Понятие нанотехнологии
Понятие нанотехнологии
Нанотехнология - междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Нанотехнология, нанонаука, это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология, вся микроэлектроника, принципиальное отличие коллоидных систем, к которым относятся: облака, кровь человека, молекулы ДНК и белков, транзисторы, из которых собираются микропроцессоры, в том что поверхность таких частиц или огромных молекул в миллионы раз превосходит объем самих частиц, такие частицы занимают промежуточное положение между истинными гомогенными растворами, сплавами, и обычными объектами макромира как то стол, книга, песок. Поведение таких систем сильно отличается от поведения истинных растворов и расплавов и от объектов макромира благодаря высокоразвитой поверхности, как правило такие эффекты начинают играть значительную роль когда размер частиц лежит в диапазоне 1-100 нанометров, отсюда пришло замещение слова коллоидная физика, химия, биология на нанонауку и нанотехнологии, подразумевая размер объектов о которых идет речь.
Есть мнение, что в мире нет на сегодняшний день стандарта, что такое нанотехнологии, что такое нанопродукция. В Техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее:
Знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм, в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений; нанотехнология синтез производство
Использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.
Согласно "Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года" (2004 г.) нанотехнология определяется, как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.
3. Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм - это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создается с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.
Нанотехнология и в особенности молекулярная технология - новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить ее к высоким технологиям.
Развитие современной электроники идет по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология - следующий логический шаг развития электроники и других наукоемких производств.
Многие источники первое упоминание методов нанотехнологиеи, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана "В том мире полно места" (англ. "There's Plenty of Room at the Bottom"), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.
Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, который создал бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире, будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап - полученный механизм соберет свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать произвольное число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой, собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле - таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы.
Первые предположения о возможности исследования объектов на атомном уровне можно встретить в книге "Opticks" Исаака Ньютона, вышедшей в 1704 году. В книге Ньютон выражает надежду, что микроскопы будущего когда-нибудь смогут исследовать "тайны корпускул".
Впервые термин "нанотехнология" употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В 1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер в своих книгах: "Машины создания: грядет эра нанотехнологии". Центральное место в его исследованиях играли математические расчеты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размерами в несколько нанометров.
Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих.
Углеродные нанотрубки - протяженные цилиндрические структуры, состоящие из одной или нескольких свернутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и обычно заканчивающиеся полусферической головкой.
Фуллерены - молекулярные соединения, представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из четного числа трехкоординированных атомов углерода.
Графен - монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещенной зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.
Нанокристаллы
Аэрогель
Наноаккумуляторы - в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Данные аккумуляторы имеют время зарядки 10-15 минут. В феврале 2006 года компания начала производство аккумуляторов на своем заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных аккумуляторов для электромобилей.
Самоочищающиеся поверхности на основе эффекта лотоса.
Направление в современной медицине, основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.
ДНК-нанотехнологии - используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур.
Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды).
Центральные процессоры - 15 октября 2007 года компания Intel заявила о разработке нового прототипа процессора, содержащего наименьший структурный элемент. Основной конкурент Intel, компания AMD, также давно использует для производства своих процессоров нанотехнологические процессы, разработанные совместно с компанией IBM. Характерным отличием от разработок Intel является применение дополнительного изолирующего слоя SOI, препятствующего утечке тока за счет дополнительной изоляции структур, формирующих транзистор.
Жесткие диски: В 2007 году Питер Грюнберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике за открытие GMR-эффекта, позволяющего производить запись данных на жестких дисках с атомарной плотностью информации.
Прогресс в области нанотехнологий вызвал определенный общественный резонанс.
Ряд исследователей указывают на то, что негативное отношение к нанотехнологии у неспециалистов может быть связано с религиозностью, а также из-за опасений, связанных с токсичностью наноматериалов. Особо это актуально для широко разрекламированного коллоидного серебра, свойства и безопасность которого находятся под большим вопросом.
C 2005 года функционирует организованная CRN международная рабочая группа, изучающая социальные последствия развития нанотехнологий.
