат да осигурят енергия на цялата къща (ако, разбира се, има достатъчно слънце).

Машинно инженерство

Цялото обемисто оборудване ще бъде заменено от роботи - лесно управляеми устройства. Те ще могат да създават всякакви механизми на ниво атоми и молекули. За производството на машини ще се използват нови наноматериали, които могат да намалят триенето, да предпазят частите от повреда и да спестят енергия. Това не са всички области, в които нанотехнологиите могат (и ще!) се използват. Учените смятат, че появата на нанотехнологиите е началото на нова научно-техническа революция, която ще промени значително света през 21 век. Заслужава да се отбележи обаче, че нанотехнологиите не навлизат много бързо в реалната практика. Не много устройства (най-вече електроника) работят „нано“. Това отчасти се дължи на високата цена на нанотехнологиите и не особено високата възвръщаемост на нанотехнологичните продукти.

Вероятно в близко бъдеще с помощта на нанотехнологиите ще бъдат създадени високотехнологични, мобилни, лесно управляеми устройства, които успешно ще заменят днешното автоматизирано, но трудно управляемо и тромаво оборудване. Например, след време биороботи с компютърно управление ще могат да изпълняват функциите на сегашните обемисти помпени станции.

• ДНК компютър– изчислителна система, която използва изчислителните възможности на ДНК молекулите. Биомолекулярното изчисление е сборно наименование за различни техники, свързани по един или друг начин с ДНК или РНК. В ДНК изчисленията данните се представят не под формата на нули и единици, а под формата на молекулярна структура, изградена на базата на спиралата на ДНК. Ролята на софтуер за четене, копиране и управление на данни се изпълнява от специални ензими.
• Атомно-силов микроскоп– сканиращ сондов микроскоп с висока разделителна способност, базиран на взаимодействието на конзолна игла (сонда) с повърхността на изследваната проба. За разлика от сканиращия тунелен микроскоп (STM), той може да изследва както проводими, така и непроводими повърхности дори през слой течност, което прави възможна работата с органични молекули (ДНК). Пространствената разделителна способност на атомно-силовия микроскоп зависи от размера на конзолата и кривината на нейния връх. Разделителната способност достига атомна хоризонтално и значително я надвишава вертикално.
• Антена-осцилатор– На 9 февруари 2005 г. в лабораторията на Бостънския университет е получена антена-осцилатор с размери около 1 микрон. Това устройство има 5000 милиона атома и е способно да осцилира с честота от 1,49 гигахерца, което му позволява да предава огромни количества информация.

10 нанотехнологии с невероятен потенциал

Опитайте се да си спомните някое канонично изобретение. Вероятно някой сега си е представял колело, някой самолет и някой iPod. Колко от вас са мислили за изобретяването на съвсем ново поколение – нанотехнологиите? Този свят е малко проучен, но има невероятен потенциал, който може да ни даде наистина фантастични неща. Удивително нещо: областта на нанотехнологиите не е съществувала до 1975 г., въпреки че учените са започнали да работят в тази област много по-рано.

Човешкото невъоръжено око е в състояние да разпознае обекти с размер до 0,1 милиметра. Днес ще говорим за десет изобретения, които са 100 000 пъти по-малки.

Електропроводим течен метал

Използвайки електричество, проста течна метална сплав от галий, иридий и калай може да бъде направена така, че да формира сложни форми или да навива кръгове в петриево блюдо. С известна степен на вероятност може да се каже, че това е материалът, от който е създаден известният киборг от серия T-1000, който можехме да видим в Терминатор 2.

„Меката сплав се държи като умна форма, способна да се деформира, когато е необходимо, като взема предвид променящото се околно пространство, през което се движи. Точно както би могъл да направи киборг от популярен научно-фантастичен филм“, казва Джин Ли от университета Цинхуа, един от изследователите, участващи в този проект.

Този метал е биомиметичен, което означава, че имитира биохимични реакции, въпреки че сам по себе си не е биологично вещество.

Този метал може да се контролира чрез електрически разряди. Самият той обаче е в състояние да се движи независимо, поради възникващия дисбаланс на натоварването, който се създава от разликата в налягането между предната и задната част на всяка капка от тази метална сплав. И въпреки че учените вярват, че този процес може да е ключът към превръщането на химическата енергия в механична енергия, молекулярният материал няма да се използва скоро за изграждане на зли киборги. Целият „магически“ процес може да се случи само в разтвор на натриев хидроксид или физиологичен разтвор.

Нанопластики

Изследователи от университета в Йорк работят върху разработването на специални лепенки, които ще бъдат предназначени да доставят всички необходими лекарства в тялото без използване на игли и спринцовки. Пластирите, които са съвсем нормални по размер, се залепват за ръката ви и доставят определена доза лекарствени наночастици (достатъчно малки, за да проникнат в космените фоликули) в тялото ви. Наночастиците (всяка с размер под 20 нанометра) сами ще намерят вредните клетки, ще ги убият и ще бъдат елиминирани от тялото заедно с други клетки в резултат на естествени процеси.

Учените отбелязват, че в бъдеще подобни нанопластири могат да се използват в борбата срещу една от най-ужасните болести на Земята - рака. За разлика от химиотерапията, която често е неразделна част от лечението в такива случаи, нанопластирите ще могат индивидуално да намират и унищожават раковите клетки, като оставят здравите клетки незасегнати. Проектът за нанопач се нарича NanJect. Разработката му се осъществява от Atif Syed и Zakaria Hussain, които през 2013 г., докато са още студенти, получават необходимото спонсорство като част от краудсорсинг кампания за набиране на средства.

Нанофилтър за вода

Когато този филм се използва в комбинация с фина мрежа от неръждаема стомана, маслото се отблъсква, оставяйки водата в тази зона първично чиста.

Интересното е, че учените са били вдъхновени да създадат нанофилм от самата природа. Листата на лотос, известни също като водни лилии, имат противоположни свойства на нанофилма: вместо масло, те отблъскват водата. Това не е първият път, когато учените шпионират тези невероятни растения заради също толкова невероятните им свойства. Това доведе например до създаването на суперхидрофобни материали през 2003 г. Що се отнася до нанофилма, изследователите се опитват да създадат материал, който имитира повърхността на водни лилии и да го обогатят с молекули на специален почистващ агент. Самото покритие е невидимо за човешкото око. Ще бъде евтино за производство: около $1 на квадратен фут.

Въздухопречиствател за подводници

Малко вероятно е някой да се е замислял какъв вид въздух трябва да дишат екипажите на подводниците, освен самите членове на екипажа. Междувременно почистването на въздуха от въглероден диоксид трябва да се извърши незабавно, тъй като по време на едно пътуване същият въздух трябва да премине през леките екипажи на подводницата стотици пъти. За почистване на въздуха от въглероден диоксид се използват амини, които имат много неприятна миризма. За да се реши този проблем, беше създадена технология за пречистване, наречена SAMMS (акроним за Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Тя предлага използването на специални наночастици, поставени вътре в керамични гранули. Веществото има пореста структура, поради което абсорбира излишния въглероден диоксид. Различните видове SAMMS пречистване взаимодействат с различни молекули във въздуха, водата и почвата, но всички тези опции за пречистване са невероятно ефективни. Само една супена лъжица от тези порести керамични гранули е достатъчна за почистване на площ, равна на едно футболно игрище.

Нанопроводници

Изследователи от Северозападния университет (САЩ) са измислили как да създадат електрически проводник в наноразмер. Този проводник е твърда и издръжлива наночастица, която може да бъде конфигурирана да предава електрически ток в различни противоположни посоки. Проучването показва, че всяка такава наночастица е способна да емулира работата на „токоизправители, ключове и диоди“. Всяка частица с дебелина 5 нанометра е покрита с положително зареден химикал и заобиколена от отрицателно заредени атоми. Прилагането на електрически разряд преконфигурира отрицателно заредените атоми около наночастиците.

Потенциалът на технологията, както съобщават учените, е безпрецедентен. Въз основа на него е възможно да се създадат материали, „способни да се променят независимо, за да отговарят на специфични компютърни задачи“. Използването на този наноматериал всъщност ще „препрограмира“ електрониката на бъдещето. Хардуерните надстройки ще станат толкова лесни, колкото и софтуерните надстройки.

Нанотехнологично зарядно устройство

Когато това нещо бъде създадено, вече няма да е необходимо да използвате кабелни зарядни устройства. Новата нанотехнология работи като гъба, но не абсорбира течност. Той изсмуква кинетична енергия от околната среда и я насочва директно към вашия смартфон. Технологията се основава на използването на пиезоелектричен материал, който генерира електричество, докато е под механично натоварване. Материалът е надарен с наноскопични пори, които го превръщат в гъвкава гъба.

Официалното име на това устройство е „наногенератор“. Такива наногенератори може един ден да станат част от всеки смартфон на планетата или част от арматурното табло на всяка кола, а може би и част от всеки джоб на дрехи – джаджите ще се зареждат директно в него. Освен това технологията има потенциал да се използва в по-голям мащаб, като например в промишлено оборудване. Поне така смятат изследователите от университета на Уисконсин-Медисън, създали тази удивителна наногъба.

Изкуствена ретина

Израелската компания Nano Retina разработва интерфейс, който директно ще се свързва с невроните на окото и ще предава резултата от невронното моделиране в мозъка, заменяйки ретината и възстановявайки зрението на хората.

Експеримент върху сляпо пиле показа надежда за успеха на проекта. Нанофилмът позволи на пилето да види светлината. Вярно е, че последният етап от разработването на изкуствена ретина за възстановяване на зрението на хората е все още далеч, но напредъкът в тази посока не може да не радва. Nano Retina не е единствената компания, която се занимава с подобни разработки, но именно тяхната технология в момента изглежда най-обещаваща, ефективна и адаптивна. Последната точка е най-важна, тъй като говорим за продукт, който ще бъде интегриран в нечии очи. Подобни разработки показват, че твърдите материали са неподходящи за такива цели.

Тъй като технологията се разработва на нанотехнологично ниво, тя елиминира използването на метал и жици и също така избягва ниската разделителна способност на симулираното изображение.

Светещи дрехи

Учени от Шанхай разработиха отразяващи нишки, които могат да се използват в производството на дрехи. Основата на всяка нишка е много тънка тел от неръждаема стомана, която е покрита със специални наночастици, слой от електролуминисцентен полимер и защитна обвивка от прозрачни нанотръби. Резултатът е много леки и гъвкави нишки, които могат да светят под въздействието на собствената си електрохимична енергия. В същото време те работят с много по-ниска мощност в сравнение с конвенционалните светодиоди.

Недостатъкът на технологията е, че „светлинният резерв“ на нишките все още е достатъчен само за няколко часа. Разработчиците на материала обаче оптимистично вярват, че ще успеят да увеличат „ресурса“ на своя продукт поне хиляда пъти. Дори и да успеят, решението на друг недостатък остава под въпрос. Най-вероятно ще бъде невъзможно да се перат дрехи, базирани на такива нанонишки.

Наноигли за възстановяване на вътрешните органи

Нанопластирите, за които говорихме по-горе, са предназначени специално да заменят иглите. Ами ако самите игли са с размер само няколко нанометра? Ако е така, те биха могли да променят разбирането ни за хирургията или поне значително да го подобрят.

Съвсем наскоро учените проведоха успешни лабораторни тестове върху мишки. Използвайки малки игли, изследователите успяха да въведат нуклеинови киселини в телата на гризачите, насърчавайки регенерацията на органи и нервни клетки и по този начин възстановявайки загубената ефективност. Когато иглите изпълняват функцията си, те остават в тялото и след няколко дни напълно се разлагат в него. В същото време учените не откриха никакви странични ефекти по време на операции за възстановяване на кръвоносните съдове в мускулите на гърба на гризачи с помощта на тези специални наноигли.

Ако вземем предвид човешки случаи, такива наноигли могат да се използват за доставяне на необходимите лекарства в човешкото тяло, например при трансплантация на органи. Специални вещества ще подготвят околните тъкани около трансплантирания орган за бързо възстановяване и ще премахнат възможността за отхвърляне.

3D химически печат

Химикът Мартин Бърк от Университета на Илинойс е Уили Уонка на химията. Използвайки колекция от молекули на „строителен материал“ за различни цели, той може да създаде огромен брой различни химикали, надарени с всякакви „удивителни и в същото време естествени свойства“. Например едно такова вещество е ратанинът, който може да се намери само в много рядко перуанско цвете.

Потенциалът за синтезиране на вещества е толкова огромен, че ще направи възможно производството на молекули, използвани в медицината, при създаването на LED диоди, слънчеви батерийни клетки и онези химически елементи, които дори и на най-добрите химици на планетата са нужни години, за да синтезират.

Възможностите на настоящия прототип на 3D химически принтер все още са ограничени. Той е способен само да създава нови лекарства. Бърк обаче се надява, че един ден ще успее да създаде потребителска версия на своето невероятно устройство, което ще има много по-големи възможности. Напълно възможно е в бъдеще подобни принтери да действат като своеобразни домашни аптекари.

Представляват ли нанотехнологиите заплаха за човешкото здраве или околната среда?

Няма много информация за отрицателните ефекти на наночастиците. През 2003 г. едно проучване показа, че въглеродните нанотръби могат да увредят белите дробове на мишки и плъхове. Проучване от 2004 г. установи, че фулерените могат да се натрупват и да причинят увреждане на мозъка при рибите. Но и двете проучвания са използвали големи количества от веществото при необичайни условия. Според един от експертите, химик Кристен Кулиновски (САЩ), „би било препоръчително да се ограничи излагането на тези наночастици, въпреки факта, че в момента няма информация за тяхната заплаха за човешкото здраве“.

Някои коментатори също предполагат, че широкото използване на нанотехнологиите може да доведе до социални и етични рискове. Така например, ако използването на нанотехнологиите инициира нова индустриална революция, това ще доведе до загуба на работни места. Освен това нанотехнологиите могат да променят концепцията за човек, тъй като използването им ще помогне да се удължи живота и значително да се повиши устойчивостта на тялото. „Никой не може да отрече, че широкото разпространение на мобилните телефони и интернет доведе до огромни промени в обществото“, казва Кристен Кулиновски. „Кой би се осмелил да каже, че нанотехнологиите няма да имат по-голямо влияние върху обществото през следващите години?“

Мястото на Русия сред страните, разработващи и произвеждащи нанотехнологии

Световните лидери по общи инвестиции в нанотехнологиите са страните от ЕС, Япония и САЩ. Напоследък Русия, Китай, Бразилия и Индия значително увеличиха инвестициите в тази индустрия. В Русия размерът на финансирането по програмата „Развитие на инфраструктурата на наноиндустрията в Руската федерация за 2008–2010 г.“ ще възлиза на 27,7 милиарда рубли.

Последният (2008) доклад на базираната в Лондон изследователска фирма Cientifica, наречен Доклад за перспективите на нанотехнологиите, казва дословно за руските инвестиции: „Въпреки че ЕС все още е на първо място по отношение на инвестициите, Китай и Русия вече са изпреварили Съединените щати.“

Има области в нанотехнологиите, в които руските учени станаха първите в света, като получиха резултати, които поставиха основата за развитието на нови научни направления.

Сред тях са производството на ултрадисперсни наноматериали, проектирането на едноелектронни устройства, както и работата в областта на атомната сила и сканиращата сондова микроскопия. Само на специална изложба, проведена в рамките на XII Санкт Петербургски икономически форум (2008 г.), бяха представени наведнъж 80 конкретни разработки. Русия вече произвежда редица нанопродукти, които се търсят на пазара: наномембрани, нанопрахове, нанотръби. Въпреки това, според експерти, в комерсиализацията на нанотехнологичните разработки Русия изостава от САЩ и други развити страни с десет години.

Нанотехнологиите в изкуството

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

В съвременното изкуство се появи ново направление: „наноизкуство“ (наноизкуство) - вид изкуство, свързано със създаването на скулптури (композиции) от художника с микро- и наноразмери (съответно 10 −6 и 10 −9 m) под въздействието на химични или физични процеси на обработка на материали, фотографиране на получените нано-изображения с помощта на електронен микроскоп и обработка на черно-бели снимки в графичен редактор.

В известната творба на руския писател Н. Лесков „Левицата” (1881) има интересен фрагмент: „Ако, казва той, имаше по-добър микроскоп, който увеличава пет милиона, тогава ще благоволите,” той казва, „да видите, че на всяка подкова е изписано името на майстора: кой руски майстор е направил тази подкова.“ Увеличение от 5 000 000 пъти се осигурява от съвременните електронни и атомно-силови микроскопи, които се считат за основни инструменти на нанотехнологиите. Така литературният герой Лефти може да се счита за първия „нанотехнолог“ в историята.

Идеите, представени от Файнман в неговата лекция от 1959 г. „Има много място там долу“ за това как да се създават и използват наноманипулатори, почти текстово съвпадат с научнофантастичния разказ „Микроруки“ на известния съветски писател Борис Житков, публикуван през 1931 г. Някои негативни последици от неконтролираното развитие на нанотехнологиите са описани в произведенията на М. Крайтън („The Swarm“), С. Лем („Проверка на място“ и „Мир на Земята“), С. Лукяненко („Нищо за Разделям").

Главният герой на романа „Трансман” на Ю. Никитина е ръководител на нанотехнологична корпорация и първият човек, изпитал въздействието на медицинските нанороботи.

В научно-фантастичната поредица Stargate SG-1 и Stargate Atlantis някои от най-технологично напредналите раси са две раси на „репликатори“, възникнали в резултат на неуспешни експерименти, използващи и описващи различни приложения на нанотехнологиите. В „Денят, в който Земята спря“, с участието на Киану Рийвс, извънземна цивилизация осъжда човечеството на смърт и почти унищожава всичко на планетата с помощта на самовъзпроизвеждащи се нанорепликантни буболечки, които поглъщат всичко по пътя си.

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

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

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

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

Накратко, нанотехнолозите наистина възнамеряват значително да трансформират човешкия живот.

Какво е нанотехнология

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

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

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

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

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

Има два начина за получаване на наночастици.

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

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

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

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