10 нанотехнологий с удивительным потенциалом

Нанотехнологии и робототехника

В университете Манчестера создан робот всего из 150 атомов. Он состоит из кислорода, водорода и азота. Изделие способно совершать заданные движения. В его задачи входит построение молекул, структуру которых ему укажет человек.

Учеными технологического института Калифорнии придуман биоробот, передвигающийся по молекуле ДНК и манипулирующий ее составляющими элементами.

Разрабатываются идеи создания нанороботов, которые будут внедряться внутрь живого организма, осуществлять диагностику его здоровья и помогать справляться с болезнями.

В перспективе врач будет иметь возможность получать информацию о каждой отдельной клетке организма и предупреждать развитие патологических процессов, вызывающих болезнь.

Правильная политика инвестиций

Каким может быть будущее нанотехнологии? Харрис из FEI отвечает, ссылаясь на информацию о современном состоянии рынка. «Ключевое требование для устойчивого роста определенной технологии, — отмечает он, — это рост частных инвестиций. Государственные капиталовложения могут помочь на начальном этапе, но способствовать развитию может только рост частных инвестиций. В наши дни частные инвестиции в нанотехнологию превосходят государственные, и, как ожидается, эта тенденция продолжится в дальнейшем. А это показатель ее долгосрочной жизнеспособности».

Практическое применение нанотехнологии: эпоксидные смолы на основе углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки (CNT) — это цилиндрические молекулы углерода, обладающие такими свойствами, которые делают их потенциально полезными в самых разных материалах и приложениях нанотехнологии. К таким свойствам относятся исключительная прочность и электрические характеристики, благодаря которым они становятся эффективными проводниками тепла. Они относятся к числу самых известных наноматериалов, используемых в настоящее время.

Среди изделий на основе CNT можно назвать серию эпоксидных концентратов от Zyvex Corp., в которых стандартные промышленные эпоксидные смолы смешаны с многостенными или одностенными нанотрубками или углеродными нановолокнами для увеличения электрической и тепловой проводимости и улучшения механической прочности.

Запатентованная технология Kentera от Zyvex (нековалентная модификация углеродных наноматериалов) позволяет расслаивать, диспергировать и сцеплять наноматериалы с материалом подложки для улучшения свойств основного полимера. Изготовители композитных материалов могут выбирать из большого количества вариантов состава (количества CNT в продукте) для удовлетворения требований к цене и свойствам материала. Изображение растрового электронного микроскопа (SEM) показывает полиуретановый тонкопленочный состав, заполненный на 2,5 % по весу с помощью технологии Kentera. Углеродные нанотрубки выглядят как белые волокна, находящиеся в матрице.

Пэй и Чэнд из Rockwell Automation подкрепляют эти заявления конкретными цифрами. Современные показатели, по их мнению, свидетельствуют о том, что ежегодно в глобальные исследования в области нанотехнологий вкладывается около 5 млрд. долл. Ожидается, что в 2006 г. это будет уже 6 млрд. долл. Найер из Frost & Sullivan считает, что нанотехнология настолько фундаментальна, что коснется буквально каждой отрасли промышленности. Ее основными преимуществами станет впечатляющий рост производительности и не менее впечатляющее сокращение стоимости. В ближайшее время нанотехнология поможет улучшить существующие приложения, а в будущем она приведет к созданию новых продуктов и новых материалов. «Нанотехнология, — утверждает Харрис, — может сделать вещи на 10% легче или на 5% эффективнее или на 15% ярче». «А когда вы делаете вещи дешевле, легче и надежнее, — добавляет Роджер Грейс, — выигрывает каждый».

[править] Нанотехнологии в меметике

Снежок> Не позволяйте бактериям размножаться!
Снежок> Новый даместос с нанопрезервативами.

Нанофаг. Made in Priroda. Nuff said

  • Нанка — мем, произошедший от названия устройства «Nanofiber Internal Structure» космической игры Eve Online, обозначающего конфигурацию корабля, позволяющую развивать нетрадиционную для его размеров скорость. Так как подобное удовольствие стоило недешево, комьюнити разделилось на неоновых мальчиков и анально пострадавших остальных. В результате, в рамках исправления баланса, нано было выпилено разработчиками, что повлекло за собой одну из крупнейших околоигровых драм в истории проекта.

Нанороботы

А размера нано у нас только зарплата

— Анонимус с кафедры наноэлектроники

Советские нанороботы — самые большие нанороботы в мире!

