Nanoteknologjitë dhe fushat e zbatimit të tyre. Referenca. Nanoteknologjitë në jetën tonë Nanoteknologjitë që përdorim në jetë

31.03.2024 Banjë

Y. SVIDINENKO, inxhinier-fizik

Nanostrukturat do të zëvendësojnë transistorët tradicionalë.

Instalimi kompakt edukativ nanoteknologjik "UMKA" ju lejon të manipuloni grupe të veçanta atomesh.

Duke përdorur instalimin "UMKA", është e mundur të ekzaminohet sipërfaqja e DVD-së.

Një libër shkollor tashmë është botuar për nanoteknologët e ardhshëm.

Nanoteknologjia, e cila u shfaq në çerekun e fundit të shekullit të njëzetë, po zhvillohet me shpejtësi. Pothuajse çdo muaj ka mesazhe për projekte të reja që dukeshin si fantazi absolute vetëm një apo dy vjet më parë. Sipas përkufizimit të dhënë nga pionieri i kësaj fushe, Eric Drexler, nanoteknologjia është "një teknologji e pritshme prodhimi e fokusuar në prodhimin me kosto të ulët të pajisjeve dhe substancave me një strukturë atomike të paracaktuar". Kjo do të thotë se ai vepron në atome individuale për të marrë struktura me saktësi atomike. Ky është ndryshimi themelor midis nanoteknologjisë dhe teknologjive moderne "volumetrike" me shumicë që manipulojnë makro-objektet.

Le t'i kujtojmë lexuesit se nano është një parashtesë që tregon 10 -9. Tetë atome oksigjeni mund të vendosen në një segment prej një nanometër të gjatë.

Nanoobjektet (për shembull, nanogrimcat metalike) zakonisht kanë veti fizike dhe kimike që janë të ndryshme nga ato të objekteve më të mëdha të të njëjtit material dhe nga vetitë e atomeve individuale. Le të themi, temperatura e shkrirjes së grimcave të arit me madhësi 5-10 nm është qindra gradë më e ulët se temperatura e shkrirjes së një cope ari me një vëllim 1 cm 3.

Kërkimet e kryera në rangun e nanoshkallës shtrihen në kryqëzimin e shkencave, shpeshherë kërkimet në fushën e shkencës së materialeve prekin fushat e bioteknologjisë, fizikës së gjendjes së ngurtë dhe elektronikës.

Eksperti kryesor në botë në fushën e nanomjekësisë, Robert Freitas, tha: “Nanomakinat e ardhshme duhet të përbëhen nga miliarda atome, kështu që projektimi dhe ndërtimi i tyre do të kërkojnë përpjekjet e një ekipi specialistësh Aeroplani Boeing 777 është projektuar dhe ndërtuar nga shumë ekipe në mbarë botën.

NANOPRODUKTET RRETH NESH

Nanobota është komplekse dhe ende relativisht pak e studiuar, e megjithatë jo aq larg nesh sa dukej disa vite më parë. Shumica prej nesh përdorin rregullisht një ose një tjetër përparim në nanoteknologji pa e ditur as atë. Për shembull, mikroelektronika moderne nuk është më mikro, por nano: transistorët e prodhuar sot - baza e të gjithë çipave - shtrihen në intervalin deri në 90 nm. Dhe tashmë është planifikuar miniaturizimi i mëtejshëm i komponentëve elektronikë në 60, 45 dhe 30 nm.

Për më tepër, siç njoftuan së fundmi përfaqësuesit e kompanisë Hewlett-Packard, transistorët e prodhuar duke përdorur teknologjinë tradicionale do të zëvendësohen me nanostruktura. Një element i tillë është tre përcjellës të gjerë disa nanometra: dy prej tyre janë paralelë dhe i treti ndodhet në kënde të drejta me to. Përçuesit nuk preken, por kalojnë si ura, njëri mbi tjetrin. Në këtë rast, zinxhirët molekularë të formuar nga materiali nanopërçues nën ndikimin e tensionit të aplikuar në to zbresin nga përçuesit e sipërm në ata të poshtëm. Qarqet e ndërtuara duke përdorur këtë teknologji kanë demonstruar tashmë aftësinë për të ruajtur të dhënat dhe për të kryer operacione logjike, domethënë për të zëvendësuar transistorët.

Me teknologjinë e re, dimensionet e pjesëve të mikroqarqeve do të bien ndjeshëm nën nivelin 10-15 nanometra, në një shkallë ku transistorët gjysmëpërçues tradicionalë thjesht fizikisht nuk mund të funksionojnë. Ndoshta, tashmë në gjysmën e parë të dekadës së ardhshme, do të shfaqen mikroqarqe serike (ende tradicionale, silikoni), në të cilat do të ndërtohet një numër i caktuar nanoelementësh të krijuar duke përdorur teknologji të re.

Në vitin 2004, Kodak lëshoi letër për printerët me bojë Ultima. Ka nëntë shtresa. Shtresa e sipërme përbëhet nga nanogrimca qeramike, të cilat e bëjnë letrën më të dendur dhe më të shndritshme. Shtresat e brendshme përmbajnë nanogrimca pigmenti me përmasa 10 nm, të cilat përmirësojnë cilësinë e printimit. Dhe fiksimi i shpejtë i bojës lehtësohet nga nanogrimcat polimer të përfshira në përbërjen e veshjes.

Drejtori i Institutit të Nanoteknologjisë në SHBA, Chad Mirkin, beson se “nanoteknologjia do të rindërtojë të gjitha materialet nga e para, pasi që deri më tani njerëzimi nuk ka pasur mundësi të zhvillojë dhe prodhojë nanostruktura vetëm se në industri "Ajo që na jep natyra. Ne bëjmë dërrasa nga pemët, dhe tela nga metali përçues. Qasja nanoteknologjike është se ne do të përpunojmë pothuajse çdo burim natyror në të ashtuquajturat "blloqe ndërtimi" që do të formojnë bazën e industrisë së ardhshme ."

Tani ne po shohim tashmë fillimin e nanorevolucionit: këto janë çipa të rinj kompjuterikë dhe pëlhura të reja që nuk njollosen, dhe përdorimi i nanogrimcave në diagnostikimin mjekësor (shih gjithashtu “Shkenca dhe Jeta” Nr., 2005). Edhe industria e kozmetikës është e interesuar për nanomaterialet. Ata mund të krijojnë shumë drejtime të reja jo standarde në kozmetikë që nuk ekzistonin më parë.

Në rangun e shkallës nano, pothuajse çdo material shfaq veti unike. Për shembull, dihet se jonet e argjendit kanë aktivitet antiseptik. Një zgjidhje e nanogrimcave të argjendit ka aktivitet dukshëm më të lartë. Nëse trajtoni një fashë me këtë zgjidhje dhe e aplikoni në një plagë purulente, inflamacioni do të largohet dhe plaga do të shërohet më shpejt sesa përdorimi i antiseptikëve konvencionalë.

Koncerni vendas Nanoindustry ka zhvilluar një teknologji për prodhimin e nanogrimcave të argjendit që janë të qëndrueshme në tretësirë dhe në gjendje të përthithur. Barnat që rezultojnë kanë një spektër të gjerë veprimi antimikrobik. Kështu, u bë e mundur krijimi i një game të tërë produktesh me veti antimikrobike me ndryshime të vogla në procesin teknologjik nga prodhuesit e produkteve ekzistuese.

Nanogrimcat e argjendit mund të përdoren për të modifikuar dhe krijuar materiale të reja, veshje, dezinfektues dhe detergjentë (përfshirë pastat e dhëmbëve dhe pastat e pastrimit, pluhurat larës, sapunët) dhe kozmetikën tradicionale dhe për të krijuar materiale të reja. Veshjet dhe materialet (përbëra, tekstile, bojë dhe llak, karboni dhe të tjera) të modifikuara me nanogrimca argjendi mund të përdoren si mbrojtje parandaluese antimikrobike në vendet ku rritet rreziku i përhapjes së infeksioneve: në transport, në objektet e hotelierisë publike, në bujqësi dhe ndërtesa blegtorale, në institucionet e fëmijëve, sportive dhe mjekësore. Nanogrimcat e argjendit mund të përdoren për të pastruar ujin dhe për të vrarë patogjenët në filtrat e sistemit të ajrit të kondicionuar, pishinat, dushet dhe vende të tjera të ngjashme publike.

Produkte të ngjashme prodhohen jashtë vendit. Një kompani prodhon veshje me nanogrimca argjendi për trajtimin e inflamacionit kronik dhe plagëve të hapura.

Një lloj tjetër nanomaterialesh janë nanotubat e karbonit, të cilët kanë forcë kolosale (shih “Shkenca dhe jeta” nr. 5, 2002; nr. 6, 2003). Këto janë molekula të veçanta të polimerit cilindrikë me një diametër prej afërsisht gjysmë nanometër dhe një gjatësi deri në disa mikrometra. Ato u zbuluan për herë të parë më pak se 10 vjet më parë si nënprodukte të sintezës së fulleren C60. Sidoqoftë, pajisjet elektronike me madhësi nanometër tashmë po krijohen bazuar në nanotubat e karbonit. Pritet që në një të ardhme të parashikueshme ata të zëvendësojnë shumë elementë në qarqet elektronike të pajisjeve të ndryshme, përfshirë kompjuterët modernë.

Megjithatë, nanotubat përdoren jo vetëm në elektronikë. Tashmë ekzistojnë raketa tenisi të disponueshme në treg që janë të përforcuara me nanotuba karboni për të kufizuar përdredhjen dhe për të siguruar fuqi më të madhe goditëse. Ato përdoren edhe në disa pjesë të biçikletave sportive.

RUSIA NË TREGUN E NANOTEKNOLOGJISË

Kompania vendase Nanotechnology News Network së fundmi prezantoi një tjetër produkt të ri në Rusi - nanoveshje vetëpastruese. Mjafton të spërkatni xhamin e makinës me një tretësirë speciale që përmban nanogrimca të dioksidit të silikonit dhe papastërtia dhe uji nuk do të ngjiten në të për 50,000 km. Mbi xhami mbetet një shtresë transparente ultra e hollë, mbi të cilën thjesht nuk ka asgjë ku të ngjitet uji dhe ajo rrokulliset së bashku me papastërtitë. Para së gjithash, pronarët e rrokaqiejve u interesuan për produktin e ri - një shumë e madhe parash shpenzohen për larjen e fasadave të këtyre ndërtesave. Ka kompozime të tilla për veshjen e qeramikës, gurit, drurit dhe madje edhe veshjeve.

Duhet thënë se disa organizata ruse tashmë po performojnë me sukses në tregun ndërkombëtar të nanoteknologjisë.

Koncerni Nanoindustry, për shembull, ka në portofolin e tij një sërë produktesh nanoteknologjike të aplikueshme në fusha të ndryshme të industrisë. Bëhet fjalë për përbërjen reduktuese "RVS" dhe nanogrimca argjendi për bioteknologji dhe mjekësi, instalimi nanoteknologjik industrial "LUCH-1,2" dhe instalimi nanoteknologjik edukativ "UMKA".

Përbërja "RVS", e cila mund të mbrojë kundër konsumimit dhe të rivendosë pothuajse çdo sipërfaqe metalike të fërkimit, është përgatitur në bazë të nanogrimcave adaptive. Ky produkt ju lejon të krijoni një shtresë mbrojtëse silikate hekuri me karbon të lartë të modifikuar me trashësi 0,1-1,5 mm në zonat e fërkimit intensiv të sipërfaqeve metalike (për shembull, në çifte fërkimi në motorët me djegie të brendshme). Duke derdhur një përbërje të tillë në kaviljen e vajit, mund të harroni problemin e konsumimit të motorit për një kohë të gjatë. Gjatë funksionimit, pjesët mekanike nxehen nga fërkimi, kjo ngrohje bën që nanogrimcat metalike të ngjiten në zonat e dëmtuara. Rritja e tepërt shkakton ngrohje më të fortë dhe nanogrimcat humbasin aftësinë e tyre për t'u ngjitur. Kështu, ekuilibri ruhet vazhdimisht në njësinë e fërkimit, dhe pjesët praktikisht nuk konsumohen.

Me interes të veçantë është kompleksi i pajisjeve nanoteknologjike UMKA, i cili është i destinuar për kryerjen e punës demonstrative, kërkimore dhe laboratorike në nivelin atomo-molekular në fushën e fizikës, kimisë, biologjisë, mjekësisë, gjenetikës dhe shkencave të tjera themelore dhe të aplikuara. Për shembull, kohët e fundit ka fotografuar sipërfaqen e një DVD me një rezolucion prej 0,3 mikron, dhe ky nuk është kufiri. Teknologjia unike e punës në rryma pikoampere lejon skanimin e mostrave biologjike edhe me përçueshmëri të dobët pa depozitim paraprak metalik (zakonisht është e nevojshme që shtresa e sipërme e kampionit të jetë përçuese). "UMKA" ka qëndrueshmëri të lartë të temperaturës, duke lejuar manipulime afatgjata me grupe të veçanta atomesh dhe shpejtësi të lartë skanimi, duke lejuar vëzhgimin e proceseve të shpejta.

Fusha kryesore e aplikimit të kompleksit UMKA është trajnimi në metodat moderne praktike të punës me struktura me madhësi nano. Kompleksi UMKA përfshin: një mikroskop tuneli, një sistem mbrojtjeje nga dridhjet, një grup mostrash testimi, grupe materialesh harxhuese dhe mjete. Pajisjet përshtaten në një kasë të vogël, funksionojnë në kushte dhome dhe kushtojnë më pak se 8 mijë dollarë. Ju mund të kontrolloni eksperimentet nga një kompjuter personal i zakonshëm.

Në janar 2005, u hap dyqani i parë online rus që shet produkte nanoteknologjike. Adresa e përhershme e dyqanit në internet është www.nanobot.ru

ÇËSHTJE TË SIGURISË

Kohët e fundit u zbulua se molekulat sferike C60 të quajtura fullerene mund të shkaktojnë sëmundje serioze dhe të dëmtojnë mjedisin. Toksiciteti i fullereneve të tretshëm në ujë kur ekspozohen ndaj dy llojeve të ndryshme të qelizave njerëzore u vërtetua nga studiues nga universitetet Rice dhe Georgia (SHBA).

Profesoresha e kimisë Vicki Colvin nga Universiteti Rice dhe kolegët e tij zbuluan se kur fullerenet treten në ujë, formohen koloidet C 60, të cilat, kur ekspozohen ndaj qelizave të lëkurës së njeriut dhe qelizave të kancerit të mëlçisë, shkaktojnë vdekjen e tyre. Në të njëjtën kohë, përqendrimi i fullereneve në ujë ishte shumë i ulët: ~ 20 C 60 molekula për 1 miliard molekula uji. Në të njëjtën kohë, studiuesit treguan se toksiciteti i molekulave varet nga modifikimi i sipërfaqes së tyre.

Studiuesit sugjerojnë se toksiciteti i fullereneve të thjeshta C60 është për shkak të faktit se sipërfaqja e tyre është e aftë të prodhojë anione superokside. Këto radikale dëmtojnë membranat qelizore dhe çojnë në vdekjen e qelizave.

Colvin dhe kolegët e tij deklaruan se kjo veti negative e fullereneve mund të përdoret për mirë - për trajtimin e tumoreve të kancerit. Është e nevojshme vetëm të sqarohet në detaje mekanizmi i formimit të radikaleve të oksigjenit. Natyrisht, do të jetë e mundur të krijohen ilaçe antibakteriale super-efektive të bazuara në fullerene.

Në të njëjtën kohë, rreziku i përdorimit të fullereneve në produktet e konsumit duket mjaft real për shkencëtarët.

Me sa duket, kjo është arsyeja pse Komisioni Amerikan për Sigurinë e Ushqimit dhe Barnave (FDA) kohët e fundit njoftoi nevojën për të licencuar dhe rregulluar një gamë të gjerë produktesh (ushqime, kozmetikë, ilaçe, pajisje dhe mjekësi veterinare) të prodhuara duke përdorur nanoteknologji dhe duke përdorur nanomateriale dhe nanostruktura.

NANOTEKNOLOGJITË NEVOJËN PËR MBËSHTETJEN E QEVERISË

Fatkeqësisht, në Rusi nuk ka ende një program shtetëror për zhvillimin e nanoteknologjisë. (Në vitin 2005, programi amerikan i nanoteknologjisë, meqë ra fjala, mbushi pesë vjet.) Pa dyshim, ekzistenca e një programi të centralizuar qeveritar për zhvillimin e nanoteknologjisë do të ndihmonte shumë në zbatimin praktik të rezultateve të kërkimit. Fatkeqësisht nga burime të huaja mësojmë se në vend ka zhvillime të suksesshme në fushën e nanoteknologjisë. Për shembull, në verë, Instituti i Standardeve të SHBA-së njoftoi krijimin e orës atomike më të vogël në botë. Siç doli, një ekip rus gjithashtu punoi në krijimin e tyre.

Nuk ka asnjë program shtetëror në Rusi, por ka studiues dhe entuziastë: gjatë vitit të kaluar, Shoqëria Rinore Shkencore (YSS) ka bashkuar më shumë se 500 shkencëtarë të rinj, studentë të diplomuar dhe studentë që mendojnë për të ardhmen e vendit të tyre. Për një studim të detajuar të çështjeve të nanoteknologjisë, në shkurt 2004 u krijua kompania analitike “Nanotechnology News Network (NNN)” mbi bazën e MNO, e cila monitoron qindra burime të hapura botërore në këtë fushë dhe aktualisht ka përpunuar mbi 4500 mesazhe informacioni. nga mediat e huaja dhe ruse, artikujt dhe deklaratat për shtyp dhe komentet e ekspertëve. U krijuan faqet e internetit www.mno.ru dhe www.nanonewsnet.ru, të cilat u shikuan nga më shumë se 170,000 qytetarë të Rusisë dhe CIS.

KONKURSI I PROJEKTEVE RINOR

Në prill 2004, së bashku me shqetësimin Nanoindustry me mbështetjen e Uniastrum Bank, u mbajt me sukses konkursi i parë gjithë-rus i projekteve rinore për krijimin e nanoteknologjisë molekulare vendase, i cili zgjoi interes të madh të shkencëtarëve rusë.

Fituesit e konkursit paraqitën zhvillime të jashtëzakonshme: vendi i parë iu dha një ekipi shkencëtarësh të rinj nga Universiteti i Teknologjisë Kimike Ruse. D.I. Mendeleev nën udhëheqjen e Kandidatit të Shkencave Kimike Galina Popova, i cili krijoi materiale biomimetike (biomimetikë - imitim i strukturave ekzistuese në natyrë) për nanosensorët optikë, elektronikë molekulare dhe biomjekësi. Vendin e dytë e zuri një student i diplomuar i Universitetit Shtetëror Pedagogjik të Tashkentit. Nizami Marina Fomina, e cila zhvilloi një sistem për dërgimin e synuar të barnave në indet e sëmura, dhe i treti është një nxënës shkolle nga Tomsk Alexey Khasanov, autori i një teknologjie për krijimin e materialeve nanoqeramike me veti unike. Fituesit morën çmime të vlefshme.

Me mbështetjen e bankës, është hartuar dhe po përgatitet për botim një libër shkollor i shkencës popullore “Nanoteknologjitë për të gjithë”, i cili ka marrë vlerësime të larta nga shkencëtarët kryesorë.

Kompania NNN, e cila brenda një viti ishte bërë një agjenci analitike lider në fushën e nanoteknologjisë, në dhjetor 2004 shpalli fillimin e Konkursit të Dytë Gjith-Rus të Projekteve Rinore, sponsori i përgjithshëm i të cilit ishte përsëri Uniastrum Bank, i kënaqur me rezultatet e konkursit të parë. Përveç kësaj, këtë herë Powercom, një prodhues ndërkombëtar i furnizimeve me energji të pandërprerë, u bë gjithashtu sponsor. Revista “Shkenca dhe Jeta” merr pjesë aktive në përgatitjen dhe pasqyrimin e konkursit.

Qëllimi i konkursit është tërheqja e të rinjve të talentuar në zhvillimin e nanoteknologjisë në vendin e tyre dhe jo jashtë vendit.

Fituesi i konkursit do të marrë një laborator të nanoteknologjisë "UMKA". Fituesit e vendeve të dyta dhe të treta do të shpërblehen me laptopë modernë; Pjesëmarrësit më të mirë do të marrin një abonim falas në revistën Science and Life. Çmimet përfshijnë komplete riparimi dhe restaurimi për automjete të bazuara në nanogrimca, një abonim në revistën Universum dhe CD mujore "Bota e Nanoteknologjive".

Fokusi i projekteve është jashtëzakonisht i larmishëm: nga nanomaterialet premtuese për industrinë e automobilave dhe aviacionit te implantet dhe ndërfaqet neuroteknologjike. Materialet e detajuara të konkursit janë në faqen e internetit www.nanonewsnet.ru.

Në dhjetor 2004, konferenca e parë kushtuar përdorimit industrial të nanoteknologjisë u mbajt në qytetin Fryazino (rajoni i Moskës), ku shkencëtarët prezantuan dhjetëra zhvillime të gatshme për zbatim në prodhim. Midis tyre janë materiale të reja të bazuara në nanotuba, veshje ultra të forta, përbërje kundër fërkimit, polimere përcjellëse për elektronikë fleksibël, kondensatorë me kapacitet të lartë, etj.

Nanoteknologjia në Rusi po fiton vrull. Megjithatë, nëse kërkimi nuk koordinohet nga shteti ose një program gjithëpërfshirës federal, asgjë nuk ka të ngjarë të ndryshojë për mirë. Një libër shkollor tashmë është botuar për nanoteknologët e ardhshëm.

Markin Kirill Petrovich

Fusha e shkencës dhe teknologjisë e quajtur nanoteknologji është shfaqur relativisht kohët e fundit. Perspektivat për këtë shkencë janë të mëdha. Vetë grimca "nano" do të thotë një e miliarda e një sasie. Për shembull, një nanometër është një e miliarda e një metri. Këto madhësi janë të ngjashme me madhësitë e molekulave dhe atomeve. Përkufizimi i saktë i nanoteknologjisë është si vijon: nanoteknologjia është një teknologji që manipulon materien në nivelin e atomeve dhe molekulave (kjo është arsyeja pse nanoteknologjia quhet edhe teknologji molekulare). Shtysa për zhvillimin e nanoteknologjisë ishte një leksion i Richard Feynman, në të cilin ai dëshmon shkencërisht se nga pikëpamja e fizikës nuk ka asnjë pengesë për të krijuar sende drejtpërdrejt nga atomet. Për të përcaktuar një mjet për të manipuluar në mënyrë efektive atomet, u prezantua koncepti i një montuesi - një nanomakinë molekulare që mund të ndërtojë çdo strukturë molekulare. Një shembull i një montuesi natyror është ribozomi, i cili sintetizon proteinat në organizmat e gjallë. Natyrisht, nanoteknologjia nuk është vetëm një grup i veçantë njohurish, ajo është një fushë kërkimore në shkallë të gjerë dhe gjithëpërfshirëse që lidhet me shkencat themelore. Mund të themi se pothuajse çdo lëndë e studiuar në shkollë do të lidhet në një mënyrë ose në një tjetër me teknologjitë e së ardhmes. Më e dukshme duket të jetë lidhja midis "nano" dhe fizikës, kimisë dhe biologjisë. Me sa duket, janë këto shkenca që do të marrin shtysën më të madhe për zhvillim në lidhje me afrimin e revolucionit nanoteknologjik.

Shkarko:

Pamja paraprake:

Institucion arsimor buxhetor komunal

“Shkolla e mesme nr.2 me emrin. A.A. Arakantsev, Semikarakorsk"

Prezantimi…………………………………………………………………………………..
1. Nanoteknologjia në botën moderne…………………………………
1.1 Historia e nanoteknologjisë………………………………
1.2 Nanoteknologjitë në sfera të ndryshme të veprimtarisë njerëzore….
1.2.1 Nanoteknologjia në hapësirë………………………………………………………………
1.2.2 Nanoteknologjitë në mjekësi………………………………………….
1.2.3 Nanoteknologjia në industrinë ushqimore………………………
1.2.4 Nanoteknologjia në çështjet ushtarake………………………………………..
Përfundim………………………………………………………………
Bibliografi……………………………..................................... . ...

Prezantimi.

Aktualisht, pak njerëz e dinë se çfarë është nanoteknologjia, megjithëse e ardhmja qëndron pas kësaj shkence.

Qëllimi i punës:

Zbuloni se çfarë është nanoteknologjia;

Zbuloni aplikimin e kësaj shkence në industri të ndryshme;

Zbuloni nëse nanoteknologjia mund të jetë e rrezikshme për njerëzit.

Sot ne mund të përfitojmë nga përfitimet dhe mundësitë e rejanano teknologjitë në:

mjekësi, duke përfshirë hapësirën ajrore;
farmakologji;
geriatri;
mbrojtja e shëndetit të kombit në kontekstin e një krize mjedisore në rritje dhe fatkeqësive të shkaktuara nga njeriu;
rrjetet globale kompjuterike dhe komunikimet e informacionit mbi parimet e reja fizike;
sisteme komunikimi në distanca ultra të gjata;
pajisje automobilistike, traktori dhe aviacioni;
siguria rrugore;
sistemet e sigurisë së informacionit;
zgjidhja e problemeve mjedisore të megaqyteteve;
bujqësia;
zgjidhjen e problemeve të furnizimit me ujë të pijshëm dhe trajtimit të ujërave të zeza;
sisteme thelbësisht të reja navigimi;
rinovimi i lëndëve të para minerale dhe hidrokarbure natyrore.

Ne vendosëm të fokusohemi në aplikimin e nanoteknologjisë në mjekësi, industri ushqimore, çështje ushtarake dhe hapësirë, pasi këto fusha zgjuan interesin tonë.

1. Nanoteknologjia në botën moderne.

1.1 Historia e nanoteknologjisë.

Shkenca "Nanoteknologji" une" u ngrit për shkak të ndryshimeve revolucionare në shkencën kompjuterike!

Në vitin 1947, u shpik transistori, pas së cilës filloi lulëzimi i teknologjisë gjysmëpërçuese, gjatë së cilës madhësia e pajisjeve të krijuara të silikonit po zvogëlohej vazhdimisht.Termi "nanoteknologji"në vitin 1974, u propozua nga japonezi Noryo Taniguchi për të përshkruar procesin e ndërtimit të objekteve dhe materialeve të reja duke përdorur manipulime me atome individuale. Emri vjen nga fjala "nanometër" - një e miliarda e një metri (10-9 m).

Në terma moderne, nanoteknologjia është një teknologji për prodhimin e strukturave supermikroskopike nga grimcat më të vogla të materies, duke kombinuar të gjitha proceset teknike që lidhen drejtpërdrejt me atomet dhe molekulat.

Nanoteknologjia moderne ka një gjurmë mjaft të thellë historike. Gjetjet arkeologjike tregojnë ekzistencën e formulimeve koloidale në botën e lashtë, për shembull, "bojë kineze" në Egjiptin e Lashtë. Çeliku i famshëm i Damaskut u bë për shkak të pranisë së nanotubave në të.

Babai i idesë së nanoteknologjisë mund të konsiderohet filozofi grek Demokriti rreth vitit 400 para Krishtit. epokë, ai përdori për herë të parë fjalën "atom", që do të thotë "i pathyeshëm" në greqisht, për të përshkruar grimcën më të vogël të materies.

Këtu është një rrugë e përafërt e zhvillimit:

1905 Fizikani zviceran Albert Einstein botoi një punim në të cilin vërtetoi se madhësia e një molekule sheqeri është afërsisht 1 nanometër.
1931 Fizikanët gjermanë Max Knoll dhe Ernst Ruska krijuan një mikroskop elektronik, i cili për herë të parë bëri të mundur studimin e nanoobjekteve.
1934 Fizikani teorik amerikan dhe laureati i çmimit Nobel, Eugene Wigner, vërtetoi teorikisht mundësinë e krijimit të një metali ultradispers me një numër mjaft të vogël elektronesh përcjellëse.
1951 John von Neumann përshkroi parimet e makinave vetë-përsëritëse dhe shkencëtarët në përgjithësi konfirmuan mundësinë e tyre.
Në vitin 1953, Watson dhe Crick përshkruan strukturën e ADN-së, e cila tregoi se si objektet e gjalla përcjellin udhëzime që drejtojnë ndërtimin e tyre.
1959 Fizikani amerikan Richard Feynman botoi fillimisht një punim që vlerësonte perspektivat për miniaturizimin. Laureati i Nobelit R. Feynman shkroi një frazë që tani perceptohet si një profeci: "Me sa mund të shoh, parimet e fizikës nuk e ndalojnë manipulimin e atomeve individuale." Kjo ide u shpreh kur fillimi i epokës post-industriale nuk ishte realizuar ende; në këto vite nuk kishte qarqe të integruara, as mikroprocesorë, as kompjuterë personalë.
1974 Fizikani japonez Norio Taniguchi futi fjalën "nanoteknologji" në qarkullimin shkencor, të cilin ai propozoi të quheshin mekanizma me madhësi më të vogël se një mikron. Fjala greke "nanos" do të thotë afërsisht "plak".
1981 Gleiter ishte i pari që tërhoqi vëmendjen për mundësinë e krijimit të materialeve me veti unike, struktura e të cilave përfaqësohet nga kristalite në rangun e shkallës nano.

Më 27 mars 1981, CBS Radio News citoi një shkencëtar që punonte në NASA të thoshte se inxhinierët do të ishin në gjendje të ndërtonin robotë vetë-përsëritës brenda njëzet vjetësh, për përdorim në hapësirë ose në Tokë. Këto makina do të ndërtonin kopje të tyre dhe kopjet mund të komandoheshin për të krijuar produkte të dobishme.
1982 G. Biening dhe G. Rohrer krijuan mikroskopin e parë të tunelit me skanim.
1985 Fizikanët amerikanë Robert Curl, Harold Kroteau dhe Richard Smaily kanë krijuar teknologji që bën të mundur matjen e saktë të objekteve me një diametër prej një nanometër.
1986 Nanoteknologjia u bë e njohur për publikun e gjerë. Shkencëtari amerikan Eric Drexler botoi librin "Makinat e krijimit: Ardhja e epokës së nanoteknologjisë", në të cilin ai parashikoi se së shpejti nanoteknologjia do të fillonte të zhvillohej në mënyrë aktive.
1991, Houston (SHBA), Departamenti i Kimisë, Universiteti Rais. Në laboratorin e tij, Dr. R. Smalley (fitues i çmimit Nobel për vitin 1996) përdori një lazer për të avulluar grafitin nën vakum, faza e gazit e të cilit përbëhej nga krisur mjaft të mëdhenj: secili me 60 atome karboni. Një grup prej 60 atomesh është më i qëndrueshëm, pasi ka një rritje të energjisë së lirë. Ky grup është një formacion strukturor i ngjashëm me një top futbolli, dhe ai propozoi ta quante këtë molekulë një fullerene.
1991, një punonjës i laboratorit NEC në Japoni, Sumio Ijima, zbuloi për herë të parë nanotuba karboni, të cilat ishin parashikuar më parë disa muaj më parë nga fizikani rus L. Chernozatonsky dhe amerikani J. Mintmir.
1995 Në Institutin e Kërkimeve Shkencore të Fizikës dhe Kimisë me emrin L.Ya. Karpov zhvilloi një sensor të bazuar në një nanokompozit filmi që zbulon substanca të ndryshme në atmosferë (amoniak, alkool, avujt e ujit).
1997 Richard E. Smalley, fitues i çmimit Nobel në 1996 në kimi, profesor i kimisë dhe fizikës, parashikoi grumbullimin e atomeve deri në vitin 2000 dhe në të njëjtën kohë parashikoi shfaqjen e nanoprodukteve të para komerciale. Ky parashikim u realizua në kohën e parashikuar.
1998 Varësia e vetive elektrike të nanotubave nga parametrat gjeometrikë u konfirmua eksperimentalisht.
1998 Fizikani holandez Seez Dekker krijoi një tranzistor të bazuar në nanoteknologji.
1998 Ritmi i zhvillimit të nanoteknologjisë filloi të rritet ndjeshëm. Japonia e ka identifikuar nanoteknologjinë si një kategori të mundshme teknologjike për shekullin e 21-të.
1999 Fizikanët amerikanë James Tour dhe Mark Reed përcaktuan se një molekulë individuale mund të sillet në të njëjtën mënyrë si zinxhirët molekularë.
viti 2000. Një grup kërkimor i Hewlett-Packard ka krijuar një molekulë ndërprerës ose minikrodiodë duke përdorur metodat më të fundit të vetë-montimit nanoteknologjik.

viti 2000. Fillimi i epokës së nanoelektronikës hibride.
2002 S. Dekker kombinoi një nanotub me ADN-në, duke marrë një nanomekanizëm të vetëm.
2003 Shkencëtarët japonezë janë bërë të parët në botë që kanë krijuar një pajisje në gjendje të ngurtë që zbaton një nga dy elementët kryesorë të nevojshëm për të krijuar një kompjuter kuantik. 2004. U prezantua kompjuteri kuantik "i parë në botë".

Më 7 shtator 2006, Qeveria e Federatës Ruse miratoi konceptin e Programit Federal të Targetit për Zhvillimin e Nanoteknologjive për 2007-2010.

Kështu , e formuar historikisht, deri në momentin e sotëm, nanoteknologjia, pasi ka pushtuar zonën teorike të ndërgjegjes publike, vazhdon të depërtojë në shtresën e saj të përditshme.

Megjithatë, nanoteknologjia nuk duhet të reduktohet vetëm në një përparim revolucionar lokal në këto fusha (elektronikë, teknologji informacioni). Një numër rezultatesh jashtëzakonisht të rëndësishme janë marrë tashmë në nanoteknologji, duke na lejuar të shpresojmë për përparim të rëndësishëm në zhvillimin e shumë fushave të tjera të shkencës dhe teknologjisë (mjekësi dhe biologji, kimi, ekologji, energji, mekanikë, etj.). Për shembull, kur lëvizni në intervalin nanometër (d.m.th., në objekte me gjatësi karakteristike prej rreth 10 nm), shumë nga vetitë më të rëndësishme të substancave dhe materialeve ndryshojnë ndjeshëm. Ne po flasim për karakteristika të tilla të rëndësishme si përçueshmëria elektrike, indeksi optik i thyerjes, vetitë magnetike, forca, rezistenca ndaj nxehtësisë, etj. Bazuar në materialet Me Tashmë po krijohen lloje të reja panelesh diellore, konvertues energjie, produkte miqësore me mjedisin, etj., duke përdorur veçori të reja.Është e mundur që prodhimi i materialeve të lira, që kursejnë energji dhe miqësore me mjedisin të jetë pasoja më e rëndësishme e futjes së nanoteknologjisë.Tashmë janë krijuar sensorë biologjikë shumë të ndjeshëm dhe pajisje të tjera që na lejojnë të flasim për shfaqjen e një shkence të re të nanobioteknologjisë dhe të kemi perspektiva të mëdha për aplikim praktik. Nanoteknologjia ofron mundësi të reja për mikropërpunimin e materialeve dhe krijimin e proceseve të reja të prodhimit dhe produkteve të reja mbi këtë bazë, të cilat duhet të kenë një ndikim revolucionar në jetën ekonomike dhe sociale të brezave të ardhshëm.

1.2. Nanoteknologjitë në sfera të ndryshme të veprimtarisë njerëzore

Depërtimi i nanoteknologjisë në sferat e veprimtarisë njerëzore mund të përfaqësohet në formën e një peme nanoteknologjike. Aplikimet marrin formën e një peme, me degë që përfaqësojnë fushat kryesore të aplikimit, dhe degë nga degët kryesore që përfaqësojnë diferencimin brenda zonave kryesore të aplikimit në një kohë të caktuar.

Sot (2000 - 2010) është fotografia e mëposhtme:

shkencat biologjike përfshijnë zhvillimin e teknologjisë së etiketës së gjeneve, sipërfaqet për implantet, sipërfaqet antimikrobike, barnat e synuara, inxhinierinë e indeve, terapinë onkologjike.
fibrat e thjeshta nënkuptojnë zhvillimin e teknologjisë së letrës, materialeve të lira të ndërtimit, pllakave të lehta, pjesëve të automjeteve dhe materialeve të rënda.
nanoklipet sugjerojnë prodhimin e pëlhurave të reja, veshjen e qelqit, rërës "të zgjuar", letrës, fibrave të karbonit.
mbrojtje kundër korrozionit duke përdorur nanoaditivë për bakër, alumin, magnez, çelik.
katalizatorët janë të destinuar për përdorim në bujqësi, deodorizimin dhe prodhimin e ushqimit.
Materialet që pastrohen lehtë përdoren në jetën e përditshme, në arkitekturë, në industrinë e qumështit dhe ushqimit, në industrinë e transportit dhe në kanalizimet. Ky është prodhimi i xhamit vetëpastrues, pajisjeve dhe instrumenteve spitalore, veshjes kundër mykut dhe qeramikave që pastrohen lehtë.
Veshjet biologjike përdoren në pajisjet sportive dhe kushinetat.
Optika si fushë e aplikimit të nanoteknologjisë përfshin fusha të tilla si elektrokromika dhe prodhimi i lenteve optike. Këto janë optikë të re fotokromike, optikë të lehtë për t'u pastruar dhe optikë të veshur.
Qeramika në fushën e nanoteknologjisë bën të mundur marrjen e elektrolumineshencës dhe fotolumineshencës, pastat e printimit, pigmentet, nanopolurat, mikrogrimcat, membranat.
Teknologjia kompjuterike dhe elektronika si fushë e aplikimit të nanoteknologjisë do të nxisin zhvillimin e elektronikës, nanosensorëve, mikrokompjuterëve shtëpiake (të integruar), mjeteve të vizualizimit dhe konvertuesve të energjisë. Tjetra është zhvillimi i rrjeteve globale, komunikimeve pa tela, kompjuterëve kuantikë dhe ADN-së.
Nanomjekësia, si fushë e aplikimit të nanoteknologjisë, përfshin nanomateriale për protetikë, proteza “të zgjuara”, nanokapsula, nanosonda diagnostikuese, implante, rindërtues dhe analizues të ADN-së, instrumente “të zgjuara” dhe precize, farmaceutikë të synuar.
Hapësira si fushë e aplikimit të nanoteknologjisë do të hapë perspektiva për konvertuesit mekanoelektrikë të energjisë diellore dhe nanomaterialet për aplikime hapësinore.
Ekologjia si fushë e aplikimit të nanoteknologjisë është restaurimi i shtresës së ozonit, kontrolli i motit.

1.2.1 Nanoteknologjia në hapësirë

Një revolucion po shpërthen në hapësirë. Filluan të krijohen satelitë dhe nanopajisje deri në 20 kilogramë.

Është krijuar një sistem mikrosatelitësh, ai është më pak i prekshëm ndaj përpjekjeve për ta shkatërruar atë. Është një gjë të rrëzosh një kolos që peshon disa qindra kilogramë, apo edhe tonë, në orbitë, duke çaktivizuar menjëherë të gjitha komunikimet hapësinore ose zbulimin, dhe tjetër gjë kur ka një tufë të tërë mikrosatelitësh në orbitë. Dështimi i njërit prej tyre në këtë rast nuk do të prishë funksionimin e sistemit në tërësi. Prandaj, kërkesat për besueshmërinë operacionale të secilit satelit mund të reduktohen.

Shkencëtarët e rinj besojnë se problemet kryesore të mikrominiaturizimit satelitor përfshijnë, ndër të tjera, krijimin e teknologjive të reja në fushën e optikës, sistemet e komunikimit, metodat e transmetimit, marrjes dhe përpunimit të sasive të mëdha të informacionit. Bëhet fjalë për nanoteknologji dhe nanomateriale, të cilat bëjnë të mundur reduktimin e masës dhe dimensioneve të pajisjeve të lëshuara në hapësirë me dy shkallë madhësie. Për shembull, forca e nanonikelit është 6 herë më e lartë se ajo e nikelit konvencional, gjë që bën të mundur uljen e masës së grykës me 20-30% kur përdoret në motorët e raketave.Zvogëlimi i masës së teknologjisë hapësinore zgjidh shumë probleme: zgjat jetën e pajisjes në hapësirë, e lejon atë të fluturojë më tej dhe të mbajë pajisje më të dobishme për kërkime. Në të njëjtën kohë, problemi i furnizimit me energji është zgjidhur. Pajisjet miniaturë do të përdoren së shpejti për të studiuar shumë fenomene, për shembull, ndikimin e rrezeve diellore në proceset në Tokë dhe në hapësirën afër Tokës.

Sot, hapësira nuk është ekzotike dhe eksplorimi i saj nuk është vetëm çështje prestigji. Para së gjithash, kjo është një çështje e sigurisë kombëtare dhe konkurrencës kombëtare të shtetit tonë. Është zhvillimi i nanosistemeve shumë komplekse që mund të bëhet një avantazh kombëtar për vendin. Ashtu si nanoteknologjia, nanomaterialet do të na japin mundësinë të flasim seriozisht për fluturimet me njerëz në planetë të ndryshëm në sistemin diellor. Është përdorimi i nanomaterialeve dhe nanomekanizmave që mund të bëjë realitet fluturimet me njerëz në Mars dhe eksplorimin e sipërfaqes hënore.Një fushë tjetër jashtëzakonisht e popullarizuar e zhvillimit të mikrosatelitit është krijimi i sensorit në distancë të Tokës (ERS). Filloi të formohet një treg për konsumatorët e informacionit me një rezolucion të imazheve hapësinore prej 1 m në intervalin e radarit dhe më pak se 1 m në intervalin optik (kryesisht të dhëna të tilla përdoren në hartografi).

1.2.2 Nanoteknologjia në mjekësi

Përparimet e fundit në nanoteknologji, sipas shkencëtarëve, mund të jenë shumë të dobishme në luftën kundër kancerit. Një ilaç kundër kancerit është zhvilluar drejtpërdrejt në objektiv - në qelizat e prekura nga një tumor malinj. Një sistem i ri i bazuar në një material të njohur si biosilicon. Nanosilikon ka një strukturë poroze (dhjetë atome në diametër), në të cilën është i përshtatshëm për të futur barna, proteina dhe radionuklide. Pasi ka arritur objektivin, biosilikon fillon të shpërbëhet dhe ilaçet që ai jep fillojnë të funksionojnë. Për më tepër, sipas zhvilluesve, sistemi i ri ju lejon të rregulloni dozën e ilaçit.

Gjatë viteve të fundit, punonjësit e Qendrës për Nanoteknologji Biologjike kanë punuar në krijimin e mikrosensorëve që do të përdoren për të zbuluar qelizat e kancerit në trup dhe për të luftuar këtë sëmundje të tmerrshme.

Një teknikë e re për njohjen e qelizave kancerogjene bazohet në implantimin e rezervuarëve të vegjël sferikë të bërë nga polimere sintetike të quajtur dendrime (nga greqishtja dendron - dru) në trupin e njeriut. Këto polimere janë sintetizuar në dekadën e fundit dhe kanë një strukturë thelbësisht të re, jo të ngurtë, e cila i ngjan strukturës së koralit ose drurit. Polimere të tillë quhen të hiperdegëzuar ose kaskadë. Ato në të cilat degëzimi është i rregullt quhen dendrime. Në diametër, secila sferë e tillë, ose nanosensori, arrin vetëm 5 nanometra - 5 miliardat e një metri, gjë që bën të mundur vendosjen e miliarda nanosensorëve të ngjashëm në një zonë të vogël të hapësirës.

Pasi të hyjnë në trup, këta sensorë të vegjël do të depërtojnë në limfocitet - qelizat e bardha të gjakut që ofrojnë përgjigjen mbrojtëse të trupit kundër infeksionit dhe faktorëve të tjerë që shkaktojnë sëmundje. Gjatë përgjigjes imune të qelizave limfoide ndaj një sëmundjeje të caktuar ose gjendjes mjedisore - një ftohje ose ekspozim ndaj rrezatimit, për shembull - struktura proteinike e qelizës ndryshon. Çdo nanosensor, i veshur me reagentë të veçantë kimikë, do të fillojë të shkëlqejë me ndryshime të tilla.

Për të parë këtë shkëlqim, shkencëtarët do të krijojnë një pajisje të veçantë që skanon retinën e syrit. Lazeri i një pajisjeje të tillë duhet të zbulojë shkëlqimin e limfociteve kur ato, njëri pas tjetrit, kalojnë nëpër kapilarët e ngushtë të fundusit. Nëse ka mjaft sensorë të etiketuar në limfocite, atëherë nevojitet një skanim 15 sekondash për të zbuluar dëmtimin e qelizave, thonë shkencëtarët.

Këtu pritet ndikimi më i madh i nanoteknologjisë, pasi ajo ndikon në vetë bazën e ekzistencës së shoqërisë - njerëzit. Nanoteknologjia arrin një nivel kaq dimensional të botës fizike, ku dallimi midis të gjallëve dhe jo të gjallëve bëhet i paqëndrueshëm - këto janë makina molekulare. Edhe një virus mund të konsiderohet pjesërisht një sistem i gjallë, pasi përmban informacione për ndërtimin e tij. Por ribozomi, megjithëse përbëhet nga të njëjtat atome si e gjithë lënda organike, nuk përmban një informacion të tillë dhe për këtë arsye është vetëm një makinë molekulare organike. Nanoteknologjia në formën e saj të zhvilluar përfshin ndërtimin e nanorobotëve, makina molekulare me përbërje atomike inorganike, këto makina do të jenë në gjendje të ndërtojnë kopje të tyre, duke pasur informacione për një ndërtim të tillë. Prandaj, kufiri midis të gjallëve dhe jo të gjallëve fillon të mjegullohet. Deri më sot, është krijuar vetëm një robot primitiv i ADN-së në këmbë.

Nanomjekësia përfaqësohet nga mundësitë e mëposhtme:

1. Laboratorët në një çip, dërgimi i synuar i barnave në trup.

2. Çipat e ADN-së (krijimi i barnave individuale).

3. Enzimat dhe antitrupat artificiale.

4. Organe artificiale, polimere funksionale artificiale (zëvendësues të indeve organike). Ky drejtim është i lidhur ngushtë me idenë e jetës artificiale dhe në të ardhmen çon në krijimin e robotëve me vetëdije artificiale dhe të aftë për vetë-shërim në nivel molekular. Kjo është për shkak të zgjerimit të konceptit të jetës përtej organike

5. Kirurgët Nanorobot (biomekanizma që kryejnë ndryshime dhe veprime të nevojshme mjekësore, njohje dhe shkatërrim të qelizave kancerogjene). Ky është aplikimi më radikal i nanoteknologjisë në mjekësi - krijimi i nanorobotëve molekularë që mund të shkatërrojnë infeksionet dhe tumoret kancerogjene, të riparojnë ADN-në, indet dhe organet e dëmtuara, të dyfishojnë të gjithë sistemet e mbështetjes së jetës së trupit dhe të ndryshojnë vetitë e trupit.

Duke e konsideruar një atom të vetëm si një bllok ndërtimi ose "pjesë", nanoteknologjia po kërkon mënyra praktike për të ndërtuar materiale me karakteristika të specifikuara nga këto pjesë. Shumë kompani tashmë dinë se si të mbledhin atome dhe molekula në struktura të caktuara.

Në të ardhmen, çdo molekulë do të mblidhet si një grup ndërtimi për fëmijë. Për këtë qëllim është planifikuar të përdoren nanorobotët (nanobotët). Çdo strukturë kimikisht e qëndrueshme që mund të përshkruhet, në fakt, mund të ndërtohet. Meqenëse një nanobot mund të programohet për të ndërtuar çdo strukturë, veçanërisht për të ndërtuar një nanobot tjetër, ato do të jenë shumë të lira. Duke punuar në grupe të mëdha, nanobotët do të jenë në gjendje të krijojnë çdo objekt me kosto të ulët dhe saktësi të lartë. Në mjekësi, problemi i përdorimit të nanoteknologjisë është nevoja për të ndryshuar strukturën e qelizës në nivel molekular, d.m.th. kryejnë "kirurgji molekulare" duke përdorur nanobots. Pritet të krijohen mjekë robotë molekularë që mund të "jetojnë" brenda trupit të njeriut, duke eliminuar të gjitha dëmtimet që ndodhin, ose duke parandaluar shfaqjen e një të tillë.Duke manipuluar atomet dhe molekulat individuale, nanobotët do të jenë në gjendje të riparojnë qelizat. Periudha e parashikuar për krijimin e mjekëve robotë, gjysma e parë e shekullit të 21-të.

Pavarësisht gjendjes aktuale, nanoteknologjia, si një zgjidhje themelore për problemin e plakjes, është më se premtuese.

Kjo për faktin se nanoteknologjia ka potencial të madh për aplikim komercial në shumë industri, dhe në përputhje me rrethanat, përveç financimeve serioze të qeverisë, kërkime në këtë drejtim kryhen nga shumë korporata të mëdha.

Është shumë e mundur që pas përmirësimit për të siguruar "rininë e përjetshme", nanobotët nuk do të nevojiten më ose ato do të prodhohen nga vetë qeliza.

Për të arritur këto qëllime, njerëzimi duhet të zgjidhë tre çështje kryesore:

1. Dizajnoni dhe krijoni robotë molekularë që mund të riparojnë molekulat.
2. Dizajnoni dhe krijoni nanokompjutera që do të kontrollojnë nanommakinat.
3. Krijoni një përshkrim të plotë të të gjitha molekulave në trupin e njeriut, me fjalë të tjera, krijoni një hartë të trupit të njeriut në nivelin atomik.

Vështirësia kryesore me nanoteknologjinë është problemi i krijimit të nanobotit të parë. Ka disa drejtime premtuese.

