Nii kummaliselt kui see küsimus meie ajal ka ei kõla, tuleb sellele vastata. Vähemalt enda jaoks. Selle valdkonna teadlaste ja spetsialistidega suheldes jõudsin järeldusele, et küsimus jääb endiselt lahtiseks.

Keegi Wikipedias määratles selle järgmiselt:

Nanotehnoloogia on interdistsiplinaarne fundamentaal- ja rakendusteaduse ja -tehnoloogia valdkond, mis tegeleb teoreetiliste põhjenduste, praktiliste uurimis-, analüüsi- ja sünteesimeetodite kombinatsiooniga, aga ka meetodid teatud aatomistruktuuriga toodete tootmiseks ja kasutamiseks, kasutades kontrollitud manipuleerimist. üksikud aatomid ja molekulid.

Ja see määratlus oli seal 2 aastat tagasi:

Nanotehnoloogia on rakendusteaduse ja -tehnoloogia valdkond, mis tegeleb objektide omaduste uurimisega ja nanomeetri suurusjärgus mõõtmetega seadmete arendamisega (SI ühikute süsteemi järgi 10 -9 meetrit).

Populaarne ajakirjandus kasutab tavainimese jaoks veelgi lihtsamat ja arusaadavamat määratlust:

Nanotehnoloogia on tehnoloogia ainega manipuleerimiseks aatomi- ja molekulaarsel tasandil.

(Mulle meeldivad lühikesed määratlused :))

Või siin on professor G. G. Elenini (MSU, M. V. Keldyshi Rakendusmatemaatika Instituut RAS) määratlus:

Nanotehnoloogia on interdistsiplinaarne teadusvaldkond, milles uuritakse füüsikaliste ja keemiliste protsesside seaduspärasusi nanomeetri mõõtmetega ruumipiirkondades, et juhtida üksikuid aatomeid, molekule, molekulaarsüsteeme uute molekulide, nanostruktuuride, nanoseadmete ja spetsiaalsete füüsikaliste omadustega materjalide loomisel. , keemilised ja bioloogilised omadused.

Jah, üldiselt on kõik üsna selge.. Aga meie (eriti märgin, kodumaine) pedantne skeptik ütleb: "Mis, iga kord, kui lahustame teeklaasis tüki suhkrut, kas me ei manipuleeri selle ainega molekulaarne tase?"

Ja tal on õigus. Juhtivatele mõistetele on vaja lisada "manipulatsiooni kontrolli ja täpsusega".

Föderaalne teadus- ja innovatsiooniagentuur esitab "Vene Föderatsiooni nanotehnoloogia valdkonna töö arendamise kontseptsioonis aastani 2010" järgmise määratluse:

"Nanotehnoloogia on meetodite ja tehnikate kogum, mis võimaldab luua ja muuta kontrollitud viisil objekte, sealhulgas komponente, mille suurus on alla 100 nm, vähemalt ühes mõõtmes, ning selle tulemusena omandada põhimõtteliselt uued omadused, mis võimaldama nende integreerimist täielikult toimivatesse suuremahulistesse süsteemidesse; Laiemas mõttes hõlmab see mõiste ka selliste objektide diagnoosimise, iseloomustamise ja uurimise meetodeid."

Vau! Jõuliselt öeldud!

Või defineerib Vene Föderatsiooni haridus- ja teadusministeeriumi riigisekretär Dmitri Livanov nanotehnoloogiat järgmiselt:

"Teaduslike, tehnoloogiliste ja tööstuslike valdkondade kogum, mis on ühendatud üheks kultuuriks, mis põhineb operatsioonidel ainega üksikute molekulide ja aatomite tasemel."

Lihtne skeptik on rahul, aga skeptik-spetsialist ütleb: „Eks need samad nanotehnoloogiad tegelevad pidevalt traditsioonilises keemias või molekulaarbioloogias ja paljudes teistes teadusvaldkondades, luues uusi aineid, milles määratakse nende omadused ja struktuur. teatud viisil ühendatud nano-suuruste objektide abil?

Mida teha? Me mõistame, mis on "nanotehnoloogia". Me tunneme seda, võiks öelda.. Proovime lisada definitsioonile veel paar terminit.

Occami habemenuga

Nanotehnoloogia: igasugune tehnoloogia selliste toodete loomiseks, mille tarbijaomadused on määratud vajadusega juhtida ja manipuleerida üksikuid nanosuuruses objekte.

Lühike ja varu? Selgitame definitsioonis kasutatud termineid:

"ükskõik milline": See termin on mõeldud erinevate teadus- ja tehnoloogiavaldkondade spetsialistide ühitamiseks. Teisest küljest kohustab see termin nanotehnoloogia arendamise eelarvet kontrollivaid organisatsioone hoolitsema paljude valdkondade rahastamise eest. Sealhulgas muidugi molekulaarsed biotehnoloogiad. (Ilma vajaduseta nende juhiste nimele kunstlikult lisada eesliidet “nano-”). Pean seda üsna oluliseks terminiks nanotehnoloogia olukorra kohta meie riigis praegusel etapil :).

"Tarbijaomadused" (muidugi võite kasutada traditsioonilist terminit "Tarbijaväärtus" - nagu teile meeldib): toodete loomine, kasutades selliseid täiustatud meetodeid nagu aine juhtimine ja manipuleerimine nanomõõtmes, peaks andma tarbijale uusi omadusi või mõjutama toote hinda. tooteid, muidu muutub see mõttetuks.

Samuti on selge, et selle määratluse alla kuuluvad ka näiteks nanotorud, mille üks lineaarsetest mõõtmetest asub traditsiooniliste mõõtmete piirkonnas. Samal ajal võivad loodud tooted ise olla mis tahes suurusega - "nano" kuni traditsioonilise.

"Isikisik": selle termini olemasolu eemaldab definitsiooni traditsioonilisest keemiast ja nõuab selgelt kõige arenenumate teaduslike, metroloogiliste ja tehnoloogiliste vahendite olemasolu, mis suudavad tagada kontrolli üksikute ja vajadusel isegi konkreetsete nanoobjektide üle. Just individuaalse kontrolliga saame esemeid, millel on tarbijale uudne. Võib väita, et näiteks paljud olemasolevad tehnoloogiad ülipeente materjalide tööstuslikuks tootmiseks ei vaja sellist kontrolli, kuid see on vaid esmapilgul; tegelikult sertifitseeritud Ultradisperssete materjalide tootmine nõuab tingimata kontrolli üksikute osakeste suuruse üle.

