В жизни нас окружает природа, состоящая из макро и микромира. Макромир – это мир устойчивых и соразмерных человеку величин, такие как физические тела, кристаллические комплексы молекул, животные и растительные организмы, сообщества и другие. Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы предельно малых размеров. На уровнях микро и макромира действуют свои закономерности, но при этом они теснейшим образом связаны между собой. В каждой исторической эпохе создавались и использовались различные технологии. Шли века, в обществе развивалась наука и техника. Следующим шагом ученых стала нанонаука, изучающая системы очень малого размера.
Отцом нанонауки считают греческого философа Демокрита. Он впервые использовал слово «атом», для описания самой малой частицы вещества. В XVIII веке благодаря трудам Джона Дальтона стали изучаться физико-химические свойства атомов. В XIX веке Дмитрий Иванович Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе. С развитием коллоидной химии Томасу Грэму удалось провести коагуляцию золей и превратить их в гели. Он также ввел деление веществ по степени дисперсности структур на коллоидные (аморфные) и кристаллоидные (кристаллические). Первым ученым, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать физика Альберта Энштейна, который в 1905 году писал в своих научных трудах, что размер молекулы сахара предсталяет примерно 1 нанометр.
Идею создания специальных приборов, способных проникнуть в глубину материи до границ наномира, выдвинул выдающийся изобретатель Никола Тесла. Именно он предсказал создание электронного микроскопа. Впервые теоретические исследования, положившие начало инструментального обеспечения будущих технологий были труды физика – теоретика Георгия Гамова. Он еще в 20-е годы ХХ века, произвел решения уравнений Эрвина Шрендингера. Уникальное свойство, характерное для квантовых частиц, в том числе для и электронов, заключается в их способности проникать через преграду, даже когда их энергия ниже потенциального барьера, соответствующей данной преграде. Электрон, встретив на пути преграду, для преодоления которой требуется больше энергии, чем есть у него, не отразится от нее, а с потерей энергии пролетает эту преграду. Это явление названное «туннельным эффектом» позволило объяснить многие экспериментально наблюдаемые процессы.
Бурное развитие электроники 50 годов ХХ века привело к открытию ученым Лео Эсаки туннельного диода. В тоже время, физик Юрий Тиходеев, впервые предложил расчеты параметров и варианты применения приборов на основе многослойных туннельных структур.
Мысль о том, что в будущем человечество сможет создавать объекты, собирая их « молекула за молекулой», «атом за атомом» принадлежит Ричарду Фейнману. Ученый в 1959 году прочитал лекцию на годичном собрании американского физического общества, в которой выразил идею «управления и контроля материалов на микроскопическом уровне». Тогда его слова казались фантастикой, но прошло совсем немного времени и эти идеи стали реальностью.
Многие ученые в мире работали с объектами наноуровня, но теримин «нанотехнология» впервые в 1974 году предложил физик Норио Танигучи. Нанотехнологиями – называют способы операций с материалами, размер которых минимум 100 нанометр. Выбор такой величины метериала обуславливается тем, что при размере до 100 нанометров у многих материалов проявляются новые свойства.
Нанотехнолигии ХХ века были связаны с новым подходом «от большого к меньшему», где большие частицы делились на мелкие (top down- «сверху вниз»). Кроме подхода «от большого к меньшему » существует подход «от меньшего к большому» (bottom-up – «снизу вверх). Иллюстрацией такого подхода, например, является возможность создавать материалы поатомно, задавая им конкретные свойства.
Накопленные знания в области нанотехнологий позволили по-новому взглянуть на ряд уникальных природных явлений. Например, в 1975 году немецкие ботаники Вильгелм Бартлотт и Кристофор Найнус открыли и запонтетовали явление самоочистки поверхностей растений. Это происходит тогда, когда вода попадая на листья, образует сферические капли, которые легко скатываются при наклоне, унося при этом частички пыли и грязи. Этот процесс протекает в биологических наноструктуированных областях супергидрофобных поверностях листьев, образующие тонкий слоя воска.
Знаменитой вехой развития идей в нанотехнологии стала серия работ американского ученого Эрика Дрекслера. В статье « Молекулярная инженерия: подход к разработке общих принципов манипулирования молекулами» (1981 г.), он предложил создать из атомов и молекул наномерные аналоги различных механических устройств. В книге «Машины творения» (1986 г.) Эрик Дрекслер предложил создавать устройства, названные им «молекулярными машинами» где раскрыл перспективы связанные с развитием нанотехнологий. Несмотря на детальное обсуждение путей создания молекулярных наномашин, идеи Эрика Дрекслера до сих пор остаются научной фантастикой, при этом стимулирующие поисковые исследования и разработки в направлении молекулярных технологий.
В настоящее время понятие «нанотехнология» включает в себя не только совокупность методов и способов синтеза, сборки, структурообразования и модифицирования материалов, направленных на создание систем с новыми свойствами, которые обусловлены проявлениями наномасштабных явления и факторов, но и систему знаний, умений, навыков, материаловедческое, аппаратурное, информационное обеспечение процессов, а также технологических операций.
Сегодняшняя нанотехнология — это 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 материалов с заданной атамарной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
В настоящее время нанотехнология охватывает все области исследования живой и неживой природы. Помимо революционного прорыва нанотехнологии в областях электроники и информационных технологий, происходит его прогресс в развитии многих других направлений науки и техники, сюда можно отнести медицину, фармакологию, биологию, химию, экологию, энергетику, механику, животноводство, растениеводство, строительство, изучение и освоение космоса. Подробно, об этом в следующих статьях.
.
Джемал Розынязова,
Студентка 3-го курса факультета
Информационных технологий и
программирования Института телекоммуникаций
и информатики Туркменистана.
Комментарии