이 질문이 우리 시대에 이상하게 들릴 수도 있지만 이에 대한 답을 얻어야 할 것입니다. 적어도 나 자신에게는요. 이 업계에 종사하는 과학자 및 전문가들과 대화하면서 나는 그 질문이 여전히 열려 있다는 결론에 도달했습니다.

Wikipedia의 누군가는 이렇게 정의했습니다.

나노기술은 기초 과학과 응용 과학 및 기술의 학제간 분야로, 이론적 타당성, 연구, 분석 및 합성의 실제 방법뿐만 아니라 제어된 조작을 통해 주어진 원자 구조를 가진 제품의 생산 및 사용 방법을 모두 다루고 있습니다. 개별 원자와 분자.

그리고 이 정의는 2년 전에 있었습니다:

나노기술은 물체의 특성 연구와 나노미터 단위(SI 단위계에 따르면 10-9미터) 크기의 장치 개발을 다루는 응용 과학 및 기술 분야입니다.

대중 언론에서는 일반 사람에 대해 훨씬 더 간단하고 이해하기 쉬운 정의를 사용합니다.

나노기술은 원자 및 분자 수준에서 물질을 조작하는 기술입니다.

(저는 짧은 정의를 좋아합니다 :))

또는 G. G. Elenin 교수(MSU, M. V. Keldysh 응용 수학 연구소 RAS)의 정의는 다음과 같습니다.

나노기술은 새로운 분자, 나노 구조, 나노 장치 및 특별한 물리적 특성을 지닌 재료를 생성할 때 개별 원자, 분자, 분자 시스템을 제어하기 위해 나노미터 차원의 공간 영역에서 물리 및 화학적 과정의 법칙을 연구하는 학제간 과학 분야입니다. , 화학적 및 생물학적 특성.

예, 일반적으로 모든 것이 매우 명확합니다.. 그러나 우리 (특히 국내)의 세심한 회의론자는 다음과 같이 말할 것입니다. “우리가 차 한 잔에 설탕 조각을 녹일 때마다 물질을 조작하는 것이 아닌가요? 분자 수준?”

그리고 그는 옳을 것입니다. 여기에 ‘조작의 통제와 정확성’과 관련된 핵심 개념을 추가할 필요가 있다.

연방 과학혁신청은 "2010년까지 러시아 연방의 나노기술 분야 업무 개발 개념"에서 다음과 같이 정의합니다.

“나노기술은 크기가 100 nm 미만인 구성 요소를 포함하여 적어도 한 차원에서 제어된 방식으로 물체를 생성하고 수정하는 기능을 제공하고 그 결과 근본적으로 새로운 특성을 얻을 수 있는 일련의 방법 및 기술입니다. 완벽하게 작동하는 대규모 시스템에 통합할 수 있습니다. 더 넓은 의미에서 이 용어는 그러한 대상의 진단, 특성 및 연구 방법도 포함합니다.”

우와! 강력하게 말했다!

또는 러시아 연방 교육과학부 장관 Dmitry Livanov는 나노기술을 다음과 같이 정의합니다.

“개별 분자 및 원자 수준의 물질 작업을 기반으로 단일 문화로 통합된 일련의 과학, 기술 및 산업 분야입니다.”

단순한 회의론자는 만족하지만 회의론자 전문가는 다음과 같이 말할 것입니다. “전통적인 화학이나 분자 생물학 및 기타 많은 과학 분야가 지속적으로 참여하여 그 특성과 구조가 결정되는 새로운 물질을 만드는 것과 동일한 나노 기술이 아닌가요? 특정 방식으로 연결된 나노 크기의 물체로?”

무엇을 해야 할까요? 우리는 "나노기술"이 무엇인지 이해하고 있습니다. 우리는 그것을 느끼고 있다고 말할 수도 있습니다. 정의에 몇 가지 용어를 더 추가해 보겠습니다.

오캄의 면도날

나노기술: 개별 나노 크기 물체를 제어하고 조작해야 하는 필요성에 따라 소비자 특성이 결정되는 제품을 만드는 모든 기술입니다.

간단하고 여유가 있습니까? 정의에 사용된 용어를 설명하겠습니다.

"어느": 이 용어는 다양한 과학 및 기술 분야의 전문가를 조화시키기 위한 것입니다. 반면에, 이 용어는 나노기술 개발 예산을 통제하는 조직이 광범위한 분야에 대한 자금 조달을 관리하도록 의무화합니다. 물론 분자생명공학도 포함됩니다. (이 방향의 이름에 접두사 "nano-"를 인위적으로 붙일 필요가 없습니다). 나는 이것이 현재 단계에서 우리나라의 나노기술 상황을 나타내는 다소 중요한 용어라고 생각합니다. :)

"소비자 속성" (물론 원하는 대로 "소비자 가치"라는 전통적인 용어를 사용할 수 있습니다.) 나노 수준에서 물질을 제어하고 조작하는 등의 고급 방법을 사용하여 제품을 만들면 새로운 소비자 특성이 부여되거나 제품 가격에 영향을 미치게 됩니다. 그렇지 않으면 의미가 없습니다.

예를 들어, 선형 치수 중 하나가 전통적인 치수 영역에 있는 나노튜브도 이 정의에 속한다는 것도 분명합니다. 동시에 생성된 제품 자체는 "나노"부터 기존 제품까지 모든 크기를 가질 수 있습니다.

"개인": 이 용어의 존재는 전통적인 화학의 정의를 벗어나 개인, 그리고 필요한 경우 특정 나노 물체에 대한 제어를 제공할 수 있는 가장 진보된 과학, 도량형 및 기술 도구의 존재를 분명히 요구합니다. 소비자의 참신함을 지닌 물건을 얻는 것은 개인의 통제를 통해서입니다. 예를 들어, 초미세 재료의 산업 생산을 위한 기존 기술 중 상당수는 그러한 제어를 필요로 하지 않는다고 주장할 수 있지만 이는 단지 언뜻 보기에 불과합니다. 사실은 인증됨초분산 물질을 생산하려면 반드시 개별 입자의 크기를 제어해야 합니다.

"제어" , 없이 "시장 조작" 정의를 소위까지 확장합니다. "이전 세대" 나노기술.
"제어" 함께 "시장 조작" 고급 나노기술로 정의를 확장합니다.

따라서 특정 나노 크기의 물체를 찾아 제어하고 필요한 경우 구조와 연결을 변경할 수 있다면 이것이 "나노기술"입니다. (특정 나노 물체에 대한) 제어 가능성 없이 나노 크기의 물체를 얻는다면 이는 나노 기술이 아니며 기껏해야 "이전 세대" 나노 기술이 아닙니다.

"나노 크기의 물체": 원자, 분자, 초분자 형성.

전반적으로 이 정의는 과학과 기술을 경제학과 연결시키려고 시도합니다. 저것들. 나노산업 개발 프로그램의 주요 목표인 첨단 연구 및 생산 방법을 기반으로 한 기술 창출과 달성된 성과의 상용화를 달성합니다.

드미트리 메드베데프 러시아 대통령은 러시아가 나노기술의 성공적인 개발을 위한 모든 조건을 갖추고 있다고 확신했습니다.

나노기술은 최근 수십 년 동안 활발하게 발전해 온 과학기술의 새로운 방향입니다. 나노기술에는 재료, 장치 및 기술 시스템의 생성 및 사용이 포함되며, 그 기능은 나노구조, 즉 1~100나노미터 크기 범위의 정렬된 조각인 나노구조에 의해 결정됩니다.

그리스어(그리스어로 "nanos" - gnome)에서 유래한 접두사 "nano"는 10억분의 1 부분을 의미합니다. 1나노미터(nm)는 10억분의 1미터입니다.

나노기술(nanotechnology)이라는 용어는 1974년 도쿄대학의 재료과학자인 다니구치 노리오(Norio Taniguchi)가 만들어낸 것으로, 그는 이를 “초고정밀, 초소형 치수를 달성할 수 있는 제조 기술”이라고 정의했다. NM...” .

세계 문헌에서 나노과학은 나노기술과 명확하게 구별됩니다. 나노규모 과학이라는 용어는 나노과학에도 사용됩니다.

러시아어와 러시아 법률 및 규제 문서의 실행에서 "나노기술"이라는 용어는 "나노과학", "나노기술", 때로는 "나노산업"(나노기술이 사용되는 사업 및 생산 분야)을 결합합니다.

나노기술의 가장 중요한 구성요소는 다음과 같다. 나노재료즉, 1~100nm 크기 범위의 나노조각의 정렬된 구조에 따라 특이한 기능적 특성이 결정되는 물질입니다.

- 나노다공성 구조;
- 나노입자;
- 나노튜브와 나노섬유
- 나노분산액(콜로이드);
- 나노구조 표면 및 필름;
- 나노결정과 나노클러스터.

나노시스템 기술- 나노재료 및 나노기술을 기반으로 전체 또는 부분적으로 생성된 기능적으로 완전한 시스템 및 장치. 그 특성은 전통적인 기술을 사용하여 생성된 유사한 목적을 위한 시스템 및 장치의 특성과 근본적으로 다릅니다.

나노기술의 응용분야

이러한 글로벌 기술이 기술 발전에 중대한 영향을 미칠 수 있는 모든 영역을 나열하는 것은 거의 불가능합니다. 우리는 그 중 몇 가지만 언급할 수 있습니다:

- 나노전자공학 및 나노포토닉스 요소(반도체 트랜지스터 및 레이저;
- 광검출기; 태양 전지; 다양한 센서);
- 초고밀도 정보 기록 장치;
- 통신, 정보 및 컴퓨팅 기술; 슈퍼컴퓨터;
- 비디오 장비 - 평면 스크린, 모니터, 비디오 프로젝터
- 분자 수준의 스위치 및 전자 회로를 포함한 분자 전자 장치;
- 나노리소그래피 및 나노임프린팅;
- 연료 전지 및 에너지 저장 장치;
- 분자 모터, 나노모터, 나노로봇을 포함한 마이크로 및 나노역학 장치
- 연소 제어, 코팅, 전기화학 및 의약품을 포함한 나노화학 및 촉매작용
- 항공, 우주 및 국방 애플리케이션;
- 환경 모니터링 장치
- 약물 및 단백질의 표적 전달, 생체고분자 및 생물학적 조직 치유, 임상 및 의학적 진단, 인공 근육, 뼈 생성, 생체 장기 이식
- 생체역학; 유전체학; 생물정보학; 생물계측;
- 발암성 조직, 병원체 및 생물학적 유해 물질의 등록 및 식별
- 농업 및 식품 생산의 안전.

컴퓨터 및 마이크로 전자공학

나노컴퓨터— 수 나노미터 정도의 논리 요소 크기를 갖는 전자(기계, 생화학, 양자) 기술을 기반으로 하는 컴퓨팅 장치입니다. 나노기술을 기반으로 개발된 컴퓨터 자체도 미세한 크기를 가지고 있습니다.

DNA 컴퓨터- DNA 분자의 컴퓨팅 능력을 사용하는 컴퓨팅 시스템. 생체분자 컴퓨팅은 DNA나 RNA와 어떤 방식으로든 관련된 다양한 기술의 총칭입니다. DNA 컴퓨팅에서 데이터는 0과 1의 형태가 아닌 DNA 나선을 기반으로 구축된 분자 구조의 형태로 표현됩니다. 데이터를 읽고, 복사하고, 관리하는 소프트웨어의 역할은 특수한 효소에 의해 수행됩니다.

원자력현미경- 캔틸레버 바늘(프로브)과 연구 중인 시료 표면의 상호 작용을 기반으로 하는 고해상도 스캐닝 프로브 현미경입니다. 주사 터널링 현미경(STM)과 달리 액체 층을 통해서도 전도성 표면과 비전도성 표면을 모두 검사할 수 있어 유기 분자(DNA)로 작업할 수 있습니다. 원자력 현미경의 공간 분해능은 캔틸레버의 크기와 팁의 곡률에 따라 달라집니다. 해상도는 수평 방향으로 원자에 도달하고 수직 방향으로는 훨씬 더 높습니다.

