| 13.03.07 |
НАНОТЕХНОЛОГИИ: НАНО 2007,
ЧТО ТАКОЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ,
ИСТОРИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ,
ДОСТИЖЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ
|
В Доме ученых новосибирского Академгородка открылась вторая всероссийская конференции по наноматериалам - НАНО 2007. В работе форума принимают участие ведущие ученые России и Беларуси - специалисты в области нанохимии, современных нанотехнологий, наноструктурного материаловедения, нанороботов.
На конференции будет представлено более 400 устных и стендовых докладов, посвященных различным проблемам синтеза, исследования и практического использования наноструктурных материалов.
ЧТО ТАКОЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Нанотехнология - область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра (по системе единиц СИ, 10 -9 метра).
Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, ибо на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей зачастую не имеют смысла, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.
Нанотехнология ныне находится в начальной стадии развития. Тем не менее, проведенные исследования уже сейчас дают практические результаты. За применение передовых научных исследований, нанотехнологию относят к высоким технологиям.
При работе с такими малыми размерами проявляются квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных взаимодействий, такие как Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия.
Нанотехнология, и, в особенности, молекулярная технология - новые области, очень мало исследованные. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. Однако классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не на много, зато экономические затраты возрастают экспоненциально.
ИСТОРИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Ричард Фейнман стоял у истоков нанотехнологий: ему принадлежит новая формулировка квантовой механики, жидкий гелий, теория слабых взаимодействий и кварк-глюонная картина строения вещества...
|
Первое упоминание о методах, которые впоследствии назовут нанотехнологией, сделал Ричард Фейнман в 1959 году в своей знаменитой речи "Там внизу полно места" ("There's Plenty of Room at the Bottom"). Он предположил, что возможно перемещать атомы отдельно, механически, при помощи манипулятора соответствующих размеров.
Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма.
Последний этап - полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать любое число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле - таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы.
Эрик К. Дрекслер "Машины создания: грядёт эра нанотехнологии"
|
Впервые термин "нанотехнология" употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размеров порядка нанометров. В 1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер, особенно в своей книге "Машины создания: грядёт эра нанотехнологии" ("Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology"), которая вышла в 1986 году. Этим термином он называл новую область науки, которую он исследовал в своей докторской диссертации в Массачусетском Технологическом Институте (МТИ). Результаты своих исследований он впоследствии опубликовал в книге "Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation". Главную роль в его исследованиях играли математические расчёты, поскольку с их помощью до сих пор можно проанализировать предположительные свойства и разработать устройства размеров порядка нанометров.
В основном сейчас рассматривается возможность механического манипулирования молекулами и создание самовоспроизводящихся манипуляторов для этих целей.
Как уже было сказано, это позволит многократно удешевить любые существующие продукты и создать принципиально новые, решить все существующие экологические проблемы. Также такие манипуляторы имеют огромный медицинский потенциал: они способны ремонтировать повреждённые клетки человека, что приводит фактически к реальному техническому бессмертию человека. С другой стороны, создание наноманипуляторов может привести к сценарию "серой жижи". Также предполагают возможным сценарий, когда определённая группа людей получает полное управление над таким манипулятором и использует его, чтобы полностью утвердить свою власть над другими людьми. Если этот сценарий осуществится, получится идеальная монополия, которую, по-видимому, невозможно будет уничтожить.
В России с 1994 года развивается проект "Искусственный интеллект и нанотехнология в контексте Русской Идеи". В проекте рассматриваются проблем технологического прорыва России, национальной безопасности и воспитания нового поколения инженеров. основной выход проекта DVD ИИ_НАНО.
НОВЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ
Графен
В октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester) было создано небольшое количество материала, названного графен. Роберт Фрейтас (Robert Freitas) предполагает, что этот материал может служить подложкой для создания алмазных механосинтетических устройств.
Геомодификаторы
10 августа 2004 года, зарегистрирован патент № 2264440 на способ формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей, основанный на использовании специального состава-геомодификатора трения: "композиции силикатно-керамической", торговая марка "MEGAFORCE". КСК вводится между трущимися поверхностями при помощи носителя (масла, консистентные смазки, фреон, антифризы, и т. д.). В результате чего, в процессе эксплуатации, на поверхностях трения образуется слой металлокерамики, составляющий с поверхностью детали единое целое. Компоненты состава обладают всеми свойстваими наночастиц, в том числе саморегуляцией процессов образования металлокерамики, в зависимости от состояния поверхности.
Транзистор из нанотрубок
23 августа 2004 года в Стенфордском университете (Stanford University) удалось создать транзистор из одностенных углеродных нанотрубок и некоторых органических материалов. Нанотрубки играли роль электродов, а помещенный между ними органический материал - полупроводника. Это устройство имело длину 3 нанометра и ширину 2 нанометра.
Новый процессор Intel
1 марта 2005 года сайт news.com сообщил, что компания Intel создала прототип процессора, содержащего наименьший структурный элемент размерами примерно 65 нм. В дальнейшем компания намерена достичь размеров структурных элементов до 5 нм. Данный прототип использует комплементарные металл-оксидные полупроводники, но в дальнейшем компания намерена перейти на новые материалы, такие как квантовые точки, полимерные пленки и нанотрубки.
Плазмон
На сайте PhysOrg.com сообщается о перспективах использования плазмонов. Плазмоны - коллективные колебания свободных электронов в металле. Характерной особенностью возбуждения плазмонов можно считать так называемый плазмонный резонанс, впервые предсказанный Ми в начале 20-го века. Длина волны плазмонного резонанса, например, для сферической частицы серебра диаметром 50 нм составляет примерно 400 нм, что указывает на возможность регистрации наночастиц далеко за границами дифракционного предела (длина волны излучения много больше размеров частицы). В начале 2000-го года, благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии - наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазмонных колебаний.
Антенна-осциллятор
Дальнейшие исследования направлены на создание осцилляторов для телекоммуникаций. 9 февраля 2005 года сообщается, что в лаборатории Бостонского университета была получена антенна-осциллятор размерами порядка 1 мкм. Это устройство насчитывает 50 миллионов атомов и способно осциллировать с частотой 1,49 гигагерц. Это позволит передавать с ее помощью большие объемы информации.
Нанокомпьютер
В настоящее время многие исследователи ведут работу над созданием нанокомпьютера.
Наноаккумулятор
В начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li4Ti5O12 электродами имеют время зарядки 10-15 минут.
В феврале 2006 г. компания начала производство аккумуляторов на своём заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных аккумуляторов для электромобилей. Заказ поступил от компании Phoenix Motorcars (США). Phoenix Motorcars Phoenix планирует произвести 10 электромобилей в 2006 , 500 штук в 2007, 5000 в 2008, 20000 в 2009, 50000 в 2010 и 100000 в 2011 году...
ИНДУСТРИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки нанотехнологий почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров - корпораций и фондов - пришлось примерно $6.6 млрд. инвестиций, на долю государственных структур - около $3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объему капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых нанотехнологий на 126% по сравнению с 2003 годом (общий объем инвестиций составил $4 млрд.), США - на 122% ($3.4 млрд.).
Источник: Сибирь
|
