Нанотехнология

Нанотехнология — область іргелі және қолданбалы ғылым мен техниканың қатысы бар жиынтығымен теориялық негіздеу, практикалық зерттеу әдістері, талдау және синтез, сондай-ақ әдістерін өндіру және қолдану өнімдер берілген атом құрылымы арқылы бақыланатын айла-шарғы жасау жекелеген атомдарынан және молекулалар.

Бүгінгі күні (қыркүйек, 2015 жыл) әлемде жоқ бірыңғай стандартын сипаттайтын, бұл нанотехнология және нанопродукция.

Арасында тәсілдерін анықтау ұғымдар «нанотехнология» бар мынадай:

Техникалық комитет ISO/ТК 229 астында нанотехнологиями мағынасы мынадай:[1]
білу және процестерді басқару, әдетте, масштабы 1 нм, бірақ болдырмайтын ауқымы кемінде 100 нм бір немесе одан да көп өлшемдер, қашан қолданысқа енгізу размерного әсері (құбылыстар) әкеледі жаңа қолдану;
пайдалану қасиеттерін объектілер мен материалдарды нанометровом ауқымда ерекшеленеді қасиеттері бос атомдар немесе молекулалардың, сондай-ақ көлемдік қасиеттерінің заттар тұратын осы атомдар немесе молекулалардың құру үшін неғұрлым жетілдірілген материалдарды, аспаптарды, жүйелерді іске асыратын, осы қасиеттері.
Ресей Федерациясының аумағында түсінігі нанотехнология орнатылған ГОСТ Р 55416-2013 «Нанотехнология. 1-бөлім. Негізгі терминдер мен анықтамалар»[2], атап айтқанда:
жиынтығы технологиялық әдістерін, қолданылатын зерттеу, жобалау және өндіру материалдар, құрылғылар мен жүйелерді қоса алғанда, мақсатты бақылау және басқару құрылымы, химиялық құрамы және өзара іс-оларды құрайтын жеке элементтердің нанодиапазона.
Сәйкес дамыту Тұжырымдамасы «Ресей Федерациясының жұмыстарды нанотехнология саласындағы 2010 жылға дейінгі кезеңде» (2004 ж.) [3] нанотехнология анықталады жиынтығы ретінде әдістер мен тәсілдердің мүмкіндігін қамтамасыз ететін бақыланатын түрде жасауға және модификациялауға объектілері қамтитын компоненттері, өлшемдері 100 нм, ең болмағанда бір өлшеу нәтижесінде алған түбегейлі жаңа сапалы жүзеге асыруға мүмкіндік беретін олардың интеграциясын толыққанды жұмыс істейтін жүйесін үлкен ауқымдағы.
Практикалық аспект нанотехнология қамтиды және шығару құрылғыларын және олардың компоненттерін құру үшін қажетті, өңдеу, манипуляциялар атомдарымен, молекулалар және наночастицами. Тұспалданады, бұл міндетті емес объект болуы тиіс болса, бірі-желілік мөлшері кемінде 100 нм — бұл мүмкін макрообъекты, атомарная олардың құрылымы бақыланатын құрылады рұқсатымен деңгейде жекелеген атомдар немесе құрамында өзіне нанообъекты. Кең мағынада бұл термин қамтиды сондай-ақ, диагностика әдістері, характерологии және зерттеулер.

Нанотехнология сапалы ерекшеленеді дәстүрлі пәндер, себебі осындай ауқымда әдеттегі жылжымалы бөліктер бетіндегі макроскопиялық технологиялар қарау матамен жиі қолдануға болмайды, ал микроскопиялық құбылыстар, пренебрежительно әлсіз арналған үйреншікті ауқымы болып табылады әлдеқайда значительнее: қасиеттері және өзара іс-қимыл жекелеген атомдар мен молекулалардың немесе агрегаттарды молекулалардың (мысалы, күштер Ван-дер-Ваальса), кванттық әсерлер.

