Представьте себе мир, где микроскопических медицинских имплантатов патруль наших артериях, диагностики заболеваний и борьбы с болезнями, где военные боевые костюмы отвлечь взрывов, где компьютерные чипы не больше, чем пылинки , и где облака миниатюрных космических аппаратов передавать данные из атмосферы Марса или Титана.

Многие невероятные заявления были сделаны примерно в нанотехнологических приложений будущего, но что именно делает нано означает , и почему споры страдает этой новой технологии?

Нанотехнологии науки и техники в масштабе атомов и молекул. Это манипуляция и использования материалов и устройств, настолько малы, что ничто не может быть построено меньше.

Как маленький мал?

Наноматериалы, как правило, от 0,1 до 100 нанометров (нм) размера - с 1 нм что эквивалентно одной миллиардной метра (10 -9 м).

Это масштаб, в котором основные функции биологического мира работают - и материалы этого размер дисплея необычными физическими и химическими свойствами. Эти глубоко различные свойства в связи с увеличением площади поверхности по сравнению с объемом, как частицы становятся все меньше, - а также тисках странно квантовых эффектов на атомном уровне.

Если 1 нанометр было примерно ширина булавочную головку, то 1 метр в таком масштабе будет простираться все расстояние от Вашингтона, округ Колумбия, в Атланте - около 1000 километров. Но булавочную головку на самом деле один миллион нанометров. Большинство атомов 0,1 до 0,2 нм, нити ДНК примерно 2 нм, красные клетки крови приблизительно 7000 нм в диаметре, в то время как человеческие волосы, как правило, 80000 нм в поперечнике.

Невольно, люди воспользовались некоторые необычные свойства материалов на наноуровне на протяжении веков. Крошечные частицы золота, например, может появиться красный или зеленый - собственность, которая была использована для цвета витражи для более чем 1000 лет.

Нанотехнология находится в другом месте сегодня в продукции, начиная от нанометра толщиной пленки на "самоочищения" окна пигментов в солнцезащитных кремов и помад.

Nano рождается

Идея нанотехнологии родился в 1959 году, когда физик Ричард Фейнман прочитал лекцию изучает идею создания вещей на атомном и молекулярном уровне. Он представлял себе всей Британской энциклопедии написано на булавочной головке.

Однако экспериментальные нанотехнологии не вступит в свои права до 1981 года, когда IBM ученых в Цюрихе, Швейцария, построили первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Это позволяет нам видеть отдельные атомы путем сканирования крошечные зонда по поверхности кристалла кремния. В 1990 году IBM ученые обнаружили, как использовать СТМ для перемещения отдельных атомов ксенона вокруг на поверхности никеля - в ??знаковых эксперимент, с вдохновил глаз для маркетинга, они переехали 35 атомов на заклинания из "IBM" .

Далее методы с тех пор были разработаны для захвата изображения на атомном уровне, они включают атомно-силового микроскопа (АСМ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и даже своего рода изменение светового микроскопа .

Другие значительные успехи были достигнуты в 1985 году, когда химики обнаружили, как создать футбольный мяч формы молекулы из 60 атомов углерода, который они назвали бакминстерфуллерен (также известный как C 60 или фуллерены). И в 1991 году, крошечные, супер-сильным рулонах из углеродных атомов известных как углеродные нанотрубки были созданы. Это шесть раз легче, но в 100 раз прочнее стали.

Оба материала имеют важные приложения , как наноразмерных строительных блоков. Нанотрубки были сделаны в волокна, длинные нити и ткани , и используются для создания жесткой пластмассы , компьютерные чипы , токсичных детекторы газа , а также многочисленные другие материалы романа. Далеком будущем может даже увидеть уникальные свойства нанотрубок использованы для создания космического лифта .

В последнее время ученые, работающие в наномасштабе создали множество других наноразмерных элементов и устройств, в том числе:

Крошечных транзисторов , сверхпроводящих квантовых точек , nanodiodes , наносенсоров , молекулярной поршни , суперконденсаторов , "биомолекулярных" двигателей , химических двигателей , поезда нано , нано лифтов , ДНК nanowalking робота , nanothermometers , нано контейнеры , начала набор миниатюрных химии , Нано-липучки , nanotweezers , нано весы , нано счеты , нано гитаре , наноразмерных ручку , и даже наноразмерных паяльником .

Инженерное чудо

Инженерные на наноуровне является не просто подвиг , и ученые вынуждены придумывать совершенно разные решения для построения из " снизу вверх ", а не с использованием традиционных" сверху вниз "технологии производства.

Некоторые наноматериалов, таких как нанопроволоки и другие простые устройства, как было показано, собрать себя при благоприятных условиях, и другие эксперименты на более крупных масштабах стремятся продемонстрировать принципы самоорганизации. Микроэлектронные устройства могут убедить расти из-под земли вверх, а как деревья .

