Застосування нанотехнологій

Радіоліз. Синтез наночастинок при радіолізі полягає у впливі на систему частинок і випромінювань високих енергій, більше 100 еВ. Варіантом радіолізу є фотоліз з енергіями опромінення приблизно 60 еВ. При радіолізі в системах генеруються вільні електрони і радикали. Так, у водних розчинах при опроміненні з молекули води виходять гідратовані електрони і радикали водню і гідроксилу: 

 

Електрони і радикали при взаємодії з вихідною речовиною утворюють наночастинки. Радіоліз має ряд істотних переваг перед хімічним відновленням. Радіоліз можливий як в рідких, так і в твердих системах в широкому температурному інтервалі; одержувані наночастинки мають істотно менше домішок інших речовин і менший розкид за розмірами. Відповідно, якість одержуваних наноматеріалів підвищується. 

З використанням радіолізу отримані нанокомпозити, що складаються з декількох металів. Наприклад, наносистеми нікель-срібло з діаметром 2-4 нм; біметалеві частинки Au-Ni розміром 2,5 нм, нанесені на аморфний вуглець; триметалеві наночастинки Pd-Au-Ag. Утворені багатошарові нанокластерні матеріали передбачається використовувати для фемтосекундних електронних пристроїв нового покоління. 

Перший шлях - «знизу вгору» - став реальний лише в останнє десятиліття XX століття, коли з'явилася можливість реалізувати промислові нанотехнологічні процеси. В даний час цей підхід характеризується низькою продуктивністю, але саме йому належить майбутнє при подальшому підвищенні технічної майстерності у нанотехнології. Процеси «знизу вгору» широко відомі і домінують в біології та молекулярної хімії. Наприклад, самосборка біологічних тканин в живих організмах здійснюються з високою ефективністю саме на атомно-молекулярному рівні. 

Необхідно відзначити таку обставину. При використанні технології «зверху вниз» в кінцевих наночастинах зберігається структура вихідного матеріалу з великими розмірами. Однак, при формуванні об'єктів збіркою «знизу вгору» властивості цих об'єктів можуть визначатися як природою і кількістю вихідних елементів (атомів, молекул), так і їх взаємним розташуванням. Таким чином, нанотехнологія дозволяє варіювати властивості нанооб'єктів залежно від числа і взаємного розташування атомів. Виготовлення нанооб'єктів з нанометровою точністю дає можливість отримувати унікальні функціональні характеристики. Так, в електроніці самосборке конструюють так звані «квантові точки», стабілізуючі і утримують окремі електрони, що дозволяють працювати зі над малими струмами, створювати на цій основі лазери нового типу, різко підвищувати щільність магнітного запису і т.д. Використання самосборки в біотехнології призвело до створення ДНК-чіпів і різноманітних біологічних датчиків і аналізаторів. Багатошарові нанопокриття мають дуже високу механічну міцність і корозійну стійкість. 

Материали, розроблені на основі наночастин з унікальними характеристиками, витікаючими із мікроскопічних розмірів їх складових. В ряді робіт використовується наступна класифікація обєктів нанотехнологии:

 Вуглецеві нанотрубки 

 Фулерени  

 Графен  

 Нанокристали 

 Аерогель 

 Наноакумулятори

 Самоочищаючі поверхні на основі ефекту лотоса

Вуглець - основа життя на землі - існує в твердій фазі в декількох модифікаціях, властивості яких різко відрізняються: графіт, алмаз. 

Важлива особливість вуглецю, здатність утворювати ланцюжки С-С-С, використовується Природою для створення біополімерів, а людиною - синтетичних полімерів і різноманітних пластмас. 

У 1985 році вчені в парах графіту визначили багатоатомні фулеренові молекули вуглецю С60.

Кулясті молекули мають незвичайну симетрію і унікальні властивості: 

 До кожної такій молекулі можна прищепити інші атоми і молекули. 

 Можна помістити чужорідний атом в центральну порожнину такої молекули як в суперміцний контейнер. 

 Розкривши внутрішні зв'язки (високим тиском, інтенсивним освітленням і т.п.), можна з'єднати дві фулеренові молекули в димер. 

У наслідку навчилися вирощувати одношарові і багатошарові вуглецеві нанотрубки.

 

Властивостями нанотрубок можна управляти, змінюючи скрученность (хіральність) решітки щодо поздовжньої осі: 

 Крісельна структура; 

 Зигзагоподібна структура;

 Хіральна структура.

При цьому легко можна отримати дріт нанометрового діаметру як з металевим типом провідності , так і з заданою забороненою зоною .

З'єднання двох таких нанотрубок утворює діод , а трубка лежить на поверхні окисленої кремнієвої пластинки , - канал польового транзистора. Такі пристрої вже створені і показали свою працездатність.

Нанотрубки з регульованим внутрішнім діаметром являють собою основу ідеальних молекулярних сит високої селективності і газонепроникності , контейнерів для зберігання газоподібного палива , каталізаторів і.т.д.

Нанотрубки можуть використовуватися сенсори , атомарне гострі голки для скануючих зондових інструментів , елементи екранів дисплеїв надвисокої роздільної здатності і т.д.

Фізика, теж відіграє не менш важлику роль.

Наноелектроніка – область електроніки, що займається розробкою фізичних і технологічних основ створення інтегральних електронних схем із характерними топологічними розмірами елементів менших за 100 нм. Вона базується на використанні квантових ефектів, що проявляються в наноструктурах.

Молекулярна електроніка досліджує електронні наносистеми, що містять як складові частини поодинокі молекули або молекулярні комплекси, а також технології виготовлення таких наносистем, засновані на використанні процесів самосборки, включаючи процеси маніпулювання як поодинокими молекулами, так і молекулярними комплексами. 

Нанооптика – галузь науки присвячена оптичним наносистемам,  що  виконують  функції інформаційного управління, здійснюючи обробку, зберігання і передачу інформації у вигляді оптичних сигналів. Перспективним розділом нанооптики є нанофотоніка, її елементну базу складають фотонні кристали, які ефективно використовуються в пристроях обробки, зберігання і передачі інформації. 

Наноелектроніка – область електроніки, що займається розробкою фізичних і технологічних основ створення інтегральних електронних схем із