Нанотехнология және әсіресе молекулалық технология — жаңа, өте аз зерттелген пәндер. Негізгі ашу, предсказываемые осы саладағы, әлі жасалмаса. Дегенмен, жүргізілген зерттеулер қазірдің өзінде береді практикалық нәтижелері. Пайдалану нанотехнология озық ғылыми жетістіктерді жатқызуға мүмкіндік береді және оның жоғары технологияларға арналған.

Дамыту қазіргі заманғы электроника бойынша мөлшерлерін азайту құрылғылар. Екінші жағынан, классикалық әдістері өндірістің қолайлы өзінің табиғи экономикалық және технологиялық барьеру, қашан мөлшері құрылғының азаяды ненамного, есесіне экономикалық шығындар өсуде экспоненциально. Нанотехнология — келесі логикалық қадам даму электроника және басқа да ғылымды көп қажет ететін өндірістер.

Көптеген көздері , бірінші кезекте ағылшын тілді, есімдерінің әдістері, олар кейінірек аталды нанотехнологией, байланыстырады белгілі өнер Ричард Фейнмана «Төменде полным-полно места» (ағыл. «There’ s Plenty of Room at the Bottom»), пен атындағы 1959 жылы Калифорниялық технологиялық институтының жыл сайынғы кездесуінде Американдық физикалық қоғамының. Ричард Фейнман бұл ұсынды, мүмкін механикалық ауыстыруға жеке атомдар көмегімен манипулятор тиісті мөлшерін, кем дегенде, мұндай процесс емес жане еді белгілі бүгінгі таңда жеке заңдары.

Бұл манипулятор ол ұсынды істеу келесі тәсілмен. Салу қажет тетігі, создававший еді өз көшірмесін ғана тәртібі аз. Құрылған аз тетігі болуы тиіс қайтадан құру көшірмесі, қайтадан тәртібін аз да болғанша мөлшері тетігін болады соизмеримы өлшемдері шамамен бір атомы. Бұл ретте қажет болады өзгерістер құрылғыда бұл механизм, өйткені күш-гравитация, қолданыстағы макромире, көрсететін болады барлық аз ықпалын, күшін межмолекулярных взаимодействий және Ван-дер-Ваальсовы күш болады көбірек әсер етпеуі тетігі. Соңғы кезең — алынған тетігін жинайды өзінің көшірмесін, жеке атомдар. Түбегейлі саны осындай көшірмелерін шектелмеген болады, аз уақыт ішінде құруға өз бетімен саны мұндай машиналар. Бұл машиналар алады да дәл осындай тәсілмен, поатомной құрастыру, жинау макровещи. Бұл заттарды едәуір арзан — жауап роботам (нанороботам) не дать тек қажетті саны молекулалардың және энергияны және жазу бағдарламасын құрастыру үшін қажетті заттар. Әлі күнге дейін ешкім алмады, жоққа осы мүмкіндікті, бірақ мен ешкімге ғана емес, ол құру қажет мұндай механизмдері. Міне, Р. Фейнман сипаттады болжамды атындағы манипулятор:

