Зміст.
Введення.
Розділ I. Історія розвитку нанотехнології.
Розділ II. Основні досягнення нанотехнології.
1.1. Скануюча зондовая мікроскопія (СЗМ).
1.2. Наночастки.
1.3. Новітні досягнення.
Розділ III. Перспективи розвитку і проблеми.
2.
2.1. Фінансування даної галузі.
2.2. Медицина і біологія.
2.3. Промисловість і сільське господарство. Екологія.
2.4. Освоєння космосу. Інформаційні та військові технології
Висновок.
Бібліографія.

Введення.

Parvo est natura contenta.
Мале є зміст природи.
Cicero (106-43 до н.е.)
Людство у всі часи прагнуло поліпшити умови свого існування. Для цього в первісному суспільстві люди використовували різні знаряддя праці, трохи пізніше вони приручили диких тварин, які стали приносити користь людському співтовариству. Йшли роки, змінювався світ, мінялися люди і їхні потреби. Тепер більшість з нас уже не може уявити собі життя без сучасних благ цивілізації, досягнень науки, техніки, медицини. Наступним кроком у цьому розвитку стане освоєння нанотехнологій, зокрема, систем дуже малого розміру, здатних виконувати команди людей.
Технічний прогрес спрямований у бік розробки більш потужних, швидких, компактних і витончених машин. Межею такого розвитку можна вважати машини, розміром з молекулу. Машина, побудована з ковалентно пов'язаних атомів, надзвичайно міцна, швидка й мала. Розробкою, створенням та управлінням такими машинами займається молекулярна нанотехнологія. Ця галузь відкриває небачені раніше, фантастичні перспективи взаємодії людини зі світом.
Мною було проведено узагальнюючий аналіз статей, виступів, теоретичного матеріалу в області нанотехнологій. Дана тема роботи зацікавила мене своїми перспективами, що відкриваються для людства здатністю вивести життя людей на абсолютно новий рівень.
Мета мого теоретичного дослідження полягає в розкритті особливості фізичних процесів в області нанотехнологій, їх впливу на людей та застосування у недалекому майбутньому.
Нанотехнології - сукупність процесів, що дозволяють створювати матеріали, пристрої і технічні системи, функціонування яких визначається наноструктурою, тобто її впорядкованими фрагментами розміром від 1 до 100 нм (10-9м; атоми, молекули) (рис. 1). Грецьке слово "нанос" приблизно означає "гном". При зменшенні розміру частинок до 100-10 nm і менш, властивості матеріалів (механічні, каталітичні і т.д.) істотно змінюються.
Термін нанонаук використовується в даний час для позначення досліджень явищ на атомному та молекулярному рівні і наукового обгрунтування процесів нанотехнології, кінцевою метою якої є отримання нанопродуктів. Нанонауки, таким чином, може розглядатися як початкова стадія нанотехнології, коли до продукції ще досить далеко [3].
На відміну від традиційних технологій нанотехнології характеризуються підвищеною наукоємністю та затратністю, а також міждисциплінарні та неефективністю рішення задач методом "проб і помилок".

Розділ I. Історія розвитку нанотехнології.

