Звёздные Врата Тау'ри / StarGate

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Звёздные Врата Тау'ри / StarGate » Физика » Нанотехнологии


Нанотехнологии

Сообщений 1 страница 3 из 3

1

Джек мне напомнил, что я обещала рассказать о нанотехнологиях. Ну а раз уж злобный провайдер временно лишил меня всех прелестей паутины, я села и написала первую часть. Клятвенно обещаю, что она будет не последней, но пока не могу обещать, что продолжение будет скоро. Хотя очень постараюсь.

0

2

Итак, нанотехнологии. Очень модное ныне слово, которое употребляют все, кому не лень, при этом достаточно плохо представляя себе, что же это такое.
Я постараюсь изложить основные идеи этой… ну не сказать, чтобы области науки, и не сказать, чтобы науки. Сделать это совсем кратко не получится, поэтому изложение я разобью на несколько частей.
Введение
Слово «нано» за последние несколько лет быстро вошло в мировое сознание. И оно вызывает самые неоднозначные оценки и ожидания. У одних оно будит догадки об огромных сдвигах в науке и технике, у других – подозрения о непредсказуемых последствиях для этики, экономики, международных отношений, повседневной жизни, третьи расхваливают его как панацею от всех проблем человечества, четвертые видят в нем новый этап химических, биологических войн, а то и возможность создания биологических типов, которые в конце концов полностью заменят человечество. Такой разброс мнений, огромное количество слухов и ошибочных представлений вызвано, прежде всего, тем, что широким массам мало что известно о нанотехнологиях. Несмотря на широкую просветительскую работу, которую сейчас ведут самый различные лица и организации, охватить всех по прежнему не удается.
А между тем, инновационные нанотехнологические проекты породили огромное количество коммерческих изобретений: от быстросгорающих присадок ракетного топлива до новых лекарств от рака и относительно точных и простых в обращении детекторов разнообразных токсинов (например, возбудителя сибирской язвы). Нанокремы для кожи и нанолосьоны для загара уже присутствуют на рынке, а улучшенные с помощью нанотехнологий теннисные мячики уже не один год прыгают по кортам.
Но нанотехнология не так юна, как может показаться на первый взгляд. И поэтому начать стоит с истории.
Часть 1. История нанотехнологий
Говоря об истории нанотехнологий, начинать можно откуда угодно.  Историк науки Ричард Букер (Richard D. Booker) отмечает, что историю нанотехнологий создать крайне сложно по двум причинам - во-первых, "размытости" самого этого понятия. Например, нанотехнологии часто не являются "технологиями" в привычном смысле этого слова. Во-вторых, человечество всегда пыталось экспериментировать с нанотехнологиями, даже и не подозревая об этом.
Чарльз Пул (Charles P. Poole), автор книги "Введение в Нанотехнологию" (Introduction to Nanotechnology), приводит показательный пример: в Британском Музее хранится, так называемый "Кубок Ликурга" (на стенах кубка изображены сцены из жизни этого великого спартанского законодателя), изготовленный древнеримскими мастерами - он содержит микроскопические частицы золота и серебра, добавленные в стекло. При различном освещении кубок меняет цвет - от темно-красного до светло-золотистого. Аналогичные технологии применялись и при создании витражей средневековых европейских соборов. Также бытует мнение, что знаменитая дамасская сталь также является продуктом нанотехнологий.
http://i075.radikal.ru/0904/cc/5d9343750a9dt.jpg
Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества. В 1661 году Ирландский химик Роберт Бойл (Robert Boуle) опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха. Бойл утверждал, что все состоит из "корпускулов" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы. Впоследствии идеи Демокрита и Бойла были развиты целым сонмом ученых: Д.Дальтоном, А.Авогадро, Я.Берцелиусом, М. Ломоносовым и пр.
Вероятно, впервые в современной истории нанотехнологический прорыв был достигнут американским изобретателем Джорджем Истмэном\George Eastmen (впоследствии основал известную компанию Kodak), который изготовил фотопленку (это произошло в 1883 году).
Но отцом нанотехнологии принято считать известного физика, Нобелевского лауреата и популяризатора физики Ричарда Фейнмана. В своей известной лекции, прочитанной в Калифорнийском технологическом институте на Рождественском обеде Американского физического общества в канун 1960 г., он восклицает: «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики… Когда-нибудь (например, в 2000 г.) люди будут удивляться тому, что до 1960 г. никто серьезно не относился к исследованию наномира…». Это была первая идея, за которой довольно скоро последовала и вторая.
Эрик Дрекслер, американский инженер, популяризатор нанотехнологий, в 1986 году выпускает книгу «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии», в которой вводит в обиход термин наноробот, остающийся во много фантастичным и по сей день.
По определению Дрекслера нанотехнология - "ожидаемая технология производства, ориентированная на дешевое получение устройств и веществ с заранее заданной атомарной структурой". Чтобы собирать наномашины, необходимо:
(1) научиться работать с одиночными атомами – брать их и ставить на нужное место.
(2) разработать сборщики (assemblers) – наноустройства, которые могли бы работать с одиночными атомами так, как это объяснено в п.1, по программам, написанным человеком, но без его участия. Так как каждая манипуляция с атомом требует определённого времени, а атомов очень много, то по оценкам учёных необходимо изготовить миллиарды или даже триллионы таких наносборщиков, чтобы процесс сборки не занимал много времени.
(3) разработать репликаторы – устройства, которые бы изготовляли наносборщики, т.к. их придётся изготовить очень и очень много.
А дальше история начинает развиваться как снежный ком, поэтому пока я приведу лишь небольшую хронологическую таблицу, а конкретные примеры мы рассмотрим по мере их появления в дальнейших частях.
1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.
1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.
1968 год. Альфред Чо (Alfred Cho) и Джон Артур (John Arthur), сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.
1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии", которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона. Греческое слово "нанос" означает "гном", им обозначают биллионные части целого.
1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.
1985 год. Американские физики Роберт Керл (Robert Curl), Хэрольд Крото (Harold Kroto) и Ричард Смэйли (Richard Smalley) создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.
1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер (Eric Drexler) опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.
1989 год. Дональд Эйглер (Donald Eigler), сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
1993 год. В США начали присуждать Фейнмановскую Премию, которая названа в честь физика Ричарда Фейнамана (Richard P. Feynman), который в 1959 году произнес пророческую речь, в которой заявил, что многие научные проблемы будут решены лишь тогда, когда ученые научатся работать на атомарном уровне. В 1965 году Фейнману была присуждена Нобелевская премия за исследования в сфере квантовой электродинамики - ныне это одна из областей нанонауки.
1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.
1999 год. Американские физики Джеймс Тур (James Tour) и Марк Рид (Mark Reed) определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.
2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии (National Nanotechnology Initiative). Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн.
2001 - Марк Ратнер (Mark A. Ratner), автор книги "Нанотехнологии: Введение в Новую Большую Идею" (Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea), считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии - "прорывом года", а влиятельный бизнес-журнал Forbes - "новой многообещающей идеей". Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение "новая промышленная революция"

0

3

Часть 2. Размеры и шкалы.
Чтобы понять, что такое наноприборы, наночастицы, наноструктуры, прежде всего, необходимо сориентироваться в размерах и шкалах.
Все мы – дети макромира – мира, который нас окружает, в котором мы живем и инструментами которого мы пользуемся. И все объекты, с которыми мы непосредственно контактируем, являются частями этого макромира. Город, в котором вы живете, дерево, которое растет за окном, автомобиль, который едет по улице, стул, на котором вы сидите, экран, в который вы смотрите – все это объекты макромира.
Макромир — мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах. В этом мире человечество существует с самых первых своих шагов и, поэтому он наиболее изучен.
Но кроме мира привычных нам размеров, есть еще два структурных уровня существования материи – это микромир и мегамир.
Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы — мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни — от бесконечности до 10-24 с.
Мегамир — это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет.
Известная нам на сегодняшний день вертикальная шкала масштабов выглядит весьма внушительно. Она охватывает объектов, примерно от 10-20 - 10-18 м (субатомные частицы), и до 1023 м (скопление галактик). Разница между ними колоссальная: порядка 1040 раз. Мы сами находимся где-то посередине этой масштабной шкалы и оттуда взираем на весь остальной окружающий мир. Именно с этой колокольни складываются наши представления о мире и происходит создание "человеческой" картины мира. Мы относительно себя определяем, что есть - микро-, а что есть - макро-. Что намного меньше нас, относим к микромиру, а что намного больше нас - к макромиру ("...человек мера всех вещей". Протагор).
Это деление, конечно, весьма условно, и, весьма субъективно. В действительности же, во Вселенной нет выделенных масштабных уровней, любую часть можно взять за начало отсчета и оттуда взглянуть на окружающий мир.
http://i036.radikal.ru/0904/4b/f55efa45efd5t.jpg
Хотя на каждом уровне действуют свои специфические закономерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны. Мегамир и микромир мы вынуждены изучать с помощью нашего макромышления и макроинструментов. Поэтому то, что мы там обнаруживаем, часто противоречит нашему здравому смыслу.
Наши представления о мире развивались таким образом, что та самая область «нано» - 10-9 м – практически выпала из изучения. Оказались относительно хорошо изученными область атомных и субатомных размеров, а также область микрочастиц, а промежуточная между ними область – от 100 до 1 нм учеными долгое время просто не замечалась. А между тем, именно к этой области относятся самые известные природные наночастицы – белки и нуклеиновые кислоты (в частности, ДНК). Сейчас ученые всего мира активно пытаются ликвидировать этот пробел в знаниях.

0


Вы здесь » Звёздные Врата Тау'ри / StarGate » Физика » Нанотехнологии