Soyabonlar hech qachon namlanmaydigan, robotlarni qon tomirlari ichida ishlay oladigan darajada kichik qiladigan va keramika buyumlarini metall kabi sinmaydigan qilib qo‘yadigan materialni hech tasavvur qilganmisiz? Bu ilmiy fantastika emas; bu nanomateriallar tomonidan amalga oshirilgan haqiqiy inqilob.
Nanometr nima? Bu aslida uzunlik birligi; bir nanometr metrning milliarddan bir qismini tashkil qiladi. Inson sochining diametri taxminan 50 000 dan 100 000 nanometrgacha. Nanomateriallar kamida bitta o'lchamdagi o'lchamlari 1 dan 100 nanometrgacha bo'lgan materiallardir.
I. Nima uchun "Kichik" "Kuchli"?
Materiallar nano o'lchamga kichraytirilganda, ular endi fizikaning tanish qoidalariga amal qilmaydi, balki juda ko'p ajoyib xususiyatlarni namoyish etadi.
Birinchidan, nanomateriallarning optik, elektr, magnit va issiqlik xususiyatlari sezilarli darajada o'zgaradi. Misol uchun, yarimo'tkazgich kadmiy sulfidining rangi va emissiya rangi zarracha hajmining pasayishi bilan sariqdan ko'k rangga o'zgaradi. Bu materialning tarkibini o'zgartirishga hojat yo'qligini anglatadi; shunchaki uning hajmini o'zgartirish butunlay boshqa xususiyatlarga ega yangi materiallarni yaratishi mumkin. Moddalarning turlari cheklangan, ammo nanotexnologiya orqali biz son-sanoqsiz "yangi moddalar"ni qo'lga kiritganga o'xshaymiz.
Ikkinchidan, nanozarrachalar katta sirt maydoniga ega. Bir gramm nanomateriallar sirt maydoni futbol maydonining o'lchamiga ega bo'lishi mumkin. Bu ularni energiyani saqlash, kimyoviy ishlab chiqarish va atrof-muhitni muhofaza qilishda muhim qo'llaniladigan yuqori samarali adsorbentlar va katalizatorlarga aylantiradi.
Ishlab chiqarish uchun nanomateriallar "engilroq, balandroq va kuchliroq" degan ma'noni anglatadi.
Engilroq: nanomateriallar yordamida ishlab chiqarilgan qurilmalar unumdorligini saqlab turganda yoki hatto yaxshilagan holda hajmi jihatidan sezilarli darajada kichikroq bo'lishi mumkin. Tasavvur qiling-a, dastlabki kompyuterlar butun xonalarni to'ldirgan, hozirgi mobil telefonlar esa avvalgi hisoblash quvvatidan ancha yuqori-bu materialni miniatyura qilish mo''jizasidir.
Yuqori: Nanomateriallar ko'pincha yuqori optik, elektr va magnit xususiyatlarga ega.
Kuchliroq: Nanokeramika keramika haqidagi an'anaviy idrokni sindirishi mumkin, bu esa metallarnikiga yaqinlashadigan qattiqlikni namoyon qiladi.
[AI-yaratilgan taqqoslash tasviri: chap tomonda makroskopik material tuzilishi, oʻng tomonda nanomaterial struktura koʻrsatilgan]
II. Nanomateriallar: Kundalik hayotimizda allaqachon mavjud
Nanotexnologiya murakkab ko'rinadi, lekin uning ba'zi ilovalari allaqachon kundalik hayotga kirib borgan.
1. Nano-Yomgʻir paltolar: suv-Lotus barglari kabi qaytaruvchi
Siz hech qachon lotus barglaridan dumalayotgan suv tomchilariga havas qilganmisiz? Nano{0}}yomg'ir paltolar ham xuddi shunday printsipdan foydalanadi. Mato yuzasini nano o'lchamdagi kremniy zarralari qatlami bilan qoplash orqali mato va suv yoki moy o'rtasidagi aloqa burchagi oshiriladi, bu suv tomchilarining kirib ketishiga yo'l qo'ymaydi va ularni dumalab ketishga majbur qiladi.
Hozirgi vaqtda ikkita asosiy texnologiya mavjud: biri ekologik toza, ammo qimmat vakuumli qoplama texnologiyasi; ikkinchisi esa arzonroq-xarajat, lekin suvni ifloslantirishi mumkin-immersion qoplama texnologiyasidir. Ishlash, narx va atrof-muhitni muhofaza qilishni muvozanatlash ishlab chiqarish sanoati uchun muammo bo'lib qolmoqda.
[Rasmni yuklab olish havolasi: Matodagi suv tomchilarining yuqori aniqlikdagi-tasviri - Litsenziyalangan rasm 600336933 - Photostock.cn]
2. Nanorobotlar: kelajak tibbiyotining shafaqi
Haqiqatan ham nano o'lchovli, dasturlashtiriladigan molekulyar robotlar hali laboratoriya bosqichida bo'lsa-da, nano o'lchamdagi manipulyatsiya uchun qurilmalar jadal rivojlanmoqda. Masalan, skanerlovchi tunnel mikroskoplari (STM) va atom kuch mikroskoplari (AFM) uchlari atom shkalasiga yetib boruvchi, alohida atomlarni harakatga keltira oladigan zondlarga ega.
Yaqin kelajakda nanorobotlar tibbiyot va sog'liqni saqlash sohasida inqilob qilib, dori vositalarini etkazib berishni maqsad qilib qo'yishi, jarohatlarni aniq olib tashlashi va hatto in vivo jonli hujayralarni tiklashi kutilmoqda. Ularning rivojlanishi kimyo, fizika, biologiya, tibbiyot va materialshunoslik fanlari o'rtasidagi fanlararo hamkorlik paradigmasi hisoblanadi.
AQSh olimlari bir asrlik muammoni hal qilishdi-: Nanorobotlarni qon tomirlarida real vaqtda masofadan turib boshqarish mumkin -- Phoenix.com Qon tomirlarida ishlaydigan nanorobotlarning kontseptual surati
3. Nanosponges: Tozalash sehri
Siz oq "sehrli shimgichni" ishlatgan bo'lishingiz mumkin, u kirlarni yuvish vositasisiz, shunchaki namlash orqali olib tashlaydi. Bu melamin ko'pik bo'lib, nanosponglar sifatida ham tanilgan. Uning uch oʻlchovli toʻrli strukturasi juda yuqori porozlikka ega boʻlib, ishqalanish vaqtida kuchli adsorbsion kuchlar hosil qiladi va ultra nozik zımpara kabi kirlarni olib tashlaydi.
Bu material barqaror,{0}}olovga chidamli, kislota va ishqorga chidamli va hatto oziq-ovqat mahsuloti- boʻlib, nanogʻovak materiallarni muvaffaqiyatli tijoratlashtirishning odatiy namunasidir.
Energy Light: Sino-British Nano Energy Materials Research Center – "Super gubkalar" mikroskopik olami
III. Kelajak shu yerda: nanomateriallar ishlab chiqarishni qanday o'zgartiradi?
Nanomateryallarning salohiyati bundan ancha oshib ketadi. Uning kelajakdagi ilovalari ko'plab sohalarni butunlay o'zgartirishi mumkin.
Nanoelektron qurilmalar: kompyuterlarni kichikroq, tezroq va energiya tejamkor qilish.
Aerokosmik va tadqiqot: engilroq va kuchli nanomateriallar bilan kosmik kemalarni ishlab chiqarish, uchirilish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirish.
Atrof-muhit va energiya: ifloslanishni nazorat qilish va toza energiya ishlab chiqarish uchun yuqori samarali nanokatalizatorlar va adsorbentlarni ishlab chiqish.
Qiziqarli misol biotexnologiya sohasida. Biz bilamizki, DNK qo'sh spiralli tuzilishga ega, diametri o'nlab nanometrlarga teng. Olimlar DNKning turli qismlarini belgilash uchun o‘lchami bir necha nanometr bo‘lgan lyuminestsent yarimo‘tkazgich zarrachalaridan foydalanishga harakat qilmoqda. Bu qorong'u DNK "pagoda" ga "chiroqlar" osib qo'yilganga o'xshaydi, bu bizga uning tuzilishi va o'zgarishlarini aniq ko'rish imkonini beradi, bu gen tadqiqoti va kasalliklar diagnostikasi uchun katta ahamiyatga ega.
IV. Hushyor nuqtai nazar: "Nano" - bu panacea emas
Nano-kontseptsiyaning mashhurligi bilan biz uning "vulgarizatsiyasi" dan ham ehtiyot bo'lishimiz kerak. So'nggi yillarda bozorda "nano muzlatgichlar" va "nano kir yuvish mashinalari" paydo bo'ldi. Ular antibakterial yoki oson tozalash-funktsiyalarni qo'shib, ba'zi nanozarrachalarni qo'shgan bo'lishi mumkin, ammo mahsulotning asosiy ishlash printsipi o'zgarmagan. Bu ko'proq marketing taktikasi.
Hozirgi vaqtda nanomateriallarni qo'llash asosan nanotexnologiyaning yadrosi bo'lmagan kukun qo'shilishining dastlabki bosqichida. Haqiqiy nanotexnologiya - bu mutlaqo yangi mahsulotlarni loyihalash uchun nano o'lchovdagi yangi xususiyatlarni aniq manipulyatsiya qilish va ulardan foydalanish. Ishlab chiqarish sanoati uchun yutuqning kaliti nanomateriallarni oddiy "qo'shimchalar" dan asosiy funktsiyalarni bajaradigan "strukturaviy materiallar" yoki "funktsional komponentlar" ga aylantirishdan iborat.
Xulosa: Nanomateryallar dunyosi atom va molekulalardan boshlab pastdan yuqoriga qurilgan mutlaqo yangi maydondir. U fizika, kimyo, biologiya va texnika o‘rtasidagi chegaralarni yo‘qotib, texnologik inqilobning yangi avlodini keltirib chiqarmoqda.
Ilg'or ishlab chiqarish uchun nanotexnologiyani qo'llash mahsulot samaradorligi, energiya sarfi va aql-idrokda sifatli pog'onaga erishishni anglatadi. Shu bilan birga, u doimiy asosiy tadqiqotlarni, jarayonni jiddiy ishlab chiqishni va oqilona bozor taxminlarini talab qiladi.