1905 рік. Швейцарський фізик Альберт Ейнштейн опублікував роботу, в якій доводив, що розмір молекули цукру становить приблизно 1 нанометр.
1931 рік. Німецькі фізики Макс Кнолл і Ернст Руска створили електронний мікроскоп, що вперше дозволив досліджувати нанооб'єктів.
1959 рік. Американський фізик Ричард Фейнман вперше прочитав лекцію на річних зборах Американського фізичного товариства, яка називалася «Годі іграшок на підлозі кімнати». Він звернув увагу на проблеми мініатюризації, що в той час була актуальною і у фізичній електроніці, і в машинобудуванні, і в інформатиці. Ця робота вважається деякими основоположною в нанотехнології, але деякі пункти цієї лекції суперечать фізичним законам.
1968 рік. Альфред Чо і Джон Артур, співробітники наукового підрозділу американської компанії Bell, розробили теоретичні основи нанотехнології при обробці поверхонь.
1974 рік. Японський фізик Норіо Танігучі на міжнародній конференції з промислового виробництва в Токіо ввів у науковий обіг слово "нанотехнології". Танігучі використовував це слово для опису надтонкої обробки матеріалів з нанометровою точністю, запропонував називати ним механізми, розміром менше одного мікрона. При цьому були розглянуті не тільки механічна, але й ультразвукова обробка, а також пучки різного роду (електронні, іонні і т.п.).
1982 рік. Німецькі фізики Герд Бінніг і Генріх Рорер створили спеціальний мікроскоп для вивчення об'єктів наносвіту. Йому дали позначення СЗМ (Скануючий зондовий мікроскоп). Це відкриття мало величезне значення для розвитку нанотехнологій, так як це був перший мікроскоп, здатний показувати окремі атоми (СЗМ).
1985 рік. Американський фізики Роберт Керл, Херольд Крото і Річард Смейлі створили технологію, що дозволяє точно вимірювати предмети, діаметром в один нанометр.
1986 рік. Нанотехнологія стала відома широкому загалу. Американський футуролог Ерк Дрекслер, піонер молекулярної нанотехнології, опублікував книгу «Двигуни творення», в якій передбачав, що нанотехнологія незабаром почне активно розвиватися, постулював можливість використовувати нанорозмірні молекули для синтезу великих молекул, але при цьому глибоко відбив усі технічні проблеми, що стоять зараз перед нанотехнологией. Читання цієї роботи необхідно для ясного розуміння того, що можуть робити наномашини, як вони будуть працювати і як їх побудувати. [1]
1989 рік. Дональд Ейглер, співробітник компанії IBM, виклав назву своєї фірми атомами ксенону.
1998 рік. Голландський фізик СЕЕЗ Деккер створив транзистор на основі нанотехнологій.
1999 рік. Американські фізики Джеймс Тур і Марко Рід визначили, що окрема молекула здатна поводитися так само, як молекулярні ланцюжки.
2000 рік. Адміністрація США підтримала створення Національної Ініціативи в Області Нанотехнології. Нанотехнологічні дослідження отримали державне фінансування. Тоді з федерального бюджету було виділено $ 500 млн.
2001 рік. Марк Ратнер вважає, що нанотехнології стали частиною життя людства саме в 2001 році. Тоді відбулися дві знакові події: впливовий науковий журнал Science назвав нанотехнології - "проривом року", а впливовий бізнес-журнал Forbes - "новою багатообіцяючою ідеєю". Нині по відношенню до нанотехнологій періодично вживають вираз "нова промислова революція" [1].
У Томському державному університеті Росії розроблені склади і технологія одержання нових тонкоплівкових наноструктурних матеріалів на основі подвійних оксидів цирконію і германію, що мають високу хімічну, термічну стійкість і володіють хорошою адгезією до різних подложкам (кремнію, скла, поликор та ін.) Товщина плівок становить від 60 до 90 нм, розміри включень - 20-50 нм. Отримані там матеріали можуть бути використані як покриття:
· Скла (сонцезахисні - добре пропускає видиме світло і відображає до 45-60% теплове випромінювання, теплозахисні - відображає до 40% сонячної радіації, селективно пропускають);
· Ламп (збільшення світлової віддачі на 20-30%);
· Інструментів (захисно-зміцнюючі - збільшення терміну служби виробів). [5]
Ведуться роботи і в Харківському національному університеті імені В. Н. Каразіна. Напрями досліджень: поверхневі явища, фазові перетворення і структура конденсованих плівок. Дослідження проводяться над плівками металів і сплавів (1.5 - 100 нм), одержувані методом конденсації у вакуумі на різних підкладках шляхом електронної мікроскопії (СЗМ), електронографії, а також методів, розроблених в групі (Гладких М.Т., Кришталь А.П. , Богатиренко С.І.) [4].

Розділ II. Основні досягнення нанотехнології.

 

2.1. Скануюча зондовая мікроскопія (СЗМ).

 

Для того щоб побачити атом, існує, як вважається, громіздкий і дорогий електронний мікроскоп. Однак, незважаючи на відому приказку, не завжди краще один раз побачити, ніж сто разів почути. У ряді випадків можна отримати більше інформації, якщо атом ... обмацати, в буквальному сенсі. Для цього й існує скануюча зондовая мікроскопія. Зонд - це мікроскопічний, надзвичайно чутливий щуп, який пробігає, сканує, шорсткості поверхні атомарного розміру. Більш того, в ряді випадків зонд фізично може рухати атоми.

В основі сканування або «обмацування» лежить досить простий принцип - атоми вістря щупа «відчувають» атоми, що знаходяться на поверхні, тим сильніше, чим ближче вони знаходяться один до одного. Це схоже на те, як відштовхуються два сухі повітряні кульки, наелектризовані про вовняний светр або волосся. У разі СЗМ виникаючі сили міжатомної взаємодії трохи змінюють положення щупа і це можна виявити за рахунок чутливих детекторів. Подібним чином ми відчуваємо наближається наелектризований повітряна кулька, який ще навіть не торкнувся нашого волосся.

Перший скануючий зондовий мікроскоп був придуманий на кінчику пера і потім створений в 1982 році Г. Бінніг і Г. Рорер з Цюріхського відділення фірми IBM. Цей мікроскоп, правда, реєстрував не зміна положення гострого щупа, а зміна так званого тунельного струму, що виникає за рахунок «проскакування» електронів, що відбувається між поверхнею матеріалу і надтонкої голкою, як тільки вона наближається до поверхні на відстань, порівнянне з міжатомних. Рух голки над поверхнею зразка здійснювалося за допомогою спеціальних «пьезодвігателей», здатних створювати запрограмовані комп'ютером переміщення з кроком в сто мільярдні частки метра. Такий незвичайний і надзвичайно ефективний спосіб дослідження поверхні дуже швидко був оцінений науковою громадськістю і в 1986 році Бінніг і Рорер отримали нобелівську премію за розробку «скануючого тунельного мікроскопа» (ВТМ). З появою ВТМ, а згодом «атомно-силового мікроскопа» (АСМ, 1986 р.) та інших модифікацій скануючих зондовий технік стало можливим зробити новий крок у вивченні оточуючого нас світу. Сучасні методи зондової мікроскопії дозволяють вивчати рельєф, склад і структуру, "бачити" і переміщати одиничні атоми і молекули. За останнє десятиліття застосування зондової мікроскопії дозволило значно розширити пізнання в різних галузях фізики, хімії та біології. Вченим вже вдалося створити двовимірні наноструктури на поверхні, використовуючи даний метод. Наприклад, в дослідницькому центрі компанії IBM, послідовно переміщаючи атоми ксенону на поверхні монокристала нікелю, співробітники змогли викласти три букви логотипу компанії, використовуючи 35 атомів ксенонa. [7]
При виконанні подібних маніпуляцій виникає ряд технічних труднощів. Зокрема, потрібно створення умов надвисокого вакууму, необхідно охолоджувати підкладку і мікроскоп до наднизьких температур, поверхню підкладки повинна бути одна транзакція чистою і атомарно гладкою. Охолодження підкладки проводиться з метою зменшення поверхневої дифузії загрожених атомів. [7]
Основою всіх типів скануючої зондової мікроскопії є, як вже зазначалося, взаємодія зонда з досліджуваної поверхнею за рахунок механічних, електричних або магнітних сил. Природа взаємодії і визначає приналежність приладу до того чи іншого члену родини зондової мікроскопії.

2.2. Наночастки

Сучасна тенденція до мініатюризації показала, що речовина може мати зовсім нові властивості, якщо взяти дуже маленьку частинку цієї речовини. Частинки, розмірами від 1 до 1000 нанометрів зазвичай називають «наночастинками». Так, наприклад, виявилося, що наночастки деяких матеріалів мають дуже хороші каталітичні та адсорбційні властивості. Інші матеріали показують дивовижні оптичні властивості, наприклад, надтонкі плівки органічних матеріалів застосовують для виробництва сонячних батарей. Такі батареї більше дешеві і можуть бути механічно гнучкими. Вдається домогтися взаємодії штучних наночасток з природними об'єктами нанорозмірів - білками, нуклеїновими кислотами і ін Ретельно очищені, наночастинки можуть самовистраіваться в певні структури. Така структура містить строго впорядковані наночастинки і також часто проявляє незвичайні властивості. Нанооб'єктів діляться на 3 основних класу: тривимірні частинки, двовимірні об'єкти та одномірні об'єкти - Вискер. [6]

Самоорганізація наночастинок. Одним з найважливіших питань, що стоять перед нанотехнологией - як змусити молекули групуватися певним способом, самоорганізовуватися, щоб у результаті отримати нові матеріали або пристрою. Цією проблемою займається розділ хімії - супрамолекулярна хімія. Вона вивчає не окремі молекули, а взаємодії між молекулами, які, організовуючи певним способом, можуть дати нові речовини. Обнадіює те, що в природі дійсно існують подібні системи і здійснюються подібні процеси. Так, відомі біополімери, здатні організовуватися в особливі структури. Один із прикладів - білки, які не тільки можуть згортатися в глобулярну форму, а й утворювати комплекси - структури, що включають кілька молекул протеїнів (білків). Вже зараз існує метод синтезу, який використовує специфічні властивості молекули ДНК.

Проблема освіти агломератів. Частинки розмірами порядку нанометрів або наночастинки, як їх називають у наукових колах, мають одну властивість, яка дуже заважає їх використання. Вони можуть утворювати агломерати, тобто злипатися один з одним. Так як наночастинки багатообіцяючі в галузях виробництва кераміки, металургії, цю проблему необхідно вирішувати. Одне з можливих рішень - використання речовин - дисперсантів, нерозчинних у воді. Їх можна додавати в середу, що містить наночастки.

2.3. Новітні досягнення

В даний час, наноматеріали використовують для виготовлення захисних і светопоглощающих покриттів, спортивного обладнання, транзисторів, светоіспускающіх діодів, паливних елементів, ліків і медичної апаратури, матеріалів для упаковки продуктів харчування, косметики та одягу. Нанопрімесі на основі оксиду церію вже зараз додають у дизельне паливо, що дозволяє на 4-5% підвищити ККД двигуна і знизити ступінь забруднення вихлопних газів. У 2002 році на Кубку Девіса \ Davis Cup були вперше використані тенісні м'ячі, створені з використанням нанотехнологій. У 2007 році в Новосибірську почали виробляти ліки-тромболітик (спільна розробка фармацевтикою і фізиків-ядерників), яке не має аналогів у світі за ефективністю, а ціна у багато разів менше.
Виробники вже одержують перші замовлення на нанопристрої. Наприклад, армія США замовила компанії Friction Free Technologies розробку військової форми майбутнього. Компанія повинні виготовити шкарпетки з використанням нанотехнологій, які повинні будуть виводити за межі шкарпеток піт, але зберігати ноги в теплі, а шкарпетки в сухості. Невідомо, чи будуть такі шкарпетки потребуватиме пранні.

Графен. У жовтні 2004 року в Манчестерському університеті було створено невелику кількість матеріалу, названого графен. Роберт Фрейтас припускає, що цей матеріал може служити підкладкою для створення алмазних механосінтетіческіх пристроїв.

Новий процесор Intel. 19 червня 2007 року компанія Intel почала випускати звичайні і багатоядерні процесори, що містять найменший структурний елемент розмірами приблизно 45 нм. Надалі компанія має намір досягти розмірів структурних елементів до 5 нм. Надалі компанія має намір перейти на нові матеріали, такі як квантові точки, полімерні плівки і нанотрубки. Основний конкурент Intel - AMD, у другій половині 2008 року запустить процесори, виконані за 45-нм техпроцесу.

Антена-осцилятор. 9 лютого 2005 повідомляється, що в лабораторії Бостонського університету була отримана антена-осцилятор розмірами порядку 1 мкм. Це пристрій налічує 5 млрд атомів і здатне осцілліровать з частотою 1,49 гігагерц. Це дозволить передавати з її допомогою великі обсяги інформації.

Наноаккумулятор. На початку 2005 року компанія Altair Nanotechnologies (США) оголосила про створення інноваційного матеріалу для електродів літій-іонних акумуляторів. Акумулятори з особливими електродами мають час зарядки 10-15 хвилин. У лютому 2006 року компанія почала виробництво акумуляторів на своєму заводі в Індіані.

Нові паливні елементи для портативної техніки. Був розроблений водневий паливний елемент "Casio". Паливний елемент вдвічі легше літієвої батареї. Час автономної роботи більше в 3 рази. Вже з'явилися перші зразки даного пристрою. Очікується його серійне виробництво в недалекому майбутньому.

Бронежилет. Австралійські вчені запропонували виготовляти жилети з матеріалів на основі вуглецевих нанотрубок. Останні володіють пулеотталківающім властивістю - під впливом кулі тоненькі трубки прогинаються, а потім відновлюють форму з віддачею енергії.

Молекулярний автомобіль обзавівся мотором (2006 р.). Особливо важливим в області наномеханікі можна вважати створення нано-баггі Джеймсом Туром з університету Райса. Ця молекулярна машина їздить по атомам золотий підкладки за допомогою світлової енергії. Правда, у молекулярного автомобіля поки що немає заднього ходу і рульового управління і колеса з фулеренів (З ₆₀ молекули вуглецю, що нагадують футбольний м'яч), але зате він складається всього з 300 атомів золота і має власний автономний мотор. Наномашини настільки малі (їх розмір становить 3-4 нанометра), що 20 тис. пристроїв можна помістити на торці людського волосся. Науковий світ високо оцінює роботи Джеймса, оскільки до цих пір нікому не вдавалося створити рухому наносистему такої складності.

Двигун внутрішнього згоряння з двох молекул (2006 р.). Японськими ж ученими вдалося синтезувати новий тип наномотора, який приводиться в рух світлом. У роботі двох молекул використовується принцип роботи кривошипно-шатунного механізму спільно з поршнем, тільки на атомарному рівні. Рішення проблеми передачі та перетворення різних видів енергії одна в іншу в нанорозмірному діапазоні - один з відкритих питань наномеханікі, тому досягнення японських учених можуть стати в нагоді при розробці наноробототехнікі.

ДНК-машини відкривають шлях нанороботом (2006 р.). Періодичні структури на основі молекул ДНК з'явилися ще десять років тому. Тепер же вчені перейшли до конструювання наномеханіческіх ДНК-машин. Нещодавно вчені-нанотехнологи під керівництвом відомого ДНК-конструктора Неда Сімена створили руку робота на основі молекули ДНК і прикріпили її до двовимірної кристалічної ДНК-матриці. На думку дослідників, це відкриття - перший серйозний крок до розвитку наноробототехнікі. Універсальність молекули ДНК дозволяє тиражувати цей пристрій за допомогою генної інженерії, і тоді вчені зможуть створювати складні наномашини з безліччю маніпуляторів, здатні виконувати складні запрограмовані руху.

Перша робоча мікросхема на нанотрубці (2006 р.). Американським вченим з IBM вдалося вперше у світі створити повнофункціональну інтегральну мікросхему на основі вуглецевої нанотрубки, здатну працювати на терагерцевого частотах. Нанопристроїв працює на частоті, яка в 100 тис. разів більше, ніж у попередніх нанотрубочних чіпів.

Графен - основний конкурент нанотрубок (2006 р.). У вуглецевих нанотрубок з'явився серйозний конкурент в області наноелектроніки. Це розгорнута в двомірний лист вуглецева нанотрубка або наноматериал графен, на основі якого вже створені графенових польові транзистори. Завдяки унікальним властивостям вуглецю в просторовій решітці графену, останній характеризується високою мобільністю електронів, що робить графен дуже перспективною основою наноелектронних пристроїв.

Флеш-пам'ять на основі нанотрубок (2006 р.). Нанотрубочная електроніка стає "теплою", і це дозволить їй швидше вийти на споживчий ринок. Групі дослідників вдалося створити флеш-пам'ять на основі нанотрубок. Пристрій поки ще не є повноцінним комерційним продуктом, але вчені сподіваються, що їх дослідження приведуть до розробки нових типів архітектури молекулярної пам'яті і дозволять налагодити масовий випуск таких електронних пристроїв. Нова флеш-осередок - це своєрідний «бутерброд», що складається з нанотрубок, композиту і кремнієвої підкладки. Його товщина всього кілька нанометрів. Природно, пам'ять, виготовлена ​​на основі «нанобутерброда» буде набагато більш мініатюрною, ніж сучасні аналоги.

Створено найшвидший польовий нанотранзистори (2006 р.). Це унікальний пристрій, створене вченими з Гарварда, складається з германієвої / кремнієвого ядра і кремнієвих нанострун. На думку експертів, це найдосконаліший польовий транзистор, який коли-небудь був створений. Ge / Si нанострунний польовий транзистор швидше в 3-4 рази, ніж будь-які сучасні кремнієві.

Транзистор з однієї молекули (2006 р.). Найменший розмір транзисторів, що виготовляються сучасної мікроелектронної промисловістю, становить 45 нанометрів. Новий нанотранзистори QuIET має довжину всього один нанометр. Нанотранзистори меншого розміру до цих пір виготовити не вдавалося. За словами вчених, перехід на надмалі транзистори буде проходити поступово - після закінчення природної еволюції звичайних кремнієвих мікрочіпів.

Дисплеї-невидимки з'являться вже в 2008 році (2006 р.). Дослідження зі створення «невидимої» електроніки ведуться давно, але до цих пір ученим не вдавалося створити матеріал для транзисторів, який був би «невидимим» і в той же час забезпечував високу швидкість роботи. Тепер же вченими створені прозорі транзистори, які можуть поєднуватися з такими технологіями, як органічні світлодіоди, рідкокристалічні панелі і електролюмінесцентні дисплеї, які широко використовуються для виготовлення телевізорів, моніторів, ноутбуків і стільникових телефонів. За словами дослідників, досвідчені зразки моніторів на прозорих транзисторах з'являться протягом найближчих 12-18 місяців.

"Святий Грааль" від електроніки. У 2006 з'явився новий клас напівпровідникових пристроїв, в які можна інтегрувати нано-магніти методом точного розміщення атомів металу на матеріал, з якого формується підкладка чіпа. Таким чином вчені сподіваються отримати контроль на атомному рівні за архітектурою чіпа і провести об'єднання декількох ключових компонентів комп'ютерів (процесор, пам'ять, жорсткий диск) в один пристрій. Об'єднання цих пристроїв комп'ютерів в один дозволить зменшити енергоспоживання та збільшить швидкість обробки інформації. У перспективі дана технологія може привести до появи на ринку мультимедійні пристроїв з одним чіпом, в якому буде "вся" обчислювальна електроніка і пам'ять. Це і "одноразові" електронні книги, і різні мобільні мультимедійні ігри, і просто "розумна пил". Про масове виробництво подібних чіпів поки не йдеться - вчені розмістили кілька атомів з допомогою зонда скануючого тунельного мікроскопа (СТМ), "вийнявши" попередньо атоми матеріалу підкладки.

"Рідка броня" захистить краще кевлара? (2006 р.). На озброєнні США незабаром може з'явитися обмундирування нового типу, яке за своїми захисними властивостями та ергономічним характеристикам перевершує сучасні кевларові аналоги. Ефект сверхзащіти досягається завдяки спеціальному пакету з кевлара, наповненому розчином надтвердих наночасток в неіспаряющейся рідини. Як тільки відбувається механічне тиск високої енергії на кевларовий оболонку, наночастинки збираються в кластери, змінюючи при цьому структуру розчину рідини, який перетворюється на твердий композит. Цей фазовий перехід відбувається менш ніж за мілісекунду, що і дозволяє захистити солдатів не тільки від ножового удару, але і від кулі чи осколка. І нещодавно американський холдинг-виробник солдатського обмундирування і бронежилетів US Armor Holdings ліцензував технологію «рідкого бронежилета» і планує почати його масове виробництво в кінці цього року.

Лабораторія-на-чіпі: експрес-аналізатор крові (2006 р.). Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту розробили портативний аналізатор крові, який буде виконувати точний аналіз всього за 2 хвилини. Вони мініатюризував лічильну машину-аналізатор, яка використовується в звичайних лабораторіях, і отримали пристрій, що не перевищує розмірами мобільний телефон. У результаті вийшла справжня портативна лабораторія, здатна проводити аналіз по краплі крові.

Нанотрубки в регенерації тканин мозку і серцевого м'яза (2006 р.). Одним з найбільш цікавих досягнень вчених в області наномедицини виявилася технологія відновлення пошкодженої нервової такни за допомогою вуглецевих нанотрубок. Як показали експерименти, після імплантування в пошкоджені ділянки мозку спеціальних матриць з нанотрубок в розчині стовбурових клітин вже через вісім тижнів учені виявили відновлення нервової тканини. Однак при використанні нанотрубок або стовбурових клітин окремо аналогічного результату не було. На думку вчених, це відкриття дозволить допомогти людям, страждаючим хворобою Альцгеймера і Паркінсона. Наноструктури також можуть допомогти в відновлювальної терапії після гострих серцевих захворювань. Так, наночастинки, введені в кровоносні судини мишей, допомогли відновити серцево-судинну діяльність після інфаркту міокарда. Принцип методу полягає в тому, що самозбирається полімерні наночастинки допомагають «запустити» природні механізми відновлення судин.

Нано-Гуттенберг: перший "друкований верстат" для наноструктур (2006 р.). Фундамент для майбутнього масового застосування наносистем заклали дослідники з Північно-Західного університету США, які розробили установку, що дозволяє виробляти в нанорозмірному діапазоні одночасно до 55 тис. наноструктур з атомарною точністю і однаковим молекулярним шаблоном на поверхні. Установка використовує технологію нанолітографії глибокого пера, яка і дозволяє робити «масові» відбитки, як якщо б наносистеми друкувалися на друкарському верстаті. Але для друкарських технологій одного пера буде недостатньо, тому вчені скомбінували близько тисячі незалежно керованих пір'я. Завдяки такому підходу, нанолітографії глибокого пера стала універсальним інструментом для виробництва напівпровідникових компонентів зі складною структурою.

Розділ II. Перспективи розвитку і проблеми.

3.1. Економіка і фінансування.

Розвиток нанотехнологій неможливо без самого сучасного наукового обладнання (найскромніша нанолабораторія коштує не менше 10 млн. доларів). На думку експертів, щоб нанотехнології стали реальністю, щорічно необхідно витрачати не менше $ 1 трлн. Саме фінансування даної галузі є першорядним фактором розвитку. Нанотехнологія є високотехнологічною галуззю науки, а розвиток таких областей неможливо без серйозних капіталовкладень.
У 2000 р . в США прийнята довгострокова президентська комплексна програма фінансування нанотехнологій (в 2001 р . - 460 млн. доларів, в 2004 р . - 1 млрд., 2005 - 2007 р - 1,2 млрд. доларів на рік.). У 2001-2002 рр.. подібні програми прийняті в Євросоюзі, Японії, Китаї, Південній Кореї та ін У Росії фінансування нанотехнологій у 2001 - 2004 р . не перевищувало 20 млн. доларів на рік в усіх наукових програм. Але в 2005 - 2006 р . із затвердженням нової редакції ФЦНТП "Дослідження та розробки за пріоритетними напрямами розвитку науки і техніки на 2002-2006 роки" фінансування зросло на 70 млн. доларів на рік. в рамках пріоритетного напрямку "Індустрія наносистем і матеріали".
З початку 2007 р . в Росії діє Федеральна цільова програма (ФЦП) "Дослідження та розробки з пріоритетних напрямів розвитку науково-технологічного комплексу Росії на 2007 - 2012 роки" з бюджетним фінансуванням у розмірі 134 млрд. рублів (5 млрд. доларів), з яких на частку нанотехнологій доводиться менше 50. В даний час йде створення Російської корпорації нанотехнологій, на фінансування якої найближчим 4 роки планується направити 180 млрд. рублів (з них 130 млрд. руб. З федерального бюджету, в 2007 р . - 30 млрд. руб.).
Рис. 2. Фінансування програм, пов'язаних з нанотехнологіями, в світі.
За прогнозами Національної Ініціативи в Області Нанотехнології США, розвиток нанотехнологій через 10-15 років дозволить створити нову галузь економіки з обігом у $ 15 млрд. і приблизно 2 млн. робочих місць.
Виходячи з цього, в розвинених країнах (США, Японія, Росія, європейські держави) обсяг коштів, витрачених на нанотехнології, поступово збільшується (рис. 2).

3.2. Медицина і біологія.

Зараз однією з найбільш обговорюваних, найбільш хвилюючих є тема використання нанороботів у наномедицина (рис.4), де повною мірою могли б знайти застосування «таланти» нанороботів. Вважається, що наноробот, введений в організм людини, зможе самостійно пересуватися по кровоносній, лімфатичної та нервової систем, не завдаючи шкоди організму, змінювати характеристики тканин і клітин, знищити мікроорганізми, віруси і ракові клітини (рис. 3). Також вони доставляють потрібні ліки саме в потрібне місце, не впливаючи на інші частини організму і не відриваються його захисними системами. Теоретично нанотехнології здатні забезпечити людині фізичне безсмертя, за рахунок того, що наномедицина зможе нескінченно регенерувати клітки, що відмирають [8]. За прогнозами журналу Scientific American вже в найближчому майбутньому з'являться медичні пристрої, розміром з поштову марку. Їх досить буде накласти на рану. Це пристрій самостійно проведе аналіз крові, визначить, які медикаменти необхідно використовувати і впорсне їх у кров.

В області біології стане можливим «впровадження» в живий організм на рівні атомів. Наслідки можуть бути самими різними - від «відновлення» вимерлих видів до створення нових типів живих істот, біороботів.

3.3. Промисловість і сільське господарство. Екологія.

Теоретично можливо, що роботи, створені на основі нанотехнологій, будуть здатні конструювати з готових атомів будь-який предмет. Якщо це стане можливим, то відбудеться заміна традиційних методів виробництва збіркою молекулярними роботами предметів споживання безпосередньо з атомів і молекул. Аж до персональних синтезаторів і копіюють пристроїв, що дозволяють виготовити будь-який предмет.
Нанотехнології спроможні зробити революцію в сільському господарстві. Молекулярні роботи здатні будуть проводити їжу, замінивши сільськогосподарські рослини і тварин. Приміром, теоретично можливо виробляти молоко прямо з трави, минаючи проміжну ланку - корову. Подібне «сільське господарство» не буде залежати від погодних умов і не буде мати потребу в важкій фізичній праці. А продуктивності його вистачить, щоб вирішити продовольчу проблему раз і назавжди. Однак поки що перехід від виробництва в лабораторії до масового виробництва загрожує значними проблемами, а надійну обробку матеріалів у наномасштабі потрібним чином все ще дуже важко реалізувати з економічної точки зору.
Нанотехнології здатні також стабілізувати екологічну обстановку. По-перше, за рахунок насичення молекулярними роботами-санітарами, що перетворюють відходи діяльності людини у вихідну сировину, а по-друге, за рахунок переведення промисловості і сільського господарства на безвідходні нанотехнологічні методи. Наприклад, в перспективі наноматеріали дозволять багаторазово знизити вартість автомобільних каталітичних конверторів, що очищають вихлопи від шкідливих домішок, оскільки з їх допомогою можна в 15-20 разів знизити витрату платини та інших цінних металів, які застосовуються в цих приладах.
Будуть створені електричні магістральні кабелі на вуглецевих нанотрубках, які будуть проводити струм високої напруги краще мідних проводів, будуть міцніше в 10 разів і при цьому важити в п'ять-шість разів менше. Нанокраскі скоро почнуть застосовуватися для нанесення магнітних знаків на цінні папери, що дозволить більш якісно захистити їх від підробок. Для збільшення пам'яті в комп'ютерах і телефонах скоро будуть використовуватися спеціальні "нанотрубки".

3.4. Освоєння космосу. Інформаційні та військові технології.

