) — Bu terminin hazırda vahid, hamı tərəfindən qəbul edilmiş tərifi yoxdur. "Nanotexnologiya" termini ilə RUSNANO materialların, cihazların və sistemlərin öyrənilməsi, layihələndirilməsi və istehsalında istifadə olunan texnoloji metodlar və texnikalar toplusunu başa düşür, o cümlədən strukturun, kimyəvi tərkibinin və onların ayrı-ayrı nanoölçülü elementlərinin qarşılıqlı təsirinin məqsədyönlü nəzarəti və idarə olunmasını (nanotexnologiya ilə). ölçülərdən ən azı birinə görə 100 nm və ya daha az olan ölçülər), nəticədə alınan məhsulların əlavə əməliyyat və/və ya istehlak xüsusiyyətlərinin və xassələrinin yaxşılaşmasına və ya yaranmasına səbəb olur.
Təsvir
“Nanotexnologiya” termini ilk dəfə professor tərəfindən 1974-cü ildə Tokioda keçirilən beynəlxalq konfransda “Nanotexnologiyanın əsas konsepsiyası” adlı məruzəsində istifadə edilmişdir. İlkin olaraq “nanotexnologiya” termini dar mənada istifadə edilmiş və proseslərin məcmusunu ifadə etmişdir. yüksək enerjili elektron, foton və ion şüaları, film çökdürmə və ultra nazik istifadə edərək yüksək dəqiqlikli emal təmin edən. Hazırda “nanotexnologiya” termini bir neçə nanometr miqyasda ultradəqiq əməliyyatları yerinə yetirmək üçün nəzərdə tutulmuş texnoloji prosesləri, texnika və maşın və mexanizm sistemlərini əhatə edən və birləşdirən geniş mənada istifadə olunur.
Nanotexnologiyanın obyektləri həm ölçüləri ən azı bir ölçüdə nanonarıncıya xas olan birbaşa aşağı ölçülü obyektlər (nanofilmlər), həm də strukturu idarə olunan şəkildə yaradılan və dəyişdirilən makroskopik obyektlər (toplu materiallar, cihazların və sistemlərin ayrı-ayrı elementləri) ola bilər. fərdi nanoelementlər səviyyəsində həlli ilə. Cihazlar və ya sistemlər, o halda nanotexnologiyadan istifadə etməklə istehsal edilmiş hesab olunurlar ki, onların əsas komponentlərindən ən azı biri nanotexnologiyanın obyektidir, yəni texnoloji prosesin ən azı bir mərhələsi mövcuddur və nəticəsi nanotexnologiya obyektidir.
Müəlliflər
- Qoldt İlya Valerieviç
- Qusev Aleksandr İvanoviç
Mənbələr
- Qusev A.I. Nanomateriallar, nanostrukturlar, nanotexnologiyalar. - M.: Fizmətlit, 2007. - 416 s.
- Qusev A. I., Rempel A. A. Nanokristal materiallar. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. - 351 s.
1. Anlayışlar və terminologiya
2. Nanotexnologiya: yaranma və inkişaf tarixi
3. Əsaslar
Skan edən prob mikroskopiyası
Nanomateriallar
Nanohissəciklər
Nanohissəciklərin öz-özünə təşkili
Aqlomeratın formalaşması problemi
Mikro və nanokapsulalar
Nanotexnologiya sensorlar və analizatorlar
4. Proqramlar nanotexnologiya
Tibb və biologiya
Avtomobil sənayesində
Kənd təsərrüfatı
Ekologiya
Kosmosun tədqiqi
Kibernetika
5. Cəmiyyətin nanotexnologiyaya münasibəti
Nanotexnologiya fundamental və tətbiqi elm və texnologiyanın fənlərarası sahəsidir, nəzəri əsaslandırmalar, tədqiq, analiz və sintezin praktiki üsulları, habelə atom quruluşuna malik məhsulların idarə olunan manipulyasiyası yolu ilə istehsalı və istifadəsi üsulları ilə məşğul olur. fərdi atomlar və molekullar.
Nanotexnologiya nanometr miqyaslı obyektlərin öyrənilməsi və ayrı-ayrı molekulların və atomların ölçüsü ilə müqayisə oluna bilən nanometr (millimetrin milyonda biri) sırası ilə obyektlərlə işləmək üçün texnologiyadır.
Təriflər və terminologiya
ISO/TC 229 Texniki Komitəsində nanotexnologiya aşağıdakıları nəzərdə tutur:
adətən 1 nm miqyasda, lakin 100 nm-dən aşağı miqyasda istisna edilməklə, bir və ya bir neçə ölçüdə, ölçü effektinin (fenomeninin) tətbiqi yeni tətbiqlərin mümkünlüyünə səbəb olan proseslərin bilik və nəzarəti;
Sərbəst atom və ya molekulların xassələrindən, habelə bu atomlardan və ya molekullardan ibarət maddənin kütlə xassələrindən fərqlənən nanometr miqyaslı obyektlərin və materialların xassələrindən daha təkmil materialların, cihazların, sistemlərin yaradılması üçün istifadə edilməsi. bu xüsusiyyətləri həyata keçirənlər.
“Rusiyada İnkişaf Konsepsiyasına görə işləyir nanotexnologiya sahəsində 2010-cu ilə qədər" (2004) nanotexnologiya, ölçüləri 100 nm-dən az olan komponentlər də daxil olmaqla, ən azı bir ölçüdə obyektləri idarə olunan şəkildə yaratmaq və dəyişdirmək qabiliyyətini təmin edən üsul və üsulların məcmusu kimi müəyyən edilir, və bunun nəticəsində onların daha geniş miqyaslı tam fəaliyyət göstərən sistemlərə inteqrasiyasına imkan verən əsaslı yeni keyfiyyətlər əldə etmək.
Nanotexnologiyanın praktiki aspekti atomları, molekulları və nanohissəcikləri yaratmaq, emal etmək və manipulyasiya etmək üçün lazım olan cihazların və onların komponentlərinin istehsalını əhatə edir. Anlaşılır ki, bir cismin mütləq ən azı bir xətti ölçüsü 100 nm-dən az olması lazım deyil - bunlar atom quruluşu ayrı-ayrı atomlar səviyyəsində həlli ilə idarə olunan bir şəkildə idarə olunan makro obyektlər ola bilər və ya onların tərkibində nano-obyektlər ola bilər. Daha geniş mənada bu termin həm də belə obyektlərin diaqnostikası, xarakterologiyası və tədqiqi üsullarını əhatə edir.
Nanotexnologiyalar ənənəvi fənlərdən keyfiyyətcə fərqlənir, çünki belə miqyaslarda maddənin idarə edilməsi üçün adi, makroskopik texnologiyalar çox vaxt tətbiq olunmur və adi miqyasda əhəmiyyətsiz dərəcədə zəif olan mikroskopik hadisələr daha əhəmiyyətli olur: fərdi atomların və molekulların və ya aqreqatların xüsusiyyətləri və qarşılıqlı təsiri. molekulların (məsələn, Van qüvvələri -der Waals), kvant effektləri.
Nanotexnologiya və xüsusilə molekulyar texnologiya yeni, çox az araşdırılmış fənlərdir. Bu sahədə proqnozlaşdırılan əsas kəşflər hələ edilməyib. Bununla belə, davam edən tədqiqatlar artıq praktiki nəticələr verir. Nanotexnologiyada qabaqcıl elmi nailiyyətlərin istifadəsi onu yüksək texnologiya kimi təsnif etməyə imkan verir.
Müasir elektronikanın inkişafı cihazların ölçülərini azaltmaq yolu ilə gedir. Digər tərəfdən, klassik istehsal üsulları öz təbii iqtisadi və texnoloji maneələrinə yaxınlaşır, o zaman cihazın ölçüsü çox azalmır, lakin iqtisadi olanlar eksponent olaraq artır. Nanotexnologiya elektronika və digər yüksək texnologiyalı sənaye sahələrinin inkişafında növbəti məntiqi addımdır.
Nanotexnologiya mikrotexnologiyanın məntiqi davamı və inkişafıdır.
Mikrotexnologiya, mikro obyektləri və texnologiyanı öyrənən elmin birləşməsidir iş mikrometrin (millimetrin mində biri) cisimləri ilə müasir mikroelektronikanın yaradılması üçün əsas oldu. Cib telefonları, kompüterlər, internet, müxtəlif məişət, sənaye və məişət elektronikası, bütün bunlar həm dünyanı, həm də insanları tanınmaz dərəcədə dəyişdi.
Nanotexnologiya da dünyanı eyni dərəcədə dəyişəcək. Nanotexnologiya atomların davranışını simulyasiya etmək üçün çox böyük hesablama gücü və müxtəlif materialların atom və molekullarını yeni üsullarla tənzimləmək üçün yüksək dəqiqlikli elektrik və mexaniki cihazlar tələb edir. Bu yolla yeni maddə yaranır. Sivilizasiya tarixində ilk dəfə olaraq insanlara lazım olan yeni xüsusiyyətlərə malik materiallar yaradılır. Onlardan yalnız bir neçəsini sadalayaq. Bu, plastikin yüngüllüyünə və poladın sərtliyinə malik şəffaf və çevik material, günəş batareyası olan elastik plastik örtük, adi batareyadan onlarla və yüzlərlə dəfə güclü olan elektrik batareyasının elektrodu üçün materialdır. .
Hətta müasir səviyyədə nanotexnologiya kağız vərəq qalınlığında və müasir monitorun parlaqlığında çevik plastik ekranlar, karbon birləşmələrinə əsaslanan, ölçüləri və enerji intensivliyi müasirlərdən yüzlərlə dəfə aşağı olan kompakt elektronika əldə etməyə imkan verir. Nanotexnologiya eyni zamanda yüngül və çevik struktur və tikinti materialları, hava və su üçün yüksək səmərəli filtrlər, daha dərin səviyyədə fəaliyyət göstərən dərmanlar və kosmetika, kosmosa uçuş xərclərinin sürətlə azalması və daha çox şey deməkdir.
İndiyə qədər bütün nanotexnoloji materiallar çox bahadır. Lakin, kompüter sənayesində olduğu kimi, kütləvi istehsal qiymətlərdə kəskin güzəştlərə səbəb olacaqdır. Nanotexnologiyanın verəcəyi mənfəət və təsir uğrunda görünməz mübarizədə əsas möhtəkirlər ABŞ-dır və Rusiya. İsrail, Avropa ölkələri və ölkələr Latın Amerikası bu sahədə öz potensialını sürətlə artırır.
Təəssüf ki, yaxşı elmi bazanın və böyük özəl kapitalın olmasına baxmayaraq, Ukrayna elmi inkişafları və tətbiqi məhsulları dünyada zəif təmsil olunur.
Elmi milli nanotexnologiya proqramları nanotexnoloji inkişaflar üçün xüsusi əhəmiyyət kəsb edir. 50-dən çox inkişaf etmişdir ölkələröz nanotexnologiya proqramlarına start verdiklərini elan etdilər.
Nanotexnologiya: yaranma və inkişaf tarixi
Bir çox mənbələr, ilk növbədə ingilisdilli olanlar, sonradan nanotexnologiya adlandırılacaq metodların ilk qeydini Riçard Feynmanın 1959-cu ildə Kaliforniya Texnologiya İnstitutunda illik yığıncaqda etdiyi məşhur “There's Plenty of Room at the Bottom” çıxışı ilə əlaqələndirirlər. Amerika Fizika Cəmiyyətinin.
Richard Feynman, ən azı bu ölçüdə uyğun ölçülü bir manipulyatordan istifadə edərək tək atomları mexaniki şəkildə hərəkət etdirməyin mümkün ola biləcəyini təklif etdi. proses hazırda məlum olan fiziki qanunlara zidd olmazdı.
O, bu manipulyatoru aşağıdakı şəkildə etməyi təklif etdi. Özünün bir nüsxəsini yarada biləcək bir mexanizm qurmaq lazımdır, yalnız daha kiçik bir sıra. Yaradılan daha kiçik mexanizm yenidən öz surətini yaratmalı, yenə də daha kiçik bir böyüklük sırası yaratmalı və mexanizmin ölçüləri bir atomun nizamının ölçülərinə uyğun gələnə qədər davam etməlidir. Bu halda, bu mexanizmin strukturunda dəyişikliklər etmək lazım gələcək, çünki makrokosmosda hərəkət edən cazibə qüvvələri getdikcə daha az təsir göstərəcək və molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələri və Van der Vaals qüvvələri getdikcə daha çox təsir edəcək. mexanizm. Son mərhələ - ortaya çıxan mexanizm fərdi atomlardan surətini yığacaq. Prinsipcə, bu cür nüsxələrin sayı qeyri-məhduddur, qısa müddətdə ixtiyari sayda belə maşın yaratmaq mümkün olacaq. Bu maşınlar makro əşyaları eyni şəkildə, atom montajı ilə yığa biləcəklər. Bu, işi xeyli ucuzlaşdıracaq - belə robotlara (nanorobotlara) yalnız lazımi miqdarda molekul və enerji verilməli və lazımi əşyaların yığılması üçün proqram yazılmalıdır. İndiyə qədər heç kim bu ehtimalı təkzib edə bilməyib, lakin hələ heç kim belə mexanizmləri yarada bilməyib. R. Feynman özünün iddia edilən manipulyatorunu belə təsvir edir:
Mən operatorun “əlləri”nin dörd dəfə kiçik nüsxələri şəklində şərti istehsal edilmiş “xidmət robotlarından” istifadə edən elektriklə idarə olunan sistem yaratmaq barədə düşünürəm. Belə mikro-mexanizmlər kiçildilmiş miqyasda əməliyyatları asanlıqla yerinə yetirə biləcəklər. Mən eyni dərəcədə kiçik boltlar və qaykaları sıxa bilən, çox kiçik deşiklər qaza bilən və s., servo mühərrikləri və kiçik "qolları" ilə təchiz edilmiş kiçik robotlardan danışıram. Bir sözlə, onlar bütün işləri 1:4 miqyasında görə biləcəklər. Bunun üçün təbii ki, lazımi mexanizmlər, alətlər və manipulyasiya qolları ilk növbədə adi ölçülərin dörddə birinə düzəldilməlidir (əslində bu, bütün təmas səthlərinin 16 dəfə azaldılması deməkdir). Son mərhələdə bu qurğular servo mühərriklərlə (16 dəfə azaldılmış güclə) təchiz olunacaq və adi elektrik idarəetmə sisteminə qoşulacaq. Bundan sonra siz 16 dəfə kiçik olan manipulyator qollarından istifadə edə biləcəksiniz! Belə mikrorobotların, eləcə də mikromaşınların tətbiq dairəsi kifayət qədər geniş ola bilər - cərrahi əməliyyatlardan tutmuş radioaktiv materialların daşınmasına və emalına qədər. Ümid edirəm ki, təklif olunan proqramın prinsipi, eləcə də onunla bağlı gözlənilməz problemlər və maraqlı imkanlar aydındır. Üstəlik, miqyasın daha da əhəmiyyətli dərəcədə azaldılması ehtimalı haqqında düşünə bilərsiniz, bu, təbii olaraq daha çox dizayn dəyişiklikləri və dəyişiklikləri tələb edəcəkdir (yeri gəlmişkən, müəyyən bir mərhələdə adi formanın "əllərindən" imtina etməli ola bilərsiniz. ), lakin təsvir olunan tipdə yeni, daha inkişaf etmiş cihazları istehsal etməyə imkan verəcəkdir. Bunu davam etdirməyimə heç nə mane olmur proses və istədiyiniz qədər kiçik maşın yaradın, çünki maşınların yerləşdirilməsi və ya onların material istehlakı ilə bağlı heç bir məhdudiyyət yoxdur. Onların həcmi həmişə prototipin həcmindən çox az olacaq. Hesablamaq asandır ki, 4000 dəfə azaldılmış 1 milyon maşının ümumi həcmi (və buna görə də istehsal üçün istifadə olunan materialların kütləsi) normal ölçülü bir adi maşının həcminin və çəkisinin 2% -dən az olacaq.