В октябре 2006 года Международным Советом по нанотехнологиям выпущена обзорная статья, в которой, в частности, говорилось о необходимости ограничения распространения информации по нанотехнологическим исследованиям в целях безопасности.
Организация "Гринпис" требует полного запрета исследований в области нанотехнологий.
Тема последствий развития нанотехнологий становится объектом философских исследований. Так, о перспективах развития нанотехнологий говорилось на прошедшей в 2007 году международной футурологической конференции Transvision, организованной WTA.
Нанотехнологии - способы производства и применения искусственно созданных объектов нанометровых размеров (1 нанометр (нм) равен одной миллиардной доле метра). Вещества, созданные на основе нанотехнологий, называют наноматериалами.
Нанотехнологии признаны основной движущей силой науки и техники XXI века. Это наука и технология производства, ориентированная на дешевое получение устройств и веществ с заданной атомарной структурой. Нанотехнология - закономерный этап научно-технического прогресса, основа будущего процветания.
Похожие статьи
-
Нанотехнологии в промышленности
Введение Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Для этого в первобытном обществе люди использовали различные...
-
НАНОНАУКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ, Понятийный аппарат нанотехнологий - Нанотехнологии
Понятийный аппарат нанотехнологий Термин "нанотехнологии" ввел в 1974 г. японский физик Норе Танигучи для описания процесса построения новых объектов и...
-
Виды нанотехнологий - Нанотехнологии
Первые технические средства в этой области были изобретены в швейцарских лабораториях IBM. Огромную роль сыграли. Создание сканирующего туннельного...
-
Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узкопрофессиональные функции, но и социальные....
-
Введение, Основные понятия - Основные показатели надежности
Современный человек не мыслит своего существования без различных механизмов, которые упрощают жизнь и делают ее намного безопаснее. Любая используемая...
-
Область применения социальных сталей - Понятие и виды спецсталей
Стали и сплавы специального назначения благодаря своим уникальным свойствам находят широкое применение в электроэнергетике, станкостроении,...
-
Нанотехнологии в пище Наноеда (nanofood) - Термин новый, малопонятный и неказистый. Еда для нанолюдей? Очень маленькие порции? Еда, сработанная на...
-
Средство измерений (СИ) - Основные понятия о технических условиях и средствах измерений
Средство измерений (СИ) - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или...
-
Нанотехнологии и бизнес - Влияние нанотехнологий на развитие бизнеса
Сейчас, в 21 веке, создаются предприятия, основывающиеся на нанотехнологиях, например: - "Сибтермохим" -- малое инновационное предприятие. Возникла...
-
Общая характеристика и понятие специальных сталей - Понятие и виды спецсталей
Специальные стали -- это сплавы на основе железа, отличающиеся от обычных сталей особыми свойствами, обусловленными либо их хими ческим составом, либо...
-
Метрология как наука и область практической деятельности человека зародилась в глубокой древности. На всем пути развития человеческого общества измерения...
-
Существует определенная система технической подготовки производства. Она представляет собой совокупность взаимосвязанных научно-технических процессов,...
-
Грохочение, Основные понятия и назначение грохочения - Основы процесса грохочения
Основные понятия и назначение грохочения Грохочение - процесс разделения сыпучего зернистого материала на продукты различной крупности (классы) с помощью...
-
Понятие изобретения - Понятие и признаки изобретения
Изобретения являются важнейшим компонентом патентного права. По существу, они определяют развитие технического прогресса, о чем свидетельствует опыт...
-
Роль специальных сталей в мировом производстве - Понятие и виды спецсталей
Сложившиеся мировые тенденции научно-технического развития в области разработки и использования сплавов и сталей со специальными свойствами, показывает...
-
Введение, Основные понятия - Гальванические покрытия
В реферате рассматриваются методы гальванического упрочнения: электролитическое хромирование, электролитическое железнение. Хромирование используют для...
-
Понятие о сплавах - Металлы и их свойства
Характерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов...
-
Метрология (от греч. "metron" - мера, "logos" - учение) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения...
