Происхождение понятия нанотехнология
Ключевые слова: нанотехнология, нанонаука, наноиндустрия, наночастицы, нанокристаллы.
Статья посвящена молодой и быстроразвивающейся области науки «нанотехнология».Она рассказывает о возникновении понятия и развитии «нанотехнологии», как новой ветви в науке и технике.
Keywords: nanotechnology, nanoscience, nanoindustry, nanoparticles, nanocrystals.
The article is about young and high developing field of science «nanotechnology». It tells about the rising of the meaning and «nanotechnology» development as a new wave in science and technics.
Нанотехнологии, это область современной науки и техники, которая представляет собой междисциплинарное направление, занимающееся изучением и манипулированием материей на нанометровом уровне. Термин "нанотехнологии" (nanotechnology) объединяет широкий спектр методов и подходов. Нанотехнологии позволяют работать с объектами с разными по объему объеками. Размеры могут варьироваться от 1 до 100 нанометров. Данная область хорошо развивается, превращаясь в ключевой фактор научно-технического прогресса. Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, включающая теоретическое обоснование, практические методы исследования, анализа и синтеза, а также методы производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами [1]
Корни нанотехнологий уходят в глубь веков. Углубляясь в древность, мыслители размышляли о мельчайших частицах, из которых состоит материя. Демокрит и Левкипп рассматривали концепцию атомизма, но практическое осознание значимости и возможностей наномасштабов началось значительно позже.
В XIX и XX веках научные достижения в таких областях как физика, химия и материаловедение подготовили почву для появления нанотехнологий. Есть исследования в области кристаллографии, открытия в квантовой механике и разработка методов микроскопии. Они позволили исследовать и манипулировать объектами на молекулярном и атомарном уровнях.
Ричарда Фейнмана в 1959 году выступил с лекцией "There's Plenty of Room at the Bottom". В ней он изложил идею манипуляции атомами для создания новых материалов и устройств. Его идеи заложили теоретическую основу для дальнейших разработок.[3]
Термин «нанотехнология» (nanotechnology) был введен в 1974 г. Норио Танигучи, который определил его как «технология производства, позволяющая достигать сверхвысокую точность и ультрамалые размеры ...порядка 1 нм ...». Более точное определение Нанотехнологии, данл Альберт Франкс в 1987 г. [2] «Нанотехнология - это производство с размерами и точностями в области 0.1-100 нм».
C стороны разработок и производства научно-технологических комплексов и контрольноизмерительного оборудования для нанотехнологии неоюходимо обратится к вопросам практических применений. Нанотехнология – это прежде всего именно технология, т.е. «совокупность приёмов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов или изделий ...», характерные размеры, либо точности изготовления которых составляют величины на уровне или ниже 100 нм.
В 1980-е годы Эрик Дрекслер популяризировал концепцию молекулярной нанотехнологии, предполагающей создание атомарно точных машин и механизмов. Его книга "Engines of Creation" стала знаковым событием, обозначив новый виток в развитии этой области «… инженеры-биохимики будут строить новые ферменты, чтобы собрать новые структуры атомов.
Сегодня нанотехнологии охватывают такие направления как: электроника, медицина, энергетика и экология. Одним из ключевых достижений стало открытие углеродных нанотрубок «аллотропная модификация углерода, представляющая собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых до нескольких десятков нанометров» и графена, «двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом», которые обладают уникальными механическими и электрическими свойствами. Эти материалы находят применение в самых различных областях — от создания суперконденсаторов до разработки биосенсоров.
Сканирующий туннельный микроскоп – основной пример достижений на уровне нанотехнологий. Данный микроскоп предназначен для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. Сканирующий туннельный микроскоп в современном виде изобретен в 1981 году Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером из лаборатории IBM. В 1986 году.
В медицине нанотехнологии используются для создания систем адресной доставки лекарств, способных воздействовать на поражённые клетки без вреда для здоровых тканей. [4]
Среди наиболее перспективных направлений выделяется разработка нанороботов, которые смогут выполнять широкий спектр задач: от адресной доставки лекарств и регенерации тканей до устранения болезнетворных микроорганизмов и разрушенных клеток.
В энергетике - наноматериалы. Они позволят создавать сверхэффективные солнечные батареи, аккумуляторы с высокой плотностью энергии и новые системы хранения, способные удовлетворить потребности возобновляемой энергетики.
В Сельском хозяйстве новые наноматериалы помогут улучшить структуру почв, способствуя удержанию влаги и питательных веществ, для роста урожайности и снижению зависимости от химических удобрений. [5]
В экологии предоставляют инструменты для борьбы с загрязнением воздуха, воды и почвы. В перспективе можно ожидать появления автономных наноустройств, способных разлагать сложные загрязнители или восстанавливать экосистемы.
Эти технологии окажут колоссальное влияние на ключевые отрасли мировой экономики, систему здравоохранения и экологическое состояние планеты.
История становления нанотехнологий — это яркий пример того, как научные идеи, поддержанные новейшими достижениями техники, способны преобразовывать реальность и влиять на развитие общества. Начиная с первых философских концепций атомизма и заканчивая созданием передовых наноустройств, эта область науки демонстрирует, как комплексные исследования на стыке различных дисциплин могут приводить к революционным открытиям. [2]
Их значение выходит далеко за рамки чисто научных интересов: нанотехнологии играют ключевую роль в формировании устойчивого будущего.
Развитие нанотехнологий продолжает вдохновлять учёных и инженеров по всему миру, стимулируя креативность и междисциплинарное сотрудничество.
Список литературы
1. N. Taniguchi «On the Basic Concept of «NanoTechnology»/ Taniguchi N. // Proc. ICPE Tokyo, 2. - 1974. - P.18-23.
2. A. Franks «Nanotechnology» / Franks A. // J. Phys. E: Sci.Instrum. 20. - 1987. - P. 1442-1451.
3. Российский энциклопедический словарь: В 2 кн. - / Гл.ред.: А. М. Прохоров - М.: Большая Российская энциклопедия, 2001, - Кн. 1: А-Н., Кн. 2: Н-Я. - 2015 с.
4. Серова, В.Н. Нанокомпозиты на основе прозрачных полимеров / В.Н. Серова // Вестник Казан. технол. ун-та. -2010. - №9. - C.221-227.
5. Муртазина Э.М. Нерешенные проблемы нанотехнологии: химическая обработка с помощью самосборки (краткий обзор зарубежных публикаций) / Э.М.Муртазина // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. – Т. 14, №15. – С.12-17.
