Ім'я файлу: 1111 Сучасні нанотехнології – копія.docx
Розширення: docx
Розмір: 605кб.
Дата: 11.10.2023
скачати
Розширення: docx
Розмір: 605кб.
Дата: 11.10.2023
скачати
Сучасні нанотехнології дозволили виявити наночастинки у виробах, створених п`ятсот років тому. Виявляється, середньовічні майстри, які виготовляли посуд і вітражі, додавали до складу кольорового скла наночастинки срібла або золота, що забезпечувало дивовижну гру світла і, крім того, надавало виробам бактерицидні властивості. Однак те, як старовинним умільцям вдавалося отримувати ці дрібні частки, до сих пір загадка.
Сучасні нанонауки – це дослідження явищ і об`єктів на атомарному, молекулярному і макромолекулярному рівнях, а нанотехнології націлені на створення і застосування таких малесеньких структур, приладів і систем, розмір яких визначається на нанометровому рівні і відкриває шлях нових наукових напрямків. Наприклад, завдяки наноінструментам вдалося доторкнутися до пульсуючої живої клітини і вловити її вібрації, почути, як вона «співає». Хіміки зафіксували відмінності у звучанні здорових і уражених клітин, і тепер аналізом цього звучання займається особлива область біології – соноцітологія (від лат. «звук» і «клітка»).
Нанотехнології на сьогоднішній день можуть дуже багато. Вони лікують, як, наприклад, онконанотехнології, котрі спрямовані на створення спеціальних «наноліків». Крім того, такі наночастинки можуть слугувати сигналізаторами, котрі помічають навіть одну хвору клітину в організмі людини. А це, як відомо, створить можливість швидко її позбутися та повністю вилікувати організм. На тлі пандемії, це дуже актуально, адже боротися схожими методами можна і з COVID-19.
Розвиваються нанотехнології в різних сферах, навіть буденних. Уявіть одяг, який може міняти колір чи навіть фасон. Здається фантастикою? А тепер додайте більше чудес, наприклад, можливість вмикати підігрів чи охолодження, контролювати вологість та температуру шкіри та сигналізувати навіть про хворобу людини, яка його носить. І це все дійсно можливо завдяки розвитку нанотехнологій, це не казкові розповіді.
Це все розробляється, багато – вже зроблене, інше – з’явиться завтра. Нанотехнології – надзвичайно актуальна тема, яка має безмежні можливості до втілення фантастичних речей.
Що можуть нанотехнології?
Нанотехнології допоможуть створити нове покоління ліків. Завдяки їм з’являться нові методи лікування. Багато невиліковних хвороби будуть переможені
На основі нанотехнологій будуть створені нові зразки озброєнь, нові системи захисту, що в результаті поліпшить обороноздатність країни
Завдяки розвитку нанотехнологій відбудеться революція в комп’ютерних технологіях
Нанотехнології дозволять вирішити енергетичні проблеми, їх впровадження дозволить більш ефективно використовувати традиційні і відкриє шлях до нових джерел енергії.
Нанотехнології забезпечують високий потенціал економічного росту, від якого залежить якість життя населення, технологічна та оборонна безпека, ресурсо- та енергозбереження. Зараз майже в усіх розвинутих країнах діють національні програми в області нанотехнології. Вони мають довготривалий характер, а їх фінансування здійснюється за рахунок коштів, що виділяються як з державних джерел, так і з інших фондів.
Що таке нанотехнології?
Нанотехнології – це область прикладної та фундаментальної науки, яка пов’язана з сукупністю теоретичного обґрунтування, практичних методів дослідження, аналізу, синтезу, методів виробництва, застосування продуктів із заданою атомною структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами та молекулами.
В перекладі з грецької «нано» означає карлик. 1 нанометр (1 нм) – одна мільярдна частина метра. Розміри об’єктів, з якими мають справу нанотехнології лежать в діапазоні від 0,1 до 100 нм. Більшість атомів мають діаметр від 0,1-0,2 нм, а товщина ниток ДНК дорівнює приблизно 2 нм. Для прикладу можна порівняти нанометр з людським пальцем: 1 нм в стільки ж разів менший одного метра, як товщина пальця менша від діаметру планети Земля.
Вчені та технологи давно прагнули вивчити світ маленьких розмірів, особливо ті з них, які розробляють нові електронні прилади та пристрої.