-
Заключение, Список использованных источников - Понятие и виды спецсталей
На протяжении всей истории металлургии стоит задача улучшения качества металла и прежде всего получения металла, не содержащего вредных примесей (серы,...
-
Волокно: понятие, классификация, состав - Полимерные органические волокна
Волокно - класс материалов, состоящий из непряденых нитей материала или длинных тонких отрезков нити. Волокно используется в природе как животными так и...
-
Основные понятия - Асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в...
-
Понятие качества, система показателей качества Качество -- синтетический показатель, отражающий совокупное проявление многих факторов -- от динамики и...
-
Объекты, не признаваемые изобретениями - Понятие и признаки изобретения
В Патентном законе перечисляются определенные результаты творческой деятельности, которые законодатель прямо исключил из сферы патентной охраны в...
-
Введение - Понятие и виды спецсталей
Развитие таких отраслей техники, как авиакосмическая, атомная, энергетическая и ряда других, во многом определяется состоянием и техническим уровнем...
-
Признаки изобретения - Понятие и признаки изобретения
В п. 1 ст. 4 Патентного закона перечислены три признака, наличие которых свидетельствует о том, что заявленное техническое новшество может быть признано...
-
Ионизация газов. Понятие плазмы - Электротехнологические плазменные установки
В обычных условиях различные газы и их смеси (воздух, аргон, водород, гелий, углекислый газ и др.) не проводят электрический ток. Проводимость возникает...
-
Современной школе необходим учитель -- высококвалифицирован-ный специалист, обладающий профессиональными качествами, необхо-димыми для творческого...
-
Понятие, виды и назначение технологических карт Технологическая карта представляет собой документ, который содержит все необходимые сведения и,...
-
Введение, Полимеры: понятие, особенности, область применения - Полимерные органические волокна
Наука о полимерах стала развиваться как самостоятельная область знания к началу Второй мировой войны и сформировалась как единое целое в 50-х гг. XX...
-
Понятие о проекте водоснабжения зданий. - Монтаж водопроводов. Сварочный пост
Система водопровода здания выполняется по проекту. Проект представляет собой техническое решение устройства водопровода данного здания, согласованное с...
-
Понятие о поточном производстве - Производственная структура промышленного предприятия
Поточным производством называется прогрессивная форма организации производства, основанная на ритмичной повторяемости согласованных во времени основных и...
-
Организация работы с документами - это создание оптимальных условий для всех видов работ с документами, начиная с создания или получения документа и...
-
Понятие демпинга, Список используемой литературы - Полная характеристика черной металлургии
Демпинг (англ. dumping буквально - сбрасывание) - бросовый экспорт, продажа товаров на внешних рынках по ценам более низким, чем на внутреннем рынке (как...
-
В связи с тем, что в шахтах, опасных по газу и пыли, создается возможность возникновения пожара или взрыва, к электрооборудованию этих шахт предъявляются...
-
МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - Нанотехнологии
Термин "технология" происходит от греческого слова teclmt: -- мастерство, искусство, а "логия", как обычно, знания или наука. Таким образом технология --...
-
Классификация пластмасс, применяемых в машиностроении Пластмассами называют материалы, способные при определенных температуре и давлении принимать...
-
Понятие условного топлива. Калорийный эквивалент - Эксплуатационные материалы
При сжигании одинаковых масс разных видов топли-ва выделяется различная теплота сгорания. Поэтому для удобства сравнительной оценки введено понятие...
-
Введение, Понятие о температуре и о температурных шкалах - Общие сведения об измерениях температуры
Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической...
-
ПОНЯТИЕ О ШЕЗЛОНГЕ " Chaise longue " или шезлонг переводится с французского языка как " Длинный стул ", хотя в русском это слово сохранило оригинальное...
-
ПОНЯТИЕ СВОБОДНОЙ КОВКИ - Основные технологические процессы механообрабатывающих производств
Свободную ковку заготовок разделяют на ручную и машинную. Ручную ковку производят на наковальне, при этом по поковке удары наносят кувалдой. Машинную...
Понятие нанотехнологии