Междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
История
Взгляд изнутри углеродных нанотрубок
Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов,
которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным
выступлением Ричарда Фейнмана «В том мире полно места»
(англ. «There’s Plenty of Room at the Bottom»),
сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на
ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил,
что возможно механически перемещать одиночные атомы,
при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой
процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.
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 произвольное 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. Вот как Р. Фейнман описал предполагаемый им
манипулятор:
Я думаю о создании системы с электрическим управлением, в которой
используются изготовленные обычным способом «обслуживающие роботы» в виде
уменьшенных в четыре раза копий «рук» оператора. Такие микромеханизмы смогут
легко выполнять операции в уменьшенном масштабе. Я говорю о крошечных роботах,
снабженных серводвигателями и маленькими «руками», которые могут закручивать
столь же маленькие болты и гайки, сверлить очень маленькие отверстия
и т. д. Короче говоря, они смогут выполнять все работы в масштабе
1:4. Для этого, конечно, сначала следует изготовить необходимые механизмы,
инструменты и руки-манипуляторы в одну четвертую обычной величины (на самом
деле, ясно, что это означает уменьшение всех поверхностей контакта в 16 раз).
На последнем этапе эти устройства будут оборудованы серводвигателями (с
уменьшенной в 16 раз мощностью) и присоединены к обычной системе электрического
управления. После этого можно будет пользоваться уменьшенными в 16 раз
руками-манипуляторами! Сфера применения таких микророботов, а также микромашин
может быть довольно широкой — от хирургических операций до
транспортирования и переработки радиоактивных материалов. Я надеюсь, что
принцип предлагаемой программы, а также связанные с ней неожиданные проблемы и
блестящие возможности понятны. Более того, можно задуматься о возможности
дальнейшего существенного уменьшения масштабов, что, естественно, потребует
дальнейших конструкционных изменений и модификаций (кстати, на определённом
этапе, возможно, придется отказаться от «рук» привычной формы), но позволит
изготовить новые, значительно более совершенные устройства описанного типа.
Ничто не мешает продолжить этот процесс и создать сколько угодно крошечных
станков, поскольку не имеется ограничений, связанных с размещением станков или
их материалоёмкостью. Их объем будет всегда намного меньше объема прототипа.
Легко рассчитать, что общий объем 1 млн уменьшенных в 4000 раз станков (а
следовательно, и масса используемых для изготовления материалов) будет
составлять менее 2 % от объема и массы обычного станка нормальных
размеров. Понятно, что это сразу снимает и проблему стоимости материалов. В
принципе, можно было бы организовать миллионы одинаковых миниатюрных заводиков,
на которых крошечные станки непрерывно сверлили бы отверстия, штамповали детали
и т. п. По мере уменьшения размеров мы будем постоянно сталкиваться с
очень необычными физическими явлениями. Всё, с чем приходится встречаться в
жизни, зависит от масштабных факторов. Кроме того, существует ещё и проблема
«слипания» материалов под действием сил межмолекулярного взаимодействия (так
называемые силы Ван-дер-Ваальса), которая может приводить к эффектам, необычным
для макроскопических масштабов. Например, гайка не будет отделяться от болта
после откручивания, а в некоторых случаях будет плотно «приклеиваться» к
поверхности и т. д. Существует несколько физических проблем такого
типа, о которых следует помнить при проектировании и создании микроскопических
механизмов.
В ходе теоретического исследования данной возможности, появились
гипотетические сценарии конца света, которые предполагают, что нанороботы поглотят всю биомассу Земли, выполняя свою
программу саморазмножения (так называемая «серая слизь» или «серая жижа»).
Первые предположения о возможности исследования объектов на атомном уровне
можно встретить в книге «Opticks» Исаака Ньютона, вышедшей в 1704 году. В книге
Ньютон выражает надежду, что микроскопы будущего когда-нибудь смогут
исследовать «тайны корпускул».
Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 году.Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В
1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер в своих книгах: «Машины создания: Грядущая
эра нанотехнологии» («Engines of Creation: The Coming Era of
Nanotechnology») и «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and
Computation». Центральное место в его исследованиях играли математические
расчёты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства
размерами в несколько нанометров.
Концепт Audi A9 на базе нанотехнологий
Несмотря на то, что концепты компактных персональных видов транспорта становятся все более популярными среди дизайнеров, количество проектов, посвященных планированию автомобилей, также остается немалым. Особенно интересными среди подобных разработок представляются концепты высококлассных авто, отображающие творческое видение будущих аналогов таких современных автомобилей, как Porsche Panamera или Lamborghini Estoque.