Нанороботи здатні втілити в життя мрію фантастів про колонізацію інших планет. Мабуть, освоєння космосу "звичайним" порядком буде передувати освоєння його нанороботами. Величезна армія роботів-молекул буде випущена в навколоземний космічний простір і підготує його для заселення людиною - зробить придатними для проживання Місяць, астероїди, найближчі планети, спорудить з «підручних матеріалів» (метеоритів, комет) космічні станції. Це буде набагато дешевше і безпечніше існуючих нині методів. Зараз у цьому плані був створений проект космічного ліфта з вуглецевих нанотрубок (NASA і компанія LiftPort Inc). За цим проектом, запуск ліфта намічений на 12 квітня 2018 року.
Неймовірні перспективи відкриваються також у галузі інформаційних технологій. Відбудеться перехід від нині існуючих планарних структур до об'ємних мікросхем, розміри активних елементів зменшаться до розмірів молекул. Робочі частоти комп'ютерів досягнуть терагерцових величин. Отримають поширення схемні рішення на нейроноподобних елементах. З'явиться швидкодіюча довготривала пам'ять на білкових молекулах, місткість буде вимірюватися терабайтами. Стане можливим «переселення» людського інтелекту в комп'ютер.
Нанотехнології мають і блискуче військове майбутнє. Військові дослідження у світі проводяться в шести основних сферах: технології створення і протидії "невидимості" (відомі літаки-невидимки, створені на основі технології stealth), енергетичні ресурси, самовідновлювальні системи (наприклад, дозволяють автоматично ремонтувати пошкоджену поверхню танка або літака), зв'язок, а також пристрої виявлення хімічних і біологічних забруднень.
Нарешті, за рахунок впровадження логічних наноелементів в усі атрибути навколишнього середовища вона стане «розумною» і виключно комфортною для людини.

Висновок

З настанням нового тисячоліття почалася ера нанотехнології. Стрімкий розвиток комп'ютерної техніки, з одного боку, буде стимулювати дослідження в галузі нанотехнологій, з іншого боку, полегшить конструювання наномашин. Таким чином, нанотехнологія буде швидко розвиватися протягом наступних десятиліть.
Якщо людство не буде створювати нанотехнологічного зброї, то у нього є реальний шанс вижити. Причому його чекає, якщо не безхмарне, то досить світле майбутнє в комфортному світі без екологічних проблем. Життя на виживання перетвориться на приємне життя.
Перспективи нанотехнологічної галузі воістину грандіозні. Нанотехнології кардинальним чином змінять всі сфери життя людини. На їх основі можуть бути створені товари і продукти, застосування яких дозволить революціонізувати цілі галузі економіки. Джош Волф \ Josh Wolfe, редактор аналітичного звіту Forbes / Wolfe Nanotech Report, пише: "Світ буде просто побудований заново. Нанотехнологія потрясе все на планеті".

Бібліографія.

1. Drexler K. Eric; "Engines of Creation. The Coming Era of Nanotechnology" \ "Двигуни творення"; Anchor Books; 1986;
2. P. Mckeown. Nanotechnology: Step into the Future \ Нанотехнології: Крок у Майбутнє. - М.: «Вільямс», 1999. - С. 27;
3. Олексій Шаповалов, Олена Корнишева, Андрій Козенко, Наталія Гриб. Нанотехнології зарядили енергією. - Газета "Комерсант" № 163 (3739) від 08.09.2007;
4. Гладких М.Т., Кришталь А.П., Богатиренко С.І. Особливості структурного стану та дифузійної активності малих часток. Мателіали Воронезької конференції з нанотехнологій (14-20 жовтня 2007 р .);
5. Кабаченко Л. А. Тонкоплівкові неорганічні матеріали. Мателіали Воронезької конференції з нанотехнологій (14-20 жовтня 2007 р .);
6. Марк Ратнер, Даніель Ратнер. Нанотехнологія: просте пояснення черговий геніальної ідеї \ Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea. - М.: «Вільямс», 2006. - С. 240.
7. Матеріали Інтернет-енциклопедії Wikipedia (http://Wikipedia.org);
8. Матеріали новинного сайту Науки і розробки - R & D. CNews (http://rnd.cnews.ru/)
9. Матеріали з сайту про нанотехнології # 1 в Росії Nanonewsnet (http://www.nanonewsnet.ru)
10. Публікації нанотехнологічного товариства «Нанометр» (http://www.nanometer.ru)
11. Соловйов М.; "Нанотехнологія - ключ до безсмертя і свобода"; Компьютерра; ​​13.10.97; N41 (218);
12. Хасслахер Б., Тілден М.; "Живі машини"; Природа; № 4, 1995. Матеріали з Internet, починаючи з адреси http://nis-www.lanl.gov/robot/index.htm