Путешествие анона в Сколково в поисках нанороботов

Вершина всех нанотехнологий — роботы, тысячи их! Краткий взгляд со стороны неспециалиста: самовоспроизводящиеся мелкие роботы (размером с бактерии), способные зохавать и переварить что угодно, а затем сделать ещё больше нанороботов. Сфера применения практически ничем не ограничена — лечение человеков на ходу без наркоза, латание прорех на обшивке Звёзд смерти, выкапывание тибериума, сооружение зданий любой конструкции, грабёж корованов, ебля гусей. Как и все роботы, имеют как минимум теоретическую возможность восстать, что практически гарантирует порабощение (либо экстерминатус) всего живого (в том числе человеков). Даже ОБЧР ничего не достанется. Есть также сценарий конца света под труднопереводимым названием gray goo («серая слизь»), когда наноботы не восстают, а просто бесконтрольно размножаются, хавая всю попадающуюся им материю (тема немного раскрыта в повести С. Лема «Непобедимый»).

Частично тема нанороботов раскрыта в кинофильмах: «Геймер» (сам по себе эпичнейший фильм про эти ваши интернеты), «Когда Земля остановилась» (использовались инопланетянами для экстерминатуса всех человеков), «Терминатор» (2, 3), «Бросок кобры», в сериале «Звёздные врата: Атлантида». И неплохо в 3D-аниме «Агент Вексайл», «Виртуозность». Более полно — в фильме «1.0».

В мультсериале «Футурама» (S06E09) сумрачный гений таки создает нанороботов-очистителей, которые за несколько дней эволюционируют в ОБЧР. Но настоящий профит нанороботов становится заметен только в серии S06E17, где более 9000^9000 нано-Бендеров перерабатывают всю воду на Земле в спирт, чтобы как следует тусануть.

ВОЗМОЖНОСТИ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Нанотехнологический контроль изделий и материалов, буквально на уровне атомов, в некоторых областях промышленности стал обыденными делом. Реальный пример — DVD-диски, производство которых было бы невозможно без нанотехнологического контроля матриц.

Существующие способы осаждения примесей в полупроводниках (эпитаксии) по литографическим шаблонам уже практически приблизились к своему пределу не только в смысле размеров, но и топологически. Дело в том, что нынешние технологии фотолитографии позволяют изготовлять только планарные структуры — когда все элементы и проводники расположены в одной плоскости. А это накладывает существенные ограничения схемотехнику: наиболее прогрессивные схемные решения не могут быть осуществлены по такой технологии.

В частности, таким образом невозможно воспроизвести нейронные схемы, на которые возлагаются большие надежды. В то же время, сейчас активно развиваются нанотехнологические методы, позволяющие создавать активные элементы (транзисторы, диоды) размером с молекулу и формировать из них многослойные трехмерные схемы. По видимому, именно микроэлектроника будет первой отраслью, где «атомная сборка» будет осуществлена в промышленных масштабах.

Хотя сейчас в нашем распоряжении и имеются средства для манипуляций отдельными атомами, вряд ли их можно «напрямую» применять для того, чтобы собрать что-либо практически необходимое: уже хотя бы только из-за количества атомов, которые придется «монтировать».

Однако возможностей существующих технологий уже достаточно, чтобы соорудить из нескольких молекул некие простейшие механизмы, которые, руководствуясь управляющими сигналами извне (акустическими, электромагнитными и пр.), смогут манипулировать другими молекулами и создавать себе подобные устройства или более сложные механизмы.

Те, в свою очередь, смогут изготовить еще более сложные устройства и т.д. в конце концов этот экспоненциальный процесс приведет к созданию молекулярных роботов — механизмов, сравнимых по размерам с крупной молекулой и обладающих собственным встроенным компьютером.

Перспективы

За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека

Текущие вопросы исследованийПравить

НаноматериалыПравить

В плане первоочередных задач разработок являются исследования в области наночастиц, имеющих уникальные свойства и соизмеримы при помощи достигнутых средств измерения:

Интерфейс и коллоидная наука — ветвь химии, имеющей дело с коллоидами, гетерогенными системами, состоящих из механической смеси микрочастиц в интервале 1 нм — 1000 нм (интервал наночастиц 1 нм — 100 нм), расспределённых в непрерывной среде.

Интерфейс и коллоидная наука имеет свои напрвления в химической промышленности, фармацевтических препаратах, биотехнологии, керамике, полезных ископаемых, нанотехнологии, а также в других областях.

Примеры полученных результатов

Специалистами достигнуто получение толщины слоя материала размером в несколько атомов. А в 2010 г. была присуждена Нобелевская премия за открытие графена. Толщина его слоя всего 1 атом углерода. Он характеризуется большой прочностью и сверхпроводимостью.

С использованием продукции уникального пока производства изготавливаются полупроводники для большинства транзисторов современных электронных приборов. Приходит новая эра на смену кварцевой электронике.

Была открыта возможность передачи электромагнитного излучения вдоль строя наночастиц из металла с помощью резонансных колебаний свободных электронов. Такие колебания получили название плазмоны. А направление развития нанотехнологии в этой области – наноплазмоника.

Для нужд фармакологии с помощью синтеза молекул заданной формы бис-пептидов создаются новейшие лекарства. Нанотехнология позволяет поместить частицу лекарства в нанокапсулу и точно нацелить на пораженную болезнью клетку, не повредив соседние.

Для бытовых нужд придуман фильтр, который пронизан большим количеством нанометровых каналов. Они пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов.

В Австралийском Национальном университете изобретен очень маленький нанопроектор, создающий голографические изображения

Это важное достижение, так как все прежние аппараты имели большие габариты, неудобные в эксплуатации. Новый проектор в недалеком будущем оценят художники рекламы и пользователи «скайпа»

Российским институтом НИТУ МИСиС получена технология изготовления самого прочного оптоволокна для датчиков, способных работать в трудных условиях. Их можно применять, например, в агрессивных средах или на поверхностях космических станций, подвергающихся вредному действию радиации.

Этим же институтом разработан способ производства материалов на основе асфальто — бетона, которые позволят делать необычное покрытие для дорог. Оно само сможет восстанавливать свою целостность после повреждения.

Не просто нечто очень маленькое

Обычно нанотехнологию определяют как вид технологии, занимающийся объектами, размеры которых не превышают 100 нм. Нано, а по-гречески это «карлик», означает 10-9 или миллиардную часть чего-либо. Например, нанометр — это миллиардная часть метра. Ангстрем — это 1/10 часть нанометра. Атомы обычно имеют размер 0,2 нм. Диаметр человеческого волоса примерно 200 000 нм. «Большинство людей путают нанотехнологию с миниатюризацией, — добавляет Гош. — Но это далеко не одно и то же. Нано значит не просто еще меньше. Нанотехнология позволяет соединять атомы и молекулы и располагать их в определенном порядке для получения вполне конкретного результата. Нанотехнология — это наука и искусство управления материей на атомном или молекулярном уровне». Манипулирование молекулами придает им совершенно новые свойства, и в результате они изменяют свое поведение. «Например, — поясняет Гош — если вы разместите атомы углерода в определенном порядке, то связи между ними станут гораздо прочнее. Из материала с такими атомами можно сделать клюшку для гольфа, которая будет гораздо прочнее и легче обычной». В Rockwell Automation дают такое же определение этого термина. Доктор Сюжит Чэнд, старший вице-президент, который занимается передовыми технологиями и является главным техническим директором, а также доктор Рэм Пэй, руководитель технических лабораторий, определяют нанотехноло-гию как выполнение различных операций (манипулирование), точное размещение, измерение, моделирование и создание материалов на уровне меньше сотни нанометров. «Тем не менее, — добавляет Пэй, — я бы несколько уточнил это определение: хотя бы в одном измерении». Вопрос и состоит в том, в каком именно измерении? Например, углеродные нанотрубки могут быть очень длинными или очень узкими

Характеристика важна и ее следует принимать во внимание

«Когда вы переходите в масштаб наномира, — поясняет Пэй, — отношение площади поверхности к объему чрезвычайно увеличивается. Поэтому физические законы, которые управляют поведением вещества в этом масштабе, кардинально отличаются от законов микро- и макромира».

История

В 2000 году Правительство России разработало и приняло программу «Военная наноэлектроника Вооружённых Сил Российской Федерации на период до 2010 года».

21 августа 2001 года принята Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002—2006 годы». 14 ноября 2002 года постановлением Правительства России в эту программу были добавлены разделы, связанные с нанотехнологиями и нанонаукой.

6 июля 2006 года принята Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы», после чего финансирование по направлениям нанотехнологий и нанонауки возросло.

26 апреля 2007 года В. В. Путин в послании Федеральному Собранию назвал нанотехнологии «наиболее приоритетным направлением развития науки и техники». По мнению Путина, для большинства россиян нанотехнологии сегодня — «некая абстракция вроде атомной энергии в 30-е годы».

4 мая 2008 года Правительство России приняло «Программу развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года», согласно которой объём производства продукции наноиндустрии в России должен составить к 2015 году более 900 млрд руб.

8 октября 2008 года создано «Нанотехнологическое общество России», в задачи которого входит «просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны»

6 октября 2009 года президент России Д. А. Медведев на открытии Международного форума по нанотехнологиям в Москве заявил: «Все мы должны сделать так, чтобы нанотехнологии стали одной из мощнейших отраслей экономики. Именно к такому сценарию развития я вас призываю». Д. А. Медведев предложил Минобрнауки увеличить количество специальностей в связи с развитием потребности в квалифицированных кадрах для нанотехнологий.

26 апреля 2010 года в городе Рыбинске открылся завод по производству монолитного твёрдосплавного инструмента с многослойным наноструктурированным покрытием. Это первое нанотехнологическое производство в России. Роснано потратила на финансирование этого проекта около 500 млн рублей. Глава российского научного центра «Курчатовский институт» М. В. Ковальчук заявил: «Роснано в Рыбинском проекте сыграла очень важную роль в цепочке между научной организацией, финансирующим органом и конечным производством. Мы за бюджетные деньги создали интеллектуальную собственность, а затем с помощью Роснано коммерциализовали её и легально продали производственникам лицензию на её использование. Таким образом, благодаря этой госкорпорации наша технология была превращена в коммерческий продукт».

Ранние системы измерений

В ранних системах мер и системах счисления люди использовали для измерения и сравнения традиционные объекты. Например, считается, что десятичная система появилась в связи с тем, что у нас по десять пальцев на руках и ногах. Наши руки всегда с нами — поэтому с древних времен люди использовали (да и сейчас используют) пальцы для счета. И все же мы не всегда использовали для счета систему с основанием 10, да и метрическая система является относительно новым изобретением. В каждом регионе появлялись свои системы единиц и, хотя у этих систем есть много общего, большинство систем все же настолько разные, что перевод единиц измерения из одной системы в другую всегда был проблемой. Эта проблема становилась все более серьезной по мере развития торговли между разными народами.

Точность первых систем мер и весов напрямую зависела от размеров предметов, которые окружали людей, разрабатывавших эти системы. Понятно, что измерения были неточными, так как «измерительные устройства» не имели точных размеров. Например, в качестве меры длины обычно использовались части тела; масса и объем измерялись с помощью объема и массы семян и других небольших предметов, размеры которых были более-менее одинаковы. Ниже мы подробнее рассмотрим такие единицы.

Меры длины

Локоть и ладонь

В Древнем Египте длина вначале измерялась просто локтями, а позже царскими локтями. Длина локтя определялась как отрезок от локтевого изгиба до конца вытянутого среднего пальца. Таким образом, царский локоть определялся как локоть царствующего фараона. Был создан образцовый локоть, который был доступен широкой публике, чтобы все могли изготовлять свои меры длины. Это, конечно, была произвольная единица, которая изменялась, когда новая царствующая особа занимала престол. В Древнем Вавилоне использовалась похожая система, но с небольшими отличиями.

Локоть делили на более мелкие единицы: ладонь, рука, зерец (фут), and теб (палец), которые были представлены соответственно шириной ладони, руки (с большим пальцем), ступни и пальца. В это же время решили договориться о том, сколько пальцев в ладони (4), в руке (5) и локте (28 в Египте и 30 в Вавилоне). Это было удобнее и точнее, чем каждый раз измерять соотношения.

Меры массы и веса

Меры веса также основывались на параметрах различных предметов. В качестве мер веса выступали семена, зерна, бобы и аналогичные предметы. Классическим примером единицы массы, которая используется до сих пор, является карат. Сейчас каратами измеряют массу драгоценных камней и жемчуга, а когда-то в качестве карата определили вес семян рожкового дерева, иначе называемого кэроб. Дерево культивируется в Средиземноморье, а семена его отличаются постоянством массы, поэтому их удобно было использовать в качестве меры веса и массы. В разных местах в качестве мелких единиц веса использовались разные семена, а бóльшие единицы обычно были кратны более мелким единицам. Археологи часто находят подобные большие меры веса, обычно изготовленные из камня. Они состояли из 60, 100 и иного количества мелких единиц. Поскольку единый стандарт по количеству мелких единиц, а также по их весу отсутствовал, это приводило к конфликтам, когда встречались продавцы и покупатели, которые жили в разных местах.