Впровадження в світ нанорозмірів, за яким йшли виробники мікросхем досі, можна назвати дорогою «зверху вниз». Вони використовують технології, добре себе зарекомендували в макросвіті, і лише намагаються міняти масштаб. Але є й інший шлях – «від низу до верху». А що, якщо змусити самі атоми і молекули самоорганізовуватися в впорядковані групи і структури розміром в декілька нанометрів?
Прикладами самоорганізації молекул, що утворюють наноструктури, є вуглецеві нанотрубки, квантові точки і Дендримери, більш докладно про які буде сказано нижче.
Першими пристроями, за допомогою яких стало можливим спостерігати за нанооб’єктів і пересувати їх, стали скануючі зондові мікроскопи – атомно-силовий мікроскоп (АСМ) і тунельний мікроскоп. Створення атомно-силового мікроскопа дало можливість, нарешті, «помацати і побачити» нанооб’єктів
НАНОТЕХНОЛОГІЇ СЬОГОДНІ ТА ЗАВТРА
З розвитком технологій людство все більше і більше прагне до автоматизації і оптимізації всього навколо себе. Багато в чому оптимізація зачіпає форму, матеріал і розміри оптимізованих об'єктів. Комп'ютери стають все компактніше, екрани все тонше, а деякі пристрої навіть неможливо розгледіти неозброєним оком.
Відповідно, чим менше сам пристрій, тим менше і його складові. І вже тут ми торкаємося області, яку ми сміливо можемо назвати областю нанотехнологій. Існує безліч описів даного терміну. Одним з таких описів є: використання і маніпулювання процесами і матеріалами об'єктів в нанометровому масштабі.
Перша згадка схожих з описом процесів часто привласнюють Річарду Фейнману на виступі в технічній інституті в 1959 році. Він описував свою ідею, як створення безлічі нанороботів розміром з атоми, з допомогою яких стануть можливими як багато звичних і затребуваних нами маніпуляцій, так і абсолютно нові екзотичні і раніше неймовірні.
Сам термін «нанотехнологія» вперше було виголошено японським фізиком Норіо Танігуіті в 1974 році, описуючи цим терміном процес створення об'єктів розміром в кілька нанометрів.
Починаючи з 2000-х років нанотехнології вже щільно вкоренилися в умах багатьох вчених, змусивши їх усвідомити, що маніпуляції з наночастинками не тільки можливі, але і, можливо, є ключем до колосального прориву, новому щаблі нашого розвитку. Нанотехнології навіть пророкували стати рішенням і панацеєю для всіх існуючих проблем і завдань людства.
Уряди розвинених країн просто не могли проігнорувати подібні заяви і з цього моменту починали надавати кошти на розвиток даної галузі науки і техніки, а також на підготовку майбутніх фахівців у вищих навчальних закладах.
На даний момент нанотехнології настільки поширені в нашому житті, що іноді ми навіть і уявити не можемо, де нам зустрічаються їх сліди. Звичайно, найяскравішим і популярним прикладом використання наночасток і нанотехнологій є смартфони, планшети і різні кишенькові комп'ютери. Куди менш відомі приклади, але не менш вражаючі: фарба, здатна змінювати свій колір, зубна паста з ефектом відновлення зубної емалі, лейкопластир з найтоншим срібним покриттям для кращого і швидшого загоєння ран і багато інших.
Використання нанотехнологій настільки перспективно, що їх дослідження не припиняється ані на день. А в процесі проектування нових ідей та інновацій вже давно задіяні найкращі фахівці в цій галузі.
З найостанніших відкриттів в наносфері можна назвати створення крихітного пристрою для передачі голографічного зображення (якому вже пророкують використання в рекламній індустрії, а також як доповнення в інтернет-комунікаціях), створення наноплівки для використання в гнучких сонячних батареях і в якості провідника електрики, створення нанороботів, здатних переміщуватися в рідині і в перспективі стати новим витком в наномедицині, створення нанороботів, здатних самостійно лагодити пошкодження в своїх електроланцюгах.
Список можливостей, що надаються людству нанотехнологіями, можна називати нескінченно. Головне, ми усвідомили, що рухаючись в цьому напрямку, ми зможемо досягти неймовірних висот і результатів.
І для того, щоб наблизиться до розуміння роботи такої дивної галузі, не обов'язково вирушати на край світу в найвідоміші в світі університети. Основу розуміння і роботи з мікро- і наноелектронікою можна отримати і зовсім поруч, в Харківському національному університеті радіоелектроніки. Тоді світ, можливо, отримає ще кількох відомих учених, а ми ще на крок наблизимося до світлого майбутнього.