안테나 발진기- 2005년 2월 9일 보스턴 대학 연구실에서 약 1미크론 크기의 안테나 발진기를 획득했습니다. 이 장치는 50억 개의 원자를 가지고 있으며 1.49기가헤르츠의 주파수로 진동할 수 있어 엄청난 양의 정보를 전송할 수 있습니다.

나노의학 및 제약산업

나노분자 수준에서 인간의 생물학적 시스템을 추적, 설계 및 수정하기 위해 나노 물질과 나노 물체의 고유한 특성을 사용하는 데 기반을 둔 현대 의학의 방향입니다.

DNA 나노기술- DNA와 핵산 분자의 특정 염기를 사용하여 그 기반에 명확하게 정의된 구조를 만듭니다.

명확하게 정의된 형태(비스펩티드)의 약물 분자 및 약리학적 제제의 산업적 합성.

2000년 초, 나노입자 기술의 급속한 발전은 나노기술이라는 새로운 분야의 개발에 박차를 가했습니다. 나노플라즈모닉스. 플라즈몬 진동의 여기를 사용하여 금속 나노입자 사슬을 따라 전자기 방사선을 전송하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌습니다.

로봇공학

나노로봇- 이동, 정보 처리 및 전송, 프로그램 실행 기능을 갖춘 나노 물질로 제작되고 크기가 분자와 비슷한 로봇. 자신의 복사본을 만들 수 있는 나노로봇 자기 복제를 복제자(Replicator)라고 합니다.

현재 이동성이 제한된 전기 기계 나노 장치가 이미 만들어졌으며 이는 나노 로봇의 프로토타입으로 간주될 수 있습니다.

분자 로터- 충분한 에너지가 가해지면 토크를 생성할 수 있는 합성 나노 크기 엔진.

나노기술을 개발하고 생산하는 국가 중 러시아의 위치

나노기술에 대한 총 투자 측면에서 세계 선두 국가는 EU 국가, 일본 및 미국입니다. 최근 러시아, 중국, 브라질, 인도에서는 이 산업에 대한 투자를 크게 늘렸습니다. 러시아에서는 "2008~2010년 러시아 연방 나노산업 인프라 개발" 프로그램에 따른 자금 지원 금액이 277억 루블에 달할 것입니다.

나노기술 전망 보고서(Nanotechnology Outlook Report)라고 불리는 런던 소재 연구 회사인 Cientifica의 최신 보고서(2008년)는 러시아 투자를 다음과 같이 설명합니다. “EU가 여전히 투자 측면에서 1위를 차지하고 있지만 중국과 러시아는 이미 미국을 추월했습니다. ”

나노기술 분야에는 러시아 과학자들이 세계 최초가 되어 새로운 과학 트렌드 개발의 토대를 마련한 결과를 얻은 분야가 있습니다.

그 중에는 초분산 나노물질의 생산, 단일 전자 장치의 설계, 원자력 및 주사 탐침 현미경 분야의 연구 등이 있습니다. XII 상트페테르부르크 경제 포럼(2008)의 틀 내에서 개최된 특별 전시회에서만 80개의 특정 개발 사항이 한 번에 발표되었습니다.

러시아는 이미 시장에서 수요가 있는 나노막, 나노분말, 나노튜브 등 다양한 나노제품을 생산하고 있습니다. 그러나 전문가들에 따르면, 나노기술 개발의 상용화에 있어서 러시아는 미국 및 기타 선진국에 비해 10년 정도 뒤쳐져 있습니다.

본 자료는 오픈소스 정보를 바탕으로 작성되었습니다.

) — 이 용어는 현재 보편적으로 인정되는 단일 정의가 없습니다. "나노기술"이라는 용어로 RUSNANO는 개별 나노크기 요소의 구조, 화학적 조성 및 상호 작용의 목표 제어 및 관리를 포함하여 재료, 장치 및 시스템의 연구, 설계 및 생산에 사용되는 일련의 기술 방법 및 기법을 이해합니다. 적어도 하나의 측정에 따르면 100nm 이하의 크기), 이는 최종 제품의 추가 작동 및/또는 소비자 특성 및 특성의 개선 또는 출현으로 이어집니다.

설명

나노기술이라는 용어는 1974년 도쿄에서 열린 국제학술대회에서 이 교수가 자신의 보고서 '나노기술의 기본 개념에 대하여'에서 처음 사용했다. 처음에는 '나노기술'이라는 용어가 좁은 의미로 사용되었으며 일련의 과정을 의미했다. 고에너지 전자, 광자, 이온빔, 필름 증착, 초박막을 사용하여 고정밀 가공을 제공합니다. 현재 '나노기술'이라는 용어는 수 나노미터 규모의 초정밀 작업을 수행하도록 설계된 기계 및 메커니즘의 기술 프로세스, 기술 및 시스템을 포괄하고 결합하는 넓은 의미로 사용됩니다.

나노기술의 대상은 적어도 한 차원에서 나노 범위의 특성을 갖는 직접적인 저차원 대상(나노필름)과 구조가 제어적으로 생성되고 수정되는 거시적 대상(대량 재료, 장치 및 시스템의 개별 요소)일 수 있습니다. 개별 나노요소 수준의 분해능을 갖고 있습니다. 장치 또는 시스템은 주요 구성요소 중 적어도 하나가 나노기술의 대상인 경우, 즉 기술 프로세스의 적어도 한 단계가 있고 그 결과가 나노기술의 대상인 경우 나노기술을 사용하여 제조된 것으로 간주됩니다.

저자

• 골트 일리아 발레리에비치
• 구세프 알렉산더 이바노비치

출처

1. 구세프 A.I. 나노재료, 나노구조, 나노기술. - M .: Fizmatlit, 2007. - 416 p.
2. Gusev A. I., Rempel A. A. 나노결정질 재료. - 캠브리지: 캠브리지 국제 과학 출판, 2004. - 351 p.

나노기술(Nanotechnology)은 이론적 타당성, 연구, 분석 및 합성의 실제 방법뿐만 아니라 개인의 통제된 조작을 통해 주어진 원자 구조를 가진 제품의 생산 및 사용 방법을 결합하는 기초 및 응용 과학 기술 분야입니다. 원자와 분자.