Меры объема

Первоначально объем также измеряли с помощью небольших предметов. Например, объем горшка или кувшина определяли, наполняя него доверху небольшими предметами относительно стандартного объема — вроде семян. Однако отсутствие стандартизации приводило к тем же проблемам при измерении объема, что и при измерении массы.

Приставки для кратных единиц

Кратные единицы — единицы, которые в целое число раз (10 в какой-либо степени) превышают основную единицу измерения некоторой физической величины. Международная система единиц (СИ) рекомендует следующие десятичные приставки для обозначений кратных единиц:

Десятичный множитель Приставка Обозначение Пример
русская международная русское международное
101 дека deca да da дал — декалитр
102 гекто hecto г h гПа — гектопаскаль
103 кило kilo к k кН — килоньютон
106 мега mega М M МПа — мегапаскаль
109 гига giga Г G ГГц — гигагерц
1012 тера tera Т T ТВ — теравольт
1015 пета peta П P Пфлопс — петафлопс
1018 экса exa Э E Эм — эксаметр
1021 зетта zetta З Z ЗэВ — зеттаэлектронвольт
1024 иотта yotta И Y Иг —

Применение десятичных приставок к единицам количества информации

Основная статья: Двоичные приставки

В Положении о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации, установлено, что наименование и обозначение единицы количества информации «байт» (1 байт = 8 бит) применяются с двоичными приставками «Кило», «Мега», «Гига», которые соответствуют множителям 210, 220 и 230 (1 Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт).

Тем же Положением допускается применение и международного обозначения единицы информации с приставками «K» «M» «G» (KB, MB, GB, Kbyte, Mbyte, Gbyte).

В программировании и индустрии, связанной с компьютерами, те же приставки «кило», «мега», «гига», «тера» и т. д. в случае применения к величинам, кратным степеням двойки (напр., байт), могут означать как кратность 1000, так и 1024=210. Какая именно система применяется, иногда ясно из контекста (напр., применительно к объёму оперативной памяти используется кратность 1024, а применительно к полному объёму дисковой памяти жёстких дисков — кратность 1000).

1 килобайт = 10241 = 210 = 1024 байт
1 мегабайт = 10242 = 220 = 1 048 576 байт
1 гигабайт = 10243 = 230 = 1 073 741 824 байт
1 терабайт = 10244 = 240 = 1 099 511 627 776 байт
1 петабайт = 10245 = 250 = 1 125 899 906 842 624 байт
1 эксабайт = 10246 = 260 = 1 152 921 504 606 846 976 байт
1 зеттабайт = 10247 = 270 = 1 180 591 620 717 411 303 424 байт
1 иоттабайт = 10248 = 280 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176 байт

Во избежание путаницы в апреле 1999 года Международная электротехническая комиссия ввела новый стандарт по именованию двоичных чисел (см. Двоичные приставки).

КОЛЛОИДАЛЬНЫЕ ТОЧКИ

Коллоидальные точки являются свободными, т.е. они не погребены внутри другого полупроводника. Таким образом, они свободны от натяжения. Они закрыты органическими молекулами, используемыми для предотвращения свертывания маленьких точек в процессе их роста. Размер этих молекул можно контролировать в процессе роста и их форма приближается к сферической. Коллоидальные технологии были развиты достаточно глубоко в основном для ионных систем II — IV (CdS, CdSe) и недавно для полупроводников III — V групп (InP, GaP, InAs). В связи с совершенной универсальностью размеров, можно проводить спектроскопические исследования высокого разрешения. Последние выявили новые физические эффекты, включая значительное расширение взаимодействия электронно-дырочного обмена применительно к соответствующим массивным твердым телам, передача заряда в возбужденном состоянии, необычное поведение (в отношении масс) под давлением (например, задержанные фазовые переходы), и определение до 10 возбужденных состояний электронно-дырочных переходов. Теперь стала возможной замена органической протравленную оболочку вокруг этих точек неорганическими полупроводниками — например: CdSe (ZnS) — таким образом производя структуры «ядро — оболочка». Были созданы массивы каллоидальных точек. Более того входные структуры запрещающие загрузку каллоидальных квантовых точек носителями недавно стали возможны для точек размерами 6нм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector