Нанотехнология
Има група от нечувани, занимаващи се в разнообразни сфера на науката, учени, посветили се на проучването на свят толкоз дребен, че не можем да го забележим – даже и с микроскоп.
Този свят е света на нанотехнологиите, свят на атоми и наноструктури. Нанотехнологияте е толкоз нова, че в действителност никой не е сигурен какво тъкмо ще се получи. Въпреки това прогнозите са огромни като да вземем за пример способността да репродуцират неща като диаманти и храна.
За да разберем какъв брой необикновен е света на нанотехнологиите, би трябвало да разберем за какви мерни единици става въпрос. Един сантиметър е една стотна от метъра, един милиметър е една хилядна от метъра, а един микрометър е една милионна част от метъра, само че всички тези единици са големи, спрямо наноскалата. Един нанометър е една милиардна част от метъра, по-малко от дължината на вълната на забележимата светлина и стотици хиляди по-малко от един човешки косъм.
Дори и толкоз дребен, нанометъра е огромен спрямо атомната канара. Един атом има диаметър от 0.1 нм. Атомното ядро е даже още по-малко – към 0.00001 нм. Атомите сформират всяка материя в нашата галактика. Вие и всичко към вас е направено от атоми. Тялото ни се състои от милиони живи кафези. Клетките са наномашините на природата. На атомно равнище, детайлите са в най-основната си форма. На нано равнище, можем да комбинираме тези атоми дружно и да създадем съвсем всичко.
В лекция „ Малки чудеса: Светът на нанонауката ”. Нобеловият лауреат доктор Хорст Щрьомер споделя, че наноскалата е по-интересна от атомната, тъй като при нея за първи път можем да създадем нещо – когато стартираме да комбинираме атоми с цел да създадем нещо потребно.
Експерти от време на време не са съгласни с това до къде се разгръща наноскалата, само че можете да си визиите, че нанотехнологията е всичко, което се мери сред 1 и 100 нм. По-голяма от това е микроскалата, а по дребна е атомната.
Биолози, химици, физици и инженери учат същността на нанотехнологията. Д-р Щрьомер се надява, че другите науки ще си изградят общ език и ще споделят дружно. Само тогава бихме могли дейно да учим нанонауката.
Един от най-вълнуващите аспекти на нанонауката е ролята на квантовите механизми. Правилата на квантовите механизми са доста разнообразни от тези на класическата физика, което значи, че държанието на субстанциите в наноскалата може да бъде тъкмо противоположното. Не можете да вървите до стена и внезапно да се телепортирате от другата и страна, само че в наноскалата електрона може – назовава се електронно навлизане. Субстанциите, които са изолатори не могат да носят електричен заряд, само че в огромни количества могат да станат полупроводници, когато са в наноскалата. Точката на размразяване може да се промени заради увеличението на повърхнината. Много неща в нанонауката постановат да забравите за всичко, което сте учили и да започнете изначало.
Какво значи това? Означава, че учените опитват със вещества в наноскалата с цел да учат свойствата им и търсят способи да се възползват от тях. Инженерите се пробват да употребяват нано мрежи с цел да основат по-малки и по-мощни микропроцесори. Лекарите търсят способи да употребяват наночастиците в медицината. Все още имаме дълъг път до момента в който нанотехнологията навлезе в софтуерния и медицински пазар.
В момента учените обръщат огромно внимание на две наноструктури:
Наномрежите и въглеродните нанотръби. Наномрежите са мрежи с доста дребен диаметър, от време на време по-малък от 1 нанометър. Учените се надяват да ги употребяват за основаването на дребни транзистори за компютърни чипове и други устройства. През последните няколко години въглеродните нанотръби засенчват наномрежите. Все още учим тези структури, само че това, което сме научили за тях до в този момент е възхитително.
Въглеродната нанотръба е нано цилиндър от въглеродни атоми. Представете си лист от въглеродни атоми, които са шестоъгълници. Ако свиете този лист ще се получи тръба, което е въглеродна нанотръба. Свойствата й зависят от това по какъв начин е сгънат листа. С други думи, макар че всички въглеродни нанотръби са формирани от въглерод, те могат да се разграничават една от друга, според от подредбата на обособените атоми.
С вярно ситуирани атоми можете да създадете нанотръба, която е стотици пъти по здрава от стоманата, само че шест пъти по-лека. Инженерите мислят да основат материал от въглеродни нанотръби, които да се употребяват в колите и самолетите. По-леките транспортни средства ще употребяват горивото по-ефективно, а по-голямата здравина ще способства за по-голямата сигурност на пасажерите.
Въглеродните нанотръби могат да бъдат и ефикасни полупроводници при вярната класификация на атомите. Учените към момента работят по откриването на способи да ги създадат реален вид за транзистори в микропроцесорите и друга електроника.
Може да се изненадате от това какъв брой доста артикули на пазара са нанотехнологични.
- Плажно мляко – доста от тези кремове съдържат наночастици от цинков оксид или титаниев оксид. По-старите формули употребяват по-големи частици, което придава на множеството кремове техния бял цвят.
- Самопочистващо стъкло – Компания Pilkington предлага артикул, който назовават Активно стъкло, което употребява наночастици с цел да го направи фотокаталистично и хидрофилно. Фотокаталистичният резултат значи, че когато UV радиацията от светлината попадне на стъклото, наночастиците се зареждат и стартират да унищожават ограничните молекули по стъклото (мръсотията). Хидрофилно, значи, че когато водата попадне на стъклото, тя се стича около стъклото, което спомага за по-добра видимост.
- Дрехи – Учените употребяват наночастици с цел да подобрят вашите облекла. Като се вшие слой от наночастици цинков оксид, производителите могат да вършат облекла, които дават по-добра отбрана от UV радиацията. Някои облекла имат наночастици под формата на дребни косъмчета, които ги вършат непромокаеми.
- Ненадраскваща материя – Инженерите са разкрили, че наночастиците от алуминиев силикат усъвършенстват устойчивостта на драскане на повърхнините. Такива материи се употребяват най-много при автомобилните стъкла и очилата.
- Антимикробен бинт – Ученият Робърт Бърел е основал антибактериален бинт употребявайки сребърни наночастици. Сребърни йони убиват микробните кафези.
- Филтри и дезинфектанти за басейн – EnviroSystems Inc. са създали комбинация (наречена наноемулсия) от нано маслени капки и бактерицид. Маслените частици се прилепват към бактериите и спомагат за по-голямата резултатност на бактерицида.
Нови артикули, употребяващи нанотехнологията, се появяват всеки ден. Тъкани, които не се мачкат, дълбокопроникваща козметика, екрани с течни кристали (LCD) и така нататък Не след дълго ще забележим и дузина други артикули, които ще се възползват от преимуществата на нанотехнологията, от микропроцесори до био-нанобатерии.
Бъдещето на нанотехнологията
В света на „ Стар Трек ” машини, наречени репликатори, могат да възпроизведат всеки физичен обект, от оръжия до топла чаша чай. Дълго се смяташе, че това е единствено артикул на научната фантастика, само че през днешния ден някои хора имат вяра, че репликаторите са действителна опция. Наричат го молекулярно произвеждане и в случай че в миналото стане действителност, би трансформирало света.
Атомите и молекулите се слепват дружно, тъй като имат допълващи се форми, които се напасват или заряди, които се притеглят. Също като при магнитите, положително зареденият атом ще залепне за отрицателно заредения. Ако милиони такива атоми се съберат благодарение на наномашини, ще стартира да се оформя избран артикул. Целта на молекулярното произвеждане е да манипулира атомите по единично и да ги слага в избран ред с цел да се получи мечтана конструкция.
Първата стъпка е да се основат наноскопични машини, наречени събирачи, които учените могат да програмират да манипулират атомите и молекулите както пожелаят. Професор Ричард Смалей отбелязва, че на една наноскопична машина би и лишило милиони години с цел да подреди значимо количество материал. За да се приложи молекулярното произвеждане на процедура, ще са нужни милиарди събирачи, които да работят дружно. Ерик Дрекслър има вяра, че събирачите първо могат да репликират себе си, създавайки още събирачи. Всяко потомство ще строи ново, резултата ще е експоненциален напредък, до момента в който събирачите станат задоволително с цел да създават предмети.
Милиарди събирачи и репликатори биха могли да се съберат в по-малко от пространствен милиметър, и отново ще са прекомерно дребни с цел да ги забележим. Те биха могли да работят дружно с цел да конструират артикули автоматизирано и вероятно биха могли да заместят всички обичайни лабораторни способи. Това може фрапантно да понижи цените на производителите и от там продуктите по евтини. Бихме могли да можем да репликираме всичко, в това число диаманти, вода и храна.
Нанотехнологията би се отразила най-много в здравната промишленост. Пациентите ще пият течности, съдържащи нанороботи, програмирани да нападат и преконструират молекулярната конструкция на раковите кафези и вирусите. Има спекулации и че нанороботите биха могли да забавят или даже извърнат процеса на стареене и да се усили продължителността на живота. Нанороботите биха могли да се програмират даже да правят деликатни интервенции. При това биха могли да оперират без да оставят белези.
Нанотехнологията има капацитета да окаже позитивен резултат върху околната среда. Например, учените биха могли да програмират нанороботи, които да възстановят изтъняващия озонов пласт. Нанороботите биха могли да отстранен замърсяванията от водоизточниците и да изчистят нефтените петна. Дърводобива, минодобива няма да са нужни към този момент – наномашините биха могли да основат тези запаси.