Менің ойымша жүйесін құру туралы электр басқармасы, пайдаланылады дайындалған әдеттегі тәсілімен «қызмет көрсетуші роботтар» түрінде азайтылған төрт есе көшірмелерін «жет» операторының. Мұндай микромеханизмы алады оңай операцияларды орындауға кішірейтілген масштабта. Мен туралы айтып отырмын крошечных роботтар жабдықталған серводвигателями және кішкентай «қолмен» мүмкін закручивать осындай кішкентай болттар мен гайкалар, сверлить өте кішкентай тесіктер және т. б. қысқаша айтқанда, олар орындауға барлық жұмысы масштабы 1:4. Бұл үшін, әрине, ең алдымен жасауға қажетті механизмдер, құрал-саймандар мен қол-манипуляторлар бір төртінші қарапайым шамалар (шын мәнінде, анық, бұл азайту барлық беттердің жанасу 16 есе). Соңғы кезеңде бұл құрылғылар жабдықталған серводвигателями (азайтылған 16 есе қуаты) және жалғанған қарапайым жүйесі, электрлік басқару. Осыдан кейін пайдалануға болады кемітілген 16 есе қолмен-манипуляторларды басқару! Қолданылу аясы осындай микророботов, сондай-ақ микромашин мүмкін өте кең — хирургиялық операцияларды дейін тасымалдау және қайта өңдеу радиоактивті материалдар. Мен үміттенемін, бұл принципі ұсынылып отырған бағдарламасын, сондай-ақ онымен байланысты күтпеген проблемалар мен тамаша мүмкіндік түсінікті. Сонымен қатар, туралы ойлануға мүмкіндік одан әрі елеулі ауқымын азайту, бұл, әрине, талап етеді және одан әрі құрылымдық өзгерістер және модификациялары (айтпақшы, белгілі бір кезеңде болуы мүмкін бас тартуға «қол» әдеттегі нысаны), бірақ мүмкіндік береді дайындау, жаңа, едәуір жетілген құрылғы сипатталған типті. Ештеңе кедергі емес жалғастыру, бұл процесс құруға сколько угодно крошечных станоктар, өйткені жоқ шектеулерді орналастыра отырып, станоктардың немесе олардың материалоемкостью. Олардың көлемі әрқашан әлдеқайда аз көлемін прототип. Оңай есептеуге, жалпы көлемі 1 млн азайтылған 4000 рет станоктар (демек, масса дайындау үшін пайдаланылатын материалдар) кемінде 2 % және массасының әдеттегі станоктың қалыпты мөлшерін. Бұл бірден алып тастайды және проблеманы материалдардың құны. Негізінен еді ұйымдастыруға миллиондаған бірдей миниатюралық заводиков, кішкентай станоктар үздіксіз сверлили еді тесіктер, штамповали бөлшектер және т. б. қарай мөлшерін азайту біз үнемі тап өте ерекше физикалық құбылыстар. Барлық, кездесуге тура келеді, байланысты ауқымды факторлар. Сонымен қатар, тағы бір проблема «слипания» материалдарды әсерінен күштер межмолекулярного өзара іс-қимыл (деп аталатын күштер Ван-дер-Ваальса), ол әкелуі мүмкін әсерлер, ерекше үшін макроскопиялық ауқымын. Мысалы, гайка емес ажырауы жылғы болты кейін откручивания, ал кейбір жағдайларда тығыз «приклеиваться» бетінен және т. б. бірнеше жеке проблемаларды осындай типті, олар туралы да есте сақтаған жөн жобалау және құру микроскопиялық механизмдер.[4]

Барысында теориялық зерттеу осы мүмкіндіктер пайда болды гипотетические сценарийлер ақырзаман, олар деп болжайды нанороботы поглотят барлық биомассу Жер орындай отырып, өз бағдарламасын саморазмножения (деп аталатын «сұр шырыш» немесе «сұр жижа»).

Алғашқы болжамдар мүмкіндігі туралы зерттеу нысандарын атом деңгейінде кездестіруге болады кітабында «Opticks» Исаак Ньютон жарық көрген » 1704 жылы. Кітабында Ньютон деп үміттенеді микроскоптар болашақ бір кездері алады зерттеуге құпиясы «корпускул»[5].

Термині алғаш рет «нанотехнология» употребил Норио Танигути 1974 жылы.[6] Ол атап, бұл термин бұйымдар өндіру көлемі бірнеше нанометр. 1980-ші жылдары бұл термин пайдаланған Эрик К. Дрекслер өзінің кітаптарында: «Машина жасау: Грядущая эра нанотехнологиялар» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology») және «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation». Орталық орын, оның зерттеулерде ойнап, математикалық есептеулер, олардың көмегімен болатын жұмысқа талдау жасау құрылғысы өлшемдері бірнеше нанометр.