Aydındır ki, bu, problemi dərhal aradan qaldırır xərc materiallar. Prinsipcə, milyonlarla eyni miniatür fabrikləri təşkil etmək olardı ki, burada kiçik maşınlar fasiləsiz olaraq deşiklər, ştamplama hissələri və s. qazırdılar. Biz kiçildikcə, biz daim çox qeyri-adi fiziki hadisələrlə qarşılaşacağıq. Həyatda qarşılaşdığınız hər şey geniş miqyaslı amillərdən asılıdır. Bundan əlavə, makroskopik miqyasda qeyri-adi təsirlərə səbəb ola bilən molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələrinin (van der Waals qüvvələri adlanır) təsiri altında materialların "bir-birinə yapışması" problemi də var. Məsələn, qayka açıldıqdan sonra boltdan ayrılmayacaq, bəzi hallarda isə səthə möhkəm “yapışacaq” və s. Mikroskopik mexanizmlərin layihələndirilməsi və qurulması zamanı bu tip bir neçə fiziki problem nəzərə alınmalıdır.
Bu ehtimalın nəzəri tədqiqi zamanı nanorobotların öz-özünə çoxalma proqramını ("boz goo" və ya "boz şlam" adlanan) həyata keçirərək Yerin bütün biokütləsini udacağını güman edən hipotetik qiyamət ssenariləri ortaya çıxdı.
Obyektlərin atom səviyyəsində öyrənilməsinin mümkünlüyü ilə bağlı ilk fərziyyələr İsaak Nyutonun 1704-cü ildə nəşr olunan "Optiklər" kitabında tapıla bilər. Kitabda Nyuton ümid edir ki, gələcək mikroskoplar bir gün “cisimciklərin sirlərini” araşdıra biləcəklər.
“Nanotexnologiya” termini ilk dəfə 1974-cü ildə Norio Taniguchi tərəfindən istifadə edilmişdir. O, bu termini nanometrlər sırasına uyğun ölçüdə ticarət obyektlərinin istehsalını təsvir etmək üçün istifadə etdi. 1980-ci illərdə Erik K. Drexler bu termini, xüsusilə də 1986-cı ildə yazdığı “Yaradılış Mühərrikləri: Nanotexnologiyanın Gələcək Era” kitabında istifadə etdi. O, bu termini Massaçusets Texnologiya İnstitutunda (MIT) doktorluq dissertasiyasında tədqiq etdiyi yeni elm sahəsinə istinad etmək üçün istifadə etdi. Daha sonra tədqiqatının nəticələrini Nanosistemlər: Molekulyar Maşınlar, İstehsalat və Hesablamalar kitabında dərc etdi. Onun tədqiqatında riyazi hesablamalar böyük rol oynamışdır, çünki onların köməyi ilə hələ də hipotetik xassələri təhlil etmək və ölçüləri nanometrlər sırasına malik cihazlar hazırlamaq mümkündür.
Əsasən, hazırda molekulların mexaniki manipulyasiyası və bu məqsədlər üçün özünü təkrarlayan manipulyatorların yaradılması imkanları nəzərdən keçirilir.
Artıq deyildiyi kimi, bu, bütün mövcud ekoloji problemləri həll edərək, hər hansı bir mövcud məhsulların dəyərini dəfələrlə azaltmağa və əsaslı şəkildə yenilərini yaratmağa imkan verəcəkdir. Həmçinin, bu cür manipulyatorlar böyük tibbi potensiala malikdirlər: onlar zədələnmiş insan hüceyrələrini bərpa etməyə qadirdirlər ki, bu da əslində insanın həqiqi texniki ölməzliyinə gətirib çıxarır. Digər tərəfdən, nanomanipulyatorların yaradılması “boz çamur” ssenarisinə gətirib çıxara bilər. Müəyyən bir qrup insan belə bir manipulyator üzərində tam nəzarət əldə etdikdə və digər insanlar üzərində öz mövqelərini tamamilə təsdiqləmək üçün istifadə etdikdə, onlar həmçinin mümkün ssenari təklif edirlər. Bu ssenari reallaşarsa, nəticə ideal olacaq, görünür, onu məhv etmək mümkün olmayacaq.
NT-nin ən dolğun tərifi milli nanotexnologiya təşəbbüsünün materiallarında verilmişdir ABŞ:
NT - bir və ya bir neçə koordinat boyunca subnanometr miqyası ilə atom, molekulyar və ya makromolekulyar səviyyədə elmi tədqiqatlar və texnoloji inkişaflar, belə ölçülərdə materialların hadisələri və xassələri haqqında fundamental anlayışı təmin etmək və strukturların, cihazların istehsalı və istifadəsi üçün. kiçik ölçülərinə görə yeni xüsusiyyətlərə və funksiyalara malik olan sistemlər.
Eyni zamanda, əsərdə NT-nin əsaslarının XIX əsrin ikinci yarısında kolloid kimyanın inkişafı ilə əlaqədar qoyulduğu göstərilir. 1857-ci ildə M.Faradey ilk dəfə qızılın qırmızı rəngli stabil kolloid məhlullarını (solslarını) əldə etmişdir. 1861-ci ildə T. Qrem solları laxtalanaraq gelə çevirməyi bacardı. Quruluşun dağılma dərəcəsinə görə maddələrin kolloid (amorf) və kristalloid (kristal) bölünməsini də təqdim etdi.
Maddənin kristal və ya amorf vəziyyəti, ilk növbədə, onun öz xassələrindən, sonra isə bərk vəziyyətə keçidin baş verdiyi şəraitdən asılıdır.
1869-cu ildə kimyaçı İ.Borşov fərziyyə irəli sürdü ki, şəraitdən asılı olaraq maddə həm kristal (kristal əmələ gəlmə meyli), həm də kolloid (amorf) vəziyyətdə alına bilər. Maddənin bərk vəziyyətə keçməsi üçün şərtləri lazımi şəkildə dəyişdirməklə, kristal vəziyyətdə adətən amorf maddələr (rezin, yapışqan, şüşə) əldə etmək və əksinə, adətən kristal maddələr (metallar və yemək duzu) əldə etmək mümkündür. amorf (şüşə) vəziyyətdədir.
19-cu əsrdə obyektləri müşahidə etmək və ölçülərini ölçmək üçün yalnız optik mikroskoplar mövcud olduğundan, kolloid məhlullardakı hissəcikləri və kolloid maddələrdəki taxılları, ultra yüksək dispersiya dərəcəsi olan maddələri, hissəcikləri, lifləri, taxılları və filmləri aşkar etməyə imkan vermirdi. ağ işıqdan istifadə edərkən 300 nm, ultrabənövşəyi işıqdan istifadə edərkən 150 nm ayırdetmə qabiliyyətinə malik optik mikroskoplarda aşkar edilə bilməz.
1892-ci ildə D.İvanovski ilk bioloji kolloid hissəciyi - tütün mozaika xəstəliyi virusunu kəşf etdi və 1901-ci ildə U.Rid ilk insan virusunu - sarı qızdırma virusunu təcrid etdi. Qeyd etmək lazımdır ki, viruslar 40-dan 80 nm-ə qədər xarakterik ölçülərə malikdir.
1903-cü ildə R. Zsiqmondi və R. Siedentopf 5 nm-ə qədər ayırdetmə qabiliyyətinə malik olan və kolloid hissəcikləri müşahidə etməyə imkan verən optik ultramikroskop icad etdilər. Ultramikroskop əks olunan işıqda müşahidə prinsipi əsasında qurulmuşdur, bunun sayəsində adi mikroskopdan daha kiçik obyektlər görünür. R.Ziqmondinin ultramikroskopunun köməyi ilə müəyyən etmək mümkün olmuşdur ki, kolloid məhlullarda (sols) qızıl sarı hissəciklərin ölçüsü 20 nm, qırmızı - 40 nm, mavi - 100 nm.
1904-cü ildə P. Veymarn müəyyən etdi: Molekullar dünyası ilə mikroskopik olaraq görünən hissəciklər arasında, ona xas olan yeni fiziki-kimyəvi xassələr kompleksinə malik olan xüsusi bir maddə forması - onun disperslik dərəcəsi müəyyən bir nisbətdə olduqda əmələ gələn ultradispers və ya kolloid vəziyyət mövcuddur. 105-107 sm-1 bölgəsi, içərisində filmlərin qalınlığı, liflər və hissəciklərin isə 1,0-100 nm diapazonunda diametri var.
Dispersiya dərəcəsinə görə maddənin vəziyyətinin təsnifatı 1-ci cədvəldə verilmişdir. Görünür ki, kolloid vəziyyət bir maddənin son dərəcə yüksək dispers və ya ultradispers vəziyyətidir.
Bütün dispers sistemlər heterojendir, çünki onlar davamlı davamlı fazadan - dispersiya mühitindən və orada yerləşən əzilmiş hissəciklərdən - dispers fazadan ibarətdir. Onların mövcudluğu üçün ilkin şərt dispers faza ilə dispersiya mühitinin qarşılıqlı həll olunmamasıdır.
Kolloid sistemlər tez-tez ultramikroheterogen adlanır, çünki onlardakı faza ayrılması optik mikroskoplardan istifadə edərək aşkar edilə bilməz. Əgər dispers fazanın hissəcikləri eyni ölçülərə malikdirsə, sistemlər monodispers, müxtəlifdirsə, polidispers sistemlər adlanır.
Maddələrin və materialların xassələri onların strukturundan asılıdır, bu cür xassələrə təsir edən bir-biri ilə əlaqəli səviyyələrlə xarakterizə olunur.
Strukturun birinci səviyyəsi kristal adlanır və bərk cismin kristal qəfəsindəki atomların, ionların və molekulların fəzada düzülməsini xarakterizə edir ki, bu da nöqtə qüsurlarının (boşluqlar, boşluqlardakı atomlar, yad atomlar) təsirinə məruz qala bilər. Nöqtə qüsurları mobildir və əsasən materialların, xüsusən də yarımkeçiricilərin diffuziya və elektrik xüsusiyyətlərini müəyyən edir.
İkinci səviyyə, bərk cisimdə müxtəlif xətti və müstəvi struktur qüsurlarının (dislokasiyaların) olması ilə əlaqələndirilir, onların sayı vahid həcmdə mexaniki yüklər altında artır və materialda daxili gərginliklərin yaranmasına səbəb olur. Nöqtə qüsurları kimi dislokasiyalar da mobildir və onların sıxlığı və bərk cisimdə hərəkət etmək qabiliyyəti materialların mexaniki xassələrini, xüsusən də metallar.
Strukturun üçüncü səviyyəsi materialların əmələ gəlməsi və ya istifadəsi zamanı yarana bilən məsamələr və kapilyarlar kimi həcm qüsurlarıdır. Onlar bərk cismin müəyyən sahələrinin olmaması ilə əlaqələndirilir.
Bərk vəziyyətdə olan bütün maddələr monokristal, polikristal, amorf (və ya nanokristal) və molekulyar bərk məhlullara bölünə bilər.
Vahid hüceyrə tərəfindən əks olunan hissəciklərin (atomların, molekulların və ya ionların) nizamlı düzülüşü bərk cismin bütün həcmi boyunca saxlanılırsa, o zaman tək kristallar əmələ gəlir.
Quruluşun nizamlanması bərk cismin makroskopik (>100 µm) və mikroskopik (>0,1 µm) sahələrində saxlanılırsa (Cədvəl 1-ə bax), onda polikristal maddələr kristalitlər və ya müvafiq ölçülü kristalit dənələri ilə əmələ gəlir. bir-birinə nisbətən misoriented kristal qəfəslər.
1980-ci illərin ortalarına qədər amorf maddələrdə hissəciklərin nizamlı düzülüşü olmadığına inanılırdı. Bununla belə, yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik elektron ötürülməsi, skan edən tunelləşdirmə və atom qüvvəsi mikroskoplarından istifadə etməklə, xüsusilə metal şüşələrdə aparılan tədqiqatlar amorf maddələrdə subnanometr diapazonunda ölçüləri olan kristalitləri və ya dənələri aşkar etməyə imkan verdi.
Beləliklə, amorf maddələr və materiallar kristal faza dənələrinin ultradispers (kolloid) parçalanma dərəcəsi ilə xarakterizə olunur və onları nanokristal adlandırmaq olar.
Molekulyar bərk məhlullarda, adətən həqiqi məhlullar və ya sadəcə məhlullar adlanan mayelərdə olduğu kimi, paylanmış maddə molekulyar səviyyədə dispersiya mühitinin molekulları ilə bərabər şəkildə qarışdırılır. Buna görə də fazaları və ya interfeysləri olmayan molekulyar bərk və maye məhlullar homojen sistemlərdir.
Maddənin kristal vəziyyəti həmişə amorf (nanokristal) vəziyyətdən daha sabitdir, ona görə də amorfdan kristal vəziyyətə kortəbii keçid mümkündür, lakin əksinə deyil. Buna misal olaraq devitrifikasiyanı göstərmək olar - şüşənin yüksək temperaturda spontan kristallaşması.
Dispers sistemlər, o cümlədən kolloid sistemlər disperslik dərəcəsinə, dispers fazanın və dispersiya mühitinin aqreqasiya vəziyyətinə, onlar arasında qarşılıqlı təsirin intensivliyinə, strukturların olmamasına və ya əmələ gəlməsinə görə təsnif edilir.
Kolloid sistemlərin müxtəlifliyi ondan ibarətdir ki, onları əmələ gətirən fazalar üç aqreqasiya vəziyyətindən hər hansı birində ola bilər; qeyri-üzvi, üzvi və bioloji təbiətə malikdir. Dispers fazanın və dispersiya mühitinin aqreqasiya vəziyyətindən asılı olaraq aşağıdakı 9 növ dispers sistem mümkündür:
Zh1 - G2, Zh1 - Z2, Zh1 - T2,
T1 - G2, T1 - G2, T1 - T2,
G1 - G2, G1 - T2, T1(F1) - T1(F2),
burada G, F və T qaz, maye və bərk hallardır və 1 və 2 nömrələri müvafiq olaraq dispers faza və dispersiya mühitinə aiddir. Dispers sistemin sonuncu növü üçün F1 və F2 bir maddənin bərk halının müxtəlif fazalarını (polimorf modifikasiyalarını) bildirir.
Qazlı bir dispersiya mühitində yalnız mayelər və bərk maddələr səpələnə bilər, çünki bütün qazlar çox yüksək olmayan təzyiqlərdə bir-birlərində qeyri-müəyyən müddətə həll olunur.
Qazlı dispersiya mühiti olan dispers sistemlərə aerozollar deyilir. Dumanlar maye dispers fazalı (L1 - G2), tüstülər isə bərk dispers fazalı (T1 - G2) aerozollardır. Aerozolun ən sadə nümunəsi orta hissəcik ölçüsü 250 nm olan tütün tüstüsüdür, his və ya vulkanik külün hissəcik ölçüsü isə 100 nm-dən az ola bilər və onların aerozolları ultra incə (koloidal) sistemlərə aiddir.
Qazlar, mayelər və bərk maddələr maye dispersiya mühitində səpələnə bilər. Köpüklər qazın mayedə dispersiyasıdır (G1 - G2). Emulsiyalar bir mayenin onu həll etməyən başqa bir mayeyə əzdiyi dispers sistemlərdir (L1 - L2). Kimya və biologiya üçün ən böyük əhəmiyyətə malik olan kolloid sistemlərdir ki, burada dispersiya mühiti maye faza, dispers faza isə bərk cisimdir (T1 - L2), kolloid məhlullar və ya sollar, çox vaxt liozollar adlanır. Əgər dispersiya mühiti sudursa, belə sollar hidrozollar, üzvi mayelərdirsə, orqanozollar adlanır. Kolloid məhlullar çox vacibdir, çünki canlı orqanizmlərdə baş verən bir çox proseslər onlarla əlaqələndirilir.
Qazlar, mayelər və bərk maddələr bərk dispersiya mühitində səpələnə bilər. Sistemlər (G1 - T2) bərk köpüklər və ya kapilyar dispers sistemlər adlanır, burada qaz bərk dispersiya mühiti ilə ayrılmış ayrıca qapalı hüceyrələr şəklindədir. Bərk köpüklərə polistirol köpük, köpük beton, pemza, şlak, metallar qazlar, müxtəlif məsaməli materiallar (aktivləşdirilmiş karbon, silisium gel, ağac), həmçinin membranlar və diafraqmalar, fotonik kristal liflər, dəri, kağız, parçalar daxil olmaqla.
Sistem (G1 - T2) kristal hidratların geniş sinfini - kristallaşma suyunun molekullarını ehtiva edən kristalları əhatə edir. Tipik kristal hidratlar çoxlu təbii minerallardır, məsələn, gips CaSO4∙2H2O, karnallit MgCl2∙KCl∙6H2O, kalium alum KAl(SO4)2·12H2O.
Dispers tipli sistemlər (T1 - T2) böyük praktik əhəmiyyətə malikdir, bunlara ən mühüm tikinti materialları, metal-keramika kompozisiyaları, bəzi ərintilər, emallar, bir sıra minerallar, xüsusən də bəzi qiymətli və yarı qiymətli daşlar, bir çox süxurlar daxildir. maqma qatılaşdıqda kristallar ayrıldı.
Rəngli şüşələr metal nanohissəciklərin və ya onların oksidlərinin silikat şüşədə dağılması nəticəsində əmələ gəlir. Emallar, emallara qeyri-şəffaflıq və rəng verən SnO2, TiO2 və ZrO2 piqmentlərinin daxil olduğu silikat şüşələrdir.
Beləliklə, kolloidlər ayrıca maddələr sinfi kimi deyil, hər hansı bir maddənin, ilk növbədə, müəyyən hissəcik ölçüləri ilə xarakterizə olunan xüsusi vəziyyəti kimi başa düşülür. Bərk cismin nanostrukturlaşdırılması dedikdə maddənin və ya materialın kolloid (ultradispers) vəziyyətinə keçməsi başa düşülməlidir, yəni. strukturunda strukturun qalan hissəsindən interfeyslərlə ayrılmış özünəməxsus nanohissəciklər kimi qəbul edilə bilən subnanometr ölçülü fiziki və ya kimyəvi fazaların yaradılması.
Belə nanohissəciklər, mexaniki dispers nanotozlardan əlavə, aşağıdakılardır:
Nanokristal taxıllar;
Nanoölçülü polimorf fazalar;
Nanoölçülü struktur qüsurları (nanobloklar);
Səth nanostrukturları (çuxurlar, çıxıntılar, yivlər, divarlar);
Həcmli nanostrukturlar (məsamələr və kapilyarlar);
səthində və ya həcmdə əmələ gələn və lifli və ya korpuskulyar formaya malik olan yad atom və ya molekulların nanoölçülü kimyəvi fazaları;
Qaz və ya maye fazadan fiziki və ya kimyəvi çökmə nəticəsində əmələ gələn nanoölçülü strukturlar (fullerenlər, karbon nanoborular);
Dövri ardıcıllıqla əmələ gələn nanoölçülü maddələrin plyonkaları;
Makromolekullar, polimolekulyar birləşmələr, molekulyar filmlər, “ev sahibi-qonaq” tipli molekulyar komplekslər (ölçülü paylanmanın olması nanohissəcikləri makromolekullardan fərqləndirən xüsusiyyətdir); nanoölçülü və nanostrukturlu bioloji strukturlar (viruslar, zülallar, genlər, zülallar, xromosomlar, DNT və RNT molekulları).
Maddənin kolloid vəziyyəti onun özünəməxsus fiziki-kimyəvi xassələri kompleksi ilə mövcudluğunun keyfiyyətcə xüsusi formasıdır. Bu səbəbdən maddənin, yüksək molekullu birləşmələrin heterogen ultradispers vəziyyətinin obyektiv fiziki və kimyəvi qanunlarını öyrənən təbiətşünaslıq sahəsi ( polimerlər, mürəkkəb birləşmələr və molekulyar birləşmələr) və fazalararası səthlər, XX əsrin əvvəllərində müstəqil bir intizam - kolloid kimyaya çevrildi.
Koloidal kimyanın sürətli inkişafı bu elmin insan praktikasının müxtəlif sahələrində öyrəndiyi hadisə və proseslərin böyük əhəmiyyəti ilə bağlıdır. Orqanizmlərdəki həyat prosesləri, bir çox mineralların əmələ gəlməsi, torpaqların quruluşu və məhsuldarlığı kimi zahirən tamamilə fərqli sahələr maddənin kolloid vəziyyəti ilə sıx bağlıdır. Kolloid kimya həm də bir çox materialların sənaye istehsalı indeksləri üçün elmi əsasdır.
Nanoobyektlərin formalaşdırılması və manipulyasiyası üçün texniki vasitələrin, eləcə də onların öyrənilməsi üsullarının inkişafı ilə kolloid kimyada kimya kimi daha çox ixtisaslaşdırılmış fənlər yaranmağa başladı. polimerlər və səthi fiziki kimya (1950-ci illərin sonu), supramolekulyar kimya (1970-ci illərin sonu).
Ultradispers sistemlərin biologiyasının predmeti olan nanoölçülü və nanostrukturlu bioloji strukturların (zülallar, genlər, xromosomlar, zülallar, amin turşuları, DNT, RNT) tədqiqi və tədqiqi 30-50-ci illərdə virusologiya elminin yaranmasına səbəb olmuşdur. molekulyar biologiya və XX əsrin son rübündə genetika və immunokimya.
Əgər materialın ən azı bir ölçüdə ölçüləri bir çox fiziki hadisələri xarakterizə edən kritik uzunluqlardan azdırsa, belə material kvant mexaniki təbiətə malik yeni unikal fiziki və kimyəvi xassələri əldə edir, bu xassələr öyrənilir və yeni qurğular yaratmaq üçün istifadə olunur. müasir bərk cisim fizikası orqanlarının ən dinamik inkişaf edən sahəsi olan aşağı ölçülü strukturların fizikası.
Aşağı ölçülü sistemlərin (kvant quyuları, naqillər və nöqtələr) tədqiqatlarının nəticəsi prinsipcə yeni hadisələrin - ikiölçülü elektron qazında tam və fraksiya kvant Hall effektinin, kvaziiki ölçülü elektronların Wigner kristallaşmasının və deşiklər, yeni kompozit kvazirəciklərin və fraksiya yüklü elektron həyəcanların kəşfi.
Materialların və dispers strukturların deformasiyası, məhv edilməsi və əmələ gəlməsi proseslərini öyrənən kolloid kimya sahəsi bərk cisimlərin və ultradispers strukturların fiziki və kimyəvi mexanikasına çevrilmişdir. O, XX əsrin ortalarında akademik P.Rebinderin və onun məktəbinin yeni biliklər, sərhəd kolloid kimyası, bərk cisimlərin molekulyar fizikası, materialların mexanikası və onların istehsal texnologiyası kimi fəaliyyəti sayəsində formalaşmışdır.
Fiziki-kimyəvi mexanikanın əsas vəzifəsi təyin olunmuş xassələrə və onların tətbiqi məqsədləri üçün optimal quruluşa malik konstruktiv materialların yaradılmasıdır.
Subnanometr diapazonunda elementləri, strukturları və cihazları tədqiq edən və yaradan digər sənaye nanoelektronikanın fərqləndirilə biləcəyi mikroelektronikadır (subnanometr ölçülü elementləri olan inteqral sxemlərin işlənməsi və istehsalı - inteqrasiya edilmiş nanosxemlər (INS), molekulyar elektronika, nanostrukturlu materialların funksional elektronikası). və nanoelektromexaniki sistemlər (NEMS).
Yuxarıdakıları ümumiləşdirərək, eləcə də işdə aparılmış təhlillərə əsaslanaraq, NT-nin tərifini tərtib edə bilərik: nanotexnologiya maddələrin və materialların kolloid (ultradispers, diapazondakı struktur elementlərinin ölçüsü ilə nanostrukturlu) şəklində idarə olunan istehsalıdır. 1,0-100 nm) vəziyyəti, tədqiqi və ölçülməsi, onların xassələri və xüsusiyyətləri və müxtəlif sahələrdə istifadəsi sənaye sahələri elm, texnologiya və sənaye.
Maddənin strukturunun kolloid (nanostrukturlu) səviyyəsinin “nanotexnologiya” brendi altında yaradılması və tədqiqi ilə bağlı bütün terminlər avtomatik olaraq “nano” prefiksini alırdı, baxmayaraq ki, 1980-ci illərin ortalarına qədər onlar müvafiq olaraq adlandırılırdı: mexanika, fotonika, kristalloqrafiya , kimya, biologiya və elektronika ultra incə və ya kolloid sistemlər; və onların tədqiqat obyektləri adlandırılmışdır: ultra incə tozlar və kompozitlər, aero-, hidro- və orqanozollar, geri dönən və dönməz gellər, ultra incə keramika və s.
Son 20 ildə “nanotexnologiya” brendi altında maddənin kolloid vəziyyətinə marağın yaranması, birincisi, onun unikal xassələri, ikincisi, alt elementlərin alınması və öyrənilməsi üçün texnoloji və nəzarət avadanlığının işlənib hazırlanması və yaradılması ilə bağlıdır. -maddənin strukturunun nanoölçülü səviyyəsi: onun fizikası, kimyası və biologiyası.
Təsadüf və ya xaotik tədqiqatlar vasitəsilə yeni material və hadisələri kəşf etmək əvəzinə, nanotexnologiya anlayışı adlanan maddənin idarə olunan nanostrukturlu (koloidal) vəziyyətə çevrilməsi bunu sistemli şəkildə həyata keçirməyə imkan verir. İntuisiyadan istifadə etməklə yaxşı xassələrə malik nanohissəcikləri və nanostrukturları tapmaq əvəzinə, ultradispers sistemlərin əmələ gəlməsi və sabitləşməsi qanunlarını bilmək onların konkret sistem üzrə süni layihələndirilməsi imkanlarını açır.
Bəzi tanınmış maddələrin nanoölçülü ölçülərdə tamamilə yeni xüsusiyyətlərin əldə edilməsi xüsusilə maraqlı idi.
Nanostrukturlu (kolloid) sistemlər, atomlar və molekullar dünyası ilə mikroskopik və makroskopik cisimlər dünyası arasındakı aralıq vəziyyətinə uyğun olaraq, iki əsas yolla əldə edilə bilər: dispersiya, yəni. böyük sistemlərin üyüdülməsi (əzilməsi) və kondensasiya, yəni. atomlardan, molekullardan, klasterlərdən və nanostrukturlardan nanosistemlərin formalaşması.
Birinci marşrutdan istifadə edərək nanostrukturlu sistemlərin əldə edilməsi üsulları dispersiya, ikincisi isə kondensasiya adlanır. Nanostrukturlu sistemlərin istehsalı üçün qarışıq üsullar mövcuddur ki, bunlar müvafiq olaraq dispersiya-kondensasiya və kondensasiya-dispersiya adlanır.
Ənənəvi nanoelektronikada klassik CMOS texnologiyasından istifadə edərək inteqrasiya olunmuş nanosxemlərin (ANC) istehsalı zamanı silikon vaflilərdə funksional təbəqələrin (FL) idarə olunan nanostrukturizasiyası proyeksiya (fotoşablonlar və nanostamplar) maskası (rezistiv maskalar) litoqrafiya nümunəsi ilə təmin edilir.
Bu halda strateji dispersiya yanaşması və ya yuxarıdan aşağıya yanaşmadan istifadə olunur, yəni. FS-nin lazımsız sahələrinin yerli çıxarılması onları aşındırmaqla həyata keçirilir. Struktur elementlərin ölçülərinin üfüqi müstəvidə çoxaldılmasının dəqiqliyi litoqrafiya proseslərində formalaşan rezistiv maskalardan istifadə etməklə təmin edilir.
Bu baxımdan, istifadə olunan strateji dispersiya və ya yuxarıdan aşağıya yanaşmanı vurğulayaraq, ənənəvi sənaye nanoelektronika daha rahat şəkildə D-nanoelektronika adlanır.
Nanostrukturlu sistemləri əldə etmək üçün aşağıdan yuxarıya doğru yanaşmadan istifadə edən kondensasiya üsullarını (qeyri-litoqrafiya sintez üsulları) iki qrupa bölmək olar: ənənəvi və yeni, nanotexnologiyanın ən son nailiyyətləri çərçivəsində yaradılmışdır.
Əsas müddəalar
Skan edən prob mikroskopiyası
Nanoobyektləri öyrənmək üçün istifadə edilən üsullardan biri skan edən zond mikroskopiyasıdır. Skanlayıcı zond mikroskopiyası çərçivəsində həm qeyri-optik, həm də optik üsullar həyata keçirilir.
Tarama zond mikroskopundan (SPM) istifadə edərək səth xüsusiyyətlərinin tədqiqi havada atmosfer təzyiqində, vakuumda və hətta mayedə aparılır. Müxtəlif SPM üsulları həm keçirici, həm də keçirməyən obyektləri öyrənməyə imkan verir. Bundan əlavə, SPM klassik optik mikroskopiya və spektral üsullar kimi digər tədqiqat metodları ilə birləşməni dəstəkləyir.
Tarama zond mikroskopundan (SPM) istifadə edərək, yalnız fərdi atomları görə bilməz, həm də onlara seçici təsir göstərə, xüsusən də atomları səth boyunca hərəkət etdirə bilərsiniz. Alimlər artıq bu üsulla səthdə ikiölçülü nanostrukturlar yaratmağa nail olublar. Məsələn, IBM tədqiqat mərkəzində, ksenon atomlarını nikel monokristalının səthində ardıcıl olaraq hərəkət etdirərək, işçilər loqonun üç hərfini düzə bildilər. şirkətlər 35 ksenon atomundan istifadə etməklə.
Bu cür manipulyasiyalar həyata keçirərkən bir sıra texniki çətinliklər yaranır. Xüsusilə, ultra yüksək vakuum şəraiti (10−11 torr) yaratmaq lazımdır, substratı və mikroskopu ultra aşağı temperatura (4-10 K) soyutmaq lazımdır, substratın səthi atomik təmiz olmalıdır. və atomik olaraq hamardır, bunun üçün onun hazırlanmasının xüsusi üsullarından istifadə olunur. Yerləşmiş atomların səthi diffuziyasını azaltmaq üçün substrat soyudulur.
Nanomateriallar
Nanomateriallar molekulyar ölçü səviyyəsində və ya ona yaxın strukturlaşdırılmış materiallardır. Quruluş daha çox və ya daha az müntəzəm və ya təsadüfi ola bilər. Təsadüfi nanostrukturlu səthlər hissəcik şüaları, plazma aşındırma və bəzi digər üsullarla emal olunmaqla əldə edilə bilər.
Müntəzəm strukturlara gəldikdə, səthin kiçik sahələri "xarici tərəfdən" strukturlaşdırıla bilər - məsələn, skan edən mikroskopdan istifadə etməklə (aşağıya bax). Bununla belə, kifayət qədər böyük (~1 μ2 və ya daha çox) sahələr, eləcə də maddə həcmləri, görünür, yalnız molekulların öz-özünə yığılması üsulu ilə strukturlaşdırıla bilər.
Öz-özünə yığılma canlı təbiətdə geniş yayılmışdır. Bütün toxumaların quruluşu onların hüceyrələrdən öz-özünə yığılması ilə müəyyən edilir; Hüceyrə membranlarının və orqanoidlərin quruluşu ayrı-ayrı molekulların öz-özünə yığılması ilə müəyyən edilir.
Molekulyar komponentlərin öz-özünə yığılması nanoelektronik sxemlərin hazırlanması üçün dövri strukturların qurulması üsulu kimi inkişaf etdirilir və nəzərəçarpacaq irəliləyişlər əldə edilmişdir.
Tibbdə nanostrukturlu səthə malik materiallar müəyyən toxumaları əvəz etmək üçün istifadə oluna bilər. Bədənin hüceyrələri bu cür materialları "özlərinə məxsus" kimi tanıyır və səthinə yapışırlar.
Hazırda təbii sümük toxumasını təqlid edən nanomaterialların istehsalında irəliləyiş əldə olunub. Belə ki, Şimal-Qərb Universitetinin alimləri ( ABŞ) Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp və başqaları təbii kollagen liflərini təqlid edərək, diametri təxminən 8 nm olan liflərin üçölçülü öz-özünə yığılmasından istifadə etdilər, ardınca minerallaşma və liflər boyunca yönəlmiş hidroksiapatit nanokristallarının formalaşması. Yaranan materiala öz sümük hüceyrələri yaxşı yapışdı, bu da onu sümük toxuması üçün "yapışqan" və ya "yapışqan" kimi istifadə etməyə imkan verir.
Əks xüsusiyyətə malik olan materialların hazırlanması da maraqlıdır: onlar hüceyrələrin səthə yapışmasına imkan vermir. Bu cür materialların mümkün tətbiqi kök hüceyrələrin böyüməsi üçün bioreaktorların istehsalı ola bilər. Fakt budur ki, səthə yapışaraq, kök hüceyrə müəyyən xüsusi hüceyrələr meydana gətirərək fərqlənməyə çalışır. Kök hüceyrələrin yayılması və differensasiyası proseslərinə nəzarət etmək üçün nanoölçülü səth quruluşuna malik materialların istifadəsi tədqiqat üçün böyük bir sahədir.
Nanopor membranları dərmanların çatdırılması və digər məqsədlər üçün mikrokapsulalarda istifadə edilə bilər. Beləliklə, onlar bədən mayelərini zərərli maddələrdən və viruslardan süzmək üçün istifadə edilə bilər. Membranlar nanosensorları və digər implantasiya edilə bilən cihazları albumin və oxşar örtük maddələrindən qoruya bilər.
Nanohissəciklər
Miniatürləşməyə doğru müasir tendensiya göstərdi ki, bu maddənin çox kiçik bir hissəciyini götürsəniz, bir maddə tamamilə yeni xüsusiyyətlərə sahib ola bilər. Ölçüsü 1 ilə 100 nanometr arasında dəyişən hissəciklər adətən “nanohissəciklər” adlanır. Məsələn, məlum oldu ki, bəzi materialların nanohissəcikləri çox yaxşı katalitik və adsorbsiya xüsusiyyətlərinə malikdir. Digər materiallar heyrətamiz optik xassələri göstərir, məsələn, günəş hüceyrələrinin istehsalı üçün üzvi materialların ultra nazik təbəqələrindən istifadə olunur. Belə akkumulyatorlar nisbətən aşağı kvant səmərəliliyinə malik olsalar da, daha ucuzdur və mexaniki cəhətdən çevik ola bilirlər. Süni nanohissəciklərin təbii nanoölçülü obyektlərlə - zülallar, nuklein turşuları və s. ilə qarşılıqlı təsirinə nail olmaq mümkündür.Diqqətlə təmizlənmiş nanohissəciklər müəyyən strukturlara öz-özünə yığıla bilir. Bu struktur ciddi şəkildə nizamlanmış nanohissəcikləri ehtiva edir və tez-tez qeyri-adi xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.
Nanoobyektlər 3 əsas sinfə bölünür: keçiricilərin partlaması nəticəsində alınan üçölçülü hissəciklər, plazma sintezi, nazik təbəqələrin reduksiyası və s.; iki ölçülü obyektlər - molekulyar çökmə, CVD, ALD, ion çökmə və s. ilə istehsal olunan filmlər; birölçülü obyektlər - bığlar, bu obyektlər molekulyar təbəqələşmə, silindrik mikroməsamələrə maddələrin daxil edilməsi və s. üsulu ilə əldə edilir. Nanokompozitlər də var - istənilən matrislərə nanohissəciklərin daxil edilməsi ilə alınan materiallar. Hal-hazırda matrislərin səthində 50 nm ölçülü yastı ada obyektlərini əldə etməyə imkan verən yalnız mikrolitoqrafiya üsulu geniş yayılmışdır, elektronikada istifadə olunur; CVD və ALD metodu əsasən mikron filmləri yaratmaq üçün istifadə olunur. Digər üsullar əsasən elmi məqsədlər üçün istifadə olunur. İon və molekulyar təbəqələşdirmə üsulları xüsusilə diqqətəlayiqdir, çünki onların köməyi ilə real monolaylar yaratmaq mümkündür.
amerikan təşkilat C-Sixty Inc. C60 fulleren nanosferləri əsasında onların səthində kimyəvi qruplar təyin edilmiş məhsulların preklinik sınaqlarını aparır. Bu qruplar əvvəlcədən seçilmiş bioloji hədəflərə bağlanmaq üçün seçilə bilər. Mümkün tətbiqlərin çeşidi olduqca genişdir. Buraya qrip və HİV kimi virus xəstəlikləri, xərçəng və neyrodegenerativ xəstəliklər, osteoporoz və damar xəstəlikləri ilə mübarizə daxildir. Məsələn, nanosferin içərisində radioaktiv elementin atomu, səthində isə xərçəng hüceyrəsinə yapışmağa imkan verən qruplar ola bilər.
Oxşar inkişaflar Azərbaycanda da aparılır Rusiya Federasiyası. Eksperimental Tibb İnstitutu (Sankt-Peterburq) polivinilpirolidon (PVP) ilə fulleren əlavəsindən istifadə etmişdir. Bu birləşmə suda çox həll olur və onun strukturunda olan boşluqlar ölçülərinə görə C60 molekullarına bənzəyir. Boşluqlar asanlıqla fulleren molekulları ilə doldurulur, nəticədə yüksək antiviral aktivliyə malik suda həll olunan əlavə əmələ gəlir. PVP-nin özü antiviral təsirə malik olmadığından, bütün fəaliyyət əlavənin tərkibində olan C60 molekullarına aid edilir.
Fulleren baxımından onun effektiv dozası təqribən 5 μq/ml təşkil edir ki, bu da ənənəvi olaraq qrip virusu ilə mübarizədə istifadə edilən rimantadinin müvafiq göstəricisindən (25 μq/ml) əhəmiyyətli dərəcədə aşağıdır. Erkən dövrdə ən təsirli olan rimantadindən fərqli olaraq dövr C60/PVP əlavəsi virusun çoxalma dövrü ərzində sabit təsir göstərir. Qurulmuş dərmanın başqa bir fərqli xüsusiyyəti onun A və B tipli qrip viruslarına qarşı effektivliyidir, rimantadin isə yalnız birinci növə təsir göstərir.
Nanosferlərdən diaqnostikada, məsələn, müəyyən hüceyrələrin səthinə yapışan və onların bədəndə yerini göstərən rentgen kontrast agenti kimi də istifadə oluna bilər.
Dendrimerlər xüsusi maraq doğurur. Onlar adi xətti olandan daha çox budaqlanan struktura malik olan yeni tip polimerləri təmsil edirlər.
Əslində belə bir quruluşa malik ilk birləşmə hələ 50-ci illərdə alınmış və onların sintezinin əsas üsulları əsasən 80-ci illərdə işlənmişdir. “Dendrimerlər” termini “nanotexnologiya”dan daha əvvəl ortaya çıxdı və əvvəlcə onlar bir-biri ilə əlaqəli deyildi. Bununla belə, son vaxtlar dendrimerlər onların nanotexnoloji (və nanotıp) tətbiqləri kontekstində getdikcə daha çox xatırlanır.
Bu, dendrimer birləşmələrinin bir sıra xüsusi xüsusiyyətləri ilə bağlıdır. Onların arasında:
Böyük dəqiqliklə makromolekulların proqnozlaşdırıla bilən, idarə oluna bilən və təkrarlana bilən ölçüləri;
Yaxşı təkrarlanan forma və ölçülərə malik olan makromolekullarda kanalların və məsamələrin olması;
Supramolekulyar "qonaq-ev sahibi" konstruksiyalarının əmələ gəlməsi ilə aşağı molekulyar ağırlıqlı maddələrin yüksək selektiv kapsulyasiyası və immobilizasiyası qabiliyyəti.
Nanohissəciklərin öz-özünə təşkili
Nanotexnologiyanın qarşısında duran ən vacib suallardan biri molekulları müəyyən bir şəkildə qruplaşdırmağa, öz-özünə təşkil etməyə, nəticədə yeni materiallar və ya cihazlar əldə etməyə necə məcbur etməkdir. Bu problemi kimyanın bir sahəsi - supramolekulyar kimya həll edir. O, ayrı-ayrı molekulları deyil, molekulları müəyyən bir şəkildə təşkil edə bilən, yeni maddələr və materiallar yarada bilən molekullar arasındakı qarşılıqlı əlaqəni öyrənir. Bənzər sistemlərin və oxşar proseslərin təbiətdə həqiqətən mövcud olması ürəkaçandır. Beləliklə, xüsusi strukturlara çevrilə bilən biopolimerlər məlumdur. Buna misal olaraq zülalları göstərmək olar ki, onlar nəinki qlobular formada qatlana bilir, həm də komplekslər əmələ gətirir - bir neçə protein molekulunu (zülalları) özündə birləşdirən strukturlar.
Artıq DNT molekulunun spesifik xüsusiyyətlərindən istifadə edən bir sintez üsulu mövcuddur. Tamamlayıcı DNT alınır, uclarından birinə A və ya B molekulu bağlanır.Bizdə 2 maddə var: ----A və ----B, burada ---- tək DNT molekulunun şərti şəklidir. İndi bu 2 maddəni qarışdırsanız, DNT-nin iki tək zəncirinin arasında hidrogen bağları yaranır ki, bu da A və B molekullarını bir-birinə cəlb edir. Nəticədə yaranan əlaqəni təqribən təsvir edək: ====AB. DNT molekulu proses tamamlandıqdan sonra asanlıqla çıxarıla bilər.
Aqlomeratın formalaşması problemi
Ölçüləri nanometrlər səviyyəsində olan hissəciklər və ya elmi dairələrdə deyildiyi kimi nanohissəciklər, onların istifadəsinə böyük mane olan bir xüsusiyyətə malikdir. Onlar aglomeratlar əmələ gətirə bilirlər, yəni bir-birinə yapışırlar. Çünki nanohissəciklər vəd göstərir sənaye sahələri keramika istehsalı, metallurgiya, bu problem həll edilməlidir. Mümkün həll yollarından biri ammonium sitrat (sulu məhlul), imidazolin, oleik spirt (suda həll olunmayan) kimi dispersant maddələrin istifadəsidir. Onlar nanohissəciklər olan mühitə əlavə edilə bilər. Bu, "Organic Additives And Ceramic Processing" mənbəsində daha ətraflı müzakirə olunur, D. J. Şeynfild, Kluwer Academic Publ., Boston (İngilis dili).
Mikro və nanokapsulalar
üçün çatdırılma Nanoməsamələri olan miniatür (~1 μ) kapsullar dərmanları orqanizmin istənilən yerinə çatdırmaq üçün istifadə oluna bilər. Oxşar mikrokapsullar artıq sınaqdan keçirilir çatdırılma və 1-ci tip diabetdə fizioloji olaraq tənzimlənən insulin ifrazı. Ölçüsü təxminən 6 nm olan məsamələrin istifadəsi kapsulun tərkibini bədənin immunitet sisteminin təsirindən qorumağa imkan verir. Bu, insulin istehsal edən heyvan hüceyrələrini, əks halda bədən tərəfindən rədd ediləcək kapsullara yerləşdirməyə imkan verir.
Nisbətən sadə dizaynlı mikroskopik kapsullar da bədənin təbii imkanlarını təkrarlaya və genişləndirə bilər. Belə bir konsepsiyanın nümunəsi R. Freitas tərəfindən təklif olunan respirositdir - oksigen və karbon qazının süni daşıyıcısı, həm qırmızı qan hüceyrələrinə, həm də mövcud qan əvəzedicilərinə (məsələn, flüorokarbon emulsiyalarına əsaslanaraq) imkanlarına görə əhəmiyyətli dərəcədə üstündür. Respirositlərin mümkün dizaynı aşağıda daha ətraflı müzakirə olunacaq.
Nanotexnologiya sensorlar və analizatorlar
Mikro və nanotexnologiyaların istifadəsi müxtəlif maddələrin çox kiçik miqdarda aşkar edilməsi və təhlili qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa imkan verir. Bu cür cihazların variantlarından biri də “çip üzərində laboratoriya”dır.Bu, səthində arzu olunan maddələrin, məsələn, anticisimlərin reseptorlarının nizamlı şəkildə düzüldüyü lövhədir.Molekulun birləşməsi bir maddənin reseptora keçməsi elektrik və ya flüoresan vasitəsilə aşkar edilir.Bir lövhədə minlərlə maddə üçün sensorlar yerləşdirilə bilər.
Sözün əsl mənasında fərdi molekulları aşkar etməyə qadir olan belə bir cihaz DNT əsaslarının və ya amin turşularının ardıcıllığını (identifikasiya məqsədləri, genetik və ya onkoloji xəstəliklərin aşkarlanması), yoluxucu xəstəliklərin patogenlərinin, zəhərli maddələrin aşkarlanması üçün istifadə edilə bilər.
Ölçüsü bir neçə millimetr olan cihaz dərinin səthinə (tərlə ifraz olunan maddələrin təhlili üçün) və ya bədənin içərisinə (ağızda, mədə-bağırsaq traktında, dəri altında və ya əzələdə) yerləşdirilə bilər. Eyni zamanda, o, bədənin daxili mühitinin vəziyyəti haqqında məlumat verə və hər hansı bir şübhəli dəyişikliklər barədə siqnal verə biləcək.
adına Molekulyar Biologiya İnstitutunda. Rusiya Elmlər Akademiyasının Engelhardt, patogen ştammın sürətli aşkarlanması üçün nəzərdə tutulmuş bir sistem hazırladı; Bir çipdə yüzə yaxın flüoresan sensor var.
Maraqlı ideya eyni anda bir neçə tədqiqatçı qrupu tərəfindən hazırlanır. Onun mahiyyəti membrandakı nanopordan DNT (və ya RNT) molekulunu “keçirmək”dir. Məsamələrin ölçüsü elə olmalıdır ki, DNT bir-birinin ardınca "düzləşmiş" formada keçsin. Məsamə vasitəsilə elektrik qradiyenti və ya kvant tunel cərəyanının ölçülməsi bizə hazırda hansı bazanın oradan keçdiyini müəyyən etməyə imkan verərdi. Bu prinsipə əsaslanan bir cihaz bir keçiddə tam DNT ardıcıllığını əldə etməyə imkan verəcəkdi.
Nanotexnologiyanın tətbiqləri
Tibb və biologiya
Atom səviyyəsində canlı bir orqanizmə "daxil etmək" mümkün olacaq. Nəticələr çox fərqli ola bilər - nəsli kəsilmiş növlərin "bərpasından" yeni növ canlıların və biorobotların yaradılmasına qədər. İnsan bədənində "yaşayacaq" molekulyar robot həkimlərin yaradılması, baş verən bütün zərərləri aradan qaldıracaq və ya genetik zərər də daxil olmaqla, bunların baş verməsinin qarşısını almaq.
Miçiqan Universitetinin alimlərinin fikrincə, gün gələcək ki, nanotexnologiyanın köməyi ilə insan qan hüceyrələrinə radiasiya təhlükəsinin və ya xəstəliyin inkişafının ilk əlamətləri barədə xəbərdarlıq edən mikroskopik sensorlar qurulacaq.
Ötən illər ərzində doktor Ceyms Beykerin rəhbərlik etdiyi Bioloji Nanotexnologiyalar Mərkəzinin əməkdaşları orqanizmdə xərçəng hüceyrələrini aşkar etmək və bu dəhşətli xəstəliklə mübarizə aparmaq üçün istifadə olunacaq mikrosensorların yaradılması üzərində işləyirlər.
Xərçəng hüceyrələrinin tanınması üçün yeni texnika insan orqanizminə dendrimerlər (yunanca dendron - ağac) adlanan sintetik polimerlərdən hazırlanmış kiçik sferik rezervuarların implantasiyasına əsaslanır. Bu polimerlər son onillikdə sintez edilmişdir və mərcan və ya ağacın quruluşuna bənzəyən prinsipcə yeni, bərk olmayan struktura malikdir. Belə polimerlərə hiperbudaqlı və ya kaskad deyilir. Budaqlanma nizamlı olanlara dendrimerlər deyilir. Diametrdə hər bir belə kürə və ya nanosensor cəmi 5 nanometrə - metrin 5 milyardda bir hissəsinə çatır ki, bu da kosmosun kiçik bir sahəsinə milyardlarla oxşar nanosensorları yerləşdirməyə imkan verir.
Bədənin içərisinə daxil olduqdan sonra bu kiçik sensorlar lenfositlərə - bədənin infeksiyaya və digər xəstəlik törədən amillərə qarşı müdafiə reaksiyasını təmin edən ağ qan hüceyrələrinə nüfuz edəcək. Lenfoid hüceyrələrin müəyyən bir xəstəliyə və ya ekoloji vəziyyətə qarşı immun reaksiyası zamanı - soyuqdəymə və ya radiasiyaya məruz qalma, məsələn - hüceyrənin zülal strukturu dəyişir. Xüsusi kimyəvi reagentlərlə örtülmüş hər bir nanosensor belə dəyişikliklərlə flüoresanlaşmağa və ya parlamağa başlayacaq.
Bu parıltını görmək üçün doktor Beyker və onun həmkarları gözün tor qişasını skan edən xüsusi cihaz yaratmağa hazırlaşırlar. Belə bir cihazın lazeri bir-birinin ardınca fundusun dar kapilyarlarından keçəndə limfositlərin parıltısını aşkar etməlidir. Alimlər deyirlər ki, limfositlərdə kifayət qədər etiketli sensorlar varsa, hüceyrə zədələnməsini aşkar etmək üçün 15 saniyəlik skan lazım olacaq.
İdeyanın özü hələ də araşdırma mərhələsindədir, lakin o, artıq NASA rəhbərliyinin diqqətini çəkib və sonrakı tədqiqatlar üçün 2 milyon dollar ayırıb. NASA astronavtın məruz qaldığı radiasiya səviyyəsini və onun bədənində hər hansı xəstəlik və ya infeksiya əlamətlərinin görünməsini daim izləyən yuxarıda təsvir edilən sensorların yaradılması imkanları ilə maraqlanırdı.
Baker, komandasının xərçəng hüceyrələrinin aşkarlanması üçün oxşar texnologiya üzərində işlədiyini, lakin tədqiqatın hələ də tamamlanmadığını söylədi. Məsələn, ətrafda çoxlu sayda tünd qırmızı qan hüceyrəsi olduqda ağ qan hüceyrələrində nanosensorların parıltısını necə aşkar etməyin mümkün olacağı hələ aydın deyil. Tədqiqatçılar artıq hüceyrə kulturaları ilə laboratoriya təcrübələrində müəyyən uğurlar əldə ediblər və onlar bu il yeni texnologiyanı heyvanlar üzərində sınaqdan keçirməyi planlaşdırırlar.
Miçiqan ştatının alimləri bildirirlər ki, nanotexnologiyanın köməyi ilə insan qan hüceyrələrinə radiasiya əlamətləri və ya xəstəliyin inkişafı barədə xəbərdarlıq edən mikroskopik sensorlar yerləşdirmək mümkün olacaq. Belə ki, ABŞ-da NASA-nın təklifi ilə belə nanosensorların inkişafı davam edir. Ceyms Beyner kosmik radiasiya ilə “nanomübarizə” təsəvvür edir: kosmosa buraxılmazdan əvvəl astronavt beşirə milyonlarla nanohissəciklərlə doymuş şəffaf maye yeritmək üçün dərialtı şprisdən istifadə edir; uçuş zamanı qulağına kiçik bir cihaz (eşitmə kimi) daxil edir. yardım). Uçuş zamanı bu cihaz parlayan hüceyrələrin axtarışı üçün kiçik lazerdən istifadə edəcək. Bu mümkündür, çünki Hüceyrələr qulaq pərdəsinin kapilyarlarından keçir. Hüceyrələr simsiz olaraq kosmik gəminin əsas kompüterinə ötürüləcək və sonra emal ediləcək. Əgər bir şey olarsa, lazımi tədbirlər görüləcək.
Bütün bunlar təxminən 5-10 ildən sonra reallığa çevrilə bilər. Alimlər 5 ildən artıqdır ki, nanohissəciklərdən istifadə edirlər.
İndi insan saçından daha nazik olan sensorlar standart DNT testlərindən 1000 dəfə daha həssas ola bilər. Bu nanosensorları hazırlayan amerikalı alimlər inanırlar ki, həkimlər yalnız bir damcı qandan istifadə etməklə bütün müxtəlif testlər apara biləcəklər. Bu sistemin üstünlüklərindən biri analiz nəticələrini dərhal cib kompüterinə göndərmək imkanıdır. Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, həkimlərin gündəlik işlərində istifadə edə biləcəkləri tam funksional nanosensor modelinin hazırlanması təxminən beş il çəkəcək.
Nanotexnologiyanın köməyi ilə tibb nəinki hər hansı xəstəliyi müalicə edə, həm də onun baş verməsinin qarşısını ala biləcək, insanların kosmosda uyğunlaşmasına köməklik göstərə biləcək.
Mexanizm öz işini başa vurduqdan sonra nanodoktorlar nanorobotları insan orqanizmindən çıxarmalı olacaqlar. Ona görə də insan orqanizmində qalan “köhnəlmiş nanorobotların” düzgün işləməməsi təhlükəsi çox azdır. Nanorobotlar nasazlıqların qarşısını almaq və tibbi fəsadları azaltmaq üçün dizayn edilməlidir. Nanorobotlar bədəndən necə çıxarılacaq? Onlardan bəziləri təbii kanallar vasitəsilə insan orqanizmindən öz-özünə xaric ola biləcək. Digərləri elə qurulacaq ki, həkimlər onları çıxara bilsinlər. çıxarılması müəyyən nanorobotun dizaynından asılı olacaq.
Xəstə üçün əsas təhlükənin iştirak edən həkimin səriştəsizliyi olacağına inanılır. Ancaq gözlənilməz hallarda da səhvlər baş verə bilər. Bir gözlənilməz hal robotlar toqquşduqda onların qarşılıqlı əlaqəsi ola bilər. Belə qüsurları müəyyən etmək çətin olacaq. Bu işin nümunəsi iki növ nanorobot A və B-nin insan orqanizmindəki işi ola bilər. Əgər nanorobot A robot B-nin işinin nəticələrini aradan qaldırarsa, bu, A-nın təkrar işinə səbəb olacaq və bu sonsuza qədər davam edəcək, yəni nanorobotlar bir-birinin işini düzəldəcək. Belə halların yaranmasının qarşısını almaq üçün müalicə alan həkim nanorobotların işinə daim nəzarət etməli və lazım gəldikdə onları yenidən proqramlaşdırmalıdır. Ona görə də həkimin ixtisası çox vacib amildir.
Bildiyiniz kimi, immun sistemimiz yad cisimlərə reaksiya verir. Ona görə də bunda nanorobotun ölçüsü, eləcə də səthin pürüzlülüyü və cihazın hərəkətliliyi mühüm rol oynayacaq. Biouyğunluq probleminin çox da çətin olmadığı iddia edilir. Bu problemdən çıxış yolu almazoid materiallar əsasında robotların yaradılması olacaq. Güclü səth enerjisi və almazoid səthi və güclü hamarlığı sayəsində robotların xarici qabığı kimyəvi cəhətdən təsirsiz olacaq.
Son zamanlar tibbdə istifadə olunan nanotexnologiyalar
Nanotexnologiyalar artıq tibbdə istifadə olunur. Onun tətbiqinin əsas sahələri bunlardır: diaqnostik texnologiyalar, dərman vasitələri, protezlər və implantlar.
Bunun bariz nümunəsi professor Əzizin kəşfidir. Parkinson xəstəliyindən əziyyət çəkən insanların kəllələrindəki iki kiçik dəlikdən beyinlərinə elektrodlar daxil edilir və bu dəliklər stimulatora bağlıdır. Təxminən bir həftədən sonra xəstə qarın boşluğuna stimulyatorun özü ilə implantasiya edilir. Xəstə bir açardan istifadə edərək gərginliyi özü tənzimləyə bilər. 80% hallarda ağrı idarə edilə bilər:
Bəziləri üçün ağrı tamamilə yox olur, bəziləri üçün azalır. Təxminən dörd onlarla insan dərin beyin stimulyasiyasına məruz qalıb.
Əzizin bir çox həmkarları bu metodun effektiv olmadığını və mənfi nəticələrə səbəb ola biləcəyini deyirlər. Professor metodun effektiv olduğuna əmindir. İndi nə biri, nə də digəri sübuta yetirilməyib. Mənə elə gəlir ki, biz ancaq dözülməz ağrıdan xilas olmuş qırx xəstəyə inanmalıyıq. Və yenidən yaşamaq istədilər. Və bu üsul 8 ildir tətbiq edilirsə və xəstələrin sağlamlığına mənfi təsir göstərmirsə, niyə istifadəsini genişləndirməyək.
Başqa bir inqilabi kəşf bioçipdir - biokimyəvi analizlər üçün istifadə edilən müəyyən bir ardıcıllıqla üzərinə DNT və ya zülal molekulları tətbiq olunan kiçik boşqab. Bioçipin işləmə prinsipi sadədir. Split DNT bölmələrinin xüsusi ardıcıllığı plastik bir boşqaba tətbiq olunur. Təhlil zamanı sınaqdan keçirilən material çipin üzərinə yerləşdirilir. Əgər eyni genetik məlumatı ehtiva edirsə, deməli cütləşirlər. Nəticəni müşahidə etmək olar. Bioçiplərin üstünlüyü sınaq materialına, reagentlərə, əmək məsrəflərinə və analiz üçün vaxta əhəmiyyətli qənaətlə çoxlu sayda bioloji testlərdir.
Generologiya
Hüceyrələrin qocalmasının qarşısını alan molekulyar robotların orqanizmə daxil edilməsi, həmçinin insan orqanizminin toxumalarının yenidən qurulması və “böyükləşdirilməsi” yolu ilə insanların şəxsi ölməzliyinə nail olmaq. Hal-hazırda krionik üsullarla dondurulmuş ümidsiz xəstələrin dirçəliş və sağalması. Proqnozlaşdırılan icra müddəti: 21-ci əsrin üçüncü - dördüncü rübü.
sənaye
Ənənəvi istehsal üsullarını birbaşa atom və molekullardan istehlak mallarını yığan molekulyar robotlarla əvəz etmək. İstənilən elementi düzəltməyə imkan verən şəxsi sintezatorlara və surət çıxaran cihazlara qədər. İlk praktiki nəticələr 21-ci əsrin əvvəllərində əldə edilə bilər.
Qrafen. 2004-cü ilin oktyabrında Mançester Universitetində qrafen adlı az miqdarda material yaradıldı. Robert Freitas bu materialın almaz mexanosintetik cihazların yaradılması üçün substrat rolunu oynaya biləcəyini təklif edir.
Peyk rabitəsi televiziya, internet və telefon rabitəsi üçün geniş istifadə olunur. Kosmik yerləşdirmə sistemləri təyyarələr, gəmilər, avtomobillər və turistlər tərəfindən istifadə olunur.
Bəşəriyyət artıq beşiyindən çıxıb – bizim həyatımızı məkansız təsəvvür etmək mümkün deyil. Buna görə də, bu gün bir çox ölkələr öz kosmik proqramlarına başlayırlar və 21-ci əsrin əvvəllərində özəl kosmos tədqiqatlarına başlanılıb. 2001-ci ildə ilk kosmik turist Dennis Tito orbitə çıxdı. 2004-cü ildə X-Prize müsabiqəsi çərçivəsində müstəqil tərtibatçılar tərəfindən yaradılmış SpaceShipOne təkrar istifadə edilə bilən kosmik gəmi suborbital uçuş (112 km yüksəkliyə) etdi. 2005-ci ildə Mojave (ABŞ), Ras Al Khaimah (BƏƏ) və Sinqapurda özəl kosmodromların tikintisinə başlanılıb. Gələcək illərdə turizmin böyük genişləndirilməsi planlaşdırılır (Virgin Galactic 200.000 dollarlıq münasib qiymət sayəsində 2013-cü ilə qədər 7000 nəfəri kosmos səyahətlərinə göndərməyi planlaşdırır). Ən böyük motellər şəbəkəsinin sahibi Robert Biqolou ilk orbital Skywalker otelini 2010-cu ildə açmağı planlaşdırır.
Bütün bunlar və daha çox şey, hətta müasir təkrar istifadə edilə bilən kosmik gəmilərdən daha səmərəli kosmosa aparan yeni yolun gəlməsi ilə mümkün olacaq. NASA-nın iştirakı ilə kosmik lift tikmək üçün planlar hazırlanır! Ayın cazibə qüvvəsi az olduğuna görə Ayın, Yerin və Günəşin cazibə qüvvələrinin tarazlaşdırıldığı Laqranj nöqtələrindən (L-1 və ya L-2) Ayın səthinə qədər belə bir liftin qurulması hətta müasir texnologiyaların köməyi ilə də mümkündür! Tələb olunan yeganə şey ultra güclü M5 lifindən hazırlanmış, cəmi 7 ton ağırlığında və bir buraxılışda kosmosa qaldırıla bilən kabeldir.
Yer kürəsində belə bir liftin qurulması daha təkmil materiallar tələb edərdi, lakin karbon nanoborucuqlarının bu məqsəd üçün kifayət qədər güclü olacağı gözlənilir. Lazımi texnologiyalar 10-15 il ərzində hazırlana bilər. Lakin kosmik lift tikildikdən sonra yükün orbitə çıxarılmasının dəyəri kiloqramı üçün onlarla dollara qədər azalacaq. Yəqin ki, ilk lift göründükdən dərhal sonra ekvator boyu yeniləri ucaldılacaq, sonra onlar təkmilləşdiriləcək və onlar artıq bir neçə nazik lentə deyil, aralıq səviyyələrdə konstruksiyaları olan açıq iş qüllələrinə bənzəyəcəklər. Ola bilər. ki, bir müddət sonra geostasionar orbit səviyyəsində bütöv bir halqa yaradılacaq - A. Klarkın Odyssey 3000-də təsvir etdiyinə bənzər nəhəng orbital kosmik stansiya.
Ayda və asteroidlərdə ehtiyatların çıxarılması planları (NASA tərəfindən) indi də ciddi şəkildə nəzərdən keçirilir. Kosmosda iqtisadi cəhətdən çıxarıla bilən bir növ mineral helium-3-dür. Yerdə yoxdur, Ayda bolca mövcuddur (Milyardlarla il ərzində günəş küləyindən Ay tərəfindən toplanır). Və eyni zamanda, termonüvə enerjisi üçün əla yanacaqdır. Eyni zamanda, bütün planetimizi 2005-ci il miqyasında enerji istehlakı ilə təmin etmək üçün Yerə ildə cəmi 100 ton helium-3 çatdırılmalıdır!
İqtisadi perspektivlərdən asılı olmayaraq, Ay və Marsda yaşayış üçün əlverişli bazaların tikintisi gündəmdə qalır. Çin Ayda ilk bazanı qurmaq üzrədir, Rusiya və ABŞ Marsa doğru gedir. Texnologiyanın tədricən təkmilləşməsi bu layihələri getdikcə daha da reallaşdırır.
İndi mühərriklər haqqında. Kosmik əsrin başlanğıcında biz raket mühərriklərindən istifadə edirdik. O vaxtdan bəri bir çox alternativlər təklif edildi, lakin onlar hələ də üstünlük təşkil etməyiblər. Gələcəkdə günəş sistemi daxilində uçuşlar üçün ion mühərriklərindən istifadə olunacaq. Onlar artıq qeyri-adi yüksək səmərəliliyi təmin edirlər. Lazer mühərrikləri orbitə qalxmaq üçün istifadə edilə bilər. Kosmik lift tikildikdə bu ərazidə raketləri əvəz edəcək.
Başqa bir misal: 1958-ci ildə Orion layihəsi hazırlanmışdır: nüvə mikrobombalarının partlayışlarından istifadə edərək Yer səthindən havaya qalxan kosmik gəmi üçün layihə. Amma 1963-cü ildə qüvvəyə minən atmosferdə nüvə qurğularının partlatılmasına qoyulan qadağa bu layihəyə son qoydu. Hazırda Marsa göndərilməsi planlaşdırılan bu tip “Prometey” kosmik gəmisi üçün layihə var.
Həmçinin, ulduzlara uçuş üçün yaxın işıq sürətində səyahət etməyə imkan verən atom və foton mühərriklərindən istifadə edilə bilər. Bununla belə, əgər bu, fiziki cəhətdən mümkündürsə, o zaman gələcəyin Supermindi, məsələn, soxulcan dəliklərindən, kosmik sıxılmadan və ya digər üsullardan istifadə etməklə, şübhəsiz ki, işıq maneəsindən yan keçməyin yolunu tapacaqdır.
Burada qeyd etmək lazımdır ki, yeni dünyaların sadə kəşfi, tədqiqi və ya müstəmləkələşdirilməsinin fövqəlsivilizasiyalar üçün vacib olaraq qalması ehtimalı azdır. Axı, kompüter texnologiyası virtual reallıq kompüter generatorları çərçivəsində trilyonlarla ulduz sistemlərinin bütün imkanlarını simulyasiya etməyə imkan verəcəkdir. Bu yolda ilk addım yaxın illərdə Spore kompüter oyununun buraxılması ilə atılacaq. Ona görə də çox güman ki, Supermindin uzaq ulduzlara münasibəti daha praqmatik olacaq.
Bir şeyi istifadə etməzdən əvvəl ona çatmaq lazımdır. Çox güman ki, bu vəzifə Von Neumann zondları tərəfindən həyata keçiriləcək: hədəfə çatmaq, onu öyrənmək, məlumat ötürmək və yeni sistemlərə göndəriləcək yüzlərlə nüsxə yaratmaq qabiliyyətinə malik ağıllı özünü təkrarlayan avtomat gəmiləri. ulduzlar. Bu cür qeyri-mərkəzləşdirmə elmi fantastikada təsvir edilən robot köməkçiləri ilə homo sapiensin romantik ulduz ekspedisiyalarından daha təsirli ola bilər.
Raket elminin inkişafı gələcək üçün tədqiqat və eksperimental əsas yaradır, çox güman ki, yaxın və daha sonra dərin kosmosa post-sinqulyar super texnoloji sıçrayış. Bəs kosmosda insan həyatının perspektivləri necədir? Biz üç köklü şəkildə fərqli imkanlar görürük: terraformasiya, insanın kosmik şəraitə uyğunlaşması və kosmik maddənin kompüterə çevrilməsi. Gəlin onların hamısına baxaq.
Artıq Marsın terraformasiyası üçün layihələr var. Digər planetlərin səthinin yenidən qurulması atmosferi, qoruyucu ozon təbəqəsini, torpağı, çayları və dənizləri yaradan süni mikroorqanizmlərin və ya nanorobotların köməyi ilə həyata keçirilə bilər... Superkəşfiyyat hətta bir cihaz da yarada bilər – gəlin buna “Yaradılış” deyək. " - planeti bir neçə gün və ya ay ərzində yaşayış üçün yararlı hala gətirməyə qadirdir.
Bununla belə, başqa bir alternativ mümkündür: insanın avtotrofiyasının inkişafı, özünü təmin etmək və ətraf mühitdən müstəqillik. Nanotexnologiyanın köməyi ilə əldə edilə bilən dəyişikliklər insan həyatını (həm fiziki bədəndə, həm də kompüter sistemlərində) vakuum və ultra yüksək təzyiq, ultra yüksək radiasiya və cazibə, ultra aşağı və ya çox yüksək temperatur şəraitində mümkün edəcək. demək olar ki, hər yerdədir, bəlkə də Günəşdən başqa.
Əgər insan bizim adi mövcudluq formalarımızı tərk edərsə, o zaman ən təsirli ssenari Günəş sisteminin planetlərinin sökülməsi və bütün maddələrin vahid şəbəkədə birləşmiş super güclü kompüterlərə yenidən qurulması ola bilər. Vahid kütlə üçün maksimum hesablama gücünü təmin edən hipotetik maddə kompüternium adlanır. Əgər biz insanlar üçün kosmosda rahat mühit yaratmaq fikrindən əl çəksək, o zaman Supermind üçün Günəşin daxilində belə mövcudluq mümkün ola bilər: axırda nizamlı strukturların mövcud olduğu yerdə hesablamalar aparıla bilər və buna görə də şüur mövcud ola bilər. Maraqlıdır ki, hesablama gücünün hədləri haqqında danışarkən alimlər adətən isti plazma toplarını - Günəşin daxili hissəsinə çox bənzəyən obyektləri təsvir edirlər.
Kosmosun tədqiqi yolu nə olursa olsun, postbəşəriyyət kosmosun genişlənməsindən əl çəkməyəcək. Axı Supermind immanent olaraq planetar deyil. Bu bölgü ona yaddır, çünki onun üçün kosmosda həyat üçün heç bir fiziki məhdudiyyət yoxdur. Və o, mütləq kosmik meqakonstruksiya ilə məşğul olacaq, inert kosmik materiyanı ağıllı maddəyə çevirəcək.
Bəlkə də belə olacaq. Günəş sisteminin planetlərini fəth etdikdən sonra biz ərazi imkanlarımızı artıracaq meqastruktur, məsələn, nəhəng kosmik şəhərlər quracağıq. Biz postinsanların ən müxtəlif növlərinin inkişafını gözlədiyimizə görə, bu dövrdə bəzi postpersonallar Günəşə ən yaxın olan (və günəş enerjisi ilə daha zəngin olan) planetləri “matryoshka beyinlərinə”, digərləri isə öz əcdadlarına daha çox bənzəyəcəklər. (yəni biz), Yer və Marsın orbitləri arasında meqa-dünyalar (“halqa dünyası” kimi) qurmaqla məşğul ola bilər. Qaz nəhəngləri söküləcək, onların tərkibinə daxil olan maddələr bizim məqsədlərimiz üçün istifadə olunacaq. Zamanla günəş enerjisindən maksimum istifadə etmək üçün Günəş sisteminin ətrafında Dyson kürəsi qurulacaq.
Daha uzaq gələcəkdə Overmind qalaktik layihələrlə məşğul olacaq. Qara dəliklərdən enerji çıxarmaq, aktiv ulduzlardan maddə qaldırmaq, ulduzları açıb-söndürmək, işıq baryerini aşmaq üçün kosmosda qurd dəlikləri yaratmaq kimi.
Və Universal Mind Kainatımızın imkanlarını tükəndirdikdə, yeni qız kainatları yaratmağın vaxtı gələcək. Qız kainatlarının praktiki dəyəri ağılın həqiqətən sonsuz varlığını təmin etmək, onu ölməkdə olan kainatlardan yeni yaradılmışlara köçürməkdir. Ancaq bəzi modellərə görə, kainatımızda sonsuz uzun bir subyektiv varlıq təmin edilə bilər.
Kibernetika
Hazırda mövcud planar strukturlardan həcmli mikrosxemlərə keçid baş verəcək və aktiv elementlərin ölçüləri molekulların ölçüsünə qədər azalacaq. Kompüterlərin işləmə tezlikləri terahertz dəyərlərinə çatacaq. Neyronabənzər elementlərə əsaslanan sxem həlləri geniş yayılacaq. Protein molekullarına əsaslanan yüksək sürətli uzunmüddətli yaddaş yaranacaq, onun tutumu terabaytlarla ölçüləcək. İnsan intellektini kompüterə “köçürmək” mümkün olacaq. Proqnozlaşdırılan icra müddəti: 21-ci əsrin birinci - ikinci rübü.
Molekulyar İstehsalat İnstitutu (IMM) atom dəqiqliyinə malik nanomanipulyator üçün ilkin dizayn hazırlayıb. “Nanokompüter – nanomanipulyator” sistemi əldə edilən kimi (mütəxəssislər bunu 2010-2020-ci illərdə proqnozlaşdırır) proqramlı şəkildə daha bir oxşar kompleks istehsal etmək mümkün olacaq – o, öz analoqunu insanın birbaşa müdaxiləsi olmadan verilmiş proqrama uyğun olaraq yığacaq. Bakteriyalar DNT-nin replikativ xüsusiyyətlərindən istifadə edərək bir neçə saat ərzində bir neçə fərddən milyonlarla insana qədər inkişaf edə bilirlər. Beləliklə, kütləvi miqyasda montajçıların əldə edilməsi heç bir şey tələb etməyəcəkdir xərclər onları enerji və xammalla təmin etməklə yanaşı, kənardan.
“Nanokompüter – nanomanipulator” sistemi əsasında əvvəllər götürülmüş və ya hazırlanmış üçölçülü atomlar şəbəkəsindən istifadə etməklə istənilən makroskopik obyektləri yığmağa qadir olan avtomatlaşdırılmış montaj komplekslərini təşkil etmək mümkün olacaq. Xerox hazırda nanotexnologiyalar sahəsində intensiv tədqiqatlar aparır ki, bu da onun gələcəkdə maddə dublikatorları yaratmaq istəyindən xəbər verir. Robotlar kompleksi orijinal obyekti atomlara ayıracaq, başqa bir kompleks isə ayrı-ayrı atomlara qədər orijinalla eyni surəti yaradacaq (ekspertlər bunu 2020-2030-cu illərdə proqnozlaşdırır). Bu, "həcmli" texnologiyadan istifadə edərək məhsul istehsal edən hazırda mövcud olan zavodlar kompleksini ləğv etməyə imkan verəcəkdir, hər hansı bir layihə hazırlamaq kifayət edəcəkdir. məhsul- və montaj kompleksi ilə toplanacaq və çoxalacaq.
Ay və Marsda orbital sistemləri, öz-özünə yığılan koloniyaları, dünya okeanlarında, yerin səthində və havada istənilən strukturları avtomatik qurmaq mümkün olacaq (ekspertlər bunu 2050-ci ildə proqnozlaşdırır). Öz-özünə yığılma imkanı bəşəriyyətin qlobal problemlərinin həllinə səbəb ola bilər: qida, mənzil və enerji çatışmazlığı problemi. Nanotexnologiya sayəsində maşın və mexanizmlərin dizaynı əhəmiyyətli dərəcədə dəyişəcək - yeni montaj texnologiyaları (işləmələr) hesabına bir çox hissələr sadələşdiriləcək, bir çoxları lazımsız hala gələcək. Bu, montaj və dizayn texnologiyalarının olmaması səbəbindən əvvəllər insanlar üçün əlçatmaz olan maşın və mexanizmləri layihələndirməyə imkan verəcəkdir. Bu mexanizmlər mahiyyətcə çox mürəkkəb bir hissədən ibarət olacaq.
Mexanoelektrik nanokonvertorların köməyi ilə istənilən növ enerjini yüksək effektivliyə çevirmək və günəş radiasiyasından təxminən 90% səmərəliliklə elektrik enerjisi əldə etmək üçün effektiv qurğular yaratmaq mümkün olacaq. Tullantıların idarə edilməsi və qlobal nəzarət"təkrar emal" kimi sistemlər bəşəriyyətin xammal ehtiyatlarını əhəmiyyətli dərəcədə artıracaq. Qlobal ekoloji nəzarət, sinxron işləyən qarşılıqlı təsir göstərən nanorobotlar sistemi sayəsində havaya nəzarət.
Biotexnologiya və kompüter texnologiyası nanotexnologiyadan faydalana bilər. Nanom tibbi robotların inkişafı ilə insan ölümünü qeyri-müəyyən müddətə gecikdirmək mümkün olacaq. Təbii qabiliyyətləri keyfiyyətcə artırmaq üçün insan orqanının yenidən qurulması ilə də heç bir problem olmayacaq. Bir şey yeyilib-yeyilməməsindən asılı olmayaraq bədəni enerji ilə təmin etmək də mümkündür.
Kompüter texnologiyası böyük məhsuldarlığa malik vahid qlobal informasiya şəbəkəsinə çevrilir və hər bir insan beyin və hiss orqanlarına birbaşa çıxış yolu ilə terminal olmaq imkanı əldə edəcək. Materialşünaslıq sahəsi əhəmiyyətli dərəcədə dəyişəcək - istifadəçi ilə multimedia ünsiyyət qura bilən "ağıllı" materiallar olacaq. Ultra güclü, ultra yüngül və yanmaz materiallar da görünəcək.
Xammal probleminə gəlincə, əksər obyektlərin tikintisi üçün nanorobotlar ən çox yayılmış atomların bir neçə növündən istifadə edəcəklər: karbon, hidrogen, silikon, azot, oksigen və s. az miqdarda. Bəşəriyyət tərəfindən başqa planetlərin inkişafı ilə xammal təminatı problemi həll olunacaq.
Beləliklə, proqnozlara əsaslanaraq, nanotexnologiya həm müasir istehsalın, həm də əlaqəli texnologiyaların, ümumilikdə insan həyatının köklü transformasiyasını vəd edir. Nanotexnologiya, kompüterlərin məlumatın manipulyasiyasında istehsal etdiyi maddənin manipulyasiyasında eyni inqilabı yaradacaq. Onlar elektrikin kəşfindən daha çox dünyaya təsir edəcəklər.
Cəmiyyətin nanotexnologiyaya münasibəti
Nanotexnologiyalar sahəsində irəliləyiş müəyyən ictimai rezonansa səbəb olub.
Cəmiyyətin nanotexnologiyaya münasibəti VTsIOM və Avropa Avrobarometr xidməti tərəfindən öyrənilib.
Bir sıra tədqiqatçılar bildirirlər ki, qeyri-mütəxəssislər arasında nanotexnologiyaya mənfi münasibət dindarlıqla, həmçinin nanomaterialların toksikliyi ilə bağlı narahatlıqlarla əlaqələndirilə bilər.
Dünya ictimaiyyətinin nanotexnologiyanın inkişafına reaksiyası
2005-ci ildən CRN tərəfindən təşkil edilmiş beynəlxalq işçi qrupu fəaliyyət göstərir, nanotexnologiyanın inkişafının sosial nəticələrini öyrənir.
2006-cı ilin oktyabrında Beynəlxalq Nanotexnologiya Şurası icmal məqaləsini dərc etdi və bu məqalədə xüsusilə təhlükəsizlik baxımından nanotexnologiya tədqiqatlarına dair məlumatların yayılmasının məhdudlaşdırılması zərurətindən bəhs edilir.
Greenpeace nanotexnologiya sahəsində tədqiqatların tam qadağan edilməsini tələb edir.
Nanotexnologiyanın inkişafının nəticələri mövzusu fəlsəfi tədqiqat obyektinə çevrilir. Belə ki, 2007-ci ildə WTA-nın təşkil etdiyi Transvision beynəlxalq futuroloji konfransında nanotexnologiyanın inkişaf perspektivləri müzakirə olunub.
Rusiya cəmiyyətinin nanotexnologiyanın inkişafına reaksiyası
Rusiya prezidenti Dmitri Medvedev əmindir ki, ölkədə nanotexnologiyanın uğurlu inkişafı üçün hər cür şərait var.
Nanotexnologiya elm və texnologiyanın son onilliklərdə fəal şəkildə inkişaf edən yeni istiqamətidir. Nanotexnologiyalara işləməsi nanostruktur, yəni onun ölçüləri 1-dən 100 nanometrə qədər olan sifarişli fraqmentləri ilə müəyyən edilən materialların, cihazların və texniki sistemlərin yaradılması və istifadəsi daxildir.
Yunan dilindən (yunan dilində "nanos" - gnome) gələn "nano" prefiksi milyardda bir hissə deməkdir. Bir nanometr (nm) metrin milyardda biridir.
“Nanotexnologiya” termini 1974-cü ildə Tokio Universitetinin materialşünası Norio Taniguchi tərəfindən irəli sürülüb və o, onu “həddindən artıq yüksək dəqiqliyə və ultra kiçik ölçülərə nail ola bilən istehsal texnologiyası” kimi müəyyən edib. nm...” .
Dünya ədəbiyyatında nanotexnologiyadan nanotexnologiya aydın şəkildə fərqlənir. Nanoölçülü elm termini nanoelm üçün də istifadə olunur.
Rus dilində və Rusiya qanunvericiliyinin və normativ sənədlərinin praktikasında “nanotexnologiya” termini özündə “nanoelm”, “nanotexnologiya” və bəzən hətta “nanosənaye” (nanotexnologiyaların istifadə olunduğu biznes və istehsal sahələri) ifadələrini birləşdirir.
Nanotexnologiyanın ən mühüm komponentləri bunlardır nanomateriallar, yəni qeyri-adi funksional xassələri ölçüləri 1 ilə 100 nm arasında dəyişən nanofraqmentlərinin nizamlı strukturu ilə müəyyən edilən materiallar.
- nanoməsaməli strukturlar;
- nanohissəciklər;
- nanoborular və nanoliflər
- nanodispersiyalar (kolloidlər);
- nanostrukturlu səthlər və filmlər;
- nanokristallar və nanoklasterlər.
Nanosistem texnologiyası- bütövlükdə və ya qismən nanomateriallar və nanotexnologiyalar əsasında yaradılmış, xarakterik xüsusiyyətləri ənənəvi texnologiyalardan istifadə edilməklə yaradılmış oxşar məqsədlər üçün sistem və qurğuların xüsusiyyətlərindən köklü şəkildə fərqlənən funksional cəhətdən tam sistemlər və qurğular.
Nanotexnologiyanın tətbiq sahələri
Bu qlobal texnologiyanın texnoloji tərəqqiyə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə biləcəyi bütün sahələri sadalamaq demək olar ki, mümkün deyil. Onlardan yalnız bir neçəsinin adını çəkə bilərik:
- nanoelektronika və nanofotonika elementləri (yarımkeçirici tranzistorlar və lazerlər);
- foto detektorlar; Günəş batareyaları; müxtəlif sensorlar);
- ultra-sıx məlumat yazan cihazlar;
- telekommunikasiya, informasiya və hesablama texnologiyaları; superkompüterlər;
- video avadanlıq - düz ekranlar, monitorlar, video proyektorlar;
- molekulyar səviyyədə açarlar və elektron sxemlər daxil olmaqla molekulyar elektron cihazlar;
- nanolitoqrafiya və nanoimprinting;
- yanacaq elementləri və enerji saxlama cihazları;
- mikro və nanomexanika qurğuları, o cümlədən molekulyar mühərriklər və nanomotorlar, nanorobotlar;
- nanokimya və kataliz, o cümlədən yanmaya nəzarət, örtük, elektrokimya və əczaçılıq;
- aviasiya, kosmik və müdafiə tətbiqləri;
- ətraf mühitin monitorinqi cihazları;
- dərman vasitələrinin və zülalların, biopolimerlərin və bioloji toxumaların sağalmasının məqsədyönlü şəkildə çatdırılması, klinik və tibbi diaqnostika, süni əzələlərin, sümüklərin yaradılması, canlı orqanların implantasiyası;
- biomexanika; genomika; bioinformatika; bioinstrumentasiya;
- kanserogen toxumaların, patogenlərin və bioloji zərərli agentlərin qeydiyyatı və identifikasiyası;
- kənd təsərrüfatında və qida istehsalında təhlükəsizlik.
Kompüterlər və mikroelektronika
Nanokompüter— elektron (mexaniki, biokimyəvi, kvant) texnologiyalarına əsaslanan məntiq elementlərinin ölçüləri bir neçə nanometr sırasına malik hesablama cihazı. Nanotexnologiyalar əsasında hazırlanmış kompüterin özü də mikroskopik ölçülərə malikdir.
DNT kompüteri- DNT molekullarının hesablama imkanlarından istifadə edən hesablama sistemi. Biomolekulyar hesablama bu və ya digər şəkildə DNT və ya RNT ilə əlaqəli müxtəlif texnikaların ümumi adıdır. DNT hesablamalarında məlumatlar sıfır və birlər şəklində deyil, DNT sarmalının əsasında qurulmuş molekulyar struktur şəklində təqdim olunur. Məlumatların oxunması, surətinin çıxarılması və idarə edilməsi üçün proqram təminatının rolunu xüsusi fermentlər yerinə yetirir.
Atom qüvvəsi mikroskopu- tədqiq olunan nümunənin səthi ilə konsol iynəsinin (zondunun) qarşılıqlı təsirinə əsaslanan yüksək ayırdetməli skan edən zond mikroskopu. Taranan tunel mikroskopundan (STM) fərqli olaraq, o, həm keçirici, həm də keçirməyən səthləri hətta maye təbəqəsi vasitəsilə yoxlaya bilir ki, bu da üzvi molekullarla (DNT) işləməyi mümkün edir. Atom qüvvəsi mikroskopunun məkan ayırdetmə qabiliyyəti konsolun ölçüsündən və ucunun əyriliyindən asılıdır. Qətnamə üfüqi olaraq atoma çatır və onu şaquli olaraq əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir.
Antena-ossillyator- 9 fevral 2005-ci ildə Boston Universitetinin laboratoriyasında ölçüləri təqribən 1 mikron olan antena-ossillyator alındı. Bu cihaz 5000 milyon atoma malikdir və 1,49 giqahers tezliyində salınma qabiliyyətinə malikdir ki, bu da ona böyük həcmdə məlumat ötürməyə imkan verir.
Nanomedicine və əczaçılıq sənayesi
Müasir tibbdə insan bioloji sistemlərini nanomolekulyar səviyyədə izləmək, layihələndirmək və modifikasiya etmək üçün nanomaterialların və nanoobyektlərin unikal xüsusiyyətlərindən istifadəyə əsaslanan istiqamət.
DNT nanotexnologiyası- DNT və nuklein turşusu molekullarının xüsusi əsaslarından istifadə edərək, onların əsasında aydın şəkildə müəyyən edilmiş strukturlar yaratmaq.
Dərman molekullarının və aydın şəkildə müəyyən edilmiş farmakoloji preparatların (bis-peptidlərin) sənaye sintezi.
2000-ci ilin əvvəllərində nanohissəcik texnologiyasında sürətli irəliləyişlər nanotexnologiyanın yeni sahəsinin inkişafına təkan verdi: nanoplazmonika. Plazmon salınımlarının həyəcanlanmasından istifadə edərək metal nanohissəciklər zənciri boyunca elektromaqnit şüalanmasının ötürülməsi mümkün oldu.
Robototexnika
Nanorobotlar- nanomateriallardan yaradılmış və ölçüsünə görə molekulla müqayisə edilə bilən, hərəkət, məlumatın işlənməsi və ötürülməsi, proqramların icrası funksiyalarına malik robotlar. Özlərinin surətlərini yaratmağa qadir olan nanorobotlar, yəni. öz-özünə çoxalmaya replikatorlar deyilir.
Hazırda nanorobotların prototipləri sayıla bilən məhdud hərəkət qabiliyyətinə malik elektromexaniki nanoqurğular artıq yaradılmışdır.
Molekulyar rotorlar- onlara kifayət qədər enerji tətbiq edildikdə fırlanma momenti yarada bilən sintetik nano ölçülü mühərriklər.
Rusiyanın nanotexnologiyaları inkişaf etdirən və istehsal edən ölkələr arasında yeri
Nanotexnologiyaya ümumi investisiyaların həcminə görə dünya liderləri Aİ ölkələri, Yaponiya və ABŞ-dır. Son zamanlar Rusiya, Çin, Braziliya və Hindistan bu sənayeyə investisiyaları xeyli artırıb. Rusiyada "2008-2010-cu illərdə Rusiya Federasiyasında nanosənaye infrastrukturunun inkişafı" proqramı çərçivəsində maliyyələşdirmənin həcmi 27,7 milyard rubl təşkil edəcək.
Londonda yerləşən Cientifica tədqiqat şirkətinin Nanotexnology Outlook Report adlanan ən son (2008-ci il) hesabatında rus sərmayəsi sözsüz belə təsvir edilir: “Aİ investisiyaların həcminə görə hələ də birinci yerdə olsa da, Çin və Rusiya artıq ABŞ-ı geridə qoyublar. ”
Nanotexnologiyada elə sahələr var ki, rus alimləri yeni elmi cərəyanların inkişafı üçün zəmin yaradan nəticələr əldə edərək dünyada birinci olublar.
Onların arasında ultradispers nanomaterialların istehsalı, tək elektron cihazların dizaynı, həmçinin atom qüvvəsi və skanedici zond mikroskopiyası sahəsində işlər var. Təkcə XII Sankt-Peterburq İqtisadi Forumu (2008) çərçivəsində keçirilən xüsusi sərgidə birdən-birə 80 konkret iş təqdim edildi.
Rusiya artıq bazarda tələbat olan bir sıra nanoməhsullar istehsal edir: nanomembranlar, nanotozlar, nanoborular. Bununla belə, ekspertlərin fikrincə, nanotexnoloji inkişafların kommersiyalaşdırılmasında Rusiya ABŞ və digər inkişaf etmiş ölkələrdən on il geri qalır.
Material açıq mənbələrdən alınan məlumatlar əsasında hazırlanıb
Britaniyanın “New Scientist” jurnalının saytında nanotexnologiyalar haqqında əsas məlumatlar çox rahat formada – tez-tez verilən suallara cavablar şəklində təqdim olunub, dp.ru yazır.
Nanotexnologiya nədir?
“Nanotexnologiya” termini atom və molekulyar miqyasda baş verən prosesləri öyrənən elmi və mühəndislik fənlərinin kompleksi kimi başa düşülməlidir. Nanotexnologiya o qədər kiçik materialların və cihazların manipulyasiyasını nəzərdə tutur ki, ondan kiçik heç nə mövcud ola bilməz. Nanohissəciklər haqqında danışarkən onlar adətən 0,1 nm-dən 100 nm-ə qədər ölçüləri nəzərdə tuturlar. Qeyd edək ki, əksər atomların ölçüləri 0,1 ilə 0,2 nm arasındadır, DNT molekulunun eni təxminən 2 nm, qan hüceyrəsinin xarakterik ölçüsü təqribən 7500 nm, insan saçı isə 80 000 nm-dir.
Niyə kiçik obyektlər nanoölçülü səviyyədə belə spesifik xüsusiyyətlər əldə edirlər? Məsələn, qızıl və gümüş atomlarının kiçik qrupları (klaster adlanır) unikal katalitik xüsusiyyətlər nümayiş etdirir, daha böyük nümunələr isə adətən inert olur. Gümüş nanohissəciklər fərqli antibakterial xüsusiyyətlər nümayiş etdirir və buna görə də adətən yeni növ sarğılarda istifadə olunur.
Hissəcik ölçüsü azaldıqca, səthin həcminə nisbəti artır. Bu səbəbdən nanohissəciklər kimyəvi reaksiyalara daha asan daxil olur. Bundan əlavə, kvant fizikası effektləri 100 nm-dən aşağı səviyyələrdə görünür. Kvant effektləri gözlənilməz şəkildə materialların optik, elektrik və ya maqnit xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər.
Bəzi maddələrin kiçik kristal nümunələri daha güclü olur, çünki onlar sadəcə gücə məruz qaldıqda daha böyük kristalların parçalana bilməyəcəyi vəziyyətə gəlirlər. Metallar bəzi cəhətdən plastikə bənzəyir.
Nanotexnologiyanın tətbiqi perspektivləri hansılardır?
Hələ 1986-cı ildə futurist Erik Dressler özünü təkrarlayan nanorobotların cəmiyyətin ehtiyac duyduğu bütün işləri yerinə yetirdiyi utopik bir gələcəyi nəzərdə tuturdu. Bu kiçik cihazlar insan bədənini içəridən xaricdən düzəltməyə qadirdir və insanları faktiki olaraq ölümsüz edir. Nanorobotlar ətraf mühitdə də sərbəst hərəkət edə bilirlər ki, bu da onları bu mühitin çirklənməsinə qarşı mübarizədə əvəzolunmaz edir.
Nanotexnologiyanın kompüter texnologiyası, tibb və həmçinin hərbi sahədə mühüm irəliləyişlər təmin edəcəyi gözlənilir. Məsələn, tibb elmi dərmanları kiçik “nanobombalar”da birbaşa xərçəng toxumalarına çatdırmağın yollarını işləyib hazırlayıb. Gələcəkdə nanoqurğular arteriyaları “patrul” edə, infeksiyalara qarşı mübarizə apara və xəstəliklərin diaqnostikasını təmin edə bilər.
Amerika alimləri əməliyyat olunmayan xərçəng şişlərini tapmaq və məhv etmək üçün qızılla örtülmüş “nano güllələrdən” uğurla istifadə ediblər. Alimlər xərçəng hüceyrələri ilə təmasda ola bilən anticisimlərə nano güllələr əlavə ediblər. Nano güllələr infraqırmızı tezlikə yaxın radiasiyaya məruz qalarsa, onların temperaturu artacaq, bu da kanserogen toxumaların məhvinə kömək edir.
Kembricdəki (ABŞ) ABŞ Ordusu tərəfindən maliyyələşdirilən Ordu Nanotexnologiya İnstitutunun tədqiqatçıları nanotexnologiyadan əsaslı şəkildə yeni forma yaratmaq üçün istifadə edirlər. Onların məqsədi rəng dəyişdirə, güllələri və partlayış enerjisini yayındıra bilən, hətta sümükləri yapışdıra bilən parça yaratmaqdır.
Hazırda nanotexnologiyalar harada istifadə olunur?
Nanotexnologiya artıq fərdi kompüterlər üçün sərt disklərin, katalitik çeviricilərin - daxili yanma mühərriklərinin elementlərinin, uzun xidmət müddətinə malik tennis toplarının, həmçinin yüksək möhkəmliyə malik və eyni zamanda yüngülçəkili tennis raketkalarının, metalların kəsilməsi üçün alətlərin istehsalında istifadə olunur. , həssas elektron avadanlıqlar üçün antistatik örtüklər və pəncərələr üçün onların özünü təmizləməsini təmin edən xüsusi örtüklər.
Nanoqurğular necə yaradılır?
Hazırda nanoqurğuların istehsalı üçün iki əsas üsul mövcuddur.
Aşağı yuxarı. Evin yığılmasını xatırladan və ya “molekuldan molekula” prinsipi üzrə nanoqurğuların yığılması. Kosmetikada istifadə edilən titan dioksid və ya dəmir oksidi kimi sadə nanohissəciklər kimyəvi sintez yolu ilə istehsal edilə bilər.
Bu cür prosedurları yerinə yetirmək üçün kifayət qədər həssas olan sözdə atom qüvvəsi mikroskopundan (və ya skan edən tunel mikroskopundan) istifadə edərək ayrı-ayrı atomları sürükləməklə nanoqurğular yaratmaq mümkündür. Bu texnika ilk dəfə IBM mütəxəssisləri tərəfindən nümayiş etdirildi - skan edən tunel mikroskopundan istifadə edərək, nikel nümunəsinin səthinə 35 ksenon atomu yerləşdirərək IBM abbreviaturasını qoydular.
Yuxarı aşağı. Bu texnika makroskopik nümunədən istifadə etməyi və məsələn, aşındırmadan istifadə edərək onun səthində nanoölçülüyə xas parametrləri olan mikroelektronik cihazların adi komponentlərini yaratmağımızı nəzərdə tutur.
Nanotexnologiya insan sağlamlığı və ya ətraf mühit üçün təhlükə yaradırmı?
Nanohissəciklərin mənfi təsirləri haqqında çox məlumat yoxdur. 2003-cü ildə bir araşdırma karbon nanoborunun siçan və siçovulların ağciyərlərinə zərər verə biləcəyini göstərdi. 2004-cü ildə aparılan bir araşdırma, fullerenlərin balıqlarda yığılaraq beyin zədələnməsinə səbəb ola biləcəyini göstərdi. Lakin hər iki tədqiqatda qeyri-adi şəraitdə böyük miqdarda maddə istifadə edilmişdir. Mütəxəssislərdən biri, kimyaçı Kristen Kulinowskinin (ABŞ) fikrincə, “hal-hazırda onların insan sağlamlığı üçün təhlükəsi barədə məlumatın olmamasına baxmayaraq, bu nanohissəciklərin təsirini məhdudlaşdırmaq məqsədəuyğun olardı”.
Bəzi şərhçilər nanotexnologiyanın geniş yayılmasının sosial və etik risklərə səbəb ola biləcəyini də irəli sürürlər. Beləliklə, məsələn, nanotexnologiyanın istifadəsi yeni sənaye inqilabına səbəb olarsa, bu, iş yerlərinin itirilməsinə səbəb olacaq. Üstəlik, nanotexnologiya bir insanın konsepsiyasını dəyişə bilər, çünki onun istifadəsi ömrü uzatmağa və bədənin dayanıqlığını əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa kömək edəcəkdir.
“Heç kim inkar edə bilməz ki, cib telefonlarının və internetin geniş yayılması cəmiyyətdə böyük dəyişikliklərə səbəb olub” – Kristen Kulinowski deyir. "Kim deməyə cəsarət edə bilər ki, nanotexnologiyalar yaxın illərdə cəmiyyətə daha böyük təsir göstərməyəcək?"
Bu sual bizim dövrümüzdə nə qədər qəribə səslənsə də, ona cavab verilməli olacaq. Ən azından özüm üçün. Bu sənaye ilə məşğul olan alim və mütəxəssislərlə ünsiyyət quraraq, sualın hələ də açıq qaldığı qənaətinə gəldim.
Vikipediyada kimsə bunu belə təyin etdi:
Nanotexnologiya fundamental və tətbiqi elm və texnologiyanın fənlərarası sahəsidir, nəzəri əsaslandırmanın, tədqiqin, təhlilin və sintezin praktiki üsullarının, habelə atom quruluşunun idarə olunan manipulyasiyası yolu ilə məhsulların istehsalı və istifadəsi üsullarının məcmusu ilə məşğul olur. fərdi atomlar və molekullar.
Və bu tərif 2 il əvvəl var idi:
Nanotexnologiya - cisimlərin xassələrinin öyrənilməsi və ölçüləri nanometr sırası üzrə (SI vahidlər sisteminə görə 10 -9 metr) cihazların yaradılması ilə məşğul olan tətbiqi elm və texnologiya sahəsidir.
Populyar mətbuat adi insan üçün daha sadə və başa düşülən tərifdən istifadə edir:
Nanotexnologiya maddənin atom və molekulyar səviyyədə manipulyasiya edilməsi texnologiyasıdır.
(Qısa tərifləri sevirəm :))
Və ya professor G. G. Eleninin tərifi (MSU, M. V. Keldış RAS Tətbiqi Riyaziyyat İnstitutu):
Nanotexnologiya yeni molekulların, nanostrukturların, nanoqurğuların və materialların yaradılmasında ayrı-ayrı atomları, molekulları, molekulyar sistemləri idarə etmək üçün nanometr ölçülü fəza bölgələrində fiziki və kimyəvi proseslərin qanunauyğunluqlarının öyrənildiyi fənlərarası elm sahəsidir. , kimyəvi və bioloji xassələri.
Bəli, ümumiyyətlə, hər şey aydındır.. Amma bizim (xüsusən qeyd edirəm, yerli) vasvası skeptikimiz deyəcək: “Nə, biz hər dəfə bir stəkan çayda bir parça şəkəri həll etdikdə, maddəni manipulyasiya etmirikmi? molekulyar səviyyə?
Və o haqlı olacaq. Əsas anlayışlara "manipulyasiyaya nəzarət və dəqiqlik" ilə bağlı anlayışları əlavə etmək lazımdır.
Federal Elm və İnnovasiya Agentliyi "Rusiya Federasiyasında 2010-cu ilə qədər nanotexnologiya sahəsində işin inkişafı Konsepsiyası"nda aşağıdakı tərifi verir:
“Nanotexnologiya ən azı bir ölçüdə ölçüləri 100 nm-dən az olan komponentlər daxil olmaqla, idarə olunan şəkildə obyektləri yaratmaq və dəyişdirmək və bunun nəticəsində prinsipial olaraq yeni keyfiyyətlər əldə etmək imkanı verən metod və üsulların məcmusudur. onların tam fəaliyyət göstərən irimiqyaslı sistemlərə inteqrasiyasına imkan vermək; daha geniş mənada bu termin həm də belə obyektlərin diaqnostikası, xarakteristikası və tədqiqi üsullarını əhatə edir”.
Heyrət! Vay! Güclü dedi!
Və ya Rusiya Federasiyasının Təhsil və Elm Nazirliyinin dövlət katibi Dmitri Livanov nanotexnologiyanı belə müəyyənləşdirir:
"Ayrı-ayrı molekullar və atomlar səviyyəsində maddə ilə əməliyyatlara əsaslanan vahid mədəniyyətə birləşdirilən elmi, texnoloji və sənaye sahələrinin məcmusudur."
Sadə bir skeptik qane olur, amma skeptik-mütəxəssis deyəcək: “Ənənəvi kimya və ya molekulyar biologiya və elmin bir çox başqa sahələri daim məşğul olduqları, xassələrinin və strukturunun müəyyən olunduğu yeni maddələr yaratdıqları eyni nanotexnologiyalar deyilmi? müəyyən şəkildə bağlanmış nano ölçülü obyektlər tərəfindən?”
Nə etməli? Biz “nanotexnologiya”nın nə olduğunu başa düşürük.. biz bunu hiss edirik, deyə bilər.. Gəlin tərifə bir neçə termin əlavə etməyə çalışaq.
Occamın ülgücü
Nanotexnologiya: istehlak xassələri fərdi nano ölçülü obyektlərə nəzarət və manipulyasiya ehtiyacı ilə müəyyən edilən məhsulların yaradılması üçün hər hansı bir texnologiya.
Qısa və ehtiyat? Tərifdə istifadə olunan terminləri izah edək:
"Hər hansı": Bu termin müxtəlif elmi və texnoloji sahələrdən olan mütəxəssisləri barışdırmaq üçün nəzərdə tutulub. Digər tərəfdən, bu termin nanotexnologiyanın inkişafı büdcəsinə nəzarət edən təşkilatları geniş sahələrin maliyyələşdirilməsinin qayğısına qalmağa məcbur edir. O cümlədən, əlbəttə ki, molekulyar biotexnologiyalar. (Bu istiqamətlərin adına süni şəkildə “nano-” prefiksini əlavə etməyə ehtiyac olmadan). Mən bunu indiki mərhələdə ölkəmizdə nanotexnologiya ilə bağlı vəziyyət üçün kifayət qədər vacib termin hesab edirəm :).
"İstehlakçı xüsusiyyətləri" (əlbəttə ki, ənənəvi “İstehlakçı dəyəri” terminindən istədiyiniz kimi istifadə edə bilərsiniz): nanomiqyasda maddənin idarə edilməsi və manipulyasiyası kimi qabaqcıl üsullardan istifadə edərək məhsulların yaradılması bəzi yeni istehlak xüsusiyyətlərini verməli və ya qiymətə təsir göstərməlidir. məhsullar, əks halda mənasız olur.
O da aydındır ki, məsələn, xətti ölçülərdən birinin ənənəvi ölçülər bölgəsində yerləşdiyi nanoborular da bu tərifin altına düşür. Eyni zamanda, yaradılan məhsulların özləri istənilən ölçüdə ola bilər - “nano”dan ənənəviə qədər.
"Fərdi": bu terminin mövcudluğu tərifi ənənəvi kimyadan uzaqlaşdırır və aydın şəkildə fərdi və lazım gələrsə, hətta xüsusi nano-obyektlər üzərində nəzarəti təmin edə bilən ən qabaqcıl elmi, metroloji və texnoloji vasitələrin mövcudluğunu tələb edir. Məhz fərdi nəzarətlə biz istehlakçı yeniliyi olan obyektləri əldə edirik. Mübahisə etmək olar ki, məsələn, ultra incə materialların sənaye istehsalı üçün mövcud texnologiyaların çoxu belə bir nəzarət tələb etmir, lakin bu, yalnız ilk baxışdan görünür; faktiki olaraq sertifikatlı Ultradispers materialların istehsalı mütləq fərdi hissəciklərin ölçüsünə nəzarət tələb edir.
"Nəzarət"
, olmadan "Manipulyasiya"
tərifini sözdə genişləndirir. “Əvvəlki nəsil” nanotexnologiya.
"Nəzarət"
birlikdə "Manipulyasiya"
tərifi qabaqcıl nanotexnologiyalara qədər genişləndirir.
Beləliklə, əgər biz müəyyən bir nanoölçülü obyekti tapa biliriksə, idarə edə biliriksə və lazım olduqda onun strukturunu və əlaqələrini dəyişdirə biliriksə, bu, “nanotexnologiya”dır. Əgər biz nanoölçülü obyektləri belə bir nəzarət imkanı olmadan (xüsusi nanoobyektlər üzərində) əldə etsək, bu, nanotexnologiya və ya ən yaxşı halda “əvvəlki nəsil” nanotexnologiya deyil.
"Nano ölçülü obyekt": atom, molekul, supramolekulyar formalaşma.
Ümumiyyətlə, tərif elm və texnologiyanı iqtisadiyyatla əlaqələndirməyə çalışır. Bunlar. nanosənayenin inkişafı proqramının əsas məqsədlərinə nail olunmasına cavab verir: qabaqcıl tədqiqat və istehsal metodlarına əsaslanan texnologiyaların yaradılması, eləcə də əldə edilmiş nailiyyətlərin kommersiyalaşdırılması.