Исследователи также поиск путей для постановки белков , ДНК , вирусов и бактерий и других микроорганизмов на работу в здание наноматериалов, а также с другими вдохновение из мира природы.

Некоторые проблемы возникли из-за отсутствия согласованности в измерении расстояний на наноуровне, но атомной решетки nanoruler может улучшить точность.

Большой потенциал

В краткосрочной перспективе, крупных достижений через нанотехнологии придет в виде новых медицинских устройств и процессов, новых катализаторов для промышленности и более мелкие компоненты для компьютеров.

В медицине, мы уже видим исследования: Новые пути для доставки наркотиков с контактными линзами ; руководство препаратов для опухолей с крошечными " умные бомбы "; золото" нано-пули ", что искать и уничтожать опухоли; голодающих рак наночастицами ; диагностики таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера , мониторинг здоровья и борьбы с болезнью с крошечными зондов; и выращивания новых органов с нуля.

И биохимики надеясь развернуть вирусы как "nanocameras", чтобы получить более четкую картину того, что происходит внутри клетки.

При вычислении нанонауки может привести к меньшим или более мощный микрочипы с Укрепление потенциала и драматическое сокращение размеров жестких дисков. Некоторые эксперименты показали, что даже это может быть возможно изготовление мелких деталей для компьютеров внутри бактерии . Квантовые вычисления и квантовая криптография также опираться на достижения в области нанотехнологий. В самом деле, существующие компьютерные чипы уже производятся пользуясь методами на наноуровне.

В экологической науке нанотехнологий предоставляет способы обнаружения и фильтрации бактерии и токсины из воды и прояснить тяжелых металлов и органических химических загрязнений.

Нанотехнологии уже пользу окружающей среды с развитием каталитический нейтрализатор - которая очищает двигатель паров во всем мире. Дальнейшие нововведения приводят к меньшим, более эффективные батареи , передовые солнечной энергии и топливных элементов и каталитических добавок дизель , что повысить эффективность использования топлива.

Кроме того, новые и мощные светодиоды (LED) сможет заменить обычные лампочки, предлагая огромную экономию энергии. Светодиоды построены с полупроводниками, более развитой в наномасштабе.

В военные правительства технологии брызг наличных по разработке новых, более легкий техники и оружия, пуленепробиваемые боевые костюмы, которые могут морфинг обеспечить камуфляж или даже ужесточить, чтобы обеспечить шин для сломанных конечностей , и наносенсоры , которые могут обнаруживать химические или биологические опасности.

Наночастицы используются в настоящее время в 120 раундов миллиметра цистерны и вскоре может быть использован в других типов боеприпасов - их больше площади поверхности к объему делает их особенно реактивной.

Уменьшительное обсуждения

Несмотря на то, что она по-прежнему относительно мало коммерческих приложений, нанотехнологии вызвала критику со стороны экологических групп и другие - такие, как в Великобритании принц Чарльз - которые боятся пока еще неизвестные риски для здоровья человека и окружающей среды.

Критики называют за мораторий на исследования, утверждая, что мы мало знаем о токсикологическом воздействии наночастиц, и что Существуют никаких правил для борьбы с ними - нанотехнологии сторонники просто называем это scaremongering , и не в состоянии понять, что все суета о.

Футуристические К Эрик Дрекслер - приписывают чеканки срок нанотехнологии - придумал один из возможных сценариев кошмар в his1986 книге "Машины создания . Хотя он теперь считает это маловероятный сценарий , Дрекслер перемешивают опасения по поводу нанотехнологий картины будущего, где крошечные, самовоспроизводящихся нанороботов буйствовать, переваривая жизни на земле и сводя все к " серой слизи ".

Несколько экспериментальных исследований на сегодняшний день в воздействия на здоровье наночастиц показывают, что высокие концентрации нанотрубок может привести к повреждению легких крыс и мышей . Один исследовании 2004 года дал понять, что фуллерены могут накапливаться и вызывать повреждения мозга у рыб.

Доклад, независимо эксплуатацию в 2003 году по экологической Гринпис группы, признал, что - в то время не могло быть риски, связанные с нанотехнологиями - поле может генерировать значительные нововведения на пользу окружающей среде. Докладе за 2004 год, подготовленный по заказу правительства Великобритании, утверждают, что большинство нанотехнологий представляет несколько новых рисков , но рекомендуется больше исследований, а также новые нормативные акты по контролю технологии.

Открытые общественные дебаты на развитие и будущее нанотехнологий может быть лучший способ, чтобы остановить его становится втянутым в такой же фурор , что окружил генетически модифицированные организмы.

 

Знакомства в железногорске