Нанотехнології: відмінності між версіями

[перевірена версія][перевірена версія]
Вилучено вміст Додано вміст
Рядок 24:
На початку 2000-х років, ця область дістала підвищену наукову, політичну та комерційну увагу, що призвело до полеміки і прогресу. Розбіжності виникли з приводу визначень і [[Потенційне застосування графену|потенційних]] наслідків нанотехнологій, приклади яких наведено у доповіді Королівського товариства з нанотехнологій й які було розв'язано у публічних дебатах, між Дрекслером і Смоллі у 2001 і 2003 роках.
 
У той же час, з'явилася комерціалізація продуктів на основі досягнень в області [[Технологія|нанорозмірних технологій]]. Ці продукти обмежено насипним застосуванням наноматеріалів, і не пов'язано з [[Атом|атомним]] контролем над цим питанням. ДеякіДеякими прикладиприкладами включають у себеє: платформуплатформа Silver Nano задля використання наночастинок [[Срібло|срібла]] як антибактеріального засобу, для прозорих сонцезахисних кремів,; зміцнювальногозміцнювальне вуглецевоговуглецеве волокнаволокно (використання наночастинок з [[Діоксид кремнію|діоксиду кремнію]]) для вуглецевих нанотрубок, стійких до плям [[Тканина|тканин]].<ref>{{Cite news|url=https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotechnology&oldid=767258157|title=Nanotechnology|date=2017-02-24|language=en|work=Wikipedia|accessdate=2017-02-28}}</ref>
 
== Визначення і термінологія ==
 
Є думка, що у світі немає на сьогоднішній день [[стандарт]]у, що таке нанотехнології, щоабо таке нанопродукціїнанопродукти. У Єврокомісії створена спеціальна група, якій дали два роки на те, щобщоби розробити класифікацію нанопродукції. Серед підходів до визначення поняття «нанотехнології» є наступні:
 
1. У Технічному комітеті ISO / ТК 229 під нанотехнологіями мається на увазі таке:
Рядок 36:
2. За угодою, для нанотехнології, приймається масштаб від 1 до 100 нанометрів, відповідно до визначення, використовуваного Національною Нанотехнологічною Ініціативою у [[Сполучені Штати Америки|США]]. Нижня межа встановлюється за розміром [[Атом водню|атомів]] (водень має найменші атоми, чверть діаметра яких дорівнюють, приблизно, нм).
 
3. Згідно з «Концепцією розвитку в [[Російська Федерація|Російській Федерації]] робіт в області нанотехнологій на період до 2010 року» (2004&nbsp;р.), нанотехнологія визначається як сукупність методів і прийомів, що забезпечують можливість контрольованим чином створювати й модифікувати об'єкти, щокотрі включаютьмістять компоненти з розмірами менше 100 нм, хоча -б в одному вимірі, і у підсумку, отримати принципово нові якості, щоякі дозволяють здійснювати їх впровадження у повноцінно функціональні системи більшого розміру.
 
Практичний [[чинник]] нанотехнологій, включаємає уна себеувазі: виробництво пристроїв та їх компонентів, потрібних для створення, обробки і маніпуляції атомами, [[Молекула|молекулами]] і наночастинками. МаєтьсяІдеться напро увазіте, що не обов'язково, об'єкт мусить мати хоча-б один лінійний розмір, менше 100 нм&nbsp;— це можуть бути макрооб'єкти, атомарна структура яких, контрольовано створюється з [[Роздільна здатність|роздільністю]], на рівні окремих атомів, або ж містять у собі, нанооб'єкти. У ширшому сенсі, цей термін охоплює також методи [[Діагностика|діагностики]], [[Характерологія|характерології]] та досліджень таких об'єктів. Нанотехнології якісно відрізняються від традиційних дисциплін, оскільки за таких масштабів, звичні макроскопічні технології поводження з матерією, часто непридатні, а мікроскопічні явища, занадто слабкі на звичних масштабах, стають набагато значніше: властивості та взаємодії окремих атомів і молекул або агрегатів молекул (наприклад, сили [[Сили Ван дер Ваальса|Ван-дер-Ваальса]]), [[Квантовий ефект|квантові ефекти]].
 
Нанотехнології і, особливо, молекулярна технологія&nbsp;— нові, дуже мало досліджені дисципліни. Основні відкриття, що передбачаються у цій області, поки не зроблено. Тим не менше, проведені дослідження, вже дають практичні результати. Використання у нанотехнології передових наукових досягнень, дозволяє відносити її до високих технологій. Розвиток сучасної [[Електроніка (торгова марка)|електроніки]] йде шляхом зменшення розмірів пристроїв. З іншого боку, класичні методи виробництва, наближаються до свого природного економічного та технологічного бар'єру, коли розмір пристрою зменшується ненабагато, натомість, економічні витрати зростають [[Показникова функція|експоненціально]]. Нанотехнології&nbsp;— наступний логічний крок розвитку електроніки та інших наукоємних виробництв.
Розвиток сучасної [[Електроніка (торгова марка)|електроніки]] йде шляхом зменшення розмірів пристроїв. З іншого боку, класичні методи виробництва, наближаються до свого природного економічного та технологічного бар'єру, коли розмір пристрою зменшується ненабагато, натомість, економічні витрати зростають експоненціально. Нанотехнології&nbsp;— наступний логічний крок розвитку електроніки та інших наукоємних виробництв.
 