이야기

주로 영어로 된 많은 출처에서는 나중에 나노기술이라고 불릴 방법에 대한 최초의 언급을 1959년 캘리포니아 공과대학 연례 회의에서 리처드 파인만의 유명한 연설 "바닥에는 충분한 공간이 있습니다"와 연관시킵니다. 미국물리학회 회의. Richard Feynman은 적절한 크기의 조작기를 사용하여 단일 원자를 기계적으로 움직이는 것이 가능하며 적어도 그러한 과정은 오늘날 알려진 물리 법칙과 모순되지 않을 것이라고 제안했습니다.

그는 이 조작기를 다음과 같은 방식으로 수행할 것을 제안했습니다. 한 단계 더 작은 크기로 자체 복사본을 생성하는 메커니즘을 구축해야 합니다. 생성된 더 작은 메커니즘은 다시 자체 복사본을 생성해야 하며, 다시 한 번 더 작은 크기로 이러한 방식으로 메커니즘의 크기가 원자 한 개의 크기와 일치할 때까지 계속됩니다. 이 경우 대우주에 작용하는 중력의 영향력이 점점 줄어들고 분자간 상호 작용의 힘과 반 데르 발스 힘이 작동에 점점 더 영향을 미치기 때문에 이 메커니즘의 구조를 변경하는 것이 필요합니다. 메커니즘.

마지막 단계 - 결과 메커니즘은 개별 원자로부터 복사본을 조립합니다. 원칙적으로 그러한 사본의 수는 무제한입니다. 짧은 시간에 그러한 기계를 임의의 수로 생성하는 것이 가능합니다. 이 기계는 원자 조립을 통해 동일한 방식으로 거대 사물을 조립할 수 있습니다. 이렇게 하면 물건이 훨씬 저렴해질 것입니다. 이러한 로봇(나노로봇)에는 필요한 수의 분자와 에너지만 제공되고 필요한 품목을 조립하는 프로그램을 작성하면 됩니다. 지금까지 아무도 이 가능성을 반박할 수 없었지만 아직 그러한 메커니즘을 만든 사람은 아무도 없습니다. 이 가능성에 대한 이론적 연구 중에 나노로봇이 지구의 모든 바이오매스를 흡수하여 자체 재생산 프로그램(소위 "회색 끈적이" 또는 "회색 슬러리")을 수행할 것이라고 가정하는 가상의 종말 시나리오가 나타났습니다.

원자 수준에서 물체를 연구할 가능성에 대한 첫 번째 가정은 1704년에 ​​출판된 Isaac Newton의 책 "Opticks"에서 찾을 수 있습니다. 책에서 뉴턴은 미래의 현미경이 언젠가는 “미립자의 비밀”을 탐구할 수 있을 것이라는 희망을 표현합니다.

나노기술이라는 용어는 1974년 다니구치 노리오(Norio Taniguchi)에 의해 처음 사용되었습니다. 그는 이 용어를 사용하여 수 나노미터 크기의 제품 생산을 설명했습니다. 1980년대 Eric K. Drexler는 자신의 저서 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation에서 이 용어를 사용했습니다.

나노기술은 무엇을 할 수 있나요?

나노기술이 획기적인 발전을 약속하는 분야는 다음과 같습니다.

약

나노센서는 질병의 조기 진단에 진전을 가져올 것입니다. 이렇게 하면 회복 가능성이 높아집니다. 우리는 암과 기타 질병을 물리칠 수 있습니다. 오래된 항암제는 병든 세포뿐만 아니라 건강한 세포도 파괴했습니다. 나노기술의 도움으로 약이 병든 세포에 직접 전달됩니다.

DNA 나노기술– DNA와 핵산 분자의 특정 염기를 사용하여 그 기반에 명확하게 정의된 구조를 만듭니다. 명확하게 정의된 형태(비스펩타이드)의 약물 분자 및 약리학적 제제의 산업적 합성.

2000년 초에는 나노 크기의 입자를 제조하는 기술의 비약적인 발전으로 나노기술이라는 새로운 분야의 발전에 박차를 가하게 되었습니다. 나노플라즈모닉스. 플라즈몬 진동의 여기를 사용하여 금속 나노입자 사슬을 따라 전자기 방사선을 전송하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌습니다.

건설

건물 구조의 나노센서는 강도를 모니터링하고 무결성에 대한 위협을 감지합니다. 나노 기술을 사용하여 제작된 물체는 현대 구조물보다 5배 더 오래 지속될 수 있습니다. 주택은 주민들의 요구에 적응하여 여름에는 시원하게 유지하고 겨울에는 따뜻하게 유지합니다.

에너지

우리는 석유와 가스에 대한 의존도를 줄일 것입니다. 현대 태양광 패널의 효율은 약 20%입니다. 나노기술을 이용하면 2~3배 성장할 수 있다. 지붕과 벽에 있는 얇은 나노필름은 집 전체에 에너지를 공급할 수 있습니다(물론 햇빛이 충분할 경우).

기계공학

부피가 큰 모든 장비는 쉽게 제어할 수 있는 장치인 로봇으로 대체될 것입니다. 그들은 원자와 분자 수준에서 어떤 메커니즘이라도 만들 수 있을 것입니다. 기계 생산에는 마찰을 줄이고 부품을 손상으로부터 보호하며 에너지를 절약할 수 있는 새로운 나노 물질이 사용될 것입니다. 이것이 나노기술이 사용될 수 있는(그리고 앞으로 사용될) 모든 영역이 아닙니다. 과학자들은 나노기술의 출현이 21세기 세계를 크게 변화시킬 새로운 과학기술 혁명의 시작이라고 믿습니다. 그러나 나노기술이 실제 실무에 그렇게 빨리 적용되지는 않는다는 점은 주목할 가치가 있습니다. "나노"로 작동하는 장치(주로 전자 제품)는 많지 않습니다. 이는 부분적으로 나노기술의 높은 가격과 나노기술 제품의 수익률이 그다지 높지 않기 때문입니다.

아마도 가까운 미래에는 나노기술의 도움으로 오늘날의 자동화되어 있지만 관리하기 어렵고 번거로운 장비를 성공적으로 대체할 첨단 기술, 모바일, 쉽게 제어할 수 있는 장치가 만들어질 것입니다. 예를 들어, 시간이 지남에 따라 컴퓨터로 제어되는 바이오 로봇은 현재의 부피가 큰 펌핑 스테이션의 기능을 수행할 수 있게 될 것입니다.

• DNA 컴퓨터– DNA 분자의 컴퓨팅 기능을 사용하는 컴퓨팅 시스템. 생체분자 컴퓨팅은 DNA나 RNA와 어떤 방식으로든 관련된 다양한 기술의 총칭입니다. DNA 컴퓨팅에서 데이터는 0과 1의 형태가 아닌 DNA 나선을 기반으로 구축된 분자 구조의 형태로 표현됩니다. 데이터를 읽고, 복사하고, 관리하는 소프트웨어의 역할은 특수한 효소에 의해 수행됩니다.
• 원자력현미경– 캔틸레버 바늘(프로브)과 연구 중인 시료 표면의 상호 작용을 기반으로 하는 고해상도 스캐닝 프로브 현미경입니다. 주사 터널링 현미경(STM)과 달리 액체 층을 통해서도 전도성 표면과 비전도성 표면을 모두 검사할 수 있어 유기 분자(DNA)로 작업할 수 있습니다. 원자력 현미경의 공간 분해능은 캔틸레버의 크기와 팁의 곡률에 따라 달라집니다. 해상도는 수평 방향으로 원자에 도달하고 수직 방향으로는 훨씬 더 높습니다.
• 안테나 발진기– 2005년 2월 9일 보스턴 대학 연구실에서 약 1미크론 크기의 안테나 발진기를 획득했습니다. 이 장치는 50억 개의 원자를 가지고 있으며 1.49기가헤르츠의 주파수로 진동할 수 있어 엄청난 양의 정보를 전송할 수 있습니다.

놀라운 잠재력을 지닌 10가지 나노기술

몇 가지 정식 발명품을 기억해 보십시오. 아마도 누군가는 바퀴, 누군가는 비행기, 누군가는 iPod을 상상했을 것입니다. 완전히 새로운 세대인 나노기술의 발명에 대해 생각해 본 적이 있으신가요? 이 세계는 거의 연구되지 않았지만 우리에게 정말 환상적인 것을 줄 수 있는 놀라운 잠재력을 가지고 있습니다. 놀라운 사실은 과학자들이 훨씬 더 일찍 이 분야에서 연구를 시작했음에도 불구하고 나노기술 분야는 1975년까지 존재하지 않았다는 것입니다.

인간의 육안은 최대 0.1mm 크기의 물체를 인식할 수 있습니다. 오늘 우리는 100,000배 더 작은 10가지 발명품에 대해 이야기하겠습니다.

전기 전도성 액체 금속

전기를 사용하면 갈륨, 이리듐, 주석의 단순한 액체 금속 합금을 만들어 페트리 접시 내부에 복잡한 모양이나 바람의 원을 형성할 수 있습니다. 터미네이터 2에서 볼 수 있었던 유명한 T-1000 시리즈 사이보그가 탄생한 소재일 가능성은 어느 정도 있다고 할 수 있다.

“연질 합금은 움직이는 주변 공간의 변화를 고려하여 필요할 때 스스로 변형할 수 있는 스마트한 형태처럼 행동합니다. 인기 SF 영화에 나오는 사이보그처럼요.”라고 이 프로젝트에 참여한 연구원 중 한 명인 칭화대학교의 Jin Li는 말합니다.

이 금속은 생체모방적입니다. 즉, 그 자체가 생물학적 물질은 아니지만 생화학적 반응을 모방한다는 의미입니다.

이 금속은 방전에 의해 제어될 수 있습니다. 그러나 이 금속 합금의 각 방울의 전면과 후면 사이의 압력 차이로 인해 발생하는 부하 불균형으로 인해 자체적으로 독립적으로 이동할 수 있습니다. 그리고 과학자들은 이 과정이 화학 에너지를 기계 에너지로 변환하는 열쇠가 될 수 있다고 믿고 있지만, 분자 물질이 조만간 사악한 사이보그를 만드는 데 사용되지는 않을 것입니다. 전체 "마법" 과정은 수산화나트륨 용액이나 식염수 용액에서만 일어날 수 있습니다.

나노성형술

요크 대학의 연구원들은 바늘이나 주사기를 사용하지 않고도 필요한 모든 약물을 신체 내부로 전달하도록 설계된 특수 패치를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 크기가 매우 일반적인 패치는 손에 접착되어 일정량의 약물 나노입자(모낭을 관통할 만큼 작음)를 체내로 전달합니다. 나노입자(각각 크기가 20나노미터 미만)는 유해한 세포 자체를 찾아서 죽이고 자연적인 과정의 결과로 다른 세포와 함께 신체에서 제거됩니다.

과학자들은 미래에 이러한 나노패치가 지구상에서 가장 끔찍한 질병 중 하나인 암과의 싸움에 사용될 수 있다고 지적합니다. 이러한 경우 치료의 필수적인 부분인 화학요법과 달리 나노패치는 건강한 세포는 건드리지 않은 채 암세포를 개별적으로 찾아 파괴할 수 있습니다. 나노패치 프로젝트의 이름은 NanJect입니다. 개발은 Atif Syed와 Zakaria Hussain이 수행하고 있습니다. 이들은 2013년 아직 학생이었을 때 자금 조달을 위한 크라우드소싱 캠페인의 일환으로 필요한 후원을 받았습니다.

물용 나노필터

이 필름을 미세한 스테인레스 스틸 메쉬와 함께 사용하면 기름이 제거되어 해당 부분의 물이 깨끗해집니다.

흥미롭게도 과학자들은 자연 그 자체로 나노필름을 만들도록 영감을 받았습니다. 수련으로도 알려진 연꽃 잎은 나노필름과 반대되는 특성을 가지고 있습니다. 즉, 기름 대신 물을 밀어내는 것입니다. 과학자들이 이 놀라운 식물의 놀라운 특성을 관찰한 것은 이번이 처음이 아닙니다. 예를 들어, 이로 인해 2003년에 초소수성 물질이 탄생했습니다. 나노필름의 경우, 연구자들은 수련의 표면을 모방한 물질을 만들고 특수 세척제 분자를 풍부하게 하려고 노력하고 있습니다. 코팅 자체는 사람의 눈에 보이지 않습니다. 생산 비용은 평방피트당 약 1달러로 저렴합니다.

잠수함용 공기청정기

승무원 자신을 제외하고는 어떤 종류의 항공 잠수함 승무원이 숨을 쉬어야하는지에 대해 누구도 생각하지 않았을 것입니다. 한편, 한 번의 항해 동안 동일한 공기가 잠수함의 경비병을 수백 번 통과해야 하기 때문에 이산화탄소로부터 공기를 정화하는 작업은 즉시 수행되어야 합니다. 이산화탄소로부터 공기를 정화하기 위해 매우 불쾌한 냄새가 나는 아민이 사용됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 SAMMS(Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports의 약어)라는 정제 기술이 개발되었습니다. 그녀는 세라믹 과립 내부에 배치된 특수 나노입자의 사용을 제안합니다. 이 물질은 다공성 구조를 가지고 있어 과도한 이산화탄소를 흡수합니다. 다양한 유형의 SAMMS 정화는 공기, 물, 토양의 다양한 분자와 상호 작용하지만 이러한 모든 정화 옵션은 매우 효과적입니다. 다공성 세라믹 알갱이 1테이블스푼이면 축구장 1개 크기의 면적을 청소할 수 있습니다.

나노전도체

미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University)의 연구원들이 나노 규모로 전기 전도체를 생성하는 방법을 알아냈습니다. 이 전도체는 다양한 반대 방향으로 전류를 전달하도록 구성할 수 있는 단단하고 내구성이 있는 나노입자입니다. 이번 연구는 각각의 나노입자가 "정류기, 스위치 및 다이오드"의 작동을 모방할 수 있음을 보여줍니다. 각 5나노미터 두께의 입자는 양전하를 띤 화학 물질로 코팅되어 있으며 음전하를 띤 원자로 둘러싸여 있습니다. 전기 방전을 적용하면 나노입자 주변의 음전하 원자가 재구성됩니다.

과학자들이 보고한 것처럼 이 기술의 잠재력은 전례가 없습니다. 이를 바탕으로 “특정 컴퓨터 컴퓨팅 작업에 맞게 독립적으로 변경 가능한” 자료를 만드는 것이 가능합니다. 이 나노물질의 사용은 실제로 미래의 전자공학을 “재프로그램”하게 될 것입니다. 하드웨어 업그레이드는 소프트웨어 업그레이드만큼 쉬워질 ​​것입니다.

나노테크 충전기

이 제품이 만들어지면 더 이상 유선 충전기를 사용할 필요가 없습니다. 새로운 나노기술은 스펀지처럼 작동하지만 액체를 흡수하지는 않습니다. 주변 환경으로부터 운동 에너지를 빨아들여 스마트폰으로 직접 전달합니다. 이 기술은 기계적 응력 하에서 전기를 생성하는 압전 재료의 사용을 기반으로 합니다. 이 소재에는 유연한 스펀지로 변하는 나노 크기의 기공이 부여됩니다.

이 장치의 공식 명칭은 "나노발전기(nanogenerator)"이다. 이러한 나노발전기는 언젠가는 지구상의 모든 스마트폰의 일부가 될 수도 있고, 모든 자동차의 대시보드의 일부가 될 수도 있으며, 아마도 모든 의류 주머니의 일부가 될 수도 있습니다. 장치는 그 안에서 직접 충전될 것입니다. 또한, 이 기술은 산업 장비와 같이 더 큰 규모로 사용될 가능성이 있습니다. 적어도 이 놀라운 나노스폰지를 만든 위스콘신-매디슨 대학의 연구자들은 그렇게 생각합니다.

인공망막

이스라엘 기업 나노 레티나(Nano Retina)는 눈의 뉴런에 직접 연결해 신경 모델링 결과를 뇌로 전송해 망막을 대체하고 사람의 시력을 회복시키는 인터페이스를 개발하고 있다.

눈먼 닭에 대한 실험은 프로젝트 성공에 대한 희망을 보여주었습니다. 나노필름은 닭이 빛을 볼 수 있게 해주었다. 사실, 사람들의 시력을 회복하기 위한 인공 망막 개발의 마지막 단계는 아직 멀었지만 이 방향으로의 진전은 기뻐할 수밖에 없습니다. Nano Retina는 이러한 개발에 참여하는 유일한 회사는 아니지만 현재 가장 유망하고 효과적이며 적응력이 있는 것으로 보이는 것은 그들의 기술입니다. 마지막 포인트는 누군가의 눈에 녹아드는 제품이기 때문에 가장 중요합니다. 비슷한 개발 결과에 따르면 고체 재료는 이러한 목적에 적합하지 않습니다.

이 기술은 나노기술 수준에서 개발되기 때문에 금속과 와이어의 사용을 없애고 시뮬레이션된 이미지의 낮은 해상도도 방지합니다.

빛나는 옷

상하이 과학자들이 의류 생산에 사용할 수 있는 반사 실을 개발했습니다. 각 실의 기본은 특수 나노입자, 전기발광 폴리머 층, 투명 나노튜브 보호 쉘로 코팅된 매우 얇은 스테인리스 스틸 와이어입니다. 그 결과 자체 전기화학적 에너지의 영향으로 빛을 발할 수 있는 매우 가볍고 유연한 실이 탄생했습니다. 동시에 기존 LED에 비해 훨씬 낮은 전력으로 작동합니다.

이 기술의 단점은 스레드의 "가벼운 예비"가 여전히 몇 시간 동안만 충분하다는 것입니다. 그러나 재료 개발자는 제품의 "리소스"를 최소 1000배 이상 늘릴 수 있다고 낙관적으로 믿습니다. 성공하더라도 또 다른 단점에 대한 해결책은 여전히 ​​의문입니다. 이러한 나노실을 기반으로 한 옷을 세탁하는 것은 거의 불가능할 것입니다.

내부 장기 복원용 나노바늘

위에서 언급한 나노플라스터는 바늘을 대체하도록 특별히 설계되었습니다. 바늘 자체의 크기가 몇 나노미터에 불과하다면 어떻게 될까요? 그렇다면 수술에 대한 우리의 이해를 바꾸거나 적어도 크게 향상시킬 수 있습니다.

최근에 과학자들은 생쥐를 대상으로 성공적인 실험실 테스트를 수행했습니다. 연구원들은 작은 바늘을 사용하여 설치류의 몸에 핵산을 주입하여 장기와 신경 세포의 재생을 촉진함으로써 손실된 성능을 회복할 수 있었습니다. 바늘이 기능을 수행하면 체내에 남아 있다가 며칠 후에 완전히 분해됩니다. 동시에 과학자들은 이러한 특수 나노바늘을 사용하여 설치류의 등 근육 혈관을 복원하는 수술 중에 어떠한 부작용도 발견하지 못했습니다.

인간의 사례를 고려한다면, 그러한 나노바늘은 예를 들어 장기 이식과 같이 인체에 필요한 약물을 전달하는 데 사용될 수 있습니다. 특수 물질은 이식된 장기 주위의 주변 조직을 준비하여 빠른 회복을 보장하고 거부 가능성을 제거합니다.

3D 화학 프린팅

일리노이 대학의 화학자 마틴 버크(Martin Burke)는 화학계의 윌리 웡카(Willy Wonka)입니다. 다양한 목적으로 "건축 자재" 분자 모음을 사용하여 그는 모든 종류의 "놀랍고 동시에 자연적인 특성"을 부여받은 수많은 화학 물질을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 그러한 물질 중 하나는 매우 희귀한 페루 꽃에서만 발견되는 라타닌입니다.

물질 합성의 잠재력은 너무나 커서 의학, LED 다이오드, 태양 전지 셀 및 지구상 최고의 화학자라도 합성하는 데 수년이 걸리는 화학 원소의 생성에 사용되는 분자를 생산하는 것이 가능해집니다.

현재 프로토타입 3D 케미컬 프린터의 기능은 여전히 ​​제한적입니다. 그는 단지 새로운 약을 만들 수 있을 뿐입니다. 그러나 Burke는 언젠가 훨씬 더 뛰어난 기능을 갖춘 놀라운 장치의 소비자 버전을 만들 수 있기를 바라고 있습니다. 미래에는 그러한 프린터가 일종의 가정 약사 역할을 할 가능성이 높습니다.

나노기술이 인간의 건강이나 환경에 위협을 가하는가?

나노입자의 부정적인 영향에 대한 정보는 많지 않습니다. 2003년 한 연구에서는 탄소 나노튜브가 생쥐와 쥐의 폐를 손상시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 2004년 연구에 따르면 풀러렌이 축적되어 물고기의 뇌 손상을 일으킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러나 두 연구 모두 비정상적인 조건에서 다량의 물질을 사용했습니다. 전문가 중 한 명인 화학자 Kristen Kulinowski(미국)에 따르면, "현재 인간 건강에 대한 위협에 대한 정보가 없음에도 불구하고 이러한 나노입자에 대한 노출을 제한하는 것이 바람직할 것입니다."

일부 평론가들은 또한 나노기술의 광범위한 사용이 사회적, 윤리적 위험을 초래할 수 있다고 제안했습니다. 예를 들어, 나노기술의 사용이 새로운 산업 혁명을 촉발한다면 이는 일자리 손실로 이어질 것입니다. 더욱이 나노기술은 인간의 개념을 바꿀 수 있습니다. 나노기술을 사용하면 생명을 연장하고 신체의 탄력성을 크게 높일 수 있기 때문입니다. Kristen Kulinowski는 “휴대폰과 인터넷의 광범위한 채택이 사회에 엄청난 변화를 가져왔다는 사실을 누구도 부인할 수 없습니다.”라고 말합니다. “나노기술이 앞으로 사회에 더 큰 영향을 미치지 않을 것이라고 누가 감히 말할 수 있겠습니까?”

나노기술을 개발하고 생산하는 국가 중 러시아의 위치

나노기술에 대한 총 투자 측면에서 세계 선두 국가는 EU 국가, 일본 및 미국입니다. 최근 러시아, 중국, 브라질, 인도에서는 이 산업에 대한 투자를 크게 늘렸습니다. 러시아에서는 "2008~2010년 러시아 연방의 나노산업 인프라 개발" 프로그램에 따른 자금 지원 금액이 277억 루블에 달할 것입니다.

나노기술 전망 보고서(Nanotechnology Outlook Report)라고 불리는 런던 소재 연구 회사인 Cientifica의 최신 보고서(2008년)는 러시아 투자를 다음과 같이 설명합니다. “EU가 여전히 투자 측면에서 1위를 차지하고 있지만 중국과 러시아는 이미 미국을 추월했습니다. ”

나노기술 분야에는 러시아 과학자들이 세계 최초가 되어 새로운 과학 트렌드 개발의 토대를 마련한 결과를 얻은 분야가 있습니다.

그 중에는 초분산 나노물질의 생산, 단일 전자 장치의 설계, 원자력 및 주사 탐침 현미경 분야의 연구 등이 있습니다. XII 상트페테르부르크 경제 포럼(2008)의 틀 내에서 개최된 특별 전시회에서만 80개의 특정 개발 사항이 한 번에 발표되었습니다. 러시아는 이미 시장에서 수요가 있는 나노막, 나노분말, 나노튜브 등 다양한 나노제품을 생산하고 있습니다. 그러나 전문가들에 따르면, 나노기술 개발의 상용화에 있어서 러시아는 미국 및 기타 선진국에 비해 10년 정도 뒤쳐져 있습니다.

예술 속의 나노기술

미국 예술가 Natasha Vita-Mor의 여러 작품은 나노기술을 주제로 다루고 있습니다.

현대 미술에서는 "나노아트"(나노아트)라는 새로운 방향이 나타났습니다. 이는 예술가의 마이크로 및 나노 크기(각각 10 −6 및 10 −9 m)의 조각품(구성) 창작과 관련된 예술 유형입니다. 재료 가공의 화학적 또는 물리적 공정의 영향을 받아 전자 현미경을 사용하여 생성된 나노 이미지를 촬영하고 그래픽 편집기에서 흑백 사진을 처리합니다.

러시아 작가 N. Leskov "Lefty"(1881)의 유명한 작품에는 흥미로운 단편이 있습니다. "만약 500만 배율을 확대하는 더 나은 현미경이 있다면 당신은 통치할 것입니다." 그는 "각 말굽에는 그 말굽을 만든 러시아 장인이 누구인지 장인의 이름이 표시되어 있는지 확인하기 위해"라고 말합니다. 나노기술의 주요 도구로 여겨지는 현대 전자현미경과 원자력현미경은 5,000,000배의 배율을 제공합니다. 따라서 문학 영웅 Lefty는 역사상 최초의 "나노 기술자"로 간주 될 수 있습니다.

1959년 파인만이 나노 조작기를 만들고 사용하는 방법에 대해 강의한 "거기에는 공간이 많이 있습니다"에서 제시한 아이디어는 1931년에 출판된 유명한 소련 작가 보리스 지트코프의 공상 과학 소설 "미크로루키"와 텍스트상 거의 일치합니다. 통제되지 않은 나노기술 개발의 부정적인 결과는 M. Crichton(“The Swarm”), S. Lem(“On-Site Inspection” 및 “Peace on Earth”), S. Lukyanenko(“Nothing to Earth”)의 작품에 설명되어 있습니다. 나누다").

니키티나의 소설 '트랜스맨'의 주인공은 나노기술 기업의 대표이자 의료용 나노로봇의 효과를 최초로 경험한 인물이다.

공상 과학 시리즈 Stargate SG-1과 Stargate Atlantis에서 가장 기술적으로 진보된 종족 중 일부는 나노기술의 다양한 응용을 사용하고 설명하는 실패한 실험의 결과로 발생한 두 종족의 "복제자"입니다. 키아누 리브스(Keanu Reeves)가 출연한 지구가 멈추는 날(The Day the Earth Stood Still)에서 외계 문명은 인류에게 죽음을 선고하고 자기 복제 나노복제 벌레의 도움으로 지구상의 모든 것을 거의 파괴할 뻔했습니다.

최근에는 '나노기술'이라는 말을 자주 듣게 됩니다. 과학자에게 나노기술이 무엇인지, 왜 나노기술이 필요한지 묻는다면 대답은 짧을 것입니다. “나노기술은 물질의 일반적인 특성을 변화시킵니다. 그들은 세상을 변화시키고 더 나은 곳으로 만듭니다.”

과학자들은 나노기술이 산업, 에너지, 우주 탐사, 의학 등 다양한 활동 분야에 응용될 것이라고 주장합니다. 예를 들어, 인체의 모든 세포에 침투할 수 있는 작은 나노로봇은 특정 질병을 신속하게 치료하고 가장 숙련된 외과의사도 할 수 없는 수술을 수행할 수 있습니다.

나노기술 덕분에 '스마트 홈'이 등장할 것이다. 그들에게서 사람은 지루한 집안일을 실제로 처리할 필요가 없습니다. '스마트 사물'과 '스마트 더스트'가 이러한 책임을 맡게 될 것입니다. 사람들은 더러워지지 않는 옷을 입을 것이고, 게다가 주인에게 예를 들어 점심을 먹거나 샤워를 할 시간이라고 말할 것입니다.

나노기술을 사용하면 손수건처럼 접어서 주머니에 넣을 수 있는 컴퓨터 장비와 휴대폰을 개발할 수 있습니다.

간단히 말해서, 나노기술자들은 실제로 인간의 삶을 크게 변화시키려는 의도를 가지고 있습니다.

나노기술이란 무엇인가

나노기술이란 무엇입니까? 그리고 그것들을 통해 사물의 속성을 정확히 어떻게 변경할 수 있습니까?

"나노기술"이라는 단어는 "나노"와 "기술"이라는 두 단어로 구성됩니다.

"나노"는 미터와 같은 10억분의 1을 의미하는 그리스어입니다. 원자 하나의 크기는 1나노미터보다 약간 작습니다. 그리고 일반 완두콩이 지구본보다 작은 것처럼 1나노미터는 1미터보다 훨씬 작습니다. 사람의 키가 1나노미터라면 종이 한 장의 두께는 사람에게 모스크바에서 툴라 시까지의 거리와 같게 보일 것이며 이는 무려 170km에 달합니다!

"기술"이라는 단어는 사람이 필요로 하는 것을 이용 가능한 재료로부터 창조하는 것을 의미합니다.

그리고 나노기술은 특수 장치를 사용하여 원자와 원자 그룹(나노입자라고 함)에서 사람이 필요로 하는 것을 만들어내는 것입니다.

나노입자를 얻는 방법에는 두 가지가 있습니다.

첫 번째로 간단한 방법은 "하향식"입니다. 출발 물질은 입자가 나노 크기가 될 때까지 다양한 방법으로 분쇄됩니다.

두 번째는 '바닥부터 위로' 개별 원자를 결합해 나노입자를 만드는 것이다. 이것은 더 복잡한 방법이지만 과학자들은 이것이 나노기술의 미래라고 보고 있습니다.

나노입자를 얻는 첫 번째 방법은 입자가 나노크기가 될 때까지 재료를 분쇄하는 것입니다. 나노입자를 얻는 두 번째 방법은 다양한 방법으로 원자를 나노입자로 결합하는 것이다.

이 방법을 사용하여 나노입자를 얻는 것은 건설 키트를 사용하여 작업하는 것을 연상시킵니다. 원자와 분자만이 부품으로 사용되며, 이를 통해 과학자들은 새로운 나노물질과 나노장치를 만듭니다.