Një prej tyre është përmirësimi i mikroskopit të tunelit të skanimit ose mikroskopit të forcës atomike dhe arritja e saktësisë së pozicionit dhe forcës së kapjes.
Një tjetër rrugë për krijimin e nanobotit të parë çon përmes sintezës kimike. Mund të jetë e mundur të projektohen dhe sintetizohen përbërës kimikë të zgjuar që mund të grumbullohen vetë në tretësirë.
Dhe një rrugë tjetër të çon përmes biokimisë. Ribozomet (brenda qelizës) janë nanobote të specializuara dhe ne mund t'i përdorim ato për të krijuar robotë më të gjithanshëm.

Këta nanobote do të jenë në gjendje të ngadalësojnë procesin e plakjes, të trajtojnë qelizat individuale dhe të ndërveprojnë me neuronet individuale.

Puna kërkimore filloi relativisht kohët e fundit, por ritmi i zbulimeve në këtë fushë është jashtëzakonisht i lartë, shumë besojnë se kjo është e ardhmja e mjekësisë.

1.2.3 Nanoteknologjia në industrinë ushqimore

Nanofood është një term i ri, i errët dhe i shëmtuar. Ushqim për nano-njerëzit? pjesë shumë të vogla? Ushqimi i bërë në nanofabrika? Sigurisht që jo. Por megjithatë, ky është një drejtim interesant në industrinë ushqimore. Rezulton se nanoushqimi është një grup i tërë idesh shkencore që tashmë janë në rrugën e zbatimit dhe aplikimit në industri. Së pari, nanoteknologjia mund t'u ofrojë prodhuesve të ushqimit mundësi unike për monitorimin total në kohë reale të cilësisë dhe sigurisë së produkteve direkt gjatë procesit të prodhimit. Po flasim për makina diagnostikuese që përdorin nanosensorë të ndryshëm ose të ashtuquajturat pika kuantike, të afta të zbulojnë shpejt dhe me besueshmëri ndotësit kimikë më të vegjël ose agjentët biologjikë të rrezikshëm në produkte. Metodat e prodhimit, transportit dhe ruajtjes së ushqimit mund të marrin pjesën e tyre të inovacioneve të dobishme nga industria e nanoteknologjisë. Sipas shkencëtarëve, makinat e para të prodhimit të këtij lloji do të shfaqen në prodhimin masiv të ushqimit në katër vitet e ardhshme. Por në rendin e ditës janë edhe ide më radikale. A jeni gati të gëlltisni nanogrimca që nuk mund të shihen? Po sikur nanogrimcat të përdoren posaçërisht për të shpërndarë substanca dhe ilaçe të dobishme në pjesë të caktuara të trupit? Po sikur nanokapsula të tilla të mund të futeshin në produktet ushqimore? Askush nuk e ka përdorur ende nanoushqimin, por zhvillimet paraprake tashmë janë duke u zhvilluar. Ekspertët thonë se nanogrimcat e ngrënshme mund të bëhen nga silikoni, qeramika ose polimeret. Dhe sigurisht - substanca organike. Dhe nëse gjithçka është e qartë në lidhje me sigurinë e të ashtuquajturave grimca "të buta", të ngjashme në strukturë dhe përbërje me materialet biologjike, atëherë grimcat "e forta" të përbëra nga substanca inorganike janë një vend i madh bosh në kryqëzimin e dy territoreve - nanoteknologjisë dhe biologjisë. . Shkencëtarët ende nuk mund të thonë se cilat rrugë do të udhëtojnë grimca të tilla në trup dhe ku do të përfundojnë. Kjo mbetet për t'u parë. Por disa ekspertë tashmë po vizatojnë fotografi futuriste të avantazheve të nanongrënësve. Përveç dhënies së lëndëve ushqyese të vlefshme në qelizat e duhura. Ideja është kjo: të gjithë blejnë të njëjtën pije, por më pas konsumatori do të jetë në gjendje të kontrollojë nanogrimcat në mënyrë që shija, ngjyra, aroma dhe përqendrimi i pijes të ndryshojnë para syve të tij.

1.2.4 Nanoteknologjia në çështjet ushtarake

Përdorimi ushtarak i nanoteknologjisë hap një nivel cilësor të ri të dominimit ushtarak-teknik në botë. Drejtimet kryesore në krijimin e armëve të reja të bazuara në nanoteknologji mund të konsiderohen:

1. Krijimi i mjeteve të reja eksplozive të fuqishme në miniaturë.

2. Shkatërrimi i makropajisjeve nga nanniveli.

3. Spiunazhi dhe shtypja e dhimbjes duke përdorur neuroteknologjinë.

4. Armët biologjike dhe nanopajisjet me shënjestrim gjenetik.

5. Nano pajisje për ushtarët.

6. Mbrojtja nga armët kimike dhe biologjike.

7. Nanopajisjet në sistemet e kontrollit të pajisjeve ushtarake.

8. Nanoveshje për pajisjet ushtarake.

Nanoteknologjia do të bëjë të mundur prodhimin e eksplozivëve të fuqishëm. Madhësia e eksplozivit mund të zvogëlohet dhjetëra herë. Një sulm nga raketa të drejtuara me nano-eksplozivë në impiantet e rigjenerimit të karburantit bërthamor mund ta privojë vendin nga aftësia fizike për të prodhuar plutonium të shkallës së armëve. Futja e pajisjeve robotike me përmasa të vogla në pajisjet elektronike mund të prishë funksionimin e qarqeve elektrike dhe mekanikës. Dështimi i qendrave të kontrollit dhe posteve komanduese nuk mund të parandalohet nëse nuk janë të izoluara nan-pajisjet. Robotët për çmontimin e materialeve në nivelin atomik do të bëhen armë të fuqishme që do të kthejnë armaturën e tankeve, strukturat e betonit të kutive të pilulave, strehimet e reaktorëve bërthamorë dhe trupat e ushtarëve në pluhur. Por kjo është ende vetëm një perspektivë për një formë të avancuar të nanoteknologjisë. Ndërkohë, po kryhen kërkime në fushën e teknologjive nervore, zhvillimi i të cilave do të çojë në shfaqjen e nanopajisjeve ushtarake që kryejnë spiunazh, ose përgjojnë kontrollin mbi funksionet e trupit të njeriut, duke përdorur një lidhje nëpërmjet nanopajisjeve me sistemi nervor. Laboratorët e NASA-s kanë krijuar tashmë mostra pune të pajisjeve për përgjimin e të folurit të brendshëm. Komponentët fotonikë në nanostrukturat, të afta për të marrë dhe përpunuar sasi të mëdha informacioni, do të bëhen baza e sistemeve të monitorimit të hapësirës, mbikëqyrjes tokësore dhe spiunazhit. Me ndihmën e nanopajisjeve të futura në tru, është e mundur të përftohet vizioni “artificial” (teknik) me një gamë të zgjeruar perceptimi, krahasuar me vizionin biologjik. Një sistem për shtypjen e dhimbjes tek ushtarët, i implantuar në trup dhe tru, dhe neurochips janë duke u zhvilluar.

Aplikimi tjetër ushtarak i nanoteknologjisë është nanopajisjet me shënjestrim gjenetik. Një nanopajisje e synuar gjenetikisht mund të programohet për të kryer veprime specifike shkatërruese në varësi të strukturës gjenetike të ADN-së së qelizës në të cilën ndodhet. Si kusht për aktivizimin e pajisjes, vendoset një seksion unik i kodit gjenetik të një personi specifik ose një shabllon për veprimet ndaj një grupi njerëzish. Do të jetë pothuajse e pamundur të dallosh një epidemi të zakonshme nga spastrimi etnik pa mjete për zbulimin e nanorobotëve. Nanopajisjet do të funksionojnë vetëm kundër një lloji të caktuar personi dhe në kushte të përcaktuara rreptësisht. Pasi të jetë në trup, nanopajisja nuk do të shfaqet në asnjë mënyrë derisa të jepet komanda e aktivizimit. Aplikimi tjetër i nanoteknologjisë është në pajisjet e ushtarëve. Propozohet të bëhet një lloj hibridi nga një person, uniforma dhe armë, elementët e të cilit do të jenë aq të ndërlidhura sa që një ushtar i pajisur plotësisht i së ardhmes mund të quhet një organizëm më vete.

Nanoteknologjia ka ofruar një zbulim të madh në prodhimin e armaturës dhe armaturës së trupit.

Pajisjet ushtarake supozohet të jenë të pajisura me një "bojë elektromekanike" të veçantë që do t'ju lejojë të ndryshoni ngjyrën dhe të parandaloni korrozionin. Nanopaint do të jetë në gjendje të "shërojë" dëmtime të vogla në trupin e makinës dhe do të përbëhet nga një numër i madh nanomekanizmash që do ta lejojnë atë të kryejë të gjitha funksionet e mësipërme. Duke përdorur një sistem matricash optike, të cilat do të jenë nanomakina të veçanta në "bojë", studiuesit duan të arrijnë efektin e padukshmërisë së një makine ose avioni.

Nanoteknologjia do të sjellë ndryshime në sferën ushtarake. Një garë e re armësh e transformuar cilësisht dhe e pakontrolluar. Kontrolli mbi nanoteknologjinë mund të ushtrohet realisht vetëm në një qytetërim global. Nanoteknologjia do të lejojë mekanizimin e plotë të luftës në terren, duke eliminuar praninë e ushtarëve të modernizuar.

Kështu, përfundimi kryesor për rezultatin e depërtimit të nanoteknologjisë në fushën e armëve është perspektiva e formimit të një shoqërie globale të aftë për të kontrolluar nanoteknologjinë dhe garën e armëve. Kjo tendencë e universalizmit përcaktohet nga racionaliteti i qytetërimit teknogjen dhe shpreh interesat dhe vlerat e tij.

konkluzioni

Duke sqaruar konceptin e nanoteknologjisë, duke përshkruar perspektivat e saj dhe duke u ndalur në rreziqet dhe kërcënimet e mundshme, do të doja të nxjerr një përfundim. Unë besoj se nanoteknologjia është një shkencë e re, rezultatet e zhvillimit të saj mund të ndryshojnë botën përreth nesh përtej njohjes. Dhe çfarë do të jenë këto ndryshime - të dobishme, duke e bërë jetën pakrahasueshme më të lehtë, apo të dëmshme, duke kërcënuar njerëzimin - varet nga mirëkuptimi dhe racionaliteti i ndërsjellë i njerëzve. Dhe mirëkuptimi dhe racionaliteti i ndërsjellë varen drejtpërdrejt nga niveli i njerëzimit, i cili presupozon përgjegjësinë e një personi për veprimet e tij. Prandaj, nevoja më e rëndësishme në vitet e fundit para “bumit” të pashmangshëm nanoteknologjik është kultivimi i filantropisë. Vetëm njerëzit inteligjentë dhe njerëzorë mund ta kthejnë nanoteknologjinë në një hap për të kuptuar Universin dhe vendin e tyre në këtë Univers.

Bibliografi

Bazat e programimit të orientuar nga objekti në Delphi: Teksti mësimor. manual / V.V. Kuznetsov, I.V. Ed. T. B. Korneeva. – ed. 3, i rishikuar dhe shtesë – Tomsk, 2008. – 120 f.
Kimmel P. Krijimi i një aplikacioni në Delphi./P. Kimel - M: Williams, 2003. - 114 f.
Kobayashi N. Hyrje në nanoteknologji/N. Kobayashi. – M.:Binom, 2005 - 134s
Chaplygin A. “nanoteknologjitë në elektronikë” / A. Chaplygin. - 2005 M.: teknosferë
http:// www.delphi.com
Pamja paraprake:
Për të përdorur pamjet paraprake të prezantimeve, krijoni një llogari Google dhe identifikohuni:

Presidenti rus Dmitry Medvedev është i bindur se vendi i ka të gjitha kushtet për zhvillimin e suksesshëm të nanoteknologjisë.

Nanoteknologjia është një drejtim i ri i shkencës dhe teknologjisë që është zhvilluar në mënyrë aktive në dekadat e fundit. Nanoteknologjitë përfshijnë krijimin dhe përdorimin e materialeve, pajisjeve dhe sistemeve teknike, funksionimi i të cilave përcaktohet nga nanostruktura, domethënë, fragmentet e renditura të saj që variojnë në madhësi nga 1 deri në 100 nanometra.

Parashtesa "nano", e cila vjen nga gjuha greke ("nanos" në greqisht - gnome), do të thotë një pjesë e miliardë. Një nanometër (nm) është një e miliarda e një metri.

Termi "nanoteknologji" u krijua në 1974 nga Norio Taniguchi, një shkencëtar i materialeve në Universitetin e Tokios, i cili e përkufizoi atë si "një teknologji prodhimi që mund të arrijë saktësi ultra të lartë dhe dimensione ultra të vogla...në rendin 1. nm...” .

Në literaturën botërore, nanoshkenca dallohet qartë nga nanoteknologjia. Termi shkencë në shkallë nano përdoret gjithashtu për nanoshkencën.

Në gjuhën ruse dhe në praktikën e legjislacionit dhe dokumenteve rregullatore ruse, termi "nanoteknologji" kombinon "nanoshkencë", "nanoteknologji" dhe ndonjëherë edhe "nanoindustri" (fushat e biznesit dhe prodhimit ku përdoren nanoteknologjitë).

Komponentët më të rëndësishëm të nanoteknologjisë janë nanomateriale, domethënë materiale, vetitë funksionale të pazakonta të të cilave përcaktohen nga struktura e renditur e nanofragmenteve të tyre që variojnë në madhësi nga 1 deri në 100 nm.

- struktura nanoporoze;
- nanogrimca;
- nanotuba dhe nanofibra
- nanodispersionet (koloidet);
- sipërfaqe dhe filma me nanostrukturë;
- nanokristalet dhe nanoklusteret.

Teknologjia e nanosistemit- sisteme dhe pajisje të plota funksionalisht të krijuara tërësisht ose pjesërisht në bazë të nanomaterialeve dhe nanoteknologjive, karakteristikat e të cilave janë rrënjësisht të ndryshme nga ato të sistemeve dhe pajisjeve për qëllime të ngjashme të krijuara duke përdorur teknologjitë tradicionale.

Fushat e aplikimit të nanoteknologjisë

Është pothuajse e pamundur të renditen të gjitha fushat në të cilat kjo teknologji globale mund të ndikojë ndjeshëm në përparimin teknologjik. Mund të përmendim vetëm disa prej tyre:

- elemente të nanoelektronikës dhe nanofotonikës (tranzistorë gjysmëpërçues dhe lazer;
- fotodetektorë; Qeliza diellore; sensorë të ndryshëm);
- pajisje ultra të dendura për regjistrimin e informacionit;
- teknologjitë e telekomunikacionit, informacionit dhe informatikës; superkompjutera;
- pajisje video - ekrane të sheshta, monitorë, video projektorë;
- pajisje elektronike molekulare, duke përfshirë çelësat dhe qarqet elektronike në nivel molekular;
- nanolithografi dhe nanoimprinting;
- qelizat e karburantit dhe pajisjet e ruajtjes së energjisë;
- pajisje të mikro- dhe nanomekanikës, duke përfshirë motorët molekularë dhe nanomotorët, nanorobotët;
- nanokimi dhe kataliza, duke përfshirë kontrollin e djegies, veshjen, elektrokiminë dhe farmaceutikën;
- aplikimet e aviacionit, hapësirës dhe mbrojtjes;
- pajisjet e monitorimit të mjedisit;
- dërgimi i synuar i barnave dhe proteinave, biopolimereve dhe shërimi i indeve biologjike, diagnostikimi klinik dhe mjekësor, krijimi i muskujve artificialë, kockat, implantimi i organeve të gjalla;
- biomekanikë; gjenomika; bioinformatikë; bioinstrumentacion;
- regjistrimi dhe identifikimi i indeve kancerogjene, patogjenëve dhe agjentëve biologjikisht të dëmshëm;
- siguria në bujqësi dhe prodhim ushqimor.

Kompjuterë dhe mikroelektronikë

Nanokompjuter- një pajisje llogaritëse e bazuar në teknologji elektronike (mekanike, biokimike, kuantike) me madhësi elementesh logjike në rendin e disa nanometrave. Vetë kompjuteri, i zhvilluar në bazë të nanoteknologjisë, ka gjithashtu dimensione mikroskopike.

Kompjuter i ADN-së- një sistem kompjuterik që përdor aftësitë llogaritëse të molekulave të ADN-së. Llogaritja biomolekulare është një emër kolektiv për teknika të ndryshme që lidhen në një mënyrë ose në një tjetër me ADN-në ose ARN-në. Në llogaritjen e ADN-së, të dhënat përfaqësohen jo në formën e zerove dhe njësheve, por në formën e një strukture molekulare të ndërtuar mbi bazën e spirales së ADN-së. Roli i softuerit për leximin, kopjimin dhe menaxhimin e të dhënave kryhet nga enzima speciale.

Mikroskop i forcës atomike- një mikroskop sondë skanimi me rezolucion të lartë i bazuar në ndërveprimin e një gjilpëre konsol (sondë) me sipërfaqen e kampionit në studim. Ndryshe nga një mikroskop tunelues skanues (STM), ai mund të ekzaminojë si sipërfaqet përçuese ashtu edhe ato jopërçuese edhe përmes një shtrese lëngu, gjë që bën të mundur punën me molekulat organike (ADN). Rezolucioni hapësinor i një mikroskopi të forcës atomike varet nga madhësia e konsolit dhe lakimi i majës së tij. Rezolucioni arrin atomike horizontalisht dhe dukshëm e tejkalon atë vertikalisht.

Antena-oshilator- Më 9 shkurt 2005, në laboratorin e Universitetit të Bostonit u mor një antenë-oscilator me përmasa rreth 1 mikron. Kjo pajisje ka 5000 milionë atome dhe është e aftë të lëkundet në një frekuencë prej 1.49 gigahertz, gjë që i lejon asaj të transmetojë sasi të mëdha informacioni.

Nanomjekësia dhe industria farmaceutike

Një drejtim në mjekësinë moderne bazuar në përdorimin e vetive unike të nanomaterialeve dhe nanoobjekteve për të gjurmuar, projektuar dhe modifikuar sistemet biologjike njerëzore në nivelin nanomolekular.

Nanoteknologjia e ADN-së- të përdorin baza specifike të ADN-së dhe molekulave të acidit nukleik për të krijuar struktura të përcaktuara qartë mbi bazën e tyre.

Sinteza industriale e molekulave të barnave dhe e preparateve farmakologjike të një forme të përcaktuar qartë (bis-peptide).

Në fillim të vitit 2000, përparimet e shpejta në teknologjinë e nanogrimcave i dhanë shtysë zhvillimit të një fushe të re të nanoteknologjisë: nanoplazmonikë. Doli të ishte e mundur të transmetohej rrezatimi elektromagnetik përgjatë një zinxhiri nanogrimcash metalike duke përdorur ngacmimin e lëkundjeve të plazmonit.

Robotika

Nanorobotët- robotë të krijuar nga nanomateriale dhe të krahasueshëm në madhësi me një molekulë, me funksione të lëvizjes, përpunimit dhe transmetimit të informacionit dhe ekzekutimit të programeve. Nanorobotët të aftë për të krijuar kopje të vetvetes, d.m.th. vetëriprodhimi quhen replikatorë.

Aktualisht, tashmë janë krijuar nanopajisje elektromekanike me lëvizshmëri të kufizuar, të cilat mund të konsiderohen prototipe të nanorobotëve.

Rotorët molekularë- motorë sintetikë me madhësi nano të aftë për të gjeneruar çift rrotullues kur u aplikohet energji e mjaftueshme.

Vendi i Rusisë në mesin e vendeve që zhvillojnë dhe prodhojnë nanoteknologji

Liderët botërorë për sa i përket investimeve totale në nanoteknologji janë vendet e BE-së, Japonia dhe SHBA. Së fundmi, Rusia, Kina, Brazili dhe India kanë rritur ndjeshëm investimet në këtë industri. Në Rusi, shuma e financimit në kuadër të programit "Zhvillimi i infrastrukturës së nanoindustrisë në Federatën Ruse për 2008 - 2010" do të arrijë në 27.7 miliardë rubla.

Raporti i fundit (2008) nga firma kërkimore me bazë në Londër, Cientifica, i quajtur Raporti i Perspektivës së Nanoteknologjisë, përshkruan fjalë për fjalë investimet ruse si më poshtë: “Megjithëse BE-ja ende renditet e para për sa i përket investimeve, Kina dhe Rusia kanë kaluar tashmë Shtetet e Bashkuara. ”

Ka fusha në nanoteknologji ku shkencëtarët rusë u bënë të parët në botë, pasi morën rezultate që hodhën themelet për zhvillimin e tendencave të reja shkencore.

Midis tyre janë prodhimi i nanomaterialeve ultradisperse, dizajnimi i pajisjeve me një elektron, si dhe puna në fushën e forcës atomike dhe mikroskopisë së sondës skanuese. Vetëm në një ekspozitë të veçantë të mbajtur në kuadër të Forumit XII Ekonomik të Shën Petersburgut (2008), u prezantuan 80 zhvillime specifike njëherësh.

Rusia tashmë prodhon një sërë nanoproduktesh që janë të kërkuara në treg: nanomembrana, nanopluhura, nanotuba. Megjithatë, sipas ekspertëve, në komercializimin e zhvillimeve nanoteknologjike Rusia mbetet pas Shteteve të Bashkuara dhe vendeve të tjera të zhvilluara me dhjetë vjet.

Materiali u përgatit në bazë të informacionit nga burime të hapura

Ministria e Arsimit dhe Shkencës e Federatës Ruse

Institucion arsimor komunal

shkolla gjithëpërfshirëse – internat nr. 1 e mesme (e plotë)

arsim i përgjithshëm në Tomsk

ABSTRAKT

në këtë temë: Nanoteknologjia në botën moderne

Kryhet: Nxënës i klasës 8

Sakhnenko Maria

Mbikëqyrësi: Pakhorukova D.P.

Mësues i fizikës

Tomsk 2010

PREZANTIMI

Aktualisht, pak njerëz e dinë se çfarë është nanoteknologjia, megjithëse e ardhmja qëndron pas kësaj shkence. Qëllimi kryesor i punës sime është njohja me nanoteknologjinë. Gjithashtu dua të zbuloj aplikimin e kësaj shkence në industri të ndryshme dhe të zbuloj nëse nanoteknologjia mund të jetë e rrezikshme për njerëzit.

1. NANOTEKNOLOGJIA NË BOTËN MODERNE

1.1.Historia e shfaqjes së nanoteknologjisë

Gjyshi i nanoteknologjisë mund të konsiderohet filozofi grek Demokriti. Ai fillimisht përdori fjalën "atom" për të përshkruar grimcën më të vogël të materies. Për më shumë se njëzet shekuj, njerëzit janë përpjekur të depërtojnë në sekretin e strukturës së kësaj grimce. Zgjidhja e këtij problemi, e pamundur për shumë breza fizikanësh, u bë e mundur në gjysmën e parë të shekullit të njëzetë pas krijimit të një mikroskopi elektronik nga fizikanët gjermanë Max Knoll dhe Ernst Ruska, i cili për herë të parë bëri të mundur studimin e nanoobjekteve. .

Shumë burime, kryesisht ato në gjuhën angleze, e lidhin përmendjen e parë të metodave që më vonë do të quheshin nanoteknologji me fjalimin e famshëm të Richard Feynman "There's Plenty of Roo at the Bottom", bërë prej tij në vitin 1959 në Institutin e Teknologjisë në Kaliforni në takimin vjetor. të Shoqatës Amerikane të Fizikës. Richard Feynman sugjeroi se ishte e mundur të lëvizeshin mekanikisht atome të vetme duke përdorur një manipulues të madhësisë së duhur, të paktën një proces i tillë nuk do të binte ndesh me ligjet e fizikës të njohura sot.

Ai sugjeroi ta bëni këtë manipulues në mënyrën e mëposhtme. Është e nevojshme të ndërtohet një mekanizëm që do të krijonte një kopje të vetvetes, vetëm një rend të madhësisë më të vogël. Mekanizmi më i vogël i krijuar duhet përsëri të krijojë një kopje të vetvetes, përsëri një rend të madhësisë më të vogël, e kështu me radhë derisa dimensionet e mekanizmit të jenë në përpjesëtim me dimensionet e rendit të një atomi. Në këtë rast, do të jetë e nevojshme të bëhen ndryshime në strukturën e këtij mekanizmi, pasi forcat gravitacionale që veprojnë në makrokozmos do të kenë gjithnjë e më pak ndikim, dhe forcat e ndërveprimeve ndërmolekulare do të ndikojnë gjithnjë e më shumë në funksionimin e mekanizmit. Faza e fundit - mekanizmi që rezulton do të mbledhë kopjen e tij nga atomet individuale. Në parim, numri i kopjeve të tilla është i pakufizuar, do të jetë e mundur të krijohet një numër arbitrar i makinave të tilla në një kohë të shkurtër. Këto makina do të jenë në gjendje të montojnë makro-gjëra në të njëjtën mënyrë, me montim atomik. Kjo do t'i bëjë gjërat shumë më të lira - robotëve të tillë (nanorobotëve) do t'ju duhet t'u jepet vetëm numri i nevojshëm i molekulave dhe energjisë, dhe të shkruajnë një program për të mbledhur artikujt e nevojshëm. Deri më tani, askush nuk ka mundur ta hedhë poshtë këtë mundësi, por askush nuk ka arritur ende të krijojë mekanizma të tillë. Disavantazhi themelor i një roboti të tillë është pamundësia e krijimit të një mekanizmi nga një atom.

Kështu e përshkroi R. Feynman manipulatorin e tij të supozuar:

mendoj per duke krijuar një sistem të kontrolluar elektrik , në të cilin "robotët e shërbimit" të prodhuar në mënyrë konvencionale përdoren në formën e kopjeve të "duart" të operatorit të reduktuara me katër herë. Mikro-mekanizma të tillë do të jenë në gjendje të kryejnë lehtësisht operacione në një shkallë të reduktuar. E kam fjalën për robotë të vegjël të pajisur me motorë servo dhe "krahë" të vegjël që mund të shtrëngojnë bulonat dhe dadot po aq të vogla, të hapin vrima shumë të vogla, etj. Me pak fjalë, ata do të jenë në gjendje të bëjnë të gjithë punën në shkallën 1:4. Për ta bërë këtë, natyrisht, mekanizmat e nevojshëm, mjetet dhe krahët manipulues duhet së pari të bëhen në një të katërtën e madhësisë së zakonshme (në fakt, është e qartë se kjo nënkupton zvogëlimin e të gjitha sipërfaqeve të kontaktit me një faktor prej 16). Në fazën përfundimtare, këto pajisje do të pajisen me servo motorë (me fuqi 16 herë të reduktuar) dhe do të lidhen me një sistem konvencional të kontrollit elektrik. Pas kësaj, do të mund të përdorni krahë manipulues që janë 16 herë më të vegjël! Shtrirja e aplikimit të mikrorobotëve të tillë, si dhe mikromakinave, mund të jetë mjaft e gjerë - nga operacionet kirurgjikale deri te transportimi dhe përpunimi i materialeve radioaktive. Shpresoj që parimi i programit të propozuar, si dhe problemet e papritura dhe mundësitë emocionuese që lidhen me të, të jenë të qarta. Për më tepër, mund të mendoni për mundësinë e një reduktimi të mëtejshëm të ndjeshëm të shkallës, i cili, natyrisht, do të kërkojë ndryshime dhe modifikime të mëtejshme të dizajnit (nga rruga, në një fazë të caktuar, mund t'ju duhet të braktisni "duart" e formës së zakonshme ), por do të bëjë të mundur prodhimin e pajisjeve të reja, shumë më të avancuara të llojit të përshkruar. Asgjë nuk ju pengon të vazhdoni këtë proces dhe të krijoni sa më shumë makina të vogla që dëshironi, pasi nuk ka kufizime në lidhje me vendosjen e makinerive apo konsumin e tyre material. Vëllimi i tyre do të jetë gjithmonë shumë më i vogël se vëllimi i prototipit. Është e lehtë të llogaritet se vëllimi i përgjithshëm prej 1 milion makinash i reduktuar me 4000 herë (dhe për rrjedhojë masa e materialeve të përdorura për prodhim) do të jetë më pak se 2% e vëllimit dhe peshës së një makinerie konvencionale me dimensione normale. Është e qartë se kjo e largon menjëherë problemin e kostos së materialeve. Në parim, do të ishte e mundur të organizoheshin miliona fabrika identike në miniaturë, në të cilat makineritë e vogla do të bënin vazhdimisht vrima, pjesë stampuese, etj. Ndërsa bëhemi më të vegjël, do të ndeshemi vazhdimisht me fenomene fizike shumë të pazakonta. Gjithçka që hasni në jetë varet nga faktorë të shkallës së gjerë. Përveç kësaj, ekziston edhe problemi i "ngjitjes së bashku" të materialeve nën ndikimin e forcave të ndërveprimit ndërmolekular (të ashtuquajturat forcat van der Waals), të cilat mund të çojnë në efekte që janë të pazakonta në një shkallë makroskopike. Për shembull, një arrë nuk do të ndahet nga një bulon pasi të zhvidhosohet dhe në disa raste do të "ngjitet" fort në sipërfaqe etj. Ka disa probleme fizike të këtij lloji që duhen mbajtur parasysh gjatë projektimit dhe ndërtimit të mekanizmave mikroskopikë.

1.2. Çfarë është nanoteknologjia

Duke u shfaqur kohët e fundit, nanoteknologjia po hyn gjithnjë e më shumë në fushën e kërkimit shkencor, dhe prej saj - në jetën tonë të përditshme. Zhvillimet e shkencëtarëve gjithnjë e më shumë kanë të bëjnë me objektet e mikrobotës, atomet, molekulat dhe zinxhirët molekularë. Nanoobjektet e krijuara artificialisht vazhdimisht befasojnë studiuesit me vetitë e tyre dhe premtojnë perspektivat më të papritura për zbatimin e tyre.

Njësia bazë e matjes në kërkimin e nanoteknologjisë është nanometri - një e miliarda e metrit. Molekulat dhe viruset, dhe tani edhe elementet e çipave kompjuterikë të gjeneratës së re, maten në njësi të tilla. Është në shkallën nano që ndodhin të gjitha proceset themelore fizike që përcaktojnë makrondërveprimet.

Vetë natyra e shtyn njeriun në idenë e krijimit të nano-objekteve. Çdo bakter, në fakt, është një organizëm i përbërë nga nanomakina: ADN-ja dhe ARN-ja kopjojnë dhe transmetojnë informacion, ribozomet formojnë proteina nga aminoacidet, mitokondritë prodhojnë energji. Natyrisht, në këtë fazë të zhvillimit të shkencës, shkencëtarëve u shkon mendja të kopjojnë dhe përmirësojnë këto dukuri.

Institucioni arsimor komunal "Liceu Humanitar dhe Pedagogjik"

Nanoteknologji për nxënësit e shkollave

Plotësuar nga: Sagaidachnaya Anastasia, klasa 10 "B".

Hyrje________________________________________________________________________________3

Historia e nanoteknologjisë________________________________________________________________4

Mjetet e nanoteknologjisë________________________________________________10

Misteret e nanobotës________________________________________________________________25

Nanoteknologjia dhe mjekësia________________________________________________________________36

Nanoteknologjitë në jetën e përditshme dhe në industri________________________________________________42

Për ata që duan të lidhin të ardhmen me nanoteknologjinë________________________________________________52

Referencat________________________________________________________________56

Prezantimi

Aeroplanët, raketat, televizorët dhe kompjuterët ndryshuan botën rreth nesh në shekullin e 20-të. Shkencëtarët argumentojnë se në shekullin e ardhshëm 21, thelbi i revolucionit të ri teknik do të jenë materialet, ilaçet, pajisjet, pajisjet e komunikimit dhe shpërndarjes të bëra duke përdorur nanoteknologjinë.

E përkthyer nga greqishtja, fjala "nano" do të thotë xhuxh. Një nanometër (nm) është një e miliarda e një metri (10 -9 m). Një nanometër është shumë, shumë i vogël. Një nanometër është i njëjti numër herë më i vogël se një metër sa trashësia e një gishti është më e vogël se diametri i Tokës. Shumica e atomeve kanë një diametër prej 0,1 deri në 0,2 nm, dhe trashësia e vargjeve të ADN-së është rreth 2 nm. Diametri i rruazave të kuqe të gjakut është 7000 nm dhe trashësia e qimeve të njeriut është 80000 nm.

Para syve tanë, fantashkenca po bëhet realitet - po bëhet e mundur lëvizja e atomeve individuale dhe bashkimi i tyre, si kube, në pajisje dhe mekanizma me përmasa jashtëzakonisht të vogla dhe për këtë arsye të padukshme për syrin e zakonshëm. Nanoteknologjia, duke përdorur përparimet më të fundit në fizikë, kimi dhe biologji, nuk është vetëm një hap sasior, por një kërcim cilësor nga puna me materien tek manipulimi i atomeve individuale.

Historia e shfaqjes dhe zhvillimit të nanoteknologjisë

Richard Feynman - profeti i revolucionit të nanoteknologjisë

Ideja se mund të jetë e mundur të mblidhen pajisje dhe të punohet me objekte që janë në shkallë nano u propozua për herë të parë në një fjalim të vitit 1959 nga fituesi i çmimit Nobel Richard Feynman në Caltech ("Ka shumë vend atje poshtë!"). Fjala "poshtë" në titullin e leksionit do të thoshte "një botë me dimensione shumë të vogla". Pastaj Feynman tha se një ditë, për shembull, në vitin 2000, njerëzit do të pyesin veten pse shkencëtarët në gjysmën e parë të shekullit të 19-të kaluan nëpër këtë gamë madhësish në shkallë nano, duke përqendruar të gjitha përpjekjet e tyre në studimin e atomit dhe bërthamës atomike. Sipas Feynman, njerëzit jetuan për një kohë shumë të gjatë pa vënë re se pranë tyre jetonte një botë e tërë objektesh, të cilat ishin të pamundura për t'u parë. Epo, nëse nuk i shihnim këto objekte, atëherë nuk mund të punonim me to.

Sidoqoftë, ne vetë përbëhemi nga pajisje që kanë mësuar në mënyrë të përsosur të punojnë me nano-objekte. Këto janë qelizat tona - blloqet ndërtuese që përbëjnë trupin tonë. Qeliza punon me nanoobjekte gjatë gjithë jetës së saj, duke mbledhur molekula të substancave komplekse nga atome të ndryshme. Pasi ka mbledhur këto molekula, qeliza i vendos ato në pjesë të ndryshme - disa përfundojnë në bërthamë, të tjera në citoplazmë dhe të tjera në membranë. Imagjinoni mundësitë që do të hapen për njerëzimin nëse zotëron të njëjtën nanoteknologji që çdo qelizë njerëzore tashmë zotëron.

Feynman përshkruan pasojat e revolucionit të nanoteknologjisë për kompjuterët. "Nëse, për shembull, diametri i telave lidhës varion nga 10 në 100 atome, atëherë madhësia e çdo qarku nuk do të kalojë disa mijëra angstromë. Të gjithë ata që janë të lidhur me teknologjinë kompjuterike i dinë mundësitë që premton zhvillimi dhe ndërlikimi i saj. Nëse numri i elementeve të përdorur rritet me miliona herë, aftësitë e kompjuterëve do të zgjerohen ndjeshëm. Ata do të mësojnë të arsyetojnë, të analizojnë përvojën dhe të llogaritin veprimet e tyre, të gjejnë metoda të reja llogaritëse, etj. Një rritje në numrin e elementeve do të çojë në ndryshime të rëndësishme cilësore në karakteristikat e kompjuterit."

Pasi thirri shkencëtarët në nanobotën, Feynman paralajmëron menjëherë për pengesat që i presin atje, duke përdorur shembullin e prodhimit të një mikromakine me gjatësi vetëm 1 mm. Meqenëse pjesët e një makine të zakonshme janë bërë me një saktësi 10 -5 m, pjesët e një mikromakine duhet të bëhen me një saktësi 4000 herë më të lartë, d.m.th. 2.5. 10 -9 m Kështu, përmasat e pjesëve të mikromakinës duhet të korrespondojnë me ato të llogaritura me një saktësi prej ± 10 shtresash.

Nanobota nuk është vetëm plot pengesa dhe probleme. Një lajm i mirë na pret në nanobotën - të gjitha pjesët e nanobotës rezultojnë të jenë shumë të qëndrueshme. Kjo ndodh për faktin se masa e nanoobjekteve zvogëlohet në përpjesëtim me fuqinë e tretë të madhësisë së tyre, dhe sipërfaqja e tyre tërthore - në proporcion me fuqinë e dytë. Kjo do të thotë që ngarkesa mekanike në secilin element të objektit - raporti i peshës së elementit me zonën e tij të prerjes kryq - zvogëlohet në proporcion me madhësinë e objektit. Kështu, një nanonotable i reduktuar proporcionalisht ka nanokëzë që janë një miliard herë më të trasha se sa është e nevojshme.

F Einman besonte se një person mund të zotëronte lehtësisht nanobotën nëse krijonte një makinë robotike të aftë për të bërë një kopje më të vogël por të zbatueshme të vetvetes. Le të mësojmë, për shembull, se si të bëjmë një robot që mund të krijojë një kopje të tij të reduktuar 4 herë pa pjesëmarrjen tonë. Atëherë ky robot i vogël do të mund të bëjë një kopje të origjinalit, të reduktuar me 16 herë, etj. Është e qartë se gjenerata e 10-të e robotëve të tillë do të krijojë robotë, dimensionet e të cilëve do të jenë miliona herë më të vogla se ato origjinale (shih Fig. 3).

Figura 3. Ilustrimi i konceptit të R. Feynman, i cili propozoi një nga algoritmet për mënyrën se si mund të hyni në nanobotë - robotët në mënyrë autonome bëjnë kopje më të vogla të vetes. Përshtatur nga Scientific American, 2001, shtator, f. 84.

Natyrisht, ndërsa zvogëlojmë përmasat, do të ndeshemi vazhdimisht me fenomene fizike shumë të pazakonta. Pesha e parëndësishme e pjesëve të nanorobotit do të çojë në faktin se ato do të ngjiten me njëra-tjetrën nën ndikimin e forcave të ndërveprimit ndërmolekular, dhe, për shembull, një arrë nuk do të ndahet nga një rrufe në qiell pas heqjes. Sidoqoftë, ligjet e fizikës të njohura për ne nuk e ndalojnë krijimin e objekteve "atom për atom". Manipulimi i atomeve është, në parim, mjaft real dhe nuk shkel asnjë ligj të natyrës. Vështirësitë praktike të zbatimit të tij janë vetëm për faktin se ne vetë jemi objekte shumë të mëdha dhe të rënda, si rezultat i të cilave është e vështirë për ne të kryejmë manipulime të tilla.

Për të stimuluar disi krijimin e mikro-objekteve, Feynman premtoi të paguante 1000 dollarë për këdo që mund të ndërtonte një motor elektrik me përmasa 1/64 inç (1 inç »2,5 cm). Dhe shumë shpejt u krijua një mikromotor i tillë (shih Fig. 4). Që nga viti 1993, Çmimi Feynman jepet çdo vit për arritje të jashtëzakonshme në fushën e nanoteknologjisë.

Figura 4. Në foton (a) R. Feynman (djathtas) ekzaminon me mikroskop mikromotorin e bërë, me përmasa 380 mikron, të paraqitur në figurën djathtas. Fotografia (b) më sipër tregon kokën e një kunj.

Në leksionin e tij, Feynman foli edhe për perspektivat e nanokimisë. Tani kimistët përdorin teknika komplekse dhe të ndryshme për të sintetizuar substanca të reja. Pasi fizikanët krijojnë pajisje që mund të manipulojnë atomet individuale, shumë metoda të sintezës tradicionale kimike mund të zëvendësohen nga teknikat e "montimit atomik". Në të njëjtën kohë, siç besonte Feynman, fizikantët, në parim, mund të mësojnë vërtet të sintetizojnë çdo substancë bazuar në një formulë kimike të shkruar. Kimistët do të urdhërojnë sintezën, dhe fizikantët thjesht do t'i "rregullojnë" atomet në rendin e propozuar. Zhvillimi i teknikave të manipulimit në nivelin atomik do të zgjidhë shumë probleme në kimi dhe biologji.

Makinat e krijimit nga E. Drexler

Nanoteknologjia u bë një fushë e shkencës më vete dhe u bë një projekt teknik afatgjatë pas analizave të hollësishme nga shkencëtari amerikan Eric Drexler në fillim të viteve 1980 dhe botimit të librit të tij Motorët e krijimit: Epoka e ardhshme e nanoteknologjisë.

Kështu fillon libri i tij. “QYNDYRI dhe DIAMANTET, rëra dhe çipat e kompjuterit, kanceri dhe indet e shëndetshme - gjatë historisë, në varësi të renditjes së atomeve, u ngritën të lira apo të çmuara, të sëmura apo të shëndetshme. Të renditur në të njëjtën mënyrë, atomet përbëjnë tokën, ajrin dhe ujin; të porositura nga një tjetër, ato përbëjnë luleshtrydhe të pjekura. Të rregulluar në një mënyrë, ato formojnë shtëpi dhe ajër të pastër; urdhëruar nga të tjerët, ato formojnë hi dhe tym.

Aftësia jonë për të rregulluar atomet është në qendër të teknologjisë. Ne kemi arritur shumë në aftësinë tonë për të rregulluar atomet, nga mprehja e strallit për majat e shigjetave deri te përpunimi i aluminit për anijen kozmike. Ne jemi krenarë për teknologjinë tonë, ilaçet tona që shpëtojnë jetë dhe kompjuterët tanë desktop. Megjithatë, anijet tona kozmike janë ende të papërpunuara, kompjuterët tanë janë ende budallenj, dhe molekulat në indet tona janë ende të çrregulluara gradualisht, duke shkatërruar së pari shëndetin dhe më pas vetë jetën. Me gjithë suksesin tonë në renditjen e atomeve, ne ende përdorim metoda primitive të renditjes. Me teknologjinë tonë aktuale, ne jemi ende të detyruar të manipulojmë grupe të mëdha atomesh të kontrolluara keq.

Por ligjet e natyrës ofrojnë shumë mundësi për përparim dhe presioni i konkurrencës globale na shtyn gjithmonë përpara. Për mirë apo për keq, përparimi më i madh teknologjik në histori është përpara nesh.”

Sipas përkufizimit të Drexler, nanoteknologjia është "një teknologji e pritshme prodhimi e fokusuar në prodhimin me kosto të ulët të pajisjeve dhe substancave me një strukturë atomike të paracaktuar". Shumë ekspertë besojnë se gjatë 50 viteve të ardhshme, shumë pajisje do të bëhen aq të vogla sa një mijë prej këtyre nanommakinave mund të përshtaten lehtësisht në zonën e zënë nga pika në fund të kësaj fjalie. Për të montuar nanomakinat, ju nevojiten:

(1) mësoni të punoni me atome të vetme - merrini dhe vendosini në vendin e duhur.

(2) zhvilloni montues - nanopajisje që mund të punojnë me atome të vetme në mënyrën e shpjeguar në (1), duke përdorur programe të shkruara nga një person, por pa pjesëmarrjen e tij. Meqenëse çdo manipulim i një atomi kërkon një kohë të caktuar, dhe ka shumë atome, shkencëtarët vlerësojnë se është e nevojshme të prodhohen miliarda apo edhe triliona nanomontues të tillë në mënyrë që procesi i montimit të mos marrë shumë kohë.

(3) zhvillojnë replikatorët - pajisje që do të prodhoheshin nga nanomontuesit, sepse ato do të duhet të bëhen shumë, shumë.

Do të kalojnë vite përpara se të shfaqen nanomontuesit dhe replikatorët, por pamja e tyre duket pothuajse e pashmangshme. Për më tepër, çdo hap përgjatë kësaj rruge do ta bëjë tjetrin më real. Hapat e parë drejt krijimit të nanomakinave tashmë janë ndërmarrë. Këto janë "inxhinieria gjenetike" dhe "bioteknologjia".

Makinat shëruese

E. Drexler propozoi përdorimin e nanommakinave për trajtimin e njerëzve. Trupi i njeriut përbëhet nga molekula dhe njerëzit sëmuren dhe plaken sepse shfaqen molekula "të panevojshme" dhe ulet përqendrimi i atyre "të nevojshme" ose ndryshon struktura e tyre. Si rezultat i kësaj, njerëzit vuajnë. Asgjë nuk e pengon një person të shpikë nanomakina të afta për të riorganizuar atomet në molekula "të prishura" ose për t'i ribashkuar ato. Është e qartë se nanomakina të tilla mund të revolucionarizojnë mjekësinë.

Në të ardhmen, do të krijohen nanomakinat (nanorobotët), të përshtatura për të depërtuar në një qelizë të gjallë, për të analizuar gjendjen e saj dhe, nëse është e nevojshme, për ta "trajtuar" duke ndryshuar strukturën e molekulave nga të cilat ajo përbëhet. Këto nanomakina, të dizajnuara për të riparuar qelizat, do të jenë të krahasueshme në madhësi me bakteret dhe do të lëvizin nëpër indet njerëzore si leukocitet (qelizat e bardha të gjakut) dhe do të hyjnë në qeliza siç bëjnë viruset (shih Figurën 6).

Me krijimin e nanomakinave për riparimin e qelizave, trajtimi i një pacienti do të kthehet në një sekuencë të operacioneve të mëposhtme. Së pari, duke punuar molekulë për molekulë dhe strukturë sipas strukturës, nanomakinat do të rivendosin (shërojnë) qelizë për qelizë të çdo indi apo organi. Më pas, duke punuar organ pas organi në të gjithë trupin, ata do të rikthejnë shëndetin e personit.

Figura 6. Paraqitja skematike e një nanoroboti në sipërfaqen e një qelize. Tentakulat e nanorobotit mund të shihen duke depërtuar brenda qelizës.

Fotolitografia - rruga drejt nanobotës: nga lart poshtë

Shkencëtarët dhe teknologët kanë kohë që përpiqen të hyjnë në botën e madhësive të vogla, veçanërisht ata që zhvillojnë pajisje dhe pajisje të reja elektronike. Që një pajisje elektronike të jetë e zgjuar dhe e besueshme, ajo duhet të përbëhet nga një numër i madh blloqesh, që do të thotë se duhet të përmbajë mijëra dhe ndonjëherë miliona transistorë.

Fotolitografia optike përdoret në prodhimin e transistorëve dhe qarqeve të integruara. Thelbi i saj është si më poshtë. Një shtresë fotorezisti (një material polimer i ndjeshëm ndaj dritës) aplikohet në sipërfaqen e silikonit të oksiduar dhe më pas aplikohet një fotomaskë - një pllakë xhami me një model elementësh të qarkut të integruar (shih Fig. 7).

Figura 7. Fotomaskë për një qark të integruar të një ore elektronike.

Një rreze drite kalon përmes fotomaskës dhe aty ku nuk ka ngjyrë të zezë, drita godet fotorezistin dhe e ndriçon atë (shih Fig. 8).

Figura 8. Skema e prodhimit të mikroqarqeve duke përdorur fotolitografi (nga e majta në të djathtë). Fillimisht bëhet një fotomaskë, për të cilën një pllakë xhami e veshur me një shtresë kromi dhe fotorezist është ndriçuar me rreze lazer dhe më pas pjesët e ndriçuara të fotorezistit hiqen së bashku me kromin. Shablloni vendoset në një rreze paralele drite ultravjollcë, e cila fokusohet nga një lente dhe bie mbi sipërfaqen e një vafere silikoni të veshur me një shtresë të hollë oksidi silikoni dhe fotorezist. Trajtimet e mëvonshme termike dhe kimike krijojnë modelin kompleks dy-dimensional të kanaleve të nevojshme për montimin e qarkut elektronik.

Pas kësaj, të gjitha ato zona të fotorezistit që nuk janë trajtuar me dritë hiqen, dhe ato që janë ndriçuar i nënshtrohen trajtimit termik dhe gdhendjes kimike. Kështu, në sipërfaqen e oksidit të silikonit formohet një model, dhe vafera e silikonit është gati të bëhet pjesa kryesore e qarkut elektronik. Transistori u shpik në vitin 1947, dhe më pas dimensionet e tij ishin rreth 1 cm Përmirësimet në metodat fotolitografike bënë të mundur rritjen e madhësisë së tranzitorit në 100 nm. Megjithatë, baza e fotolitografisë është optika gjeometrike, që do të thotë se duke përdorur këtë metodë është e pamundur të vizatohen dy vija të drejta paralele në një distancë më të vogël se gjatësia e valës. Prandaj, tani prodhimi fotolitografik i mikroqarqeve përdor dritën ultravjollcë me një gjatësi vale të shkurtër, por zvogëlimi i mëtejshëm i gjatësisë së valës bëhet i shtrenjtë dhe i vështirë, megjithëse teknologjitë moderne tashmë përdorin rreze elektronike për të krijuar mikroqarqe.

Futja në botën e dimensioneve në shkallë nano, që prodhuesit e çipave kanë ndjekur deri më tani, mund të quhet një rrugë "nga lart-poshtë". Ata përdorin teknologji që e kanë provuar veten në botën makro dhe vetëm po përpiqen të ndryshojnë shkallën. Por ka një mënyrë tjetër - "nga poshtë lart". Po sikur t'i detyrojmë vetë atomet dhe molekulat të vetëorganizohen në grupe dhe struktura të renditura me madhësi disa nanometra. detaje më poshtë.

MJETET E NANOTEKNOLOGJISË

Mikroskop sondë skanimi

Pajisjet e para me të cilat u bë e mundur vëzhgimi i nanoobjekteve dhe lëvizja e tyre ishin mikroskopët e sondës skanuese - një mikroskop i forcës atomike dhe një mikroskop tuneli skanues që funksiononte në një parim të ngjashëm. Mikroskopi i forcës atomike (AFM) u zhvillua nga G. Binnig dhe G. Rohrer, të cilëve iu dha Çmimi Nobel për këtë kërkim në 1986. Krijimi i një mikroskopi të forcës atomike, i aftë për të ndjerë forcat e tërheqjes dhe zmbrapsjes që lindin midis atomeve individuale, ka bërë të mundur që më në fund të "prekni dhe shihni" nanoobjektet.

Figura 9. Parimi i funksionimit të një mikroskopi sondë skanimi. Vija me pika tregon rrugën e rrezes lazer. Shpjegime të tjera janë në tekst.

Baza e AFM (shih Fig. 9) është një sondë, e bërë zakonisht prej silikoni dhe që përfaqëson një pllakë të hollë konsol (ajo quhet konsol, nga fjala angleze "konsol" - konsol, rreze). Në fund të konsolit (gjatësia  500 μm, gjerësia  50 μm, trashësia  1 μm) ka një thumb shumë të mprehtë (gjatësia  10 μm, rrezja e lakimit nga 1 në 10 nm), që përfundon në një grup prej një ose më shumë atome (shih Fig. 10).

Figura 10. Mikrofoto elektronike të së njëjtës sondë të marra me zmadhim të ulët (lart) dhe të lartë.

Kur mikrosonda lëviz përgjatë sipërfaqes së mostrës, maja e majës ngrihet dhe bie, duke përshkruar mikrorelievin e sipërfaqes, ashtu si një majë shkruese gramafoni rrëshqet përgjatë një disku gramafoni. Në skajin e spikatur të konsolit (mbi majën, shih Fig. 9) ka një zonë pasqyre mbi të cilën rrezja lazer bie dhe reflektohet. Kur goma ulet dhe ngrihet në parregullsi sipërfaqësore, rrezja e reflektuar devijohet dhe ky devijim regjistrohet nga një fotodetektor, dhe forca me të cilën spiku tërhiqet nga atomet e afërta regjistrohet nga një sensor piezoelektrik.

Të dhënat nga fotodetektori dhe sensori piezoelektrik përdoren në një sistem reagimi që mund të sigurojë, për shembull, një vlerë konstante të forcës së ndërveprimit midis mikrosondës dhe sipërfaqes së mostrës. Si rezultat, është e mundur të ndërtohet një reliev vëllimor i sipërfaqes së mostrës në kohë reale. Rezolucioni i metodës AFM është afërsisht 0,1-1 nm horizontalisht dhe 0,01 nm vertikalisht. Në Fig. njëmbëdhjetë.

Figura 11. Bakteri Escherichia coli ( Escherichia coli). Imazhi është marrë duke përdorur një mikroskop sondë skanimi. Gjatësia e bakterit është 1.9 mikron, gjerësia është 1 mikron. Trashësia e flagjellave dhe qerpikëve është përkatësisht 30 nm dhe 20 nm.

Një grup tjetër i mikroskopëve të sondës skanuese përdor të ashtuquajturin "efekt tuneli" mekanik kuantik për të ndërtuar reliev sipërfaqësor. Thelbi i efektit të tunelit është se rryma elektrike midis një gjilpëre të mprehtë metalike dhe një sipërfaqe të vendosur në një distancë prej rreth 1 nm fillon të varet nga kjo distancë - sa më e vogël të jetë distanca, aq më e madhe është rryma. Nëse një tension prej 10 V aplikohet midis gjilpërës dhe sipërfaqes, atëherë kjo rrymë "tuneli" mund të shkojë nga 10 pA deri në 10 nA. Duke matur këtë rrymë dhe duke e mbajtur atë konstante, distanca midis gjilpërës dhe sipërfaqes gjithashtu mund të mbahet konstante. Kjo ju lejon të ndërtoni një profil vëllimor të sipërfaqes (shih Fig. 12). Ndryshe nga një mikroskop i forcës atomike, një mikroskop tunelues skanues mund të studiojë vetëm sipërfaqet e metaleve ose gjysmëpërçuesve.

Figura 12. Gjilpëra e një mikroskopi tunelizimi skanues i vendosur në një distancë konstante (shih shigjetat) mbi shtresat e atomeve të sipërfaqes në studim.

Një mikroskop tunelimi skanues mund të përdoret gjithashtu për të lëvizur një atom në një pikë të zgjedhur nga operatori. Për shembull, nëse voltazhi midis gjilpërës së mikroskopit dhe sipërfaqes së mostrës bëhet pak më i lartë se sa është e nevojshme për të studiuar këtë sipërfaqe, atëherë atomi i mostrës më afër tij kthehet në një jon dhe "kërcen" në gjilpërë. Pas kësaj, duke lëvizur pak gjilpërën dhe duke ndryshuar tensionin, mund ta detyroni atomin e shpëtuar të "kërcejë" përsëri në sipërfaqen e mostrës. Në këtë mënyrë është e mundur të manipulohen atomet dhe të krijohen nanostruktura, d.m.th. struktura në sipërfaqe me përmasa në rendin e një nanometri. Në vitin 1990, punonjësit e IBM treguan se kjo ishte e mundur duke kombinuar emrin e kompanisë së tyre nga 35 atome ksenon në një pllakë nikeli (shih Fig. 13).

Figura 13. Emri i kompanisë IBM i përbërë nga 35 atome ksenoni në një pllakë nikeli, i bërë nga punonjësit e kësaj kompanie duke përdorur një mikroskop sondë skanimi në vitin 1990.

Duke përdorur një mikroskop sondë, jo vetëm që mund të lëvizni atomet, por edhe të krijoni parakushtet për vetëorganizimin e tyre. Për shembull, nëse ka një pikë uji që përmban jone tiol në një pllakë metalike, atëherë sonda e mikroskopit do të ndihmojë në orientimin e këtyre molekulave në mënyrë që dy bishtat e tyre hidrokarbure të kthehen larg nga pllaka. Si rezultat, është e mundur të ndërtohet një shtresë e vetme e molekulave të tiolit të ngjitura në një pllakë metalike (shih Fig. 14). Kjo metodë e krijimit të një shtrese të vetme molekulash në një sipërfaqe metalike quhet "nanolithografia e stilolapsit".

Figura 14. Sipër majtas – konsol (gri çeliku) i një mikroskopi sondë skanimi mbi një pllakë metalike. Në të djathtë është një pamje e zmadhuar e zonës (e skicuar me të bardhë në figurën në të majtë) nën majën e konsolit, e cila tregon në mënyrë skematike molekulat e tiolit me bishta të purpurta hidrokarbure të renditura në një shtresë të vetme në majën e sondës.

Piskatore optike

Piskatore optike (ose lazer) janë pajisje që përdorin një rreze lazer të fokusuar për të lëvizur objektet mikroskopike ose për t'i mbajtur ato në një vend të caktuar. Pranë pikës qendrore të rrezes lazer, drita tërheq gjithçka rreth saj drejt fokusit (shih Fig. 15).

Figura 15. Ilustrimi skematik i piskatores optike. Rrezja e lazerit që godet thjerrëzën nga lart fokusohet brenda pikës. Në këtë rast, çdo grimcë në ujë i nënshtrohet forcave (shigjeta portokalli), rezultati i të cilave (shigjeta jeshile) drejtohet gjithmonë drejt fokusit.

Forca me të cilën drita vepron në objektet përreth është e vogël, por mjafton për të kapur nanogrimcat në fokusin e rrezes lazer. Pasi grimca të jetë në fokus, ajo mund të lëvizet së bashku me rreze lazer. Duke përdorur piskatore optike, ju mund të lëvizni grimca që variojnë në madhësi nga 10 nm në 10 μm dhe të montoni struktura të ndryshme prej tyre (shih Fig. 16). Ka çdo arsye për të besuar se në të ardhmen piskatore lazer do të bëhet një nga mjetet më të fuqishme të nanoteknologjisë.

Figura 16. Modele të ndryshme të nanogrimcave xhel të palosur duke përdorur piskatore lazer.

Pse disa grimca, një herë në një rreze lazer, priren në zonën ku intensiteti i dritës është maksimal, d.m.th. në fokus (shih Fig. 17)? Ka të paktën DY arsye për këtë.

Figura 17. Paraqitja skematike e një rreze të kuqe që konvergohet drejt fokusit dhe divergjent pas tij. Një grimcë sferike gri është e dukshme në pikën ku është fokusuar rrezja.

ShkakI - grimcat e polarizuara tërhiqen në fushën elektrike

Para se të shpjegoni tendencën e grimcave për t'u fokusuar, mbani mend se një rreze drite është një valë elektromagnetike dhe sa më i madh të jetë intensiteti i dritës, aq më e madhe është forca e fushës elektrike në seksionin kryq të rrezes. Prandaj, në fokus, vlera katrore mesatare e fuqisë së fushës elektrike mund të rritet shumë herë. Kështu, fusha elektrike e rrezes së fokusuar të dritës bëhet jo uniforme, duke u rritur në intensitet ndërsa i afrohet fokusit.

Lëreni grimcën që duam të mbajmë me piskatore optike të jetë prej dielektrike. Dihet se një fushë elektrike e jashtme vepron mbi një molekulë dielektrike, duke lëvizur ngarkesa të kundërta brenda saj në drejtime të ndryshme, si rezultat i së cilës kjo molekulë bëhet një dipol, i cili orientohet përgjatë vijave të fushës. Ky fenomen quhet polarizimi dielektrike. Kur një dielektrik është i polarizuar, ngarkesat elektrike të kundërta dhe të barabarta në madhësi shfaqen në sipërfaqet e tij përballë fushës së jashtme, të quajtura të lidhura.

Figura 18. Paraqitja skematike e një grimce sferike të vendosur në një fushë elektrike HOMOGJENE me intensitet E. Shenjat "+" dhe "-" tregojnë ngarkesat shoqëruese që lindin në sipërfaqen e grimcës gjatë polarizimit të saj. Forcat elektrike që veprojnë në ngarkesat e lidhura pozitive (F +) dhe negative (F -) janë të njëjta.

Lëreni grimcën tonë dielektrike të vendoset në një rreze drite larg fokusit. Atëherë mund të supozojmë se është në një fushë elektrike uniforme (shih Fig. 18). Meqenëse forca e fushës elektrike në të majtë dhe në të djathtë të grimcës është e njëjtë, kështu janë edhe forcat elektrike që veprojnë në pozitiv ( F+) dhe negative ( F-) tarifat shoqëruese janë gjithashtu të njëjta. Si rezultat, një grimcë e vendosur në një fushë elektrike HOMOGJENE mbetet e palëvizshme.

Tani le të vendoset grimca jonë pranë zonës së fokusit, ku forca e fushës elektrike (dendësia e vijave të fushës) rritet gradualisht (grimca më e majtë në Fig. 19) kur lëviz nga e majta në të djathtë. Në këtë pikë grimca gjithashtu do të polarizohet, por forcat elektrike që veprojnë në pozitive ( F+) dhe negative ( F-) tarifat shoqëruese do të jenë të ndryshme, sepse Fuqia e fushës në të majtë të grimcës është më e vogël se në të djathtë. Prandaj, grimca do t'i nënshtrohet një force neto të drejtuar në të djathtë, drejt rajonit fokal.

Figura 19. Paraqitja skematike e TRE grimcave sferike të vendosura në një fushë elektrike jo uniforme të një rreze drite të fokusuar pranë zonës së fokusit. Shenjat "+" dhe "-" tregojnë ngarkesat e lidhura që shfaqen në sipërfaqen e grimcave gjatë polarizimit të tyre. Forcat elektrike që veprojnë në ngarkesat e lidhura pozitive (F+) dhe negative (F-) bëjnë që grimcat të lëvizin drejt rajonit fokal.

Është e lehtë të merret me mend se grimca e djathtë ekstreme (shih Fig. 19), e vendosur në anën tjetër të fokusit, do të ndikohet nga një grimcë rezultante e drejtuar majtas, drejt zonës së fokusit. Kështu, të gjitha grimcat e kapura në një rreze të përqendruar drite do të priren drejt fokusit të saj, ashtu si një lavjerrës tenton në pozicionin e tij të ekuilibrit.

ShkakII - thyerja e dritës e mban grimcën në qendër të rrezes

Nëse diametri i grimcave është shumë më i madh se gjatësia e valës së dritës, atëherë ligjet e optikës gjeometrike bëhen të vlefshme për një grimcë të tillë, domethënë, grimca mund të thyejë dritën, d.m.th. ndryshoni drejtimin e saj. Në të njëjtën kohë, sipas ligjit të ruajtjes së momentit, shuma e impulseve të dritës (fotoneve) dhe grimcës duhet të mbetet konstante. Me fjalë të tjera, nëse një grimcë thyen dritën, për shembull, në të djathtë, atëherë ajo vetë duhet të lëvizë në të majtë.

Duhet të theksohet se intensiteti i dritës në rreze lazer është maksimal përgjatë boshtit të tij dhe gradualisht zvogëlohet me distancën prej tij. Prandaj, nëse një grimcë ndodhet në boshtin e rrezes së dritës, atëherë numri i fotoneve që ajo devijon majtas dhe djathtas është i njëjtë. Si rezultat, grimca mbetet në bosht (shih Fig. 20 b).

Figura 20. Paraqitja skematike e një grimce sferike e vendosur në një rreze drite të fokusuar në të majtë të boshtit të saj (a) dhe në boshtin e saj (b). Intensiteti i hijes së kuqe korrespondon me intensitetin e dritës në një zonë të caktuar të rrezes. 1 dhe 2 - rrezet, thyerja e të cilave tregohet në figurë, dhe trashësia korrespondon me intensitetin e tyre. F 1 dhe F 2 janë forcat që veprojnë në grimcë sipas ligjit të ruajtjes së momentit gjatë thyerjes së rrezeve 1 dhe 2, respektivisht. F neto - F 1 dhe F 2 që rezultojnë.

Në rastet kur grimca zhvendoset majtas në lidhje me boshtin e rrezes së dritës (shih Fig. 20a), numri i fotoneve të devijuara majtas (shih rreze 2 në Fig. 20a) e kalon numrin e fotoneve të devijuara në djathtas (shih traun 1 në Fig. 20a). Prandaj, lind një rrjetë e komponentit të forcës F, e drejtuar drejt boshtit të rrezes, në të djathtë.

Është e qartë se një grimcë e zhvendosur në të djathtë nga boshti i rrezes do të ndikohet nga një grimcë rezultante e drejtuar majtas, dhe përsëri drejt boshtit të kësaj rreze. Kështu, të gjitha grimcat që nuk janë në boshtin e rrezes do të priren drejt boshtit të tij, si një lavjerrës në pozicionin e ekuilibrit.

Përjashtimet nga rregullat

Në mënyrë që piskatore optike të përdorin forcat e përshkruara më sipër në "arsye I", është e nevojshme që grimca të polarizohet në një fushë elektrike të jashtme dhe në sipërfaqen e saj të shfaqen ngarkesa të lidhura. Në këtë rast, ngarkesat e lidhura duhet të krijojnë një fushë të drejtuar në drejtim të kundërt. Vetëm në këtë rast grimcat do të nxitojnë drejt Nëse zona e fokusit të mediumit, në të cilën grimca noton është më e madhe se konstanta dielektrike e substancës së grimcës, atëherë polarizimi i grimcës do të kthehet në të kundërt dhe grimca do të tentojë të largohet nga fokusi. Kjo është se si, për shembull, sillen flluskat e ajrit që lundrojnë në glicerinë.

Të njëjtat kufizime vlejnë për "arsyen II"Nëse indeksi absolut i thyerjes së materialit të grimcës është më i vogël se ai i mediumit në të cilin ndodhet, atëherë grimca do të devijojë dritën në drejtimin tjetër, dhe për këtë arsye ka tendencë të lëvizë më larg nga boshti i rrezes. Një shembull do të ishin të njëjtat flluska ajri në glicerinë. Prandaj, piskatore optike funksionon më mirë nëse indeksi relativ i thyerjes së materialit të grimcave është më i lartë.

Grafeni, nanotubat e karbonit dhe fullerenet

Nanostrukturat mund të mblidhen jo vetëm nga atome individuale ose molekula të vetme, por edhe nga blloqe molekulare. Blloqe ose elementë të tillë për krijimin e nanostrukturave janë grafeni, nanotubat e karbonit dhe fullerenet.

Grafeni

Grafeni është një fletë e vetme e sheshtë e përbërë nga atome karboni të lidhura së bashku për të formuar një rrjetë, secila qelizë e së cilës i ngjan një huall mjalti (Fig. 21). Distanca midis atomeve më të afërta të karbonit në grafen është rreth 0.14 nm.

Figura 21. Paraqitja skematike e grafenit. Topat e lehta janë atome karboni, dhe shufrat ndërmjet tyre janë lidhjet që mbajnë atomet në fletën e grafenit.

Grafiti, nga i cili janë bërë plumbat e lapsave të zakonshëm, është një pirg fletësh grafeni (Fig. 22). Grafenet në grafit janë të lidhur shumë dobët dhe mund të rrëshqasin pranë njëri-tjetrit. Prandaj, nëse kaloni grafitin mbi letër, fleta e grafenit në kontakt me të ndahet nga grafiti dhe mbetet në letër. Kjo shpjegon pse grafiti mund të përdoret për të shkruar.

Figura 22. Paraqitja skematike e tre fletëve të grafenit të vendosura njëra mbi tjetrën në grafit.

Nanotubat e karbonit

Shumë fusha premtuese në nanoteknologji janë të lidhura me nanotubat e karbonit. Nanotubat e karbonit janë struktura kornizë ose molekula gjigante që përbëhen vetëm nga atome karboni. Është e lehtë të imagjinohet një nanotub karboni nëse imagjinoni se po mbështillni një nga shtresat molekulare të grafitit - grafen - në një tub (Fig. 23).

Figura 23. Një mënyrë për të imagjinuar krijimin e një nanotubi (djathtas) nga një shtresë molekulare grafiti (majtas).

Metoda e palosjes së nanotubave - këndi midis drejtimit të boshtit të nanotubit në lidhje me boshtet e simetrisë së grafenit (këndi i kthesës) - përcakton kryesisht vetitë e tij. Natyrisht, askush nuk prodhon nanotuba duke i rrotulluar nga një fletë grafiti. Nanotubat formohen vetë, për shembull, në sipërfaqen e elektrodave të karbonit gjatë një shkarkimi harku midis tyre. Gjatë shkarkimit, atomet e karbonit avullojnë nga sipërfaqja dhe, duke u lidhur me njëri-tjetrin, formojnë nanotuba të llojeve të ndryshme - me një shtresë, me shumë shtresa dhe me kënde të ndryshme kthese (Fig. 24).

Figura 24. Në të majtë është një paraqitje skematike e një nanotubi karboni me një mur; në të djathtë (nga lart poshtë) - nanotuba me dy shtresa, të drejta dhe spirale.

Diametri i nanotubave me një mur është zakonisht rreth 1 nm dhe gjatësia e tyre është mijëra herë më e madhe, duke arritur në rreth 40 mikron. Ata rriten në katodën pingul me sipërfaqen e sheshtë të skajit të saj. Ndodh i ashtuquajturi vetë-montim i nanotubave të karbonit nga atomet e karbonit. Në varësi të këndit të rrotullimit, nanotubat mund të kenë përçueshmëri të lartë, si metalet, ose të kenë veti gjysmëpërçuese.

Nanotubat e karbonit janë më të fortë se grafiti, megjithëse përbëhen nga atome të njëjta të karbonit, sepse në grafit atomet e karbonit janë në fletë (Fig. 22). Dhe të gjithë e dinë se një fletë letre e mbështjellë në një tub është shumë më e vështirë për t'u përkulur dhe grisur sesa një fletë e zakonshme. Kjo është arsyeja pse nanotubat e karbonit janë kaq të fortë. Nanotubat mund të përdoren si shufra dhe fije shumë të forta mikroskopike, sepse moduli i Young-it i një nanotubi me një mur arrin vlerat e rendit 1-5 TPa, që është një renditje madhësie më e madhe se ajo e çelikut! Prandaj, një fije e bërë me nanotuba, e trashë sa një qime njerëzore, mund të mbajë një ngarkesë prej qindra kilogramësh.

Vërtetë, aktualisht gjatësia maksimale e nanotubave është zakonisht rreth njëqind mikronë - e cila, natyrisht, është shumë e shkurtër për përdorim të përditshëm. Megjithatë, gjatësia e nanotubave të prodhuara në laborator po rritet gradualisht - tani shkencëtarët tashmë i janë afruar shenjës milimetër. Prandaj, ka çdo arsye për të shpresuar se në të ardhmen e afërt shkencëtarët do të mësojnë të rritin nanotuba centimetra dhe madje edhe metra të gjatë!

Fullerenet

Atomet e karbonit të avulluara nga sipërfaqja e nxehtë e grafitit, duke u lidhur me njëri-tjetrin, mund të formojnë jo vetëm nanotuba, por edhe molekula të tjera që janë poliedra të mbyllura konveks, për shembull, në formën e një sfere ose elipsoidi. Në këto molekula, atomet e karbonit ndodhen në kulmet e gjashtëkëndëshave dhe pesëkëndëshave të rregullt, të cilët përbëjnë sipërfaqen e një sfere ose elipsoidi.

Të gjitha këto komponime molekulare të atomeve të karbonit janë emërtuar fullerenet emëruar sipas inxhinierit, projektuesit dhe arkitektit amerikan R. Buckminster Fuller, i cili përdori pesëkëndëshat dhe gjashtëkëndëshat (Fig. 25), të cilët janë elementët kryesorë strukturorë të kornizave molekulare të të gjitha fullereneve, për të ndërtuar kupolat e ndërtesave të tij.

Figura 25. Biosfera e Fullerit (Pavijoni i SHBA në Ekspo 67, tani Muzeu i Biosferës në Montreal, Kanadaja.

Formohen molekulat e fullerenit më simetrik dhe më të studiuar, i përbërë nga 60 atome karboni (C 60). shumëkëndësh, i përbërë nga 20 gjashtëkëndësha dhe 12 pesëkëndësha dhe i ngjan një topi futbolli (Fig. 26). Diametri i C 60 fulleren është rreth 1 nm.

Figura 26. Paraqitja skematike e fullerenit C 60.

Për zbulimin e fullereneve te fizikani amerikan R. Smoley, si dhe te fizikantët anglezë H. Croto dhe R. Curl në 1996 u shpërblye Çmimi Nobël. Imazhi i fulleren C 60 konsiderohet nga shumë njerëz si një simbol i nanoteknologjisë.

Dendrimerët

Një nga elementët e nanobotës janë dendrimerët (polimere të ngjashme me pemët) - nanostruktura që variojnë në madhësi nga 1 deri në 10 nm, të formuara nga kombinimi i molekulave me një strukturë degëzuese. Sinteza e dendrimerëve është një nga nanoteknologjitë që lidhet ngushtë me kiminë - kiminë e polimerit. Si të gjithë polimerët, dendrimerët përbëhen nga monomere, por molekulat e këtyre monomereve kanë një strukturë të degëzuar. Një dendrimer bëhet i ngjashëm me një pemë me një kurorë sferike nëse, gjatë rritjes së një molekule polimeri, degët në rritje nuk bashkohen së bashku (ashtu si degët e një peme, ose kurorat e pemëve ngjitur, nuk rriten së bashku). Figura 27 tregon se si mund të formohen dendrimerë të tillë, të ngjashëm me strukturat sferike.

Figura 27. Asambleja e dendrimerit nga një molekulë Z-X-Z e degëzuar (lart) dhe lloje të ndryshme dendrimesh (poshtë).

Brenda dendrimerit mund të formohen zgavra të mbushura me substancën në praninë e së cilës janë formuar dendrimerët. Nëse një dendrimer sintetizohet në një tretësirë që përmban ndonjë ilaç, atëherë ky dendrimer bëhet një nanokapsula me këtë ilaç. Përveç kësaj, zgavrat brenda dendrimerit mund të përmbajnë substanca të etiketuara në mënyrë radioaktive që përdoren për të diagnostikuar sëmundje të ndryshme.

Shkencëtarët besojnë se duke mbushur zgavrat e dendrimerëve me substancat e nevojshme, është e mundur, për shembull, duke përdorur një mikroskop sondë skanimi për të mbledhur qarqe nanoelektronike nga dendrimerë të ndryshëm. Në këtë rast, një dendrimer i mbushur me bakër mund të shërbente si përcjellës etj.

Natyrisht, një drejtim premtues në përdorimin e dendrimerëve është përdorimi i mundshëm i tyre si nanokapsula që dërgojnë barnat direkt në qelizat që kanë nevojë për këto barna. Pjesa qendrore e dendrimerëve të tillë, që përmbajnë ilaçin, duhet të rrethohet nga një guaskë që parandalon rrjedhjen e ilaçit, në sipërfaqen e jashtme të së cilës është e nevojshme të ngjiten molekula (antitrupa) që mund të ngjiten në mënyrë specifike në sipërfaqen e qelizave të synuara. . Pasi nanokapsula të tilla dendrimer të arrijnë dhe ngjiten në qelizat e sëmura, është e nevojshme të shkatërrohet lëvozhga e jashtme e dendrimerit, për shembull, duke përdorur një lazer ose ta bëjë këtë guaskë të vetëdegradueshme.

Dendrimerët janë një nga shtigjet drejt nanobotës në drejtimin "nga poshtë-lart".

Nanotela

Nanotelat janë tela me diametër të rendit të një nanometri, të bërë nga një metal, gjysmëpërçues ose dielektrik. Gjatësia e nanotelave shpesh mund të tejkalojë diametrin e tyre me 1000 herë ose më shumë. Prandaj, nanotelat shpesh quhen struktura njëdimensionale dhe diametri i tyre jashtëzakonisht i vogël (rreth 100 madhësi atomike) bën të mundur shfaqjen e efekteve të ndryshme mekanike kuantike. Kjo shpjegon pse nanotelat nganjëherë quhen "tela kuantikë".

Nanotelat nuk ekzistojnë në natyrë. Në laboratorë, nanotelat më së shpeshti merren nga epitaksi kur kristalizimi i një lënde ndodh vetëm në një drejtim. Për shembull, një nanotel silikoni mund të rritet siç tregohet në figurën (majtas).

Figura 28. Majtas - prodhimi i nanotelit silikoni (rozë) me anë të epitaksisë duke përdorur një nanogrimcë ari në një atmosferë SiH 4. Në të djathtë është një "pyll" me nanotela ZnO të marra nga epitaksia. Përshtatur nga Yang et al. (Chem. Eur. J., v.8, f.6, 2002)

Një nanogrimcë ari vendoset në një atmosferë të gazit silan (SiH 4), dhe kjo nanogrimcë bëhet një katalizator për dekompozimin e silanit në hidrogjen dhe silikon të lëngshëm. Silikoni i lëngshëm rrokulliset nga nanogrimca dhe kristalizohet nën të. Nëse përqendrimi i silanit rreth nanogrimcës mbahet i pandryshuar, atëherë procesi i epitaksisë vazhdon dhe gjithnjë e më shumë shtresa të reja të silikonit të lëngshëm kristalizohen në shtresat e tij tashmë të ngurtësuara. Si rezultat, nanoteli i silikonit rritet, duke e ngritur nanogrimcën e arit gjithnjë e më lart. Në këtë rast, padyshim, madhësia e nanogrimcës përcakton diametrin e nanotelit. Në të djathtë në Fig. Figura 28 tregon një pyll me nanotela ZnO të përgatitur në mënyrë të ngjashme.

Vetitë unike elektrike dhe mekanike të nanotelave krijojnë parakushtet për përdorimin e tyre në pajisjet e ardhshme nanoelektronike dhe nanoelektromekanike, si dhe elemente të materialeve të reja të përbëra dhe biosensorëve.

MISTERET E NANOMORALEVE

Fërkimi nën një mikroskop

Ne hasim fërkime në çdo hap, por pa fërkim nuk do të bënim asnjë hap të vetëm. Është e pamundur të imagjinohet një botë pa forca fërkimi. Në mungesë të fërkimit, shumë lëvizje afatshkurtra do të vazhdonin pafundësisht. Toka do të tronditej nga tërmete të vazhdueshme pasi pllakat tektonike përplaseshin vazhdimisht me njëra-tjetrën. Të gjitha akullnajat do të rrokulliseshin menjëherë nga malet dhe pluhuri nga era e vitit të kaluar do të fluturonte nëpër sipërfaqen e tokës. Sa mirë është që ka ende një forcë fërkimi në botë!

Nga ana tjetër, fërkimi midis pjesëve të makinës çon në konsumim dhe kosto shtesë. Vlerësimet e përafërta tregojnë se kërkimet në tribologji - shkencën e fërkimit - mund të kursejnë rreth 2 deri në 10% të produktit bruto kombëtar.

Dy shpikjet më të rëndësishme të njeriut - rrota dhe bërja e zjarrit - lidhen me forcën e fërkimit. Shpikja e rrotës bëri të mundur uljen e ndjeshme të forcës që pengon lëvizjen dhe prodhimi i zjarrit vuri në shërbim të njeriut forcën e fërkimit. Megjithatë, shkencëtarët janë ende larg nga të kuptuarit e plotë të bazës fizike të forcës së fërkimit. Dhe aspak sepse njerëzit kanë pushuar së interesuari për këtë fenomen për ca kohë.

Formulimi i parë i ligjeve të fërkimit i përket të madhit Leonardo (1519), i cili argumentoi se forca e fërkimit që lind kur një trup bie në kontakt me sipërfaqen e një trupi tjetër është proporcionale me forcën e shtypjes, e drejtuar kundër drejtimit të lëvizjes dhe nuk varet nga zona e kontaktit. Ky ligj u rizbulua 180 vjet më vonë nga G. Amonton, dhe më pas u rafinua në veprat e C. Coulomb (1781). Amonton dhe Coulomb prezantuan konceptin e koeficientit të fërkimit si raport i forcës së fërkimit ndaj ngarkesës, duke i dhënë asaj vlerën e një konstante fizike që përcakton plotësisht forcën e fërkimit për çdo palë materialesh kontaktuese. Deri tani kjo është formula

F tr = μ N, (1)

Ku F tr - forca e fërkimit, Nështë përbërësi i forcës së shtypjes normale në sipërfaqen e kontaktit, dhe μ është koeficienti i fërkimit, është formula e vetme që mund të gjendet në tekstet shkollore të fizikës (shih Fig. 29).

Figura 29. Drejt formulimit të ligjit klasik të fërkimit.

Për dy shekuj, askush nuk ka qenë në gjendje të kundërshtojë ligjin e provuar eksperimentalisht (1), dhe ai ende tingëllon njësoj si 200 vjet më parë:

 forca e fërkimit është drejtpërdrejt proporcionale me komponentin normal të forcës që ngjesh sipërfaqet e trupave rrëshqitës dhe vepron gjithmonë në drejtim të kundërt me drejtimin e lëvizjes.

 forca e fërkimit nuk varet nga madhësia e sipërfaqes së kontaktit.

 Forca e fërkimit nuk varet nga shpejtësia e rrëshqitjes.

 forca statike e fërkimit është gjithmonë më e madhe se forca e fërkimit të rrëshqitjes.

 Forcat e fërkimit varen vetëm nga rrëshqitja e dy materialeve kundër njëri-tjetrit.

A është gjithmonë i vlefshëm ligji klasik i fërkimit?

Tashmë në shekullin e 19-të, u bë e qartë se ligji Amonton-Coulomb (1) nuk përshkruan gjithmonë saktë forcën e fërkimit dhe koeficientët e fërkimit nuk janë aspak karakteristika universale. Para së gjithash, u vërejt se koeficientët e fërkimit varen jo vetëm nga ato materiale që janë në kontakt, por edhe nga sa mirë përpunohen sipërfaqet kontaktuese. Doli, për shembull, se koeficientët e fërkimit në një vakum janë gjithmonë më të mëdhenj se në kushte normale (shih tabelën më poshtë).

Duke komentuar këto mospërputhje, laureati i çmimit Nobel në fizikë R. Feynman shkroi në leksionet e tij - …Tabelat që listojnë koeficientët e fërkimit “çelik në çelik”, “bakër në bakër” e kështu me radhë, janë të gjitha një mashtrim i plotë, sepse i lënë pas dore këto gjëra të vogla, por përcaktojnë vlerën e μ. Fërkimi “bakër mbi bakër” etj. – ky është në fakt fërkim “në ndotësit që ngjiten në bakër".

Ju, sigurisht, mund të merrni një rrugë tjetër dhe, duke studiuar fërkimin e "bakrit në bakër", të matni forcat gjatë lëvizjes së sipërfaqeve të lëmuara dhe të degazuara në mënyrë të përkryer në vakum. Por atëherë dy copa të tilla bakri thjesht do të ngjiten së bashku, dhe koeficienti i fërkimit statik do të fillojë të rritet me kohën që ka kaluar nga fillimi i kontaktit të sipërfaqeve. Për të njëjtat arsye, koeficienti i fërkimit të rrëshqitjes do të varet nga shpejtësia (rritet ndërsa zvogëlohet). Kjo do të thotë se është gjithashtu e pamundur të përcaktohet me saktësi forca e fërkimit për metalet e pastra.

Megjithatë, për sipërfaqet standarde të thata, ligji klasik i fërkimit është pothuajse i saktë, megjithëse arsyeja për këtë lloj ligji mbeti e paqartë deri vonë. Në fund të fundit, askush nuk ka qenë në gjendje të vlerësojë teorikisht koeficientin e fërkimit midis dy sipërfaqeve.

Si "fërkohen" atomet me njëri-tjetrin?

Vështirësia në studimin e fërkimit qëndron në faktin se vendi ku ndodh ky proces është i fshehur nga studiuesit nga të gjitha anët. Përkundër kësaj, shkencëtarët kanë arritur prej kohësh në përfundimin se forca e fërkimit është për shkak të faktit se në nivelin mikroskopik (d.m.th., nëse shikoni përmes një mikroskopi) sipërfaqet kontaktuese janë shumë të përafërta, edhe nëse ato janë lëmuar. Prandaj, rrëshqitja e dy sipërfaqeve mbi njëra-tjetrën mund të ngjajë me një rast fantastik kur malet e përmbysura të Kaukazit fërkohen, për shembull, me Himalajet (Fig. 30).

Figura 30. Paraqitja skematike e vendit të kontaktit të sipërfaqeve rrëshqitëse me forcë shtypëse të vogël (sipër) dhe të madhe (poshtë).

Më parë, mendohej se mekanizmi i fërkimit ishte i thjeshtë: sipërfaqja ishte e mbuluar me parregullsi, dhe fërkimi ishte rezultat i cikleve të njëpasnjëshme "ngritje-zbritje" të pjesëve rrëshqitëse. Por kjo është e gabuar, sepse atëherë nuk do të kishte humbje energjie, por fërkimi konsumon energji.

Modeli i mëposhtëm i fërkimit mund të konsiderohet më afër realitetit. Ndërsa sipërfaqet e fërkimit rrëshqasin, mikroparregullsitë e tyre vijnë në kontakt dhe në pikat e kontaktit, atomet që kundërshtojnë njëri-tjetrin tërhiqen nga njëri-tjetri, sikur të "mbyllen së bashku". Me lëvizje të mëtejshme relative të trupave, këto bashkime prishen dhe lindin dridhje atomike, të ngjashme me ato që ndodhin kur lëshohet një sustë e shtrirë. Me kalimin e kohës, këto dridhje shuhen dhe energjia e tyre shndërrohet në nxehtësi, duke u përhapur në të dy trupat. Në rastin e rrëshqitjes së trupave të butë, është i mundur edhe shkatërrimi i mikro-parregullsive, i ashtuquajturi "lërim", në këtë rast, energjia mekanike shpenzohet për shkatërrimin e lidhjeve ndërmolekulare ose ndëratomike.

Kështu, nëse duam të studiojmë fërkimin, duhet të arrijmë të lëvizim një kokërr rërë, të përbërë nga disa atome, përgjatë një sipërfaqeje në një distancë shumë të vogël prej saj, ndërsa matim nga sipërfaqja forcat që veprojnë mbi këtë kokërr rërë. Kjo u bë e mundur vetëm pas shpikjes së mikroskopisë së forcës atomike. Krijimi i një mikroskopi të forcës atomike (AFM), i aftë për të ndjerë forcat e tërheqjes dhe zmbrapsjes që lindin midis atomeve individuale, bëri të mundur që më në fund të "ndjehet" se cilat janë forcat e fërkimit, duke hapur një fushë të re të shkencës së fërkimit - nanotribologjia.

Që nga fillimi i viteve 1990, duke përdorur AFM, janë kryer studime sistematike mbi forcën e fërkimit të mikrosondave gjatë rrëshqitjes së tyre përgjatë sipërfaqeve të ndryshme dhe varësinë e këtyre forcave nga forca e shtypjes. Doli se për sondat e përdorura zakonisht të bëra nga silikoni, forca mikroskopike e fërkimit rrëshqitës është rreth 60-80% e forcës së shtypjes, e cila nuk është më shumë se 10 nN (shih Fig. 31, lart). Siç mund të pritej, forca e fërkimit rrëshqitës rritet me madhësinë e mikrosondës, pasi numri i atomeve që e tërheqin atë njëkohësisht rritet (shih Fig. 31, poshtë).

Figura 31. Varësia e forcës së fërkimit të rrëshqitjes së mikrosondës nga forca e jashtme, N, duke e shtypur atë në sipërfaqen e grafitit. Pjesa e sipërme – rrezja e lakimit të sondës, 17 nm; fundi – rrezja e lakimit të sondës, 58 nm. Mund të shihet se për të vogla N varësia është e lakuar, dhe në vlera të mëdha i afrohet vijës së drejtë të treguar nga vija me pika. Të dhënat e marra nga Holscher dhe Schwartz (2002).

Kështu, forca rrëshqitëse e fërkimit të mikrosondës varet nga zona e kontaktit të saj me sipërfaqen, gjë që bie ndesh me ligjin klasik të fërkimit. Doli gjithashtu se forca e fërkimit rrëshqitës nuk bëhet zero në mungesë të një force që shtyp mikrosondën në sipërfaqe. Po, kjo është e kuptueshme, pasi atomet sipërfaqësore që rrethojnë mikrosondën janë të vendosura aq afër saj sa e tërheqin atë edhe në mungesë të një force të jashtme ngjeshjeje. Prandaj, supozimi kryesor i ligjit klasik - në lidhje me varësinë proporcionale të drejtpërdrejtë të forcës së fërkimit nga forca e ngjeshjes - gjithashtu nuk vërehet në nanoribologji.

Sidoqoftë, të gjitha këto mospërputhje midis ligjit klasik (1) dhe të dhënave nanotribologjike të marra duke përdorur AFM mund të eliminohen lehtësisht. Ndërsa forca që shtyp trupin rrëshqitës rritet, numri i mikrokontakteve rritet, që do të thotë se forca totale e fërkimit rrëshqitës rritet. Prandaj, nuk ka kontradikta midis të dhënave të sapo marra të shkencëtarëve dhe ligjit të vjetër.

Për një kohë të gjatë, përgjithësisht pranohej se duke detyruar një trup të rrëshqasë mbi një tjetër, ne thyejmë inhomogjenitetet e vogla të një trupi, të cilat ngjiten pas johomogjeniteteve të sipërfaqes së tjetrit, dhe për të thyer këto johomogjenitete, forca e fërkimit. eshte e nevojshme. Prandaj, idetë e vjetra shpesh e lidhin shfaqjen e forcës së fërkimit me dëmtimin e mikroprotrusioneve të sipërfaqeve të fërkimit, të ashtuquajturat konsumim të tyre. Studimet nanotribologjike duke përdorur AFM dhe teknika të tjera moderne kanë treguar se forcat e fërkimit midis sipërfaqeve mund të ekzistojnë edhe në rastet kur ato nuk janë të dëmtuara. Arsyeja për këtë forcë fërkimi është lidhjet që lindin dhe prishen vazhdimisht midis atomeve që fërkojnë.

Pse nanogrimcat shkrihen në temperatura të ulëta?

Me zvogëlimin e madhësisë së grimcave, ndryshojnë jo vetëm vetitë e saj mekanike, por edhe karakteristikat e saj termodinamike. Për shembull, pika e saj e shkrirjes bëhet shumë më e ulët se ajo e mostrave me madhësi të rregullt. Figura 35 tregon se si temperatura e shkrirjes së nanogrimcave të aluminit ndryshon ndërsa madhësia e tyre zvogëlohet. Mund të shihet se temperatura e shkrirjes së një grimce 4 nm është 140 o C më e ulët se ajo e një kampioni alumini me madhësi normale.

Figura 35. Varësia e temperaturës së shkrirjes së nanogrimcave të aluminit T m nga rrezja e tyre R në angstromë (Å) 1 Å=0.1 nm.

Varësi të ngjashme me atë të paraqitur në Fig. 35 janë marrë për shumë metale. Kështu, kur diametri i nanogrimcave të kallajit reduktohet në 8 nm, pika e tyre e shkrirjes bie me 100°C (nga 230°C në 130°C). Në të njëjtën kohë, rënia më e madhe në temperaturën e shkrirjes (me më shumë se 500°C) u gjet për nanogrimcat e arit.

Nanogrimcat kanë pothuajse të gjithë atomet në sipërfaqe!

Arsyeja për uljen e temperaturës së shkrirjes së nanogrimcave është se atomet në sipërfaqen e të gjitha kristaleve janë në kushte të veçanta, dhe përqindja e atomeve të tilla "sipërfaqësore" në nanogrimcat bëhet shumë e madhe. Le të vlerësojmë këtë fraksion "sipërfaqësor" për aluminin.

Është e lehtë të llogaritet se 1 cm 3 alumini përmban afërsisht 6. 10 22 atome. Për thjeshtësi, do të supozojmë se atomet janë të vendosura në nyjet e një rrjete kub kristal, atëherë distanca midis atomeve fqinje në këtë rrjetë do të jetë rreth 4. 10 -8 cm Kjo do të thotë se dendësia e atomeve në sipërfaqe do të jetë 6. 10 14 cm -2 .

Tani le të marrim një kub alumini me një skaj prej 1 cm. Numri i atomeve të sipërfaqes do të jetë i barabartë me 36. 10 14, dhe numri i atomeve brenda është 6. 10 22. Kështu, fraksioni i atomeve sipërfaqësore në një kub të tillë alumini me madhësi "të rregullta" është vetëm 6. 10 -8.

Nëse bëni të njëjtat llogaritje për një kub alumini 5 nm, rezulton se 12% e të gjithë atomeve të tij janë tashmë të vendosura në sipërfaqen e një "nanokubi" të tillë. Epo, në sipërfaqen e një kubi me madhësi 1 nm, në përgjithësi, ka më shumë se gjysma e të gjithë atomeve! Varësia e fraksionit "sipërfaqe" nga numri i atomeve është paraqitur në figurën 36.

Figura 36. Varësia e fraksionit “sipërfaqe” të atomeve (boshti i ordinatave) nga rrënja kubike e numrit të tyre N në një kub me lëndë kristalore.

Nuk ka rregull në sipërfaqen e kristalit

Që nga fillimi i viteve 60 të shekullit të kaluar, shkencëtarët kanë besuar se atomet e vendosura në sipërfaqen e kristaleve janë në kushte të veçanta. Forcat që i detyrojnë të jenë në nyjet e rrjetës kristalore veprojnë mbi to vetëm nga poshtë. Prandaj, është e lehtë që atomet (ose molekulat) sipërfaqësore të "shmangën këshillën dhe të përqafojnë" molekulat e vendosura në rrjetë, dhe nëse kjo ndodh, atëherë disa shtresa sipërfaqësore të atomeve vijnë në të njëjtin vendim menjëherë. Si rezultat, një film i lëngshëm formohet në sipërfaqen e të gjithë kristaleve. Nga rruga, kristalet e akullit nuk janë përjashtim. Kjo është arsyeja pse akulli është i rrëshqitshëm (shih Fig. 37).

Figura 37. Paraqitja skematike e një seksioni kryq akulli. Rregullimi i rastësishëm i molekulave të ujit në sipërfaqe korrespondon me një film të lëngshëm, dhe struktura gjashtëkëndore në trashësi korrespondon me akullin. Rrathët e kuq - atomet e oksigjenit; të bardhë - atomet e hidrogjenit (nga libri i K.Yu. Bogdanov "Për fizikën e vezëve...dhe jo vetëm", Moskë, 2008).

Trashësia e filmit të lëngshëm në sipërfaqen e kristalit rritet me temperaturën, pasi energjia më e lartë termike e molekulave nxjerr më shumë shtresa sipërfaqësore nga rrjeta kristalore. Vlerësimet dhe eksperimentet teorike tregojnë se sapo trashësia e filmit të lëngshëm në sipërfaqen e kristalit fillon të kalojë 1/10 e madhësisë së kristalit, e gjithë rrjeta kristalore shkatërrohet dhe grimca bëhet e lëngshme. Prandaj, temperatura e shkrirjes së grimcave zvogëlohet gradualisht me zvogëlimin e madhësisë së tyre (shih Fig. 35).

Natyrisht, “fuzibiliteti” i nanogrimcave duhet të merret parasysh në çdo nanoprodhim. Dihet, për shembull, se dimensionet e elementeve moderne të mikroqarqeve elektronike janë në rangun e shkallës nano. Prandaj, ulja e temperaturës së shkrirjes së nanoobjekteve kristalore imponon kufizime të caktuara në kushtet e temperaturës së funksionimit të mikroqarqeve moderne dhe të ardhshme.

Pse ngjyra e nanogrimcave mund të varet nga madhësia e tyre?

Në nanobotën, ndryshojnë shumë karakteristika mekanike, termodinamike dhe elektrike të materies. Vetitë e tyre optike nuk bëjnë përjashtim. Ata gjithashtu ndryshojnë në nanobotë.

Jemi të rrethuar nga objekte me përmasa normale dhe jemi mësuar që ngjyra e një objekti varet vetëm nga vetitë e lëndës nga e cila është bërë ose nga ngjyra me të cilën është lyer. Në nanobotën, kjo ide rezulton e padrejtë dhe kjo e dallon nanooptikën nga optika konvencionale.

Rreth 20-30 vjet më parë, "nanoptika" nuk ekzistonte fare. Dhe si mund të ketë nano-optikë, nëse nga rrjedha e optikës konvencionale rezulton se drita nuk mund t'i "ndiejë" nano-objektet, sepse madhësitë e tyre janë dukshëm më të vogla se gjatësia e valës së dritës λ = 400 – 800 nm. Sipas teorisë valore të dritës, nanoobjektet nuk duhet të kenë hije dhe drita nuk mund të reflektohet prej tyre. Është gjithashtu e pamundur të fokusohet drita e dukshme në një zonë që korrespondon me një nanoobjekt. Kjo do të thotë se është e pamundur të shihen nanogrimca.

Megjithatë, nga ana tjetër, vala e dritës duhet ende të veprojë në nanoobjekte, si çdo fushë elektromagnetike. Për shembull, drita që bie mbi një nanogrimcë gjysmëpërçuese, me fushën e saj elektrike, mund të shkëpusë një nga elektronet e valencës nga atomi i saj. Ky elektron do të bëhet një elektron përcjellës për ca kohë, dhe më pas do të kthehet përsëri në "shtëpi", duke lëshuar një sasi drite që korrespondon me gjerësinë e "bandës së ndaluar" - energjia minimale e nevojshme që elektroni i valencës të bëhet i lirë (shih Fig. 40).

Kështu, edhe gjysmëpërçuesit me përmasa nano duhet të ndiejnë dritën që bie mbi ta, ndërsa lëshojnë dritë me një frekuencë më të ulët. Me fjalë të tjera, nanogrimcat gjysmëpërçuese në dritë mund të bëhen fluoreshente, duke emetuar dritë të një frekuence të përcaktuar rreptësisht që korrespondon me gjerësinë e "hendekut të brezit".

Figura 40. Paraqitja skematike e niveleve të energjisë dhe brezave të energjisë së një elektroni në një gjysmëpërçues. Nën ndikimin e dritës blu, një elektron (rreth i bardhë) shkëputet nga atomi, duke lëvizur në brezin e përcjelljes. Pas ca kohësh, ajo zbret në nivelin më të ulët të energjisë të kësaj zone dhe, duke lëshuar një sasi të madhe të dritës së kuqe, kthehet në brezin e valencës.

Shkëlqim sipas madhësisë!

Megjithëse aftësia fluoreshente e nanogrimcave gjysmëpërçuese ishte e njohur në fund të shekullit të 19-të, ky fenomen u përshkrua në detaje vetëm në fund të shekullit të kaluar. Dhe më interesantja, doli se frekuenca e dritës së emetuar nga këto grimca zvogëlohej me rritjen e madhësisë së këtyre grimcave (Fig. 41).

Figura 41. Fluoreshenca e suspensioneve të grimcave koloidale CdTe madhësi të ndryshme (nga 2 në 5 nm, nga e majta në të djathtë). Të gjitha shishet ndriçohen nga lart me dritë blu me të njëjtën gjatësi vale. Marrë nga H. Weller (Instituti i Kimisë Fizike, Universiteti i Hamburgut).

Siç tregohet në Fig. 41, ngjyra e pezullimit (suspensionit) të nanogrimcave varet nga diametri i tyre. Varësia e ngjyrës së fluoreshencës, d.m.th. frekuenca e saj, ν në madhësinë e nanogrimcës do të thotë se gjerësia e "bandës së hendekut" Δ varet gjithashtu nga madhësia e grimcave E. Duke parë figurat 40 dhe 41, mund të argumentohet se me rritjen e madhësive të nanogrimcave, gjerësia e "hendekut", Δ E duhet të ulet, sepse ΔE = hν. Kjo varësi mund të shpjegohet si më poshtë.

Është më e lehtë të shkëputesh nëse ka shumë fqinjë përreth

Energjia minimale e nevojshme për të hequr një elektron valencë dhe për ta transferuar atë në brezin e përcjelljes varet jo vetëm nga ngarkesa e bërthamës atomike dhe pozicioni i elektronit në atom. Sa më shumë atome të ketë, aq më e lehtë është të shkëpusësh një elektron, sepse bërthamat e atomeve fqinje gjithashtu e tërheqin atë në vetvete. I njëjti përfundim është i vërtetë edhe për jonizimin e atomeve (shih Fig. 42).

Figura 42. Varësia e numrit mesatar të fqinjëve më të afërt në rrjetën kristalore (ordinata) nga diametri i një grimce platini në angstromë (abshisë). 1 Å=0,1 nm. Përshtatur nga Frenkel et al. (J. Phys. Chem., B, v. 105:12689, 2001).

Në Fig. 42. tregon se si ndryshon numri mesatar i fqinjëve më të afërt të një atomi platini me rritjen e diametrit të grimcave. Kur numri i atomeve në një grimcë është i vogël, një pjesë e konsiderueshme e tyre ndodhet në sipërfaqe, që do të thotë se numri mesatar i fqinjëve më të afërt është shumë më i vogël se ai që korrespondon me rrjetën kristalore të platinit (11). Ndërsa madhësia e grimcave rritet, numri mesatar i fqinjëve më të afërt i afrohet kufirit që korrespondon me një rrjetë të caktuar kristalore. Nga Fig. 42 rrjedh se është më e vështirë të jonizosh (të heqësh një elektron) një atom nëse është në një grimcë të vogël, sepse mesatarisht, një atom i tillë ka pak fqinjë më të afërt.

Figura 43. Varësia e potencialit të jonizimit (funksioni i punës, në eV) nga numri i atomeve N në një nanogrimcë hekuri. Marrë nga një leksion i E. Roduner (Stuttgart, 2004).

Në Fig. Figura 43 tregon se si ndryshon potenciali i jonizimit (funksioni i punës, në eV) për nanogrimcat që përmbajnë numër të ndryshëm atomesh hekuri N. Mund të shihet se me rritjen N funksioni i punës zvogëlohet, duke u prirur në një vlerë kufizuese që korrespondon me funksionin e punës për mostrat me madhësi normale. Doli se ndryshimi A dalje me diametër grimcash D mund të përshkruhet mjaft mirë me formulën:

A jashtë = A prodhimi 0 + 2 Z e 2 / D , (6)

Ku A output0 - funksioni i punës për mostrat e madhësive normale, Zështë ngarkesa e bërthamës atomike, dhe e– ngarkesa elektronike.

Është e qartë se gjerësia e "zonës së ndaluar" Δ E varet nga madhësia e grimcave gjysmëpërçuese në të njëjtën mënyrë si funksioni i punës së grimcave metalike (shih formulën 6) - zvogëlohet me rritjen e diametrit të grimcave. Prandaj, gjatësia e valës së fluoreshencës së nanogrimcave gjysmëpërçuese rritet me rritjen e diametrit të grimcave, siç ilustrohet në figurën 41.

Pikat kuantike janë atome të krijuara nga njeriu

Nanogrimcat gjysmëpërçuese shpesh quhen "pika kuantike". Me vetitë e tyre ato i ngjajnë atomeve - "atomeve artificiale" me madhësi nano. Në fund të fundit, elektronet në atome, duke lëvizur nga një orbitë në tjetrën, lëshojnë gjithashtu një sasi drite me një frekuencë të përcaktuar rreptësisht. Por ndryshe nga atomet reale, strukturën e brendshme të të cilëve dhe spektrin e emetimit nuk mund ta ndryshojmë, parametrat e pikave kuantike varen nga krijuesit e tyre, nanoteknologët.

Pikat kuantike janë tashmë një mjet i dobishëm për biologët që përpiqen të dallojnë struktura të ndryshme brenda qelizave të gjalla. Fakti është se struktura të ndryshme qelizore janë njësoj transparente dhe jo të ngjyrosura. Prandaj, nëse shikoni një qelizë me mikroskop, nuk do të shihni asgjë tjetër përveç skajeve të saj. Për të bërë të dukshme struktura të caktuara qelizore, u krijuan pika kuantike që mund të ngjiten në struktura të caktuara ndërqelizore (Fig. 44).

Për të ngjyrosur qelizën në Fig. 44 me ngjyra të ndryshme, pikat kuantike u bënë në tre madhësi. Më të voglat, me ngjyrë jeshile që shkëlqenin, ishin ngjitur në molekula të afta të ngjiteshin në mikrotubulat që përbëjnë skeletin e brendshëm të qelizës. Pikat kuantike të mesme mund të ngjiten në membranat e aparatit Golgi, dhe ato më të mëdhatë mund të ngjiten në bërthamën e qelizës. Kur qeliza u zhyt në një tretësirë që përmban të gjitha këto pika kuantike dhe u mbajt në të për ca kohë, ato depërtuan brenda dhe u mbërthyen aty ku mundën. Pas kësaj, qeliza u shpëla në një tretësirë që nuk përmbante pika kuantike dhe u vendos nën një mikroskop. Siç mund të pritej, strukturat qelizore të sipërpërmendura u bënë shumëngjyrësh dhe qartësisht të dukshme (Fig. 44).

Figura 44. Ngjyrosja e strukturave të ndryshme ndërqelizore me ngjyra të ndryshme duke përdorur pika kuantike. E kuqe – bërthama; jeshile – mikrotubula; e verdha – aparati Golgi.

Nanoteknologjia në luftën kundër kancerit

Në 13% të rasteve, njerëzit vdesin nga kanceri. Kjo sëmundje vret rreth 8 milionë njerëz në mbarë botën çdo vit. Shumë lloje të kancerit ende konsiderohen të pashërueshme. Kërkimet shkencore tregojnë se nanoteknologjia mund të jetë një mjet i fuqishëm në luftën kundër kësaj sëmundjeje.

Nanoteknologjia dhe mjekësia

Nanogrimcat e arit janë bomba nxehtësie për qelizat e kancerit

Një nanogrimcë sferike silikoni me një diametër prej rreth 100 nm është e veshur me një shtresë ari 10 nm të trashë. Një nanogrimcë e tillë ari ka aftësinë të thithë rrezatim infra të kuqe me një gjatësi vale prej 820 nm, ndërsa ngroh një shtresë të hollë lëngu rreth saj me disa dhjetëra gradë.

Rrezatimi me një gjatësi vale prej 820 nm praktikisht nuk absorbohet nga indet e trupit tonë. Prandaj, nëse bëni nanogrimca ari që ngjiten vetëm në qelizat e kancerit, atëherë duke kaluar rrezatim të kësaj gjatësi vale nëpër trupin e njeriut, mund t'i ngrohni dhe shkatërroni këto qeliza pa dëmtuar qelizat e shëndetshme në trup.

Shkencëtarët zbuluan se membrana e qelizave normale ndryshon nga membranat e qelizave të kancerit dhe propozuan aplikimin e molekulave në sipërfaqen e nanogrimcave të arit që lehtësojnë ngjitjen e tyre me qelizat e kancerit. Nanogrimca të tilla me aftësinë për t'u ngjitur në qelizat e kancerit janë prodhuar për disa lloje kanceri.

Në eksperimentet me minj, u vërtetua efektiviteti i nanogrimcave të arit në shkatërrimin e qelizave kancerogjene. Së pari, kanceri u induktua te minjtë, më pas u injektuan me nanogrimca të përshtatshme dhe më pas iu ekspozuan rrezatimit të një gjatësi vale të caktuar. Doli se pas disa minutash të një rrezatimi të tillë, shumica e qelizave kancerogjene vdiqën nga mbinxehja, ndërsa qelizat normale mbetën të padëmtuara. Shkencëtarët kanë shpresa të mëdha për këtë metodë të luftimit të kancerit.

Dendrimerët – kapsula me helm për qelizat kancerogjene

Qelizat e kancerit kanë nevojë për sasi të mëdha të acidit folik për t'u ndarë dhe rritur. Prandaj, molekulat e acidit folik ngjiten shumë mirë në sipërfaqen e qelizave kancerogjene, dhe nëse lëvozhga e jashtme e dendrimerëve përmban molekula të acidit folik, atëherë dendrimerë të tillë do të ngjiten në mënyrë selektive vetëm në qelizat e kancerit. Me ndihmën e dendrimerëve të tillë, qelizat e kancerit mund të bëhen të dukshme nëse disa molekula të tjera janë ngjitur në guaskën e dendrimerëve, të cilët shkëlqejnë, për shembull, nën dritën ultravjollcë. Duke bashkangjitur një ilaç që vret qelizat kancerogjene në shtresën e jashtme të dendrimerit, ju jo vetëm që mund t'i zbuloni ato, por edhe t'i vrisni ato (Fig. 45).

Figura 45. Një dendrimer me molekula të acidit folik (vjollcë) të ngjitura në shtresën e jashtme të tij ngjitet vetëm në qelizat e kancerit. Molekulat e ndezura të fluoresceinës (jeshile) bëjnë të mundur zbulimin e këtyre qelizave, ndërsa molekulat e metotreksatit (e kuqe) vrasin qelizat e kancerit. Kjo bën të mundur vrasjen selektive vetëm të qelizave kancerogjene.

Nanogrimcat e argjendit janë helm për bakteret

Vetitë fizike të shumë substancave varen nga madhësia e kampionit. Nanogrimcat e një substance shpesh kanë veti që përgjithësisht nuk gjenden në mostrat e këtyre substancave me madhësi normale.

Dihet se ari dhe argjendi nuk marrin pjesë në shumicën e reaksioneve kimike. Megjithatë, nanogrimcat e argjendit ose të arit jo vetëm që bëhen katalizatorë shumë të mirë për reaksionet kimike (përshpejtojnë shfaqjen e tyre), por gjithashtu marrin pjesë drejtpërdrejt në reaksionet kimike. Për shembull, mostrat e zakonshme të argjendit nuk reagojnë me acid klorhidrik, por nanogrimcat e argjendit reagojnë me acid klorhidrik dhe ky reaksion vazhdon sipas skemës së mëposhtme: 2Ag + 2HCl ® 2AgCl + H 2 .

Reaktiviteti i lartë i nanogrimcave të argjendit shpjegon faktin se ato kanë një efekt të fortë baktericid - ato vrasin disa lloje bakteresh patogjene. Jonet e argjendit e bëjnë të pamundur që shumë reaksione kimike të ndodhin brenda baktereve, dhe për këtë arsye, në prani të nanogrimcave të argjendit, shumë baktere nuk riprodhohen. Të ashtuquajturat baktere gram-negative që nuk mund të ngjyrosen me metodën Gram (Escherichia coli, salmonella etj.) janë më të ndjeshme ndaj veprimit të nanogrimcave të argjendit (Fig. 47).

Figura 47. Efekti i përqendrimeve të ndryshme të nanogrimcave të argjendit me madhësi 10-15 nm në përhapjen e baktereve Escherichia coli ( Escherichia coli) – (a) dhe salmonela ( Tifoja e salmonelës) – (b). Nga e majta në të djathtë, të dy panelet tregojnë fotografi të enëve Petri me përqendrime të nanogrimcave të argjendit prej 0, 5, 10, 25 dhe 35 μg/ml. Bakteret e kthejnë tretësirën ushqyese të pjatave në të verdhë (shihni tre pllakat majtas). Në mungesë të baktereve, enët Petri kanë ngjyrë kafe të errët për shkak të pranisë së nanogrimcave të argjendit. Përshtatur nga Shrivastava et al. (Nanoteknologjia, 18:225103, 2007).

Për të përfituar nga vetitë baktericide të nanogrimcave të argjendit, ato filluan të përfshihen në materialet tradicionale, si pëlhurat e shtratit. Çorapet e bëra nga pëlhura që përmbajnë nanogrimca argjendi janë zbuluar se parandalojnë infeksionet kërpudhore të këmbëve.

Një shtresë nanogrimcash argjendi filloi të mbulonte takëmet, dorezat e dyerve, madje edhe tastierat dhe minjtë e kompjuterit, të cilët u zbuluan se shërbenin si bazë për rritjen e baktereve patogjene. Nanogrimcat e argjendit janë përdorur për të krijuar veshje të reja, dezinfektues dhe detergjentë (përfshirë pastat e dhëmbëve, pastat e pastrimit dhe pluhurat larës)

Bakteret dhe qelizat e kuqe të gjakut transportojnë nanokapsula me ilaçe

Sëmundja e njeriut, si rregull, shoqërohet me një sëmundje jo të të gjithëve, por shpesh të një pjese të vogël të qelizave të saj. Por kur marrim pilula, ilaçi tretet në gjak, dhe më pas përmes qarkullimit të gjakut prek të gjitha qelizat – të sëmura dhe të shëndetshme. Në të njëjtën kohë, në qelizat e shëndetshme, ilaçet e panevojshme mund të shkaktojnë të ashtuquajturat efekte anësore, për shembull, reaksione alergjike. Prandaj, ëndrra e kahershme e mjekëve ishte trajtimi selektiv vetëm i qelizave të sëmura, në të cilat ilaçi shpërndahej i synuar dhe në porcione shumë të vogla. Nanokapsulat me një ilaç që mund të ngjitet vetëm në disa qeliza mund të jetë një zgjidhje për këtë problem mjekësor.

Pengesa kryesore që parandalon përdorimin e nanokapsulave me ilaçe për shpërndarjen e synuar në qelizat e sëmura është sistemi ynë imunitar. Sapo qelizat e sistemit imunitar ndeshen me trupa të huaj, duke përfshirë nanokapsula me ilaçe, ato përpiqen të shkatërrojnë dhe heqin mbetjet e tyre nga qarkullimi i gjakut. Dhe sa më me sukses ta bëjnë këtë, aq më i mirë është imuniteti ynë. Prandaj, nëse futim ndonjë nanokapsula në gjak, sistemi ynë imunitar do t'i shkatërrojë nanokapsula para se të arrijnë në qelizat e synuara.

Për të mashtruar sistemin tonë imunitar, propozohet përdorimi i qelizave të kuqe të gjakut (eritrocitet) për të dhënë nanokapsula. Sistemi ynë imunitar e njeh lehtësisht "tonin" dhe nuk i sulmon kurrë qelizat e kuqe të gjakut. Prandaj, nëse bashkoni nanokapsula në qelizat e kuqe të gjakut, atëherë qelizat e sistemit imunitar, duke "duke parë" qelizën e kuqe "të tyre" që noton nëpër një enë gjaku, nuk do të "inspektojnë" sipërfaqen e saj dhe qelizat e kuqe të gjakut me nanokapsula. ngjitur do të notojë më tej në qelizat të cilave u adresohen këto nanokapsula. Qelizat e kuqe të gjakut jetojnë mesatarisht rreth 120 ditë. Eksperimentet kanë treguar se jetëgjatësia e nanokapsulave të lidhura me qelizat e kuqe të gjakut është 100 herë më e gjatë sesa kur ato thjesht injektohen në gjak.

Një bakter i zakonshëm gjithashtu mund të ngarkohet me nanogrimca që përmbajnë ilaçe dhe më pas mund të veprojë si një mjet transporti për t'i shpërndarë këto barna në qelizat e sëmura. Madhësitë e nanogrimcave variojnë nga 40 deri në 200 nanometra, shkencëtarët kanë mësuar t'i bashkojnë ato në sipërfaqen e baktereve duke përdorur molekula të veçanta. Mbi një bakter mund të vendosen deri në disa qindra nanogrimca të llojeve të ndryshme (Fig. 59).

Figura 59. Metoda e shpërndarjes së nanogrimcave me barna ose fragmente (gjene) të ADN-së për trajtimin e qelizave.

Bakteret kanë një aftësi natyrore për të pushtuar qelizat e gjalla, duke i bërë ato kandidatë idealë për shpërndarjen e barnave. Kjo është veçanërisht e vlefshme në terapinë gjenetike, ku është e nevojshme të dërgohen fragmente të ADN-së në destinacionin e tyre pa vrarë një qelizë të shëndetshme. Pasi gjenet hyjnë në bërthamën e qelizës, ajo fillon të prodhojë proteina specifike, duke korrigjuar kështu sëmundjen gjenetike. Kjo hap mundësi të reja në fushën e terapisë gjenetike. Përveç kësaj, është e mundur që bakteret të detyrohen të transportojnë nanogrimca me helm në adresë, për shembull, për të vrarë qelizat e kancerit.

Nanofibrat – një skelë për restaurimin e palcës kurrizore

Dihet se aktualisht dëmtimi i palcës kurrizore shpesh nuk mund të trajtohet. Në këto raste, një dëmtim i shtyllës kurrizore e vendos personin në një karrige me rrota për gjithë jetën. Arsyeja e pashërueshmërisë së dëmtimit të palcës kurrizore është funksioni mbrojtës i trupit tonë - formimi i shpejtë i një mbresë të indit lidhës të fortë, i cili shërben si një kufi midis nervave të dëmtuar dhe të padëmtuar që rrjedhin përgjatë palcës kurrizore.

Një mbresë mbron gjithmonë qelizat e gjalla nga qelizat e vdekura aty pranë dhe formohet kur të gjitha indet e trupit dëmtohen. Sidoqoftë, kur palca kurrizore dëmtohet, mbresë që rezulton parandalon rritjen e nervave dhe rivendosjen e funksionit kryesor të palcës kurrizore - për të kryer impulse nervore nga truri në pjesë të ndryshme të trupit dhe mbrapa.

Nervat nuk mund të rriten përmes dhëmbëve dhe zgavrave të zbrazëta. Për t'u rritur, si një shtëpi, ata kanë nevojë për një kornizë ose udhëzues (skela), si dhe për mungesën e barrierave. Kështu, për rikuperimin e shpejtë të dëmtimit të palcës kurrizore, është e nevojshme që (1) të parandalohet formimi i një mbresë dhe (2) të mbushet hapësira midis fibrave nervore të dëmtuara dhe të padëmtuara me një skelë. Nanoteknologjia zgjidh të dyja problemet e mësipërme.

Dihet se molekulat amfifile, d.m.th. molekulat në të cilat rajonet hidrofile dhe hidrofobike janë të ndara në hapësirë, kanë aftësinë të vetë-montohen. Këto molekula përfundimisht mblidhen në nanofibra cilindrike. Në të njëjtën kohë, molekula të ndryshme mund të vendosen në sipërfaqen e këtyre nanofibrave, për shembull, duke shtypur formimin e plagëve dhe duke stimuluar rritjen e indeve nervore. Nanofibra të tilla formojnë struktura grilë, duke krijuar një kornizë për rritjen nervore (Fig. 61). Nëse e mbushni vendin e një dëmtimi të palcës kurrizore me fibra të tilla vetë-montuese, nervat e dëmtuar do të fillojnë të rriten përmes vendit të lëndimit, duke eliminuar efektet e dëmtimit.

Figura 61. Në të djathtë është një paraqitje skematike e një nanofibre të formuar nga molekula amfifilike që mbartin struktura kimike që bllokojnë rritjen e mbresë dhe aktivizojnë rritjen nervore (treguar me ngjyra të ndryshme). Në të majtë është një mikrograf i një skele të formuar nga nanofibra në vendin e dëmtimit të palcës kurrizore; kalibrimi, 200 nm. Përshtatur nga Hartgerink et al., Science, 294, 1684 (2001).

Nëse përdorni një shiringë (Fig. 62) për të injektuar një tretësirë të molekulave të tilla amfifilike në vendin e lëndimit brenda 24 orëve pas lëndimit, atëherë ato, duke u grumbulluar në një rrjet tredimensional nanofibrash, do të parandalojnë formimin e një mbresë, dhe fibrat nervore do të jenë në gjendje të rriten, duke rivendosur përcjelljen e impulseve përmes palcës kurrizore dhe duke eliminuar pasojat e dëmtimit. Eksperimente të tilla u kryen te minjtë dhe rezultuan të suksesshme.

R Figura 62. Paraqitja skematike e zonës së dëmtuar të palcës kurrizore (shigjeta) dhe një shiringë me të cilën injektohet lëng me molekula amfifilike në këtë zonë. Përshtatur nga Silva et al, Science, 303, 1352 (2004).

Nanoteknologjia në jetën e përditshme dhe industri

Nanotubat janë kontejnerë për ruajtjen e hidrogjenit, karburantit më të pastër.

Rezervat e qymyrit, naftës dhe gazit në Tokë janë të kufizuara. Përveç kësaj, djegia e karburanteve konvencionale çon në akumulimin e dioksidit të karbonit dhe papastërtive të tjera të dëmshme në atmosferë, dhe kjo nga ana tjetër çon në ngrohjen globale, shenjat e së cilës njerëzimi tashmë po i përjeton. Prandaj, sot njerëzimi përballet me një detyrë shumë të rëndësishme - si të zëvendësohen llojet tradicionale të karburantit në të ardhmen?

Është më e dobishme të përdoret elementi kimik më i zakonshëm në Univers si lëndë djegëse - hidrogjeni. Gjatë oksidimit (djegisë) të hidrogjenit formohet uji dhe ky reaksion ndodh me çlirimin e një sasie shumë të madhe nxehtësie (120 kJ/kg). Për krahasim, nxehtësia specifike e djegies së benzinës dhe gazit natyror është tre herë më e vogël se ajo e hidrogjenit. Duhet gjithashtu të merret parasysh se djegia e hidrogjenit nuk prodhon okside të dëmshme mjedisore të azotit, karbonit dhe squfurit.

Janë propozuar mjaft metoda mjaft të lira dhe miqësore me mjedisin për prodhimin e hidrogjenit, megjithatë, ruajtja dhe transportimi i hidrogjenit deri më tani ka qenë një nga problemet e pazgjidhura të energjisë së hidrogjenit. Arsyeja për këtë është madhësia shumë e vogël e molekulës së hidrogjenit. Për shkak të kësaj, hidrogjeni mund të depërtojë përmes çarjeve mikroskopike dhe poreve që gjenden në materialet e zakonshme, dhe rrjedhja e tij në atmosferë mund të çojë në shpërthime. Prandaj, muret e cilindrave të ruajtjes së oksigjenit duhet të jenë më të trasha, gjë që i bën ato më të rënda. Për arsye sigurie, është më mirë të ftohen cilindrat e hidrogjenit në disa dhjetëra K, gjë që rrit më tej koston e ruajtjes dhe transportit të këtij karburanti.

Një zgjidhje për problemin e ruajtjes dhe transportit të hidrogjenit mund të jetë një pajisje që luan rolin e një "sfungjeri", i cili do të kishte aftësinë për të thithur hidrogjenin dhe për ta mbajtur atë për një kohë të pacaktuar. Natyrisht, një "sfungjer" i tillë hidrogjeni duhet të ketë një sipërfaqe të madhe dhe afinitet kimik për hidrogjenin. Të gjitha këto veti janë të pranishme në nanotubat e karbonit.

Siç dihet, nanotubat e karbonit kanë të gjithë atomet në sipërfaqe. Një nga mekanizmat për thithjen e hidrogjenit nga nanotubat është kimisorbimi, domethënë adsorbimi i hidrogjenit H2 në sipërfaqen e tubit, i ndjekur nga shpërbërja dhe formimi i lidhjeve kimike C–H. Hidrogjeni i lidhur në këtë mënyrë mund të nxirret nga nanotubi, për shembull, duke u ngrohur në 600 o C. Përveç kësaj, molekulat e hidrogjenit lidhen në sipërfaqen e nanotubave me anë të adsorbimit fizik nëpërmjet ndërveprimit van der Waals.

Besohet se përdorimi më efektiv i hidrogjenit si lëndë djegëse është oksidimi i tij në një qelizë karburanti (Fig. 46), në të cilën energjia kimike shndërrohet drejtpërdrejt në energji elektrike. Kështu, një qelizë karburanti është e ngjashme me një qelizë galvanike, por ndryshon nga ajo në atë që substancat e përfshira në reaksion ushqehen vazhdimisht në të nga jashtë.

Figura 46. Ilustrimi skematik i një qelize karburanti të përbërë nga dy elektroda të ndara nga një elektrolit. Hidrogjeni furnizohet në anodë, e cila, duke depërtuar në elektrolit përmes poreve shumë të vogla në materialin e elektrodës dhe duke marrë pjesë në reaksionin e kimisorbimit, shndërrohet në jone të ngarkuar pozitivisht. Oksigjeni furnizohet në katodë dhe uji, produkti i reagimit, hiqet. Katalizatorët përdoren për të përshpejtuar reaksionin. Elektrodat e qelizës së karburantit janë të lidhura me ngarkesën (llambën).

Sipas studiuesve, për të krijuar një qelizë efektive të karburantit është e nevojshme të krijohet një "sfungjer" hidrogjeni, çdo metër kub i të cilit përmbante të paktën 63 kg hidrogjen. Me fjalë të tjera, masa e hidrogjenit të ruajtur në "sfungjer" duhet të jetë së paku 6.5% e masës së "sfungjerit". Aktualisht, me ndihmën e nanoteknologjisë, në kushte eksperimentale është bërë e mundur të krijohen "sfungjerë" hidrogjeni, masa e hidrogjenit në të cilën kalon 18%, gjë që hap perspektiva të gjera për zhvillimin e energjisë së hidrogjenit.

Materialet nanofazë janë më të qëndrueshme

Me një ngarkesë mjaft të madhe, të gjitha materialet thyhen dhe në vendin e thyerjes, shtresat fqinje të atomeve largohen përgjithmonë nga njëra-tjetra. Megjithatë, forca e shumë materialeve nuk varet nga sa forcë duhet të aplikohet për të ndarë dy shtresa të atomeve ngjitur. Në fakt, është shumë më e lehtë të grisësh çdo material nëse ka të çara. Prandaj, forca e materialeve të ngurta varet nga sa mikroçarje ka në të dhe çfarë lloji, dhe si përhapen çarjet përmes këtij materiali. Në ato vende ku ka një çarje, forca që teston forcën e materialit zbatohet jo në të gjithë shtresën, por në zinxhirin e atomeve të vendosura në majë të plasaritjes, dhe për këtë arsye është shumë e lehtë të largohen shtresat. (shih Fig. 48).

Figura 48. Paraqitja skematike e një çarjeje ndërmjet dy shtresave atomesh, që zgjerohet nën veprimin e forcave (shigjetat e kuqe).

Përhapja e çarjeve shpesh pengohet nga mikrostruktura e lëndës së ngurtë. Nëse trupi përbëhet nga mikrokristale, siç janë metalet, atëherë një çarje, duke ndarë njërën prej tyre në dysh, mund të ndeshet me sipërfaqen e jashtme të një mikrokristali ngjitur dhe të ndalet. Kështu, sa më e vogël të jetë madhësia e grimcave nga e cila formohet materiali, aq më e vështirë është që çarjet të përhapen nëpër të.

Materialet e përbëra nga nanogrimca quhen nanofazë. Një shembull i një materiali nanofazë mund të jetë bakri nanofazë, një nga metodat e prodhimit të të cilit është paraqitur në Figurën 49.

Figura 49. Fabrikimi i bakrit nanofaz.

Për të bërë bakër nanofazë, një fletë bakri e rregullt nxehet në një temperaturë të lartë, në të cilën atomet e bakrit fillojnë të avullojnë nga sipërfaqja e saj. Me rrjedhën konvektive, këto atome lëvizin në sipërfaqen e tubit të ftohtë, mbi të cilin depozitohen, duke formuar konglomerate nanogrimcash. Një shtresë e dendur nanogrimcash bakri në sipërfaqen e një tubi të ftohtë është nanofaza bakri.

Materialet nanofazore, të quajtura shpesh nanostrukturuar, mund të prodhohet në mënyra të ndryshme, për shembull, duke kompresuar pluhurin e nanogrimcave në temperatura të ngritura (shtypja e nxehtë).

Mostrat e materialeve të "formuara" nga nanogrimcat rezultojnë të jenë shumë më të forta se ato konvencionale. Ngarkesa mekanike e një materiali nanofazë, si ajo konvencionale, shkakton shfaqjen e mikroçarjeve në të. Megjithatë, përhapja lineare e kësaj mikroçarjeje dhe shndërrimi i saj në një makroçarje pengohet nga kufijtë e shumtë të nanogrimcave që përbëjnë këtë material. Prandaj, mikroçarja ndeshet me kufirin e një prej nanogrimcave dhe ndalon, dhe kampioni mbetet i paprekur.

Figura 50 tregon se si forca e bakrit varet nga madhësia e mikrokristaleve ose nanogrimcave nga të cilat ai përbëhet. Mund të shihet se forca e një kampioni bakri nanofazë mund të jetë 10 herë më e lartë se forca e bakrit të zakonshëm, i cili, si rregull, përbëhet nga kristale me madhësi rreth 50 mikron.

Figura 50. Varësia e forcës së bakrit nga madhësia e kokrrizave (grimcave). Përshtatur nga Scientific American, 1996, dhjetor, f. 74.

Në deformime të vogla prerëse, grimcat e materialeve nanofazë janë në gjendje të lëvizin pak në lidhje me njëra-tjetrën. Prandaj, struktura me qeliza të imta të materialeve nanofazë është më e fortë jo vetëm gjatë deformimit në tërheqje, por edhe gjatë përkuljes, kur shtresat ngjitur të mostrës ndryshojnë gjatësinë e tyre ndryshe.

Nanogrimcat TiO 2 - nanosapun dhe kurth ultravjollcë

Dioksidi i titanit, TiO 2 është përbërësi më i zakonshëm i titanit në tokë. Pluhuri i dioksidit të titanit ka një ngjyrë të bardhë shkëlqyese dhe për këtë arsye përdoret si ngjyrues në prodhimin e bojrave, letrës, pastave të dhëmbëve dhe plastikës. Arsyeja e bardhësisë së pluhurit të dioksidit të titanit është indeksi i tij shumë i lartë i thyerjes (n=2.7).

Oksidi i titanit TiO 2 ka aktivitet shumë të fortë katalitik - përshpejton shfaqjen e reaksioneve kimike. Në prani të rrezatimit ultravjollcë, dioksidi i titanit ndan molekulat e ujit në radikale të lira - grupet hidroksil OH - dhe anione superokside O 2 - (Fig. 51).

Figura 51. Paraqitja skematike e formimit të radikaleve të lira OH - dhe O 2 - gjatë katalizimit të ujit në sipërfaqen e dioksidit të titanit në prani të dritës së diellit.

Aktiviteti i radikaleve të lira që rezultojnë është aq i lartë sa në sipërfaqen e dioksidit të titanit, çdo përbërje organike dekompozohet në dioksid karboni dhe ujë. Duhet të theksohet se kjo ndodh vetëm në rrezet e diellit, e cila dihet se përmban një komponent ultravjollcë.

Aktiviteti katalitik i dioksidit të titanit rritet me zvogëlimin e madhësisë së grimcave, pasi raporti i sipërfaqes së grimcave me vëllimin e tyre rritet. Prandaj, nanogrimcat e titanit bëhen shumë efektive, dhe ato përdoren për të pastruar ujin, ajrin dhe sipërfaqet e ndryshme nga komponimet organike, të cilat zakonisht janë të dëmshme për njerëzit.

Fotokatalizatorët e bërë në bazë të nanogrimcave të dioksidit të titanit mund të përfshihen në përbërjen e betonit të autostradës. Eksperimentet tregojnë se gjatë përdorimit të rrugëve të tilla, përqendrimi i monoksidit të azotit është shumë më i ulët se mbi ato konvencionale. Kështu, përfshirja e nanogrimcave të dioksidit të titanit në beton mund të përmirësojë mjedisin rreth autostradave. Përveç kësaj, është propozuar shtimi i pluhurit nga këto nanogrimca në karburantin e automobilave, i cili gjithashtu duhet të zvogëlojë përmbajtjen e papastërtive të dëmshme në gazrat e shkarkimit.

Një film i nanogrimcave të dioksidit të titanit të aplikuar në xhami është transparent dhe i padukshëm për syrin. Megjithatë, një xham i tillë, kur ekspozohet ndaj dritës së diellit, është i aftë të vetëpastrohet nga ndotësit organikë, duke e kthyer çdo papastërti organike në dioksid karboni dhe ujë. Qelqi i trajtuar me nanogrimca të oksidit të titanit nuk ka njolla të yndyrshme dhe për këtë arsye laget mirë nga uji. Si rezultat, xhami i tillë mjegullohet më pak, pasi pikat e ujit përhapen menjëherë përgjatë sipërfaqes së xhamit, duke formuar një film të hollë transparent.

Fatkeqësisht, dioksidi i titanit ndalon së punuari në hapësira të mbyllura sepse... Praktikisht nuk ka ultravjollcë në dritën artificiale. Megjithatë, shkencëtarët besojnë se duke ndryshuar pak strukturën e dioksidit të titanit, do të jetë e mundur që të bëhet i ndjeshëm ndaj pjesës së dukshme të spektrit diellor. Bazuar në nanogrimca të tilla të dioksidit të titanit, do të jetë e mundur të bëhet një shtresë, për shembull, për dhomat e tualetit, si rezultat i së cilës përmbajtja e baktereve dhe substancave të tjera organike në sipërfaqet e tualetit mund të reduktohet disa herë.

Për shkak të aftësisë së tij për të thithur rrezatimin ultravjollcë, dioksidi i titanit përdoret tashmë në prodhimin e kremrave kundër diellit, siç janë kremrat. Prodhuesit e kremrave kanë filluar të përdorin dioksid titani në formën e nanogrimcave, të cilat janë aq të vogla sa i japin kremit mbrojtës pothuajse absolut transparencë absolute.

Nanobari vetë-pastrues dhe "efekti i lotusit"

Nanoteknologjia bën të mundur krijimin e një sipërfaqeje të ngjashme me një mikrobrushë masazhi. Një sipërfaqe e tillë quhet nanograss dhe përbëhet nga shumë nanotela paralele (nanoshoda) të së njëjtës gjatësi, të vendosura në distancë të barabartë nga njëri-tjetri (Fig. 52).

Figura 52. Mikrografi elektronik i një nanobari të përbërë nga shufra silikoni me diametër 350 nm dhe lartësi 7 μm, të vendosura 1 μm larg njëra-tjetrës.

Një pikë uji që bie mbi nanobar nuk mund të depërtojë në mes të nanobarit, pasi kjo parandalohet nga tensioni i lartë sipërfaqësor i lëngut. Në fund të fundit, për të depërtuar midis nanograsë, një pikë duhet të rrisë sipërfaqen e saj, dhe kjo kërkon kosto shtesë të energjisë. Prandaj, pika "noton në këpucë pointe", midis të cilave ka flluska ajri. Si rezultat, forcat ngjitëse midis pikës dhe nanobarit bëhen shumë të vogla. Kjo do të thotë se bëhet e pafavorshme që pikëza të përhapet dhe të lagësh nanobarin "me gjemba" dhe ajo mbështillet në një top, duke demonstruar një kënd kontakti shumë të lartë q, që është një masë sasiore e lagueshmërisë (Fig. 53).

Figura 53. Një pikë uji në nanobar.

Për të bërë edhe më pak lagshmërinë e nanobarit, sipërfaqja e tij është e mbuluar me një shtresë të hollë të disa polimereve hidrofobike. Dhe atëherë jo vetëm uji, por edhe ndonjë grimcë nuk do të ngjitet kurrë në nanobar, sepse prekeni atë vetëm në disa pika. Prandaj, grimcat e papastërtisë që gjenden në një sipërfaqe të mbuluar me nanovili ose bien prej saj vetë ose largohen nga pikat e ujit që rrotullohen.

Vetë-pastrimi i një sipërfaqeje të lezetshme nga grimcat e papastërtisë quhet "efekti i lotusit", sepse Lulet dhe gjethet e Lotusit janë të pastra edhe kur uji përreth është i turbullt dhe i ndotur. Kjo ndodh për faktin se gjethet dhe lulet nuk lagen nga uji, kështu që pikat e ujit rrokullisen si topa merkuri, duke mos lënë asnjë gjurmë dhe duke larë të gjithë papastërtitë. Edhe pikat e ngjitësit dhe mjaltit nuk mund të qëndrojnë në sipërfaqen e gjetheve të zambakut.

Doli se e gjithë sipërfaqja e gjetheve të zambakut është e mbuluar dendur me mikropuçrra me lartësi rreth 10 mikron, dhe vetë puçrrat, nga ana tjetër, janë të mbuluara me mikrovila edhe më të vogla (Fig. 54). Hulumtimet kanë treguar se të gjitha këto mikropuçrra dhe vilë janë bërë nga dylli, i cili dihet se ka veti hidrofobike, duke e bërë sipërfaqen e gjetheve të zambakut të duket si nanograss. Është struktura e puçrrave të sipërfaqes së gjetheve të zambakut që zvogëlon ndjeshëm lagështimin e tyre. Për krahasim, Fig. 54 tregon sipërfaqen relativisht të lëmuar të një gjetheje magnolie, e cila nuk ka aftësinë të vetëpastrohet.

Figura 54. Mikrografia e sipërfaqes së gjetheve të zambakut dhe magnolisë. Më poshtë majtas është një diagram skematik i një mikropimple. Marre nga Planta (1997), 202: 1-8.

Kështu, nanoteknologjia bën të mundur krijimin e veshjeve dhe materialeve vetëpastruese që kanë edhe veti kundër ujit. Materialet e bëra nga pëlhura të tilla mbeten gjithmonë të pastra. Tashmë po prodhohen xhami të përparme vetëpastruese, sipërfaqja e jashtme e të cilave është e mbuluar me nanovilla. Nuk ka asgjë për të bërë fshirëset në xhami të tillë. Në shitje ka buzë të pastra për rrotat e makinave që pastrohen vetë duke përdorur "efektin e lotusit" dhe tani mund të lyeni pjesën e jashtme të shtëpisë tuaj me bojë në të cilën papastërtia nuk do të ngjitet.

Nanobateritë – të fuqishme dhe të qëndrueshme

Ndryshe nga transistorët, miniaturizimi i baterive ndodh shumë ngadalë. Madhësia e baterive galvanike, e reduktuar në një njësi të fuqisë, është zvogëluar gjatë 50 viteve të fundit me vetëm 15 herë, dhe madhësia e tranzitorit gjatë të njëjtës kohë është ulur me më shumë se 1000 herë dhe tani është rreth 100 nm. Dihet se madhësia e një qarku elektronik autonom shpesh përcaktohet jo nga mbushja e tij elektronike, por nga madhësia e burimit aktual. Për më tepër, sa më e zgjuar të jetë elektronika e pajisjes, aq më e madhe bateria kërkon. Prandaj, për miniaturizimin e mëtejshëm të pajisjeve elektronike, është e nevojshme të zhvillohen lloje të reja të baterive. Dhe këtu përsëri nanoteknologjia ndihmon

Nanogrimcat rrisin sipërfaqen e elektrodave

Sa më e madhe të jetë zona e elektrodave të baterive dhe akumulatorëve, aq më e madhe është rryma që ato mund të prodhojnë. Për të rritur sipërfaqen e elektrodave, sipërfaqja e tyre është e veshur me nanogrimca përçuese, nanotuba, etj.

Në vitin 2005, Toshiba krijoi një prototip të një baterie litium-jon, elektroda negative e së cilës ishte e veshur me nanokristale titanate litium, si rezultat i së cilës sipërfaqja e elektrodës u rrit disa dhjetëra herë. Bateria e re është në gjendje të fitojë 80% të kapacitetit të saj në vetëm një minutë karikim, ndërsa bateritë konvencionale të litium-jonit ngarkohen me një shpejtësi prej 2-3% në minutë dhe kërkojnë një orë për t'u ngarkuar plotësisht.

Përveç shpejtësisë së lartë të rikarikimit, bateritë që përmbajnë elektroda nanogrimcash kanë një jetëgjatësi të zgjatur shërbimi: pas 1000 cikleve të ngarkimit/shkarkimit, humbet vetëm 1% e kapacitetit të saj dhe jeta totale e shërbimit të baterive të reja është më shumë se 5 mijë cikle. Për më tepër, këto bateri mund të funksionojnë në temperatura deri në -40 o C, duke humbur vetëm 20% të ngarkesës së tyre kundrejt 100% për bateritë tipike moderne tashmë në -25 o C.

Që nga viti 2007, bateritë me elektroda të bëra nga nanogrimca përcjellëse janë në dispozicion në shitje, të cilat mund të instalohen në automjetet elektrike. Këto bateri litium-jon janë të afta të ruajnë energji deri në 35 kW. orë, karikimi në kapacitet maksimal në vetëm 10 minuta. Tani diapazoni i një makine elektrike me bateri të tilla është 200 km, por modeli tjetër i këtyre baterive është zhvilluar tashmë, i cili lejon rritjen e rrezes së një makine elektrike në 400 km, që është pothuajse e krahasueshme me rrezen maksimale të makinave me benzinë. (nga mbushja me karburant në karburant).

Nano ndërprerës për bateri

Një nga disavantazhet kryesore të baterive moderne është se ato humbasin plotësisht fuqinë e tyre brenda pak viteve, edhe nëse nuk punojnë, por shtrihen në një depo (15% e energjisë humbet çdo vit). Arsyeja e rënies së energjisë së baterisë me kalimin e kohës është se edhe me bateritë që nuk funksionojnë, elektrodat dhe elektroliti janë gjithmonë në kontakt me njëra-tjetrën, dhe për këtë arsye përbërja jonike e elektrolitit dhe sipërfaqja e elektrodave gradualisht ndryshojnë, gjë që shkakton një rënie në fuqinë e baterive.

H Për të shmangur kontaktin e elektrolitit me elektrodat gjatë ruajtjes së baterisë, sipërfaqja e tyre mund të mbrohet me nanoqime që nuk lagen nga uji (shih Figurën 55), duke simuluar "efektin e lotusit" të përshkruar më sipër.

Figura 55. Paraqitja skematike e një “nanobari” prej nanoshkopi me diametër 300 nm që rritet në njërën nga elektrodat e baterisë. Për shkak të vetive hidrofobike të materialit nanoqime, zgjidhja e elektrolitit kaltërosh nuk mund t'i afrohet sipërfaqes së elektrodës "të kuqe" dhe bateria nuk e humb fuqinë e saj për shumë vite. Përshtatur nga Scientific American, 2006, shkurt, f. 73.

Dihet se ngjitja (ngjitja) mund të kontrollohet duke përdorur një fushë elektrike të jashtme. Të gjithë e kanë parë sesi copa të vogla letre, thërrime, pluhur etj. ngjiten në një krehër plastik të elektrizuar. Lagshmëria përcaktohet nga ngjitja, dhe për këtë arsye një fushë elektrike e aplikuar midis një lëngu dhe sipërfaqes së një trupi të ngurtë rrit gjithmonë lagueshmërinë e kësaj të fundit.

Veshja hidrofobike e nanoqimeve mbron sipërfaqen e njërës prej elektrodave të baterisë nga kontakti me elektrolitin (Fig. 55). Mirëpo, nëse duam të përdorim një bateri, atëherë mjafton të aplikojmë një tension të vogël në nanoqimet dhe ato bëhen hidrofile, si rezultat i së cilës elektroliti mbush të gjithë hapësirën midis elektrodave, duke e bërë baterinë funksionale.

Besohet se nanoteknologjia e ndezjes dhe fikjes së përshkruar më sipër do të jetë e kërkuar për bateri në një sërë sensorësh, për shembull, të lëshuara nga një aeroplan në zona të vështira për t'u arritur, të cilat janë planifikuar të përdoren vetëm në disa vite ose në disa raste të veçanta me sinjal.

Kondensatorë me pllaka nanotuba

Studiuesit besojnë se kondensatori elektrik, i shpikur rreth 300 vjet më parë, mund të bëhet një bateri e shkëlqyer nëse përmirësohet duke përdorur nanoteknologjinë. Ndryshe nga burimet e rrymës galvanike, një kondensator mund të shërbejë si një akumulues i energjisë elektrike për një kohë të pacaktuar. Në të njëjtën kohë, një kondensator mund të ngarkohet shumë më shpejt se çdo bateri.

E vetmja pengesë e një kondensatori elektrik, në krahasim me burimet e rrymës galvanike, është intensiteti i ulët specifik i energjisë (raporti i energjisë së ruajtur ndaj vëllimit). Aktualisht, intensiteti specifik i energjisë i kondensatorëve është afërsisht 25 herë më i vogël se ai i baterive dhe akumulatorëve.

Dihet se kapaciteti dhe intensiteti i energjisë i një kondensatori janë drejtpërdrejt proporcionale me sipërfaqen e pllakave të tij. Duke përdorur nanoteknologjinë për të rritur sipërfaqen e pllakave të kondensatorëve, është e mundur të rritet një pyll me nanotuba përcjellës në sipërfaqen e tyre (Fig. 56). Si rezultat, kapaciteti energjetik i një kondensatori të tillë mund të rritet mijëra herë. Besohet se kondensatorë të tillë do të bëhen burime të zakonshme aktuale në të ardhmen shumë të afërt.

Figura 56. Sipërfaqja e njërës prej pllakave të kondensatorit, e cila është një pyll dhe nanotuba karboni të orientuar vertikalisht.

Për ata që duan të lidhin të ardhmen me nanoteknologjinë

Tani shumë universitete ruse po trajnojnë specialistë në fushën e nanoteknologjisë. Fakultetet dhe departamentet e nanoteknologjisë po shfaqen në shumë universitete prestigjioze. Të gjithë e kuptojnë premtimin e këtij drejtimi, e kuptojnë progresivitetin e tij... madje, ndoshta edhe përfitimet e tij. Vitet e fundit janë shënuar nga një rritje e shpejtë e interesit për nanoteknologjinë dhe rritje të investimeve në të në të gjithë botën. Dhe kjo është mjaft e kuptueshme, duke qenë se nanoteknologjia ofron një potencial të lartë për rritje ekonomike, nga i cili varet cilësia e jetës së popullsisë, siguria teknologjike dhe mbrojtëse, ruajtja e burimeve dhe energjisë. Në ditët e sotme, pothuajse të gjitha vendet e zhvilluara kanë programe kombëtare në fushën e nanoteknologjisë. Ato kanë natyrë afatgjatë dhe financimi i tyre kryhet nga fondet e akorduara si nga burime qeveritare ashtu edhe nga fonde të tjera.

Lista e universiteteve ku mund të studioni në nanoteknologji

1. Universiteti Shtetëror i Moskës me emrin. M.V. Lomonosov,

2. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Instituti i Fizikës dhe Teknologjisë së Moskës (Universiteti Shtetëror)",

3. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Teknik Shtetëror i Moskës me emrin N.E. Bauman,

4. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Instituti Shtetëror i Çelikut dhe Lidhjeve të Moskës (Universiteti Teknologjik)",

5. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Instituti Shtetëror i Teknologjisë Elektronike të Moskës (Universiteti Teknik)",

6. Institucioni Federal Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Shën Petersburgut",

7. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Radio Inxhinierisë Taganrog" (si pjesë e Universitetit Federal Jugor),

8. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Nizhny Novgorod me emrin N.I. Lobachevsky",

9. Institucioni Federal Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Tomsk".

10. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional “Universiteti Shtetëror i Lindjes së Largët”,

11. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Hapësirës Ajrore Samara me emrin Akademik S.P. Korolev",

12. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Instituti Shtetëror i Minierave në Shën Petersburg me emrin G.V. Plekhanov (Universiteti Teknik)",

13. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Tomsk i Sistemeve të Kontrollit dhe Radioelektronikës",

14. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Politeknik Tomsk",

15. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Novosibirsk",

16. Universiteti Kombëtar i Kërkimeve Bërthamore "MEPhI",

17. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Politeknik i Shën Petersburgut",

18. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Instituti i Energjisë së Moskës (Universiteti Teknik)",

19. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Elektroteknik i Shën Peterburgut "LETI" me emrin V.I. Ulyanov (Lenin)",

20. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Teknologjive të Informacionit, Mekanikës dhe Optikës së Shën Peterburgut",

21. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Belgorod",

22. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti i Miqësisë së Popujve Ruse",

23. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Ural me emrin A.M. Gorky",

24. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Saratov me emrin N.G. Chernyshevsky",

25. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional “Universiteti Shtetëror Vladimir”,

26. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Inxhinierisë së Ndërtimit të Moskës",

27. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Teknik Shtetëror i Lindjes së Largët (FEPI me emrin V.V. Kuibyshev)",

28. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Teknik i Novosibirsk",

29. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror i Uralit të Jugut",

30. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional “Universiteti Teknik Shtetëror Perm”,

31. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Teknik Shtetëror Kazan me emrin A.N. Tupolev",

32. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional “Universiteti Teknik Shtetëror i Aviacionit Ufa”,

33. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Tyumen",

34. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Teknik Shtetëror Ural - UPI me emrin e Presidentit të parë të Rusisë B.N. Jeltsin",

35. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Yakut me emrin M.K. Amosov",

36. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Vyatka",

37. Institucioni Federal Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Rus me emrin Immanuel Kant",

38. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Pedagogjik i Moskës",

39. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Rus i Naftës dhe Gazit me emrin I.M. Gubkin",

40. Institucioni Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Universiteti Shtetëror Tambov me emrin G.R. Derzhavin".

Bibliografi

http://abitur.nica.ru/

http://www.med.umich.edu/opm/newspage/2005/nanoparticles.htm.

http://probes.invitrogen.com/servlets/photo?fileid=g002765&company=probes

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_tweezers.

http://www.nanometer.ru/2007/06/06/atomno_silovaa_mikroskopia_2609.html#

budivel.ru Rreth izolimit dhe ngrohjes së shtëpisë.

Nanoteknologjitë dhe fushat e zbatimit të tyre. Referenca. Nanoteknologjitë në jetën tonë Nanoteknologjitë që përdorim në jetë

Shkarko:

Pamja paraprake:

Pamja paraprake:

Makinat e krijimit nga E. Drexler

Makinat shëruese

Fotolitografia - rruga drejt nanobotës: nga lart poshtë

MJETET E NANOTEKNOLOGJISË

Mikroskop sondë skanimi

Piskatore optike

ShkakI - grimcat e polarizuara tërhiqen në fushën elektrike

ShkakII - thyerja e dritës e mban grimcën në qendër të rrezes

Përjashtimet nga rregullat

Grafeni, nanotubat e karbonit dhe fullerenet

Grafeni

Nanotubat e karbonit

Fullerenet

MISTERET E NANOMORALEVE

A është gjithmonë i vlefshëm ligji klasik i fërkimit?

Si "fërkohen" atomet me njëri-tjetrin?

Pse nanogrimcat shkrihen në temperatura të ulëta?

Nanogrimcat kanë pothuajse të gjithë atomet në sipërfaqe!

Nuk ka rregull në sipërfaqen e kristalit

Pse ngjyra e nanogrimcave mund të varet nga madhësia e tyre?

Është më e lehtