Застосування нанотехнологій

 

3.1 Нанотехнології в фізиці та хімії

3.2 Нанотехнології в медицині

3.3 Нанотехнології в екології

3.4 Нанотехнології в інших сферах

 

 

Людство у всі часи прагнуло поліпшити умови свого існування. Для цього у персівному суспільстві люди використовували різні знаряддя праці, трохи пізніше вони приручили диких тварин, які стали приносити користь людському співтовариству. Йшли роки, змінювався світ, мінялися люди і їхні потреби. Тепер більшість з нас уже не може уявити собі життя без сучасних благ цивілізації, досягнень науки, техніки, медицини. Наступним кроком у цьому розвитку стане освоєння нанотехнологій, зокрема, систем дуже малого розміру, здатних виконувати команди людей. 

Нанотехнологія — наступний логічний крок розвитку електроніки і інших наукоємних виробництв. Нанотехнології – ключове поняття початку XXI століття. Це "самі високі" технології, на розвиток яких ведучі економічні держави тратять сьогодні мільярди доларів. По прогнозам учених нанотехнології в XXI столітті справлять таку ж революцію в маніпулюванні матерій, яку в ХХ ст. справили комп’ютери в маніпулюванні інформацією. Їх розвиток відкриває великі перспективи  при розробці нових матеріалів, вдосконалення зв’язку, розвитку біотехнології, мікроелектроніки, енергетики, охорони здоров’я і озброєння. Серед найбільш ймовірних наукових проривів експерти називають значне збільшення продуктивності комп’ютерів, відновлення людських органів з використанням знову створеної тканини, отримання нових матеріалів, створених напряму із заданих атомів і молекул, а також нові відкриття в хімії і фізиці.

Ця галузь відкриває небачені раніше, фантастичні перспективи взаємодії людини зі світом. 

Отже, за допомогою нанотехнологій ми зможемо економити час, одержувати більше благ за меншу ціну, постійно підвищувати рівень і якість життя.

 

 

На даний час, багато хто вживає термін «нанотехнології», що ж це таке?

Нанотехнології (НТ)  (грецьке  слово  «nannos»  означає «карлик») - це сукупність методів маніпулювання речовиною на атомному або молекулярному рівні з метою отримання наперед заданих властивостей.        1 нанометр (нм) – це дуже мала величина і становить 10-9 метра. 

До нанотехнологій відносяться технології, що забезпечують  можливість  контрольованим  чином  створювати  і модифікувати наноматеріали, а також здійснювати їх інтеграцію в повноцінно функціонуючі системи більшого масштабу.  Нанотехнології  включають  в  себе:  атомне з’єднання молекул, локальну стимуляцію хімічних реакцій на молекулярному рівні та ін. Процеси нанотехнології підкоряються законам квантової механіки. 

Завдання НТ: 

 отримання  наноматеріалів  із  заданою  структурою  і  властивостями;  

 застосування наноматеріалів по певному призначенню із урахуванням їх структури і властивостей;  

 контроль (дослідження) структури і властивостей наноматеріалів як в ході їх отримання, так і вході їх застосування. 

Наноматеріали (НМ) – це дисперсні і масивні матеріали,  що  містять структурні  елементи  (зерна,  кристаліти, блоки, кластери), геометричні розміри яких хоч би в одному вимірі не перевищують 100 нм, і що мають якісно нові властивості, функціональні і експлуатаційні характеристики. Об’єкти із розмірами в межах 1-100 нм, прийнято вважати нанооб’єктами, але такі обмеження є досить умовними.  При  цьому,  дані  розміри  можуть  стосуватися  як всього зразка (нанооб’єктом виступає увесь зразок), так і його структурних елементів (нанооб’єктом виступає його структура). 

Класифікація за розміром. За розмірною ознакою нанооб’єкти поділяють на три типи квазі-нульмірні (0D), квазі-одномірні (1D), двовимірні (2D).  

Нанооб’єкти квазі-нульмірні (0D) – це наночастинки (кластери, колоїди, нанокристали і фулерени) що містять від декількох десятків до декількох тисяч атомів, згрупованих в зв’язки або ансамблі у формі клітини. В цьому випадку частинка має нанометрові розміри в усіх трьох напрямках. Наночастинка – це квазі-нульмірний нанооб’єкт, у якого усі характерні лінійні розміри мають один порядок величини. Як правило, наночастинки мають сферичну форму і, якщо  вони  мають  яскраво  виражене  упорядковане  розташування атомів (чи іонів), то їх називають нанокристалітами. Наночастинки з вираженою дискретністю енергетичних  рівнів  часто  називають  «квантовими  точками»  або «штучними атомами», найчастіше вони мають склад типових напівпровідникових матеріалів. 

Нанооб’єкти квазі-одномірні (1D) – вуглецеві  нанотрубки і нановолокна, наностержні, нанодроти, тобто циліндричні об’єкти з одним виміром в декілька мікрон і двома нанометровими. В даному випадку один характерний розмір об’єкту, принаймні, на порядок перевищує два інші.  Нанооб’єкти двовимірні (2D) – покриття або плівки товщиною в декілька нанометрів на поверхні масивного матеріалу (підкладці). В цьому випадку тільки один вимір – товщина має нанометрові розміри, два інших є макроскопічними.  

Отже, нанотехнологія - це сукупність технологій і методик, позволяющих маніпулювати окремими атомами і молекулами з розмірами 1-100 нанометрів.

Фундаментальною основою для нанотехнології являються фізика, хімія і молекулярна біологія в сукупності з їх математичним апаратом. 

В практичному аспекті нанотехнології - це технології виробництва пристроїв і їх компонентів, необхідних для створення, обробки і маніпуляції атомами, молекулами і частинками.

 

 

Ми живемо в період бурхливого розвитку нанотехнологій. Розвинена нанотехнологічна наука і промисловість - незамінний атрибут розвинутої держави, що свідчить про те, що країна вже переступила бар'єр, що розділяє індустріальне і постіндустріальне суспільство.

Сьогодні нанотехнології є однією з галузей науки, що найбільш інтенсивно