== Властивості ==
 
Властивості наносистем багато в чому відрізняються від властивостей більших об'єктів, що складаються з тих самих [[атом]]ів і [[молекула|молекул]]. Наприклад, наночастинки [[Pt|платини]], набагато ефективніше очищають автомобільні [[Вихлопні гази|вихлопи]] від токсичних забруднювачів, ніж звичні [[Платиноїди|платинові]] [[каталізатор]]и. Одношарові та багатошарові [[графіт]]ні циліндри нанометрової товщини, так звані [[вуглецеві нанотрубки]], прекрасно проводять електрику і тому, можуть стати заміною [[Мідь|мідним]] дротам. Нанотрубки також дозволяють створювати композитні матеріали виняткової міцності та принципово нові напівпровідникові й [[Оптоелектроніка|оптоелектронні]] пристрої. На сучасному етапі, нанотехнології використовують під час виробництва особливих сортів скла, на яких не осідає бруд (застосовується в [[Автомобільна промисловість|автомобіле]]- й [[Авіаційна промисловість|авіабудуванні]]), задля виготовлення [[Чорнило|чорнил]]; для створення [[Одяг запорізьких козаків|одягу]], який неможливо забруднити й пожмакати та інше.
 
== Нанотехнології на перетині сфер життєдіяльності ==
Рядок 51 ⟶ 50:
 
=== Медицина та нанобіотехнології ===
ВУ даний час (2010-х роках) вже є дослідні зразки наноконтейнерів для прицільної доставки ліків до уражених [[Орган (анатомія)|органів]] і нановипромінювачів для знищення [[Злоякісна пухлина|злоякісних пухлин]]; для створення матеріалів, необхідних при лікуванні опіків і ран; у [[стоматолог]]ії; у [[Косметологія|косметології]].
 
За [[прогноз]]ами журналу [[Scientific American]] вже в найближчому майбутньому з'являться медичні пристрої розміром з [[Поштова марка|поштову марку]]. Їх достатньо буде накласти на рану. Цей пристрій самостійно проведе аналіз крові, визначить, які медикаменти необхідно використовувати, і уприсне їх у [[кров]].
Рядок 61 ⟶ 60:
* створення нових [[Лікарські засоби|лікарських засобів]];
* методи діагностики;
* [[хірургія]], в тому числі [[трансплантація]] тканин та органів;
* тканинна [[інженерія]];
* харчові технології;
Рядок 69 ⟶ 68:
 
=== Електроніка та інформаційні технології ===
Особливі надії на нанотехнології покладають фахівці у галузі електроніки та інформаційних технологій. У [[1965]] році можна було вміститироку, на одному [[чип]]і можна було вмістити лише 30 [[транзистор]]ів. У [[1971]] роціроку&nbsp;— 2 тис. Нині (на початку 2000 років) один чип містить близько 40&nbsp;млн транзисторів величиною 130—180 нанометрів, і з'явилися повідомлення, що вдалося створити транзистор розміром 90 нанометрів. Цей процес зробив складну електронну і [[Комп'ютерна техніка|комп'ютерну техніку]] доступною для більшості споживачів: у [[1968]] році один транзистор коштував у [[США]] $1, нині за ці гроші можна придбати 50&nbsp;млн транзисторів.
 
У [[1965]] році [[Гордон Мур]], фахівець у сфері фізичної хімії, зробив знамените передбачення, яке було названо «[[Закон Мура]]». «Закон Мура» проголошує, що число транзисторів на чипі буде подвоюватися кожні 18 місяців. Протягом декількох десятиріч цей прогноз доводив свою точність. Нині виробники комп'ютерних чипів зіштовхнулись із складностями [[Мініатюризація (біологія)|мініатюризації]]: щоб підтверджувати «Закон Мура», потрібно, щоб транзистор був не більшим 9 нанометрів. За прогнозом Міжнародного Консорціуму Напівпровідникових Компаній, цей рівень розвитку технології буде досягнуто до [[2016]] року.
Рядок 77 ⟶ 76:
 
=== [[Екологія]] ===
Нанотехнології здатні також, стабілізувати екологічну обстановку. Нові види промисловості не вироблятимуть [[Відходи|відходів]], що отруюють [[Земля|планету,]] а [[наноробот]]и зможуть знищувати наслідки старих забруднень. Крім того, нанотехнології нині використовуються для фільтрації води ій інших рідин.
 