Қазіргі заманғы үрдісі миниатюризации көрсеткендей, зат болуы мүмкін мүлдем жаңа қасиеттері болса, өте кішкентай бөлшекті осы заттар. Бөлшектер өлшемі 1-ден 200 нанометр, әдетте, деп аталады «наночастицами». Осылайша, мысалы, белгілі болғандай, биыл кейбір материалдарды өте жақсы каталитикалық және адсорбциялық қасиеттері. Другие материалы көрсетеді тамаша оптикалық қасиеттері, мысалы, сверхтонкие пленканың органикалық материалдарды қолданады өндіру үшін күн батареясын. Мұндай батареялар болса да, ие салыстырмалы төмен кванттық тиімділігін, есесіне анағұрлым арзан және мүмкін механикалық икемді. Мүмкін емес қол жеткізу өзара іс-қимыл жасанды нанобөлшектердің табиғи объектілері наноразмеров — ақуыз, нуклеиновыми қышқылдары және т. б. Мұқият тазартылған алматыда мүмкін самовыстраиваться белгілі бір құрылымдар. Мұндай құрылым құрамында қатаң упорядоченные биыл сондай-ақ, көбінесе, танытады ерекше қасиеттері.

Нанообъекты бөлінеді 3 негізгі сынып: үшөлшемді бөлшектер алынатын жарылыс өткізгіштер, плазмалық синтезбен, қалпына жұқа пленка және т. б.; екі нысандары — пленка алатын әдістермен молекулярлық наслаивания, СVD, ALD, методом иондық наслаивания және т. б.; бірөлшемді объектілер — вискеры, бұл нысандар алынады әдісімен молекулярлық наслаивания, енгізе заттардың цилиндрлік микропоры және т. б. Сондай-ақ, бар нанокомпозиты — алынған материалдар енгізе отырып, нанобөлшектер қандай да бір матрица. Қазіргі уақытта кеңінен қолдану алды ғана әдісі микролитографии алуға мүмкіндік беретін, арналған матрицалардың бетін жалпақ островковые объектілер өлшемі 50 нм қолданылады, ол электроникада; метод СVD және ALD негізінен қолданылады құру үшін микронных пленка. Басқа да әдістері негізінен пайдаланылады ғылыми мақсатта. Әсіресе, атап өткен жөн әдістері иондық және молекулярлық наслаивания, өйткені олардың көмегімен құрылуы мүмкін нақты монослоев.

Ерекше класс құрайды органикалық биыл ретінде табиғи және жасанды текті.

Себебі көптеген физикалық және химиялық қасиеттері, нанобөлшектер қарағанда, көлемді, материалдарды, қатты тәуелді, олардың мөлшерін, соңғы жылдары көрініс табады айтарлықтай қызығушылық әдістері өлшеу мөлшерлерін белгілеудің нанобөлшектердің ерітінділерде талдау траекториясын нанобөлшектер, динамикалық светорассеяние, седиментационный талдау, ультрадыбыстық әдістері.

Өзін-өзі ұйымдастыру нанобөлшектер мен өткізгіштер процестер
Маңызды мәселелердің бірі, алдында тұрған нанотехнологией — как заставить молекулалар топтастырылуы белгілі бір әдіспен, самоорганизовываться, нәтижесінде жаңа материалдар мен құрылғылар. Осы мәселемен айналысатын бөлім химия — супрамолекулярная химия. Ол зерттейді жекелеген молекулалар, ал арасындағы өзара іс-қимыл молекулалар қабілетті реттеуге молекулалары белгілі бір әдіспен жасай отырып, жаңа заттар мен материалдар. Обнадеживает болса, бұл табиғатта шын мәнінде бар мұндай жүйе жүзеге асырылады ұқсас процестер. Мәселен, белгілі биополимерлер қабілетті ұйымдастырылуы ерекше құрылымдар. Оның бір мысалы — белоктар мүмкін, сворачиваться » глобулярную нысанын, сондай-ақ құруға кешендері — құрылымын қамтитын бірнеше молекулалар белоктар. Қазірдің өзінде бар синтез әдісі, пайдаланатын ерекше қасиеті ДНК молекулалары. Алынады комплементарная ДНК (кДНК), біріне ұштарын қосылады молекуласы (А) немесе Б. Имеем 2 заттар: — — — — — — — — Б —- — шартты бейнесі дара ДНК молекулалары. Енді, егер араластырып, осы 2 заттар арасында екі бір тізбегін ДНҚ түзілетін сутекті байланыс, притянут молекулалар А және Б-бір-біріне. Шартты түрде изобразим алынған қосылыс: ====АБ. Молекуласы ДНК оңай жойылатын процесс аяқталғаннан кейін.

Алайда, өзін-өзі ұйымдастыру құбылыс емес замыкаются ғана спонтанном реттеу молекулалардың және/немесе өзге де бөлшектер нәтижесінде олардың өзара іс-қимыл. Бар және басқа да процестер, оларға тән қабілеті өзін-өзі ұйымдастыру, мәні болып табылмайтын супрамолекулярной химия. Осындай процестердің электрохимиялық анодтық оксидирование (анодирование) алюминий, атап айтқанда та оның бір түрі, бұл әкеледі қалыптастыру кеуекті анодты оксидті пленкаларды (ПАОП). ПАОП білдіреді квазиупорядоченные мезопористые құрылымының ұяшық орналасқан қалыпты үлгі бетінің бар диаметрі бірлікке дейін жүздеген нанометр және ұзындығы үлестерін дейін жүздеген микрометр. Бар процестер, мүмкіндік беретін айтарлықтай дәрежеде арттыруға дәрежесі упорядоченности орналасқан пор және құру негізінде ПАОА наноқұрылымды бір-, екі және үш өлшемді массивтер.

Ресейдегі бірінші Халықаралық форумы нанотехнологиялар Rusnanotech өтті 2008 жылы, кейіннен ордамыздың. Жұмыс ұйымдастыру бойынша Халықаралық форум нанотехнология бойынша жүргізілді Тұжырымдамасына сәйкес мақұлданған байқау кеңесі бар АК «Роснанотех» 31 қаңтар 2008 жылғы өкімімен Ресей Федерациясы Үкіметінің № 1169-р 12.08.2008 ж. Форум 3 мен 5 желтоқсан 2008 жылы Мәскеу қаласындағы Орталық көрме кешенінде «Экспоцентр». Форум бағдарламасы тұрды іскерлік бөлігінде, ғылыми-технологиялық секцияларды, стендтік баяндама, баяндама Халықаралық жас ғалымдарының ғылыми жұмыстарының конкурсын нанотехнология саласындағы және көрме.

Барлығы Форумның іс-шараларына қатысты 9024 қатысушының және келушінің Ресей мен 32 шет елдердің, оның ішінде:

4048 қатысушы конгрестік бөлігінде Форум
4212 келушінің көрме,
559 стендист,
205 өкілдерінің БАҚ-та жариялап, Форум жұмысын.
2009 жылы Форумның іс-шараларына қатысты 10 191 адам 75 Ресей 38 шет елдердің, оның ішінде:

4022 қатысушы конгрестік бөлігінде Форум
9240 келушінің көрме,
951 стендист,
409 БАҚ өкілдері жариялап, Форум жұмысын.
2010 жылы форум жұмысына шамамен 7200 адам қатысты. Келушілер арасында экскурсиялар, арнайы ұйымдастырылған Қор Форумы «Роснанотех» оқушылар үшін жиналды қатысушылар Бүкілресейлік интернет-олимпиаданың нанотехнологиялар, мектеп, оказавшиеся алғаш рет орталығында ірі нанотехнологического оқиғалар. Арнайы бару үшін Форум келді оқушылары астана қ. қ., Тула, Ростов-на-Дону. Экскурсоводами болды аспиранттар атындағы ММУ. Ломоносов енгізілген дайындау процесі нанотехнологиялық олимпиада.