Нанотехнології: майбутні винаходи не за горами

47 Views Comment Off

В кінці XIX століття багато чого очікували від застосування енергії пари і перших кроків у вивченні та освоєнні електрики. У XX столітті сподівалися, що завдяки відкриттю антибіотиків людство стане за крок від викорінення більшості хвороб. Ще живе покоління, яке пам’ятає ейфорію від перших успіхів в освоєнні космосу (навіть співали про яблуні, що незабаром будуть цвісти на Марсі).

Проте минають десятиліття, і настає протверезіння. Наприклад, з тих же 60-х і донині ми ніяк не дочекаємося обіцяного дива у вигляді економічно вигідних термоядерних реакторів, які буквально залиють цивілізацію дармовою енергією.

На початку третього тисячоліття маса надій покладається на нанотехнології.

Мислителі атомарного рівня

Почнемо з нагадування: нано – приставка з міжнародної системи одиниць (СІ) для утворення найменувань і позначень величин, утворених в результаті множення вихідної одиниці на число 10 в -9 степені. Іншими словами, таку величину можна назвати “одна мільярдна”. Якщо говорити про розміри, то в цьому інтервалі величин об’єкти стають співрозмірні з окремими атомами. Наприклад, на відрізку в 1 нм (одна мільярдна метра) розміщуються вісім атомів кисню.

Саме на роботу з об’єктами таких, співрозмірних з атомами предметів, і спрямовані нанотехнології. Втім, краще дати слово “батькам-засновникам” цього напрямку.

Саму ідею озвучив знаменитий американський фізик-теоретик, нобелівський лауреат, один із творців квантової електродинаміки Ричард Фейнман. У лекції “Там, внизу, повнісінько місця”, прочитаної в Каліфорнійському технологічному інституті в 1960 р, він змалював можливості майбутнього науково-технічного напрямку. Саме слово запропонував ще в 1974 р японський вчений Норіо Танігуті. Він говорив, що “нанотехнології переважно складаються з процесів поділу, об’єднання і деформації матеріалів атом за атомом або молекула за молекулою …”.

Другий піонер, американець Ерік Дрекслер назвав своє дітище “технологією виробництва, орієнтованої на дешеве отримання пристроїв і речовин із заздалегідь заданою атомарною структурою”. Тобто воно має справу з окремими атомами для того, щоб отримати структури з атомарною точністю. У цьому ключова відмінність нанотехнологій від сучасних об’ємних технологій, які мають справу з макрооб’єктами. Пояснимо все вищесказане на пальцях: нанотехнологи збирають об’єкти з одиничних атомів так само, як звичайні працівники збирають трактор з окремих деталей, а ткачі з окремих ниток виробляють тканину.

Матеріали: небачені раніше властивості

Зараз вже ні в кого не викликає подиву той факт, що нанооб’єкти (наприклад, частки металів, що складаються всього з декількох атомів) мають інші фізичні та хімічні властивості, ніж у більших об’єктів з того ж матеріалу і, в той же час, в окремих атомів. Так, температура плавлення частинок золота розміром 5-10 нм на сотні градусів нижча від температури плавлення кубічного сантиметра цього металу.

Один з найперспективніших (і розрекламованих у ЗМІ) напрямків – розробка нових матеріалів з атомів вуглецю. На них покладають особливі надії через недосяжні в інших матеріалах міцність, вагу, електричні властивості тощо.

Поки ще неможливо “ткати” наноматеріали з окремих атомів цієї речовини. Найближчим часом для цього передбачають використовувати так звані молекулярні блоки.

Графен. Являє собою плоску сітку з шестикутників, у вершинах якої знаходяться атоми вуглецю. Отримати такий дивовижний об’єкт вдалося тільки в 2004 році. Звичайно, поки не доводиться говорити про квадратні метри цієї диво-тканини. Поки що графен доступний у вигляді лусочок розміром в долі міліметра. Або у вигляді більших плівочок, які складаються з декількох шарів атомів. При цьому виробництво графена залишається вкрай дорогим задоволенням.

Можливі області застосування графена – мініатюрні електронні компоненти (транзистори), здатні працювати на недосяжних сучасним транзисторам частотах, газові датчики і фотоелементи з чутливістю, що перевищує існуючі аналоги в 1000 разів. Згадаємо також РК-дисплеї та високоефективні сонячні батареї.

Нанотрубка. Являє собою порожнистий циліндр діаметром від десятих часток до десятків нанометрів і довжиною від одного мікрометра до сантиметра. Іншими словами, мова йде про згорнутий в трубочку листочок графена. Один з найбільш обговорюваних напрямків використання нанотрубок – надміцні волокна і композитні матеріали (ентузіасти ідеї космічного ліфта сподіваються з’єднати тросом з нанотрубок супутник на орбіті і поверхнюЗемлі). Адже нитка з нанотрубок товщиною з волосинку здатна витримати вантаж в сотні кілограмів.

Фулерен. Замкнутий опуклий багатогранник, побудований з атомів вуглецю. Основні перспективи використання – електроніка і медицина.

Нанороботи: революція в медицині

Найменші з існуючих нині мікророботів мають габарити всього кілька міліметрів в довжину і міліметр у діаметрі. Передбачається, що нанороботів можна буде побачити тільки в мікроскоп.

Ідея пристрою розміром з десяток атомів розбурхує уми давно. Першим кроком до реалізації стала одна з моделей електронних мікроскопів, що дозволяла зміщувати окремі атоми за допомогою електромагнітного поля. А в 1980-ті роки XX ст. з атомів вуглецю зібрали обертові шестерінки розміром в нанометр.

Найбільш перспективна сфера для нанороботів – медицина. Доставка ліків безпосередньо в орган і навіть у потрібну клітину, хірургія з мікророзрізом – ось лише дещиця застосувань нанороботів-лікарів.

Сьогодні є факти використання нанотехнологій в онкології: наночастинки доставляють хіміотерапевтичні речовини всередину ракових пухлин.

Проте з моменту появи ідеї особливих проривів у створенні нанороботів не спостерігається. Що цілком природно: надто вже масштабні завдання стоїть перед інженерами. Потрібно забезпечити маляток навігацією, джерелами енергії, засобами переміщення. Не обійтися і без “мозку” – досить потужного комп’ютера, але розміром з пару молекул.

Невеликий сеанс викриття

Отже, загальний настрій суспільства такий, що нанотехнологіями слід захоплюватися, як суперпроривом. Але є ложка дьогтю: років сім тому вийшла книга американського вченого Девіда Берубе “Наношуміха”. У ній автор з іронією аналізує ситуацію і зазначає, що у сфері нанотехнологій існують два напрямки. Перше ґрунтується на реальних розробках корпорацій, лабораторій, університетів і окремих учених. Вони дійсно рано чи пізно приведуть до технологічного прориву. Другий напрямок – вигадки з області наукової і зовсім ненаукової фантастики – прогнозує швидку революційну зміну цивілізації. Однак захоплення засновані на метафорах і не мають точного розрахунку. Проте саме цей напрямок має найбільший вплив на пересічних громадян.

Нанотехнології приваблюють величезну кількість шахраїв, які хочуть вибивати гроші з довірливих і не занадто посвячених в цю тему інвесторів таким примітивним способом, як додаток приставки «нано» до назви компанії.

Але відверті шарлатани, наївні мрійники і божевільні винахідники – тільки мала частина тих, хто роздмухує галас навколо нанотехнологій. До цієї публіки потрібно віднести і бюрократів, офіційних осіб, топ-менеджерів корпорацій, грантоїдів самих різних мастей, банкірів-інвесторів, всілякі неурядові організації, які спекулюють на інтересі до нанотехнологій для того, щоб вибити собі фінансування.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404