Внесок українських вчених у розвиток нанотехнологій
В наш час нанотехнології у медицині давно вже стали вимогою сьогодення, а не випадковим явищем. Світ розвивається і підходи до лікування теж. В медицині, фармації, новітні технології постійно залучають величезні кошти, які й рухають науку вперед. Нові ліки створюють з наноматеріалів, які більш ефективно і з меншою шкодою можуть впливати на організм. При цьому функції вони виконують різні, це й активні фармацевтичні інгредієнти, допоміжні речовини, розробка оболонок.
Звичайно, поки технології сьогодення не активно працюють з ліками, а більш залучені в косметології. Косметичні продукти дуже активно розвиває ряд компаній, які вкладають великі кошти в розробки наноматералів та наноскладників. Їх дослідження та реєстрація є спрощеною, тому розвиток в даній сфері більш насичений. Різноманітні нанопористі структури, нанокристали, нанокластери, колоїди і т. д. з неорганічними та органічними сполуками потрохи входять на ринок косметичних засобів. Наприклад, усі ми знаємо про цілющі властивості срібла. Але на нанорівні можна формувати різноманітні сполуки з молекул срібла, які в залежності від технологій можуть мати кардинально різні властивості. Звичайно, це все потребує ретельного дослідження, але с кожним роком стає все більш і більш косметичних продуктів, які уже втілили деякі інноваційні методи.
Тобто світ потребує цього, усі вчені «за» нові технології. Але завжди можна знайти і негативні сторони, скрізь є ті, хто «проти» чогось нового. Але що поганого в нанотехнологіях? В першу чергу тут варто сказати про час, котрий потрібен для їх розуміння. Більшість розробок потребують детального тестування. Особливо, коли говорити про фармацевтику, нові наноматеріали для ліків ще достатньо не вивчені, все потребує ресурсів та часу для вивчення та втілення в життя.
Для розвитку нанодисциплін потрібно залучати більше спеціалістів, які зараз навчаються і стають професіоналами. Фундаментальні знання з медицини, хімії, біології, фізики – першочергові кроки до становлення спеціаліста. І саме це зараз відбувається. Нові нанотехнології, нові професіонали і нові дослідження. Це все разом завтра допоможе створити ідеальний крем проти старіння та таблетку від раку.
Історія створення наноматеріалів
Всі ми знаємо, що приставка «нано-» означає «карлик», а точніше – 10-9, тобто мільйонна частка міліметра. Тому стає зрозумілим, що для створення таких маленьких об’єктів потрібно їх бачити. І історія розпочинається саме з інструменту, котрий дозволив це робити – з електронного мікроскопу. Це сталося в 1931 році. Творцями даного приладу стали німецькі інженери Эрнст Руска та Макс Кнол, за що навіть було присвоєно Нобелівську премію по фізиці, правда дуже згодом, у 1986 року. А до цього було ще багато вдосконалень, перед практичним застосуванням. І врешті, родився сам термін «нанотехнології», котрий ввів японський фізик Норіо Танігучі у 1974 р. Хоча навіть в той час все було на базі вивчення. З досягнень можна згадати розміщену сторінку книги на шпильці голки у 1964 році. Але маніпулювати на атомарному рівні та створювати наноматеріали ще не навчилися – не було можливості, відповідних інструментів.
І ось, в 1981 році було створено тунельний мікроскоп іншими німецькими, фізиками Гердом Біннігом та Генріхом Рорером. Ці винахідники теж отримали ту ж саму Нобелівську премію, що й Эрнст Руска, за не менш важливий вклад в нанотехнології. І далі розпочався розвиток та створення перших наноматеріалів. Спочатку відкрито фулерени (модифікований карбон), далі ефект гігантського магнітоопору, що дозволило отримати перші наноплівки та нанодроти. У 1998 році голландським фізиком Сізом Деккером створено перший транзистор на основі нанотрубок із ДНК. Почався розвиток біонанотехнологій. У 2004 році відкрито фантастичний наноматеріал графен (алотропна форма карбону). Звичайно за усі перераховані відкриття винахідники отримували знову ж таких Нобелівські премії, що ще раз підтверджує величезне значення даних досліджень. Адже тепер цивілізація розвивається саме в наносвіті, за цим майбутнє. Фантастичні технології з фільмів постійно втілюються у життя. Комп’ютери зменшуються, обчислювальні потужності зростають, і це все нанотехнології.