"Kontroll" , ilma "Manipuleerimine" laiendab definitsiooni nn. "eelmise põlvkonna" nanotehnoloogia.
"Kontroll" koos "Manipuleerimine" laiendab määratlust arenenud nanotehnoloogiatele.

Seega, kui me suudame leida konkreetse nanosuuruses objekti, juhtida ja vajadusel muuta selle struktuuri ja seoseid, siis on see “nanotehnoloogia”. Kui me saame nanosuuruses objekte ilma sellise kontrolli võimaluseta (konkreetsete nanoobjektide üle), siis see ei ole nanotehnoloogia või parimal juhul "eelmise põlvkonna" nanotehnoloogia.

"Nano-suuruses objekt": aatom, molekul, supramolekulaarne moodustumine.

Üldiselt püüab definitsioon siduda teaduse ja tehnoloogia majandusega. Need. vastab nanotööstuse arenguprogrammi põhieesmärkide saavutamisele: kõrgtasemel uurimis- ja tootmismeetoditel põhinevate tehnoloogiate loomine, samuti saavutatud saavutuste kommertsialiseerimine.

Venemaa president Dmitri Medvedev on kindel, et riigis on olemas kõik tingimused nanotehnoloogia edukaks arendamiseks.

Nanotehnoloogia on teaduse ja tehnoloogia uus suund, mis on viimastel aastakümnetel aktiivselt arenenud. Nanotehnoloogia hõlmab materjalide, seadmete ja tehniliste süsteemide loomist ja kasutamist, mille toimimise määrab nanostruktuur ehk selle järjestatud killud, mille suurus jääb vahemikku 1-100 nanomeetrit.

Eesliide "nano", mis pärineb kreeka keelest ("nanos" kreeka keeles - gnome), tähendab ühte miljardit osa. Üks nanomeeter (nm) on üks miljardik meetrist.

Termini "nanotehnoloogia" võttis 1974. aastal kasutusele Tokyo ülikooli materjaliteadlane Norio Taniguchi, kes määratles selle kui "tootmistehnoloogiat, mis suudab saavutada ülikõrge täpsuse ja üliväikesed mõõtmed... suurusjärgus 1 nm...” .

Maailmakirjanduses eristatakse nanoteadust selgelt nanotehnoloogiast. Nanoteaduse kohta kasutatakse ka terminit nanomõõtmeline teadus.

Vene keeles ja Venemaa õigusaktide ja regulatiivsete dokumentide praktikas ühendab termin "nanotehnoloogia" "nanoteaduse", "nanotehnoloogia" ja mõnikord isegi "nanotööstuse" (äri- ja tootmisvaldkonnad, kus nanotehnoloogiaid kasutatakse).

Nanotehnoloogia olulisemad komponendid on nanomaterjalid, see tähendab materjale, mille ebatavalised funktsionaalsed omadused on määratud nende nanofragmentide järjestatud struktuuriga, mille suurus on vahemikus 1 kuni 100 nm.

- nanopoorsed struktuurid;
- nanoosakesed;
- nanotorud ja nanokiud
- nanodispersioonid (kolloidid);
- nanostruktureeritud pinnad ja kiled;
- nanokristallid ja nanoklastrid.

Nanosüsteemi tehnoloogia– funktsionaalselt terviklikud süsteemid ja seadmed, mis on täielikult või osaliselt loodud nanomaterjalide ja nanotehnoloogiate baasil ja mille omadused erinevad radikaalselt traditsiooniliste tehnoloogiate abil loodud sarnase eesmärgiga süsteemide ja seadmete omadustest.

Nanotehnoloogia rakendusvaldkonnad

Peaaegu võimatu on loetleda kõiki valdkondi, kus see globaalne tehnoloogia võib tehnoloogilist arengut oluliselt mõjutada. Võime nimetada vaid mõned neist:

- nanoelektroonika ja nanofotoonika elemendid (pooljuhttransistorid ja laserid);
- fotodetektorid; Päikesepatareid; erinevad andurid);
- ülitihedad infosalvestusseadmed;
- telekommunikatsioon, info- ja arvutustehnoloogia; superarvutid;
- videotehnika - lameekraanid, monitorid, videoprojektorid;
- molekulaarsed elektroonikaseadmed, sealhulgas lülitid ja elektronahelad molekulaarsel tasemel;
- nanolitograafia ja nanoimprintimine;
- kütuseelemendid ja energiasalvestid;
- mikro- ja nanomehaanika seadmed, sh molekulaarmootorid ja nanomootorid, nanorobotid;
– nanokeemia ja katalüüs, sealhulgas põlemiskontroll, katmine, elektrokeemia ja farmaatsiatooted;
- lennundus-, kosmose- ja kaitserakendused;
- keskkonnaseire seadmed;
- ravimite ja valkude sihipärane kohaletoimetamine, biopolümeerid ja bioloogiliste kudede tervendamine, kliiniline ja meditsiiniline diagnostika, tehislihaste, luude loomine, elusorganite implanteerimine;
- biomehaanika; genoomika; bioinformaatika; bioinstrumenteerimine;
– kantserogeensete kudede, patogeenide ja bioloogiliselt kahjulike mõjurite registreerimine ja tuvastamine;
- ohutus põllumajanduses ja toiduainete tootmises.

Arvutid ja mikroelektroonika

Nanoarvuti— elektroonilistel (mehaanilistel, biokeemilistel, kvant-) tehnoloogiatel põhinev arvutusseade, mille loogiliste elementide suurus on suurusjärgus mitu nanomeetrit. Nanotehnoloogia baasil välja töötatud arvuti ise on samuti mikroskoopiliste mõõtmetega.

DNA arvuti- arvutussüsteem, mis kasutab DNA molekulide arvutusvõimalusi. Biomolekulaararvutus on koondnimetus erinevatele tehnikatele, mis on ühel või teisel viisil seotud DNA või RNA-ga. DNA-arvutuses ei esitata andmeid nullide ja ühtede kujul, vaid DNA spiraali baasil üles ehitatud molekulaarstruktuuri kujul. Andmete lugemise, kopeerimise ja haldamise tarkvara rolli täidavad spetsiaalsed ensüümid.

Aatomijõu mikroskoop- kõrge eraldusvõimega skaneeriva sondi mikroskoop, mis põhineb konsoolnõela (sondi) interaktsioonil uuritava proovi pinnaga. Erinevalt skaneerivast tunnelmikroskoobist (STM) suudab see uurida nii juhtivaid kui ka mittejuhtivaid pindu isegi läbi vedelikukihi, mis võimaldab töötada orgaaniliste molekulidega (DNA). Aatomjõumikroskoobi ruumiline eraldusvõime sõltub konsooli suurusest ja selle tipu kumerusest. Eraldusvõime ulatub aatomi horisontaalselt ja ületab seda oluliselt vertikaalselt.

Antenn-ostsillaator- 9. veebruaril 2005 saadi Bostoni ülikooli laboris umbes 1 mikroni mõõtmetega antenn-ostsillaator. Sellel seadmel on 5000 miljonit aatomit ja see on võimeline võnkuma sagedusel 1,49 gigahertsi, mis võimaldab edastada tohutul hulgal teavet.

Nanomeditsiin ja farmaatsiatööstus

Kaasaegse meditsiini suund, mis põhineb nanomaterjalide ja nanoobjektide ainulaadsete omaduste kasutamisel inimese bioloogiliste süsteemide jälgimiseks, kujundamiseks ja muutmiseks nanomolekulaarsel tasemel.

DNA nanotehnoloogia- kasutada spetsiifilisi DNA aluseid ja nukleiinhappemolekule, et luua nende põhjal selgelt määratletud struktuure.

Ravimimolekulide ja selgelt määratletud kujul farmakoloogiliste preparaatide (bis-peptiidid) tööstuslik süntees.

2000. aasta alguses andis nanoosakeste tehnoloogia kiire areng tõuke uue nanotehnoloogia valdkonna arengule: nanoplasmoonika. Selgus, et elektromagnetkiirgust on võimalik edastada mööda metalli nanoosakeste ahelat, kasutades plasmoni võnkumiste ergastamist.

Robootika

Nanorobotid- nanomaterjalidest loodud robotid, mis on suuruselt võrreldavad molekuliga ja millel on liikumise, teabe töötlemise ja edastamise ning programmide täitmise funktsioonid. Nanorobotid, mis on võimelised looma endast koopiaid, st. isepaljunemist nimetatakse replikaatoriteks.

Praeguseks on juba loodud piiratud liikuvusega elektromehaanilisi nanoseadmeid, mida võib pidada nanorobotite prototüüpideks.

Molekulaarsed rootorid– sünteetilised nanosuurused mootorid, mis on võimelised tekitama pöördemomenti, kui neile rakendatakse piisavalt energiat.

Venemaa koht nanotehnoloogiaid arendavate ja tootvate riikide seas

Nanotehnoloogiasse tehtud koguinvesteeringute osas on maailmas liidrid ELi riigid, Jaapan ja USA. Viimasel ajal on Venemaa, Hiina, Brasiilia ja India oluliselt suurendanud investeeringuid sellesse tööstusharusse. Venemaal on programmi "Nanotööstuse infrastruktuuri arendamine Vene Föderatsioonis aastateks 2008–2010" raames rahastatud 27,7 miljardit rubla.

Viimases (2008. aasta) Londonis asuva uuringufirma Cientifica aruandes nimega Nanotechnology Outlook Report kirjeldatakse Venemaa investeeringuid sõna-sõnalt järgmiselt: „Kuigi EL on investeeringute osas endiselt esikohal, on Hiina ja Venemaa juba USAst mööda saanud. ”

Nanotehnoloogias on valdkondi, kus Venemaa teadlased said maailmas esimesteks, saades tulemusi, mis panid aluse uute teadussuundade arengule.

Nende hulgas on ultradisperssete nanomaterjalide tootmine, üheelektrooniliste seadmete projekteerimine, aga ka töö aatomjõu ja skaneeriva sondi mikroskoopia vallas. Vaid XII Peterburi majandusfoorumi (2008) raames toimunud erinäitusel esitleti korraga 80 konkreetset arendust.

Venemaal toodetakse juba mitmeid nanotooteid, mis on turul nõutud: nanomembraanid, nanopulbrid, nanotorud. Nanotehnoloogiliste arenduste kommertsialiseerimises jääb Venemaa aga ekspertide hinnangul USA-st ja teistest arenenud riikidest maha kümne aasta võrra.

Materjal koostati avatud allikatest pärineva teabe põhjal

) — Sellel terminil ei ole praegu ühtset üldtunnustatud määratlust. Mõiste "nanotehnoloogia" all mõistab RUSNANO materjalide, seadmete ja süsteemide uurimisel, projekteerimisel ja tootmisel kasutatavate tehnoloogiliste meetodite ja tehnikate kogumit, sealhulgas nende üksikute nanomõõtmeliste elementide struktuuri, keemilise koostise ja interaktsiooni sihipärast juhtimist ja haldamist (koos mõõtmed suurusjärgus 100 nm või vähem vastavalt vähemalt ühele mõõtmisele), mis viivad tulemuseks olevate toodete paranemiseni või täiendavate töö- ja/või tarbijaomaduste ja omaduste esilekerkimiseni.

Kirjeldus

Mõistet "nanotehnoloogia" kasutas professor esmakordselt oma ettekandes "Nanotehnoloogia põhikontseptsioonist" rahvusvahelisel konverentsil Tokyos 1974. aastal. Algselt kasutati terminit "nanotehnoloogia" kitsas tähenduses ja see tähendas protsesside kogumit. mis tagavad ülitäpse töötlemise, kasutades suure energiaga elektroni-, footoni- ja ioonkiirte, kile sadestamise ja üliõhukesi. Praegu kasutatakse terminit "nanotehnoloogia" laiemas tähenduses, hõlmates ja kombineerides tehnoloogilisi protsesse, tehnikaid ja masinate ja mehhanismide süsteeme, mis on loodud ülitäpsete toimingute tegemiseks mitme nanomeetri ulatuses.

Nanotehnoloogia objektideks võivad olla nii otseselt madalamõõtmelised objektid, mille mõõtmed on vähemalt ühes dimensioonis nanovahemikule iseloomulikud (nanokiled) kui ka makroskoopilised objektid (puistematerjalid, seadmete ja süsteemide üksikud elemendid), mille struktuur luuakse ja muudetakse kontrollitult. eraldusvõimega üksikute nanoelementide tasemel . Seadmed või süsteemid loetakse nanotehnoloogia abil toodetuks, kui nende vähemalt üks põhikomponent on nanotehnoloogia objekt, s.t on olemas vähemalt üks tehnoloogilise protsessi etapp, mille tulemuseks on nanotehnoloogia objekt.

Autorid

• Goldt Ilja Valerijevitš
• Gusev Aleksander Ivanovitš

Allikad

1. Gusev A.I. Nanomaterjalid, nanostruktuurid, nanotehnoloogiad. - M.: Fizmatlit, 2007. - 416 lk.
2. Gusev A. I., Rempel A. A. Nanokristallilised materjalid. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. - 351 lk.

Nanotehnoloogia on fundamentaal- ja rakendusteaduse ja -tehnoloogia valdkond, mis tegeleb teoreetiliste põhjenduste, praktiliste uurimis-, analüüsi- ja sünteesimeetodite kombinatsiooniga, samuti meetodid teatud aatomistruktuuriga toodete tootmiseks ja kasutamiseks üksikisiku kontrollitud manipuleerimise teel. aatomid ja molekulid.

Lugu

Paljud allikad, peamiselt ingliskeelsed, seostavad meetodite esmamainimist, mida hiljem hakati nimetama nanotehnoloogiaks Richard Feynmani kuulsa kõnega "There’s Plenty of Room at the Bottom", mille ta pidas 1959. aastal California Tehnoloogiainstituudis iga-aastasel konverentsil. Ameerika Füüsika Seltsi koosolekul. Richard Feynman pakkus välja, et üksikuid aatomeid on võimalik mehaaniliselt liigutada sobiva suurusega manipulaatori abil, vähemalt ei läheks selline protsess vastuollu tänapäeval tuntud füüsikaseadustega.

Ta soovitas seda manipulaatorit teha järgmisel viisil. On vaja ehitada mehhanism, mis looks endast koopia, ainult suurusjärgu võrra väiksema. Loodud väiksem mehhanism peab taas looma endast koopia, jällegi suurusjärgu võrra väiksema ja nii edasi, kuni mehhanismi mõõtmed on vastavuses ühe aatomi suurusjärgu mõõtmetega. Sel juhul on vaja teha muudatusi selle mehhanismi struktuuris, kuna makrokosmoses mõjuvad gravitatsioonijõud mõjutavad üha vähem ning molekulidevahelise interaktsiooni jõud ja van der Waalsi jõud mõjutavad üha enam mehhanismi toimimist. mehhanism.

Viimane etapp - saadud mehhanism paneb oma koopia üksikutest aatomitest kokku. Põhimõtteliselt on selliste koopiate arv piiramatu, lühikese aja jooksul on võimalik luua suvaline arv selliseid masinaid. Need masinad saavad makroasju kokku panna samamoodi, aatomikooste abil. See muudab asjad palju odavamaks – sellistele robotitele (nanorobotidele) tuleb anda vaid vajalik arv molekule ja energiat ning kirjutada programm vajalike esemete kokkupanemiseks. Seni pole keegi suutnud seda võimalust ümber lükata, kuid selliseid mehhanisme pole veel keegi suutnud luua. Selle võimaluse teoreetilise uurimise käigus kerkisid esile hüpoteetilised maailmalõpu stsenaariumid, mis eeldavad, et nanorobotid neelavad kogu Maa biomassi, viies ellu oma isepaljunemise programmi (nn “hall goo” või “hall läga”).

Esimesed oletused objektide uurimise võimaluse kohta aatomitasandil on kirjas Isaac Newtoni 1704. aastal ilmunud raamatus “Optika”. Newton avaldab raamatus lootust, et tulevased mikroskoobid suudavad ühel päeval uurida "kehade saladusi".

Mõistet "nanotehnoloogia" kasutas esmakordselt Norio Taniguchi 1974. aastal. Ta kasutas seda terminit mitme nanomeetri suuruste toodete tootmise kirjeldamiseks. 1980. aastatel kasutas seda terminit Eric K. Drexler oma raamatutes "Loomise mootorid: Nanotehnoloogia ja nanosüsteemide tulev ajastu: molekulaarmasinad, tootmine ja arvutus".

Mida saab nanotehnoloogia teha?

Siin on vaid mõned valdkonnad, milles nanotehnoloogia tõotab läbimurdeid:

Ravim

Nanosensorid aitavad kaasa haiguste varajasele diagnoosimisele. See suurendab teie taastumisvõimalusi. Võime vähki ja muid haigusi võita. Vanad vähiravimid hävitasid mitte ainult haiged rakud, vaid ka terved. Nanotehnoloogia abil toimetatakse ravim otse haigesse rakku.

DNA nanotehnoloogia– kasutada spetsiifilisi DNA aluseid ja nukleiinhappemolekule, et luua nende põhjal selgelt määratletud struktuure. Ravimimolekulide ja selgelt määratletud vormis farmakoloogiliste preparaatide (bis-peptiidid) tööstuslik süntees.

2000. aasta alguses anti tänu nanomõõtmeliste osakeste valmistamise tehnoloogia kiirele arengule tõuge uue nanotehnoloogia valdkonna arengule - nanoplasmoonika. Selgus, et elektromagnetkiirgust on võimalik edastada mööda metalli nanoosakeste ahelat, kasutades plasmoni võnkumiste ergastamist.

Ehitus

Ehituskonstruktsioonide nanosensorid jälgivad nende tugevust ja tuvastavad kõik ohud nende terviklikkusele. Nanotehnoloogia abil ehitatud objektid võivad kesta viis korda kauem kui tänapäevased struktuurid. Kodud kohanduvad elanike vajadustega, hoides neid suvel jahedas ja talvel soojas.

Energia

Me oleme vähem sõltuvad naftast ja gaasist. Kaasaegsete päikesepaneelide kasutegur on umbes 20%. Nanotehnoloogiat kasutades võib see kasvada 2-3 korda. Õhukesed nanokiled katusel ja seintel võivad anda energiat kogu majale (kui muidugi päikest on piisavalt).

Masinaehitus

Kõik mahukad seadmed asendatakse robotitega – kergesti juhitavate seadmetega. Nad suudavad luua mis tahes mehhanisme aatomite ja molekulide tasemel. Masinate tootmiseks kasutatakse uusi nanomaterjale, mis võivad vähendada hõõrdumist, kaitsta osi kahjustuste eest ja säästa energiat. Need ei ole kõik valdkonnad, kus nanotehnoloogiat saab (ja saab!) kasutada. Teadlased usuvad, et nanotehnoloogia esilekerkimine on uue teadus- ja tehnikarevolutsiooni algus, mis muudab 21. sajandil maailma suuresti. Väärib aga märkimist, et nanotehnoloogia ei jõua päris praktikasse kuigi kiiresti. Mitte paljud seadmed (peamiselt elektroonika) ei tööta "nano". Osaliselt on selle põhjuseks nanotehnoloogia kõrge hind ja nanotehnoloogiatoodete mitte väga kõrge tootlus.

Tõenäoliselt luuakse lähitulevikus nanotehnoloogia abil kõrgtehnoloogilisi, mobiilseid, hõlpsasti juhitavaid seadmeid, mis asendavad edukalt tänapäeva automatiseeritud, kuid raskesti juhitavaid ja kohmakaid seadmeid. Näiteks aja jooksul suudavad arvutiga juhitavad biorobotid täita praeguste mahukate pumbajaamade funktsioone.

• DNA arvuti– arvutussüsteem, mis kasutab DNA molekulide arvutusvõimalusi. Biomolekulaararvutus on koondnimetus erinevatele tehnikatele, mis on ühel või teisel viisil seotud DNA või RNA-ga. DNA-arvutuses ei esitata andmeid nullide ja ühtede kujul, vaid DNA spiraali baasil üles ehitatud molekulaarstruktuuri kujul. Andmete lugemise, kopeerimise ja haldamise tarkvara rolli täidavad spetsiaalsed ensüümid.
• Aatomijõu mikroskoop– kõrge eraldusvõimega skaneeriva sondi mikroskoop, mis põhineb konsoolnõela (sondi) interaktsioonil uuritava proovi pinnaga. Erinevalt skaneerivast tunnelmikroskoobist (STM) suudab see uurida nii juhtivaid kui ka mittejuhtivaid pindu isegi läbi vedelikukihi, mis võimaldab töötada orgaaniliste molekulidega (DNA). Aatomjõumikroskoobi ruumiline eraldusvõime sõltub konsooli suurusest ja selle tipu kumerusest. Eraldusvõime ulatub aatomi horisontaalselt ja ületab seda oluliselt vertikaalselt.
• Antenn-ostsillaator– 9. veebruaril 2005 saadi Bostoni ülikooli laboris umbes 1 mikroni mõõtmetega antenn-ostsillaator. Sellel seadmel on 5000 miljonit aatomit ja see on võimeline võnkuma sagedusel 1,49 gigahertsi, mis võimaldab edastada tohutul hulgal teavet.

10 hämmastava potentsiaaliga nanotehnoloogiat

Proovige meeles pidada mõnda kanoonilist leiutist. Tõenäoliselt kujutas keegi nüüd ette ratast, keegi lennukit ja keegi iPodi. Kui paljud teist on mõelnud täiesti uue põlvkonna – nanotehnoloogia – leiutamisele? Seda maailma on vähe uuritud, kuid sellel on uskumatu potentsiaal, mis võib anda meile tõeliselt fantastilisi asju. Hämmastav asi: nanotehnoloogia valdkonda ei eksisteerinud enne 1975. aastat, kuigi teadlased hakkasid selles valdkonnas tegutsema palju varem.

Inimese palja silm suudab ära tunda kuni 0,1 millimeetri suuruseid objekte. Täna räägime kümnest leiutisest, mis on 100 000 korda väiksemad.

Elektrit juhtiv vedel metall

Elektri abil saab lihtsat galliumi, iriidiumi ja tina vedelat metallisulamit valmistada, et moodustada Petri tassis keerulisi kujundeid või tuuleringe. Teatava tõenäosusega võib väita, et just sellest materjalist loodi kuulus T-1000 seeria küborg, mida võisime näha Terminator 2-s.

„Pehme sulam käitub nagu nutikas kuju, mis suudab end vajadusel deformeerida, võttes arvesse muutuvat ümbritsevat ruumi, mille kaudu see liigub. Täpselt nagu küborg populaarsest ulmefilmist võiks teha,” ütleb Jin Li Tsinghua ülikoolist, üks selle projektiga seotud teadlastest.

See metall on biomimeetiline, mis tähendab, et see jäljendab biokeemilisi reaktsioone, kuigi ta ise ei ole bioloogiline aine.

Seda metalli saab juhtida elektrilahendustega. Kuid see ise on võimeline iseseisvalt liikuma tekkiva koormuse tasakaalustamatuse tõttu, mis tekib selle metallisulami iga tilga esi- ja tagakülje rõhuerinevuse tõttu. Ja kuigi teadlased usuvad, et see protsess võib olla võti keemilise energia muutmisel mehaaniliseks energiaks, ei kasutata molekulaarset materjali niipea kurjade küborgide ehitamiseks. Kogu "maagiline" protsess saab toimuda ainult naatriumhüdroksiidi lahuses või soolalahuses.

Nanoplastika

Yorki ülikooli teadlased töötavad spetsiaalsete plaastrite väljatöötamisega, mis on mõeldud kõigi vajalike ravimite kehasse viimiseks ilma nõelu ja süstlaid kasutamata. Plaastrid, mis on üsna normaalse suurusega, liimitakse teie käe külge ja annavad teie kehasse teatud annuse ravimi nanoosakesi (piisavalt väikesed, et tungida juuksefolliikulisse). Nanoosakesed (igaüks alla 20 nanomeetri suurused) leiavad ise kahjulikud rakud, tapavad need ja väljuvad koos teiste rakkudega organismist looduslike protsesside tulemusena.

Teadlased märgivad, et tulevikus võiks selliseid nanoplaastreid kasutada võitluses Maa ühe kohutavama haiguse – vähi vastu. Erinevalt kemoteraapiast, mis on sellistel juhtudel sageli ravi lahutamatu osa, suudavad nanoplaastrid vähirakke individuaalselt leida ja hävitada, jättes terved rakud puutumata. Nanopatchi projekti nimi on NanJect. Selle arendamisega tegelevad Atif Syed ja Zakaria Hussain, kes 2013. aastal, olles veel üliõpilased, said vajaliku sponsorluse osana raha kogumise kampaaniast.

Nanofilter vee jaoks

Kui seda kilet kasutatakse koos peene roostevabast terasest võrguga, tõrjutakse õli, jättes selle piirkonna vee puhtaks.

Huvitaval kombel inspireeris teadlasi nanofilmi looma loodus ise. Lootoselehtedel, tuntud ka kui vesiroosidel, on nanofilmile vastupidised omadused: õli asemel tõrjuvad nad vett. See pole esimene kord, kui teadlased on neid hämmastavaid taimi nende sama hämmastavate omaduste pärast luuranud. Selle tulemuseks oli näiteks superhüdrofoobsete materjalide loomine 2003. aastal. Nanokile osas püüavad teadlased luua materjali, mis imiteerib vesirooside pinda ja rikastab seda spetsiaalse puhastusaine molekulidega. Kate ise on inimsilmale nähtamatu. Selle tootmine on odav: umbes 1 dollar ruutjala kohta.

Õhupuhasti allveelaevadele

On ebatõenäoline, et keegi mõtles sellele, millist õhus allveelaeva meeskonnad peavad hingama, välja arvatud meeskonnaliikmed ise. Samal ajal tuleb õhku süsihappegaasist puhastada kohe, sest ühe reisi jooksul peab sama õhk läbima allveelaeva kergeid meeskondi sadu kordi. Süsinikdioksiidist õhu puhastamiseks kasutatakse amiine, millel on väga ebameeldiv lõhn. Selle probleemi lahendamiseks loodi puhastustehnoloogia nimega SAMMS (akronüüm sõnadest Self-Assembled Monlayyers on Mesopoous Supports). Ta teeb ettepaneku kasutada spetsiaalseid nanoosakesi, mis on paigutatud keraamilistesse graanulitesse. Ainel on poorne struktuur, mille tõttu see absorbeerib liigset süsinikdioksiidi. Erinevad SAMMS-i puhastamise tüübid interakteeruvad erinevate molekulidega õhus, vees ja pinnases, kuid kõik need puhastusvõimalused on uskumatult tõhusad. Vaid ühest supilusikatäiest neist poorsetest keraamilistest graanulitest piisab ühe jalgpalliväljakuga võrdse ala puhastamiseks.

Nanojuhid

Northwesterni ülikooli (USA) teadlased on välja mõelnud, kuidas luua nanoskaalas elektrijuht. See juht on kõva ja vastupidav nanoosake, mida saab konfigureerida edastama elektrivoolu erinevates vastassuundades. Uuring näitab, et iga selline nanoosake on võimeline jäljendama "alaldi, lülitite ja dioodide" tööd. Iga 5 nanomeetri paksune osake on kaetud positiivselt laetud kemikaaliga ja ümbritsetud negatiivselt laetud aatomitega. Elektrilahenduse rakendamine konfigureerib ümber negatiivselt laetud aatomid nanoosakeste ümber.

Teadlaste sõnul on tehnoloogia potentsiaal enneolematu. Selle põhjal on võimalik luua materjale, "mis on võimelised iseseisvalt muutuma, et need sobiksid konkreetsete arvutiarvutusülesannetega". Selle nanomaterjali kasutamine programmeerib tegelikult tuleviku elektroonika ümber. Riistvarauuendused muutuvad sama lihtsaks kui tarkvarauuendused.

Nanotehniline laadija

Kui see asi on loodud, ei pea te enam juhtmega laadijaid kasutama. Uus nanotehnoloogia töötab nagu käsn, kuid see ei ima vedelikku. See imeb keskkonnast kineetilist energiat ja suunab selle otse sinu nutitelefoni. Tehnoloogia põhineb piesoelektrilise materjali kasutamisel, mis toodab elektrit mehaanilise pinge all. Materjal on varustatud nanoskoopiliste pooridega, mis muudavad selle painduvaks käsnaks.

Selle seadme ametlik nimi on "nanogeneraator". Sellised nanogeneraatorid võivad ühel päeval saada osaks igast planeedi nutitelefonist või osaks iga auto armatuurlauast ja võib-olla osaks igast riidetaskust – vidinaid laetakse otse selles. Lisaks on tehnoloogial potentsiaali kasutada suuremas mahus, näiteks tööstusseadmetes. Vähemalt nii arvavad Wisconsini-Madisoni ülikooli teadlased, kes lõid selle hämmastava nanokäsna.

Kunstlik võrkkest

Iisraeli ettevõte Nano Retina töötab välja liidest, mis loob otseühenduse silma neuronitega ja edastab neuraalse modelleerimise tulemuse ajju, asendades võrkkesta ja taastades inimestele nägemise.

Katse pimeda kanaga näitas lootust projekti õnnestumisele. Nanokile võimaldas kanal valgust näha. Tõsi, inimeste nägemise taastamiseks mõeldud kunstliku võrkkesta väljatöötamise viimane etapp on veel kaugel, kuid edusammud selles suunas ei saa muud kui rõõmustada. Nano Retina ei ole ainus ettevõte, mis selliste arendustega tegeleb, kuid just nende tehnoloogia tundub praegu olevat kõige lootustandvam, tõhusam ja kohanemisvõimelisem. Viimane punkt on kõige olulisem, kuna me räägime tootest, mis integreeritakse kellegi silmadesse. Sarnased arengud on näidanud, et tahked materjalid ei sobi sellisteks eesmärkideks.

Kuna tehnoloogiat arendatakse nanotehnoloogilisel tasemel, siis välistab see metalli ja juhtmete kasutamise ning väldib ka simuleeritud pildi madalat eraldusvõimet.

Helendavad riided

Shanghai teadlased on välja töötanud helkurniidid, mida saab kasutada rõivaste tootmisel. Iga niidi aluseks on väga õhuke roostevaba terastraat, mis on kaetud spetsiaalsete nanoosakestega, elektroluminestseeruva polümeeri kihi ja läbipaistvatest nanotorudest kaitsva kestaga. Tulemuseks on väga kerged ja painduvad niidid, mis võivad oma elektrokeemilise energia mõjul hõõguda. Samal ajal töötavad need tavaliste LED-lampidega võrreldes palju väiksema võimsusega.

Tehnoloogia miinuseks on see, et niitide “valgusvarust” jätkub siiski vaid mõneks tunniks. Materjali arendajad usuvad aga optimistlikult, et suudavad oma toote “ressurssi” vähemalt tuhat korda suurendada. Isegi kui neil õnnestub, jääb mõne teise puuduse lahendus küsitavaks. Suure tõenäosusega on selliste nanoniitide põhjal riideid võimatu pesta.

Nanonõelad siseorganite taastamiseks

Nanoplastid, millest eespool rääkisime, on loodud spetsiaalselt nõelte asendamiseks. Mis siis, kui nõelad ise oleksid vaid mõne nanomeetri suurused? Kui jah, võivad nad muuta meie arusaama operatsioonist või vähemalt seda oluliselt parandada.

Hiljuti viisid teadlased hiirtel läbi edukaid laborikatseid. Väikeste nõelte abil suutsid teadlased viia näriliste kehadesse nukleiinhappeid, soodustades elundite ja närvirakkude taastumist ning seeläbi taastades kaotatud jõudlust. Kui nõelad täidavad oma funktsiooni, jäävad nad kehasse ja mõne päeva pärast lagunevad selles täielikult. Samal ajal ei leidnud teadlased nende spetsiaalsete nanonõelte abil näriliste seljalihaste veresoonte taastamise operatsioonide käigus mingeid kõrvalmõjusid.

Kui võtta arvesse inimjuhtumeid, siis selliste nanonõelte abil saab inimorganismi viia vajalikke ravimeid näiteks elundisiirdamisel. Spetsiaalsed ained valmistavad ümber siirdatud elundi ümbritsevad koed kiireks taastumiseks ette ja välistavad äratõukereaktsiooni.

3D keemiline printimine

Illinoisi ülikooli keemik Martin Burke on keemia Willy Wonka. Kasutades mitmesugustel eesmärkidel ehitusmaterjalide molekulide kogumit, saab ta luua tohutul hulgal erinevaid kemikaale, millel on kõikvõimalikud "hämmastavad ja samal ajal looduslikud omadused". Näiteks üks selline aine on rataniin, mida leidub vaid väga haruldases Peruu lilles.

Ainete sünteesimise potentsiaal on nii tohutu, et see võimaldab toota meditsiinis kasutatavaid molekule, LED-dioodide, päikesepatareide ja nende keemiliste elementide loomisel, mille sünteesimiseks kulus isegi planeedi parimatel keemikutel aastaid.

Praeguse 3D-keemiaprinteri prototüübi võimalused on endiselt piiratud. Ta on võimeline looma ainult uusi ravimeid. Burke loodab aga, et ühel päeval suudab ta luua oma hämmastavast seadmest tarbijaversiooni, millel on palju suuremad võimalused. Täiesti võimalik, et tulevikus toimivad sellised printerid omamoodi koduapteekritena.

Kas nanotehnoloogia ohustab inimeste tervist või keskkonda?

Nanoosakeste negatiivse mõju kohta pole palju teavet. 2003. aastal näitas üks uuring, et süsiniknanotorud võivad kahjustada hiirte ja rottide kopse. 2004. aasta uuring näitas, et fullereenid võivad kaladel koguneda ja põhjustada ajukahjustusi. Kuid mõlemas uuringus kasutati ebatavalistes tingimustes suures koguses ainet. Ühe eksperdi, keemik Kristen Kulinowski (USA) sõnul "oleks soovitatav piirata kokkupuudet nende nanoosakestega, hoolimata asjaolust, et praegu puudub teave nende ohu kohta inimeste tervisele."

Mõned kommentaatorid on ka väitnud, et nanotehnoloogia laialdane kasutamine võib kaasa tuua sotsiaalseid ja eetilisi riske. Näiteks kui nanotehnoloogia kasutamine käivitab uue tööstusrevolutsiooni, toob see kaasa töökohtade kadumise. Lisaks võib nanotehnoloogia muuta inimese kontseptsiooni, kuna selle kasutamine aitab pikendada eluiga ja suurendab oluliselt keha vastupidavust. "Keegi ei saa eitada, et mobiiltelefonide ja Interneti laialdane kasutuselevõtt on toonud ühiskonnas kaasa tohutuid muutusi," ütleb Kristen Kulinowski. "Kes julgeks väita, et nanotehnoloogial pole lähiaastatel ühiskonnale suuremat mõju?"

Venemaa koht nanotehnoloogiaid arendavate ja tootvate riikide seas

Nanotehnoloogiasse tehtud koguinvesteeringute osas on maailmas liidrid ELi riigid, Jaapan ja USA. Viimasel ajal on Venemaa, Hiina, Brasiilia ja India oluliselt suurendanud investeeringuid sellesse tööstusharusse. Venemaal on programmi "Nanotööstuse infrastruktuuri arendamine Vene Föderatsioonis aastateks 2008–2010" raames rahastatud 27,7 miljardit rubla.

Viimases (2008. aasta) Londonis asuva uuringufirma Cientifica aruandes nimega Nanotechnology Outlook Report kirjeldatakse Venemaa investeeringuid sõna-sõnalt järgmiselt: „Kuigi EL on investeeringute osas endiselt esikohal, on Hiina ja Venemaa juba USAst mööda saanud. ”

Nanotehnoloogias on valdkondi, kus Venemaa teadlased said maailmas esimesteks, saades tulemusi, mis panid aluse uute teadussuundade arengule.

Nende hulgas on ultradisperssete nanomaterjalide tootmine, üheelektrooniliste seadmete projekteerimine, aga ka töö aatomjõu ja skaneeriva sondi mikroskoopia vallas. Vaid XII Peterburi majandusfoorumi (2008) raames toimunud erinäitusel esitleti korraga 80 konkreetset arendust. Venemaal toodetakse juba mitmeid nanotooteid, mis on turul nõutud: nanomembraanid, nanopulbrid, nanotorud. Nanotehnoloogiliste arenduste kommertsialiseerimises jääb Venemaa aga ekspertide hinnangul USA-st ja teistest arenenud riikidest maha kümne aasta võrra.

Nanotehnoloogia kunstis

Nanotehnoloogia teemasid käsitlevad mitmed Ameerika kunstniku Natasha Vita-Mori tööd.

Kaasaegses kunstis on tekkinud uus suund: "nanoart" (nanoart) - kunstiliik, mis on seotud kunstniku mikro- ja nanosuuruses (vastavalt 10 -6 ja 10 -9 m) skulptuuride (kompositsioonide) loomisega. materjalide töötlemise keemiliste või füüsikaliste protsesside mõjul, saadud nanopiltide pildistamine elektronmikroskoobiga ja mustvalgete fotode töötlemine graafikaredaktoris.

Vene kirjaniku N. Leskovi tuntud teoses “Vasakpoolne” (1881) on huvitav katkend: “Kui,” ütleb ta, “oleks parem mikroskoop, mis suurendab viis miljonit, siis sa vääriksid.” ta ütleb: "et näha, et igal hobuseraua peal oleks meistri nimi: milline vene meister selle hobuseraua valmistas." 5 000 000-kordse suurenduse annavad kaasaegsed elektron- ja aatomjõumikroskoobid, mida peetakse nanotehnoloogia peamisteks töövahenditeks. Seega võib kirjanduskangelast Leftyt pidada ajaloo esimeseks “nanotehnoloogiks”.

Ideed, mida Feynman esitas oma 1959. aasta loengus “There's a Lot of Room Down There” nanomanipulaatorite loomise ja kasutamise kohta, langevad peaaegu tekstiliselt kokku kuulsa nõukogude kirjaniku Boriss Žitkovi 1931. aastal ilmunud ulmelooga “Mikrorukki”. Nanotehnoloogia kontrollimatu arengu mõningaid negatiivseid tagajärgi kirjeldavad M. Crichtoni ("Sülem"), S. Lemi ("Kohapealne kontroll" ja "Rahu maa peal"), S. Lukjanenko ("Nothing to"). Jaga").

Yu romaani “Transman” peategelane on nanotehnoloogia korporatsiooni juht ja esimene inimene, kes kogeb meditsiiniliste nanorobotite mõju.

Ulmesarjades Tähevärav SG-1 ja Tähevärav Atlantis on mõned tehnoloogiliselt arenenumad rassid kaks "replikaatorite" rassi, mis tekkisid ebaõnnestunud katsete tulemusena, milles kasutati ja kirjeldati nanotehnoloogia erinevaid rakendusi. Filmis The Day the Earth Stood Still, mille peaosas on Keanu Reeves, mõistab tulnukate tsivilisatsioon inimkonna surma ja peaaegu hävitab kõik planeedil, kasutades isepaljunevaid nanoreplikatsioonivigasid, mis õgivad kõik, mis nende teel on.

Viimasel ajal võite sageli kuulda sõna "nanotehnoloogia". Kui küsida mõne teadlase käest, mis see on ja miks nanotehnoloogiat vaja on, siis vastus on lühike: „Nanotehnoloogia muudab aine tavapäraseid omadusi. Nad muudavad maailma ja muudavad selle paremaks paigaks.

Teadlased väidavad, et nanotehnoloogia leiab rakendust paljudes tegevusvaldkondades: tööstuses, energeetikas, kosmoseuuringutes, meditsiinis ja palju muud. Näiteks pisikesed nanorobotid, mis suudavad tungida inimkeha mis tahes rakku, suudavad kiiresti ravida teatud haigusi ja teha operatsioone, mida isegi kõige kogenum kirurg ei suuda.

Tänu nanotehnoloogiale tekivad “targad kodud”. Nendes ei pea inimene praktiliselt tegelema igavate majapidamistöödega. "Targad asjad" ja "tark tolm" võtavad need kohustused enda kanda. Inimesed kannavad riideid, mis ei määrdu, pealegi ütlevad nad omanikule, et on aeg näiteks lõunatada või duši all käia.

Nanotehnoloogia võimaldab leiutada arvutiseadmeid ja mobiiltelefone, mida saab taskurätikuna kokku panna ja taskus kanda.

Lühidalt, nanotehnoloogid kavatsevad tõesti inimelu oluliselt muuta.

Mis on nanotehnoloogia

Mis on nanotehnoloogia? Ja kuidas need täpselt võimaldavad teil asjade omadusi muuta?

Sõna "nanotehnoloogia" koosneb kahest sõnast - "nano" ja "tehnoloogia".

"Nano" on kreekakeelne sõna, mis tähendab ühte miljardindikku millestki, näiteks meetrit. Ühe aatomi suurus on veidi väiksem kui nanomeeter. Ja nanomeeter on meetrist sama palju väiksem kui tavaline hernes maakerast. Kui inimese pikkus oleks üks nanomeeter, näiks paberilehe paksus inimesele võrdne kaugusega Moskvast Tula linnani ja see on koguni 170 kilomeetrit!

Sõna “tehnoloogia” tähendab saadaolevatest materjalidest inimesele vajaliku loomist.

Ja nanotehnoloogia on inimesele vajaliku loomine aatomitest ja aatomirühmadest (neid nimetatakse nanoosakesteks) spetsiaalsete seadmete abil.

Nanoosakeste saamiseks on kaks võimalust.

Esimene, lihtsam meetod on ülalt alla. Lähtematerjali jahvatatakse mitmel viisil, kuni osake muutub nanosuuruseks.

Teine on nanoosakeste tootmine üksikute aatomite kombineerimise teel "alt üles". See on keerulisem meetod, kuid just selles näevad teadlased nanotehnoloogia tulevikku.

Esimene viis nanoosakeste saamiseks on materjali jahvatamine, kuni osake muutub nanosuuruseks. Teine viis nanoosakeste saamiseks on aatomite kombineerimine erinevatel viisidel nanoosakeseks.

Nanoosakeste saamine sel viisil meenutab konstruktsioonikomplektiga töötamist. Osadena kasutatakse ainult aatomeid ja molekule, millest teadlased loovad uusi nanomaterjale ja nanoseadmeid.