=== [[Сільське господарство]] ===
Рядок 83 ⟶ 82:
 
=== [[Енергетика]] ===
Завдяки нанотехнологіям, вченим вдається домогтися все кращого поглинання сонячної енергії. Однією із прогресивних компаній, що здійснює дослідження у цій галузі, є Sandia National Laboratories. Її фото-поглинальні плівки характеризуються на 20&nbsp;% кращим [[Фотоефект|фотоелектричним ефектом]], ніж сучасні сонячні [[Сонячна енергетика|елементи на основі кремнію]].
 
На основі нанотехнологій американська компанія [[Engelhard]], створила щось на зразок «молекулярних воріт», крізь які проходять молекули двоокису вуглецю, а більші молекули (метанові) залишаються у речовині. Практичне застосування, це знаходить, задля фільтрації двоокису вуглецю із природного газу, а також під час створення автомобільних каталізаторів.
 
[[Hydrocarbon Technologies]], дочірня компанія відомої американської компанії [[Headwaters]], розробила методику обробки вугілля за допомогою нанотехнологій на молекулярному рівні таким чином, щоб створити з нього екологічно чисте рідке пальне. Саме потреба, у заміні нафти сприяла тому, що китайська компанія [[Shenua Group]] ще [[2002]] року, стала партнером американців, і почала застосовувати отримане штучне пальне замість мазуту. Нанометод NxCat?, створений на іншій дочірній компанії Nanokinetix, дозволяє наповнювачам автомобільних каталізаторів ловити летючі органічні залишки вихлопних газів. А компанія [[Nanoforce]], зробила ставку на використання [[Каталізатор|нанокаталізаторів]] для очищення нафти та на технологію збору врожаю за допомогою нанометоду Poly-Web&nbsp;— мікроскопічних водоростей, що використовуються для виробництва [[Біоетанол|біоетанолу]].
 
[[Світловий діод|Світлові діоди]] належать до зовсім іншої області застосування нанотехнологій. Японська компанія [[Nichia]], є на сьогодні провідним виробником техніки освітлення на основі нанотехнологій. Їхні світлові діоди у багато разів ефективніші за звичайні лампочки. А якщо взяти до уваги, що 20&nbsp;% світової енергії витрачається на [[Прожекторне освітлення|освітлення]], стає зрозуміло&nbsp;— перехід від звичайних [[Лампа|ламп]] на [[Світлодіодна лампа|світлові діоди]] дозволить досить суттєво [[Енергозберігаюча лампа|економити енергетичні ресурси]].
 
== Фундаментальні положення ==
Рядок 102 ⟶ 101:
 
=== ''Перспективні [[Наноматеріали|матеріали]]'' ===
Кілька явищ стають явними, якщо розмір системи зменшується. До них відносятьсяналежать статистичні механічні ефекти, а також, [[Квантова система|квантово-механічні]] ефекти, наприклад, «квантовий розмірний ефект», де електронні властивості твердих тіл, змінюються разом зі значним зменшенням розміру частинок. Проте, квантові ефекти можуть стати істотними, лише коли досягається межа нанометрових розмірів, як правило, 100 нм або менше, у так званій квантовій області. Крім того, змінюється низка [[Фізичні властивості|фізичних властивостей]] (механічних, [[Електричний струм|електричних]], [[Оптика|оптичних]] та інше), порівняно з макроскопічними системами. Одним із прикладів, є збільшення площі поверхні, до обсягу зміни механічних, термічних і [[Каталітичний крекінг|каталітичних]] властивостей матеріалів. [[Дифузія|Дифузію]] та реакції на нанорівні, наноструктури матеріалів і нанопристроїв зі швидким переносом [[Іонізація|іонів]], як правило, називають [[Наноіоніка|наноіонікою]]. Механічні властивості наносистем являють інтерес у дослідженнях наномеханіки. Каталітична активність наноматеріалів, також відкриває потенційні ризики у їх взаємодії з [[Біоматеріали|біоматеріалами]].
 
Матеріали, зменшені до нанорівня, можуть показувати різні властивості порівняно з тими, які вони мають на макрорівні, і це уможливлює унікальні програми. Наприклад, непрозорі речовини, можуть стати прозорими (мідь); сталі матеріали, можуть перетворитися на горючі [[Алюміній|(алюміній]]); нерозчинні матеріали, можуть стати розчинними ([[золото]]). Такий матеріал, як золото, який є хімічно інертним за нормальних масштабів, може служити як потужний хімічний каталізатор у нанорозмірах.<ref>{{Cite news|url=https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotechnology&oldid=767258157|title=Nanotechnology|date=2017-02-24|language=en|work=Wikipedia|accessdate=2017-03-07}}</ref>