Предчувствуя развитие нанотехнологий уже в обозримом будущем, испанский дизайнер Даниель Гарсиа (Daniel Garcia) предполагает, что они могут ощутимо повлиять на машиностроение. Например, в его концепте суперкара Audi A9 данная технология будет применяться для оснащения кузова покрытием, способным менять цвет и степень отражения света, превращаясь из матового, в глянцевое и наоборот. Но важнее то, что такое покрытие, возможно, даже будет способно «залечивать» небольшие повреждения.
Понимая, что будущее автомобилей связано с переходом от сгораемого топлива к использованию электроэнергии, Даниель Гарсиа оснастил свое детище гибридным решением, совмещающим в себе двигатель внутреннего сгорания и четыре электромотора, вмонтированных в колеса автомобиля.
В свою очередь, внешний вид автомобиля навеян очертаниями и формами Города искусств и наук (La Ciudad de las Artes y de las Ciencias), спроектированного архитектором Сантьяго Калатрава (Santiago Calatrava).
Определения и терминология
Есть мнение,
что на сегодняшний день в мире нет стандарта, описывающего, что такое
нанотехнологии, что такое нанопродукция. В Еврокомиссии создана специальная группа,
которой дали два года на то, чтобы разработать классификацию нанопродукции.
Среди подходов к определению понятия «нанотехнологии» имеются следующие:
1.В Техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее:
- знание и управление процессами,
как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм
в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта
(явления) приводит к возможности новых применений;
- использование свойств объектов
и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств
свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества,
состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных
материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.
2.Согласно
«Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на
период до 2010 года»нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих
возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты,
включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в
результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие
осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего
масштаба.
Практический
аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов,
необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и
наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть
одним линейным размером менее 100 нм — это могут быть макрообъекты,
атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне
отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает
также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.
Нанотехнологии
качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах
привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы,
а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах,
становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов
и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты.
Нанотехнология
и в особенности молекулярная технология — новые, очень мало исследованные
дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны.
Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты.
Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить
её к высоким технологиям.
Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров
устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему
естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер
устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают
экспоненциально.
Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.
ООО "НЭТ" на выставке «Rusnanotech Expo-2011»
28.10.2011
С 26 по 28 октября 2011 года, в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр», в павильоне «Форум» компания ООО «Новые энергетические технологии» приняла участие в выставке «Rusnanotech Expo-2011». Выставка проходила в рамках четвертого Международного форума по нанотехнологиям.
В выставке «Rusnanotech Expo-2011» были
представлены современные образцы нанотехнологической продукции, новейшие
разработки в области нанотехнологий, оборудование для наноиндустрии. В Выставке
приняли участие 385 российских и зарубежных компаний. Представленные на Выставке разработки
продемонстрировали разные стадии инновационного цикла, начиная от идеи и
заканчивая инновационным проектом, что дает возможность установить прямые
контакты между российскими разработчиками, производителями и потребителями.
По результатам выставки компания ООО
"НЭТ" получила диплом Участника выставки «Rusnanotech Expo-2011».
·
Законы трения в макро- и наномире оказались похожи
·
Ученым из
Университета Висконсин-Мэдисон удалось доказать, что законы трения для
наноструктур не отличаются от классических законов. Об этом сообщается в
пресс-релизе, опубликованном на сайте университета. Статья исследователей
появилась в журнале Nature.
·
Трение
поверхности о поверхность при отсутствии между ними прослойки жидкого материала
(так называемое сухое трение) создается неровностями данных поверхностей,
которые зацепляются друг за друга, а также силами взаимодействия между
частицами, из которых состоят поверхности.
·
В рамках
своего исследования ученые построили компьютерную модель, которая рассчитывала
силы трения между наноповерхностями. В рамках модели эти поверхности представлялись
просто как совокупность молекул, для которых рассчитывались силы
межмолекулярного взаимодействия.
·
В результате
ученым удалось установить, что сила трения прямо пропорциональна количеству
взаимодействующих частиц. Сами исследователи предлагают считать это количество
аналогом так называемой истинной площади соприкосновения макрообъектов.
Известно, что сила трения прямо пропорциональна данной площади (ее не следует
путать с обычной площадью соприкосновения поверхностей тел).
·
Помимо этого
исследователям удалось показать что трущиеся наноповерхности можно
рассматривать в рамках классических теорий трения неровных поверхностей.
Комментариев нет:
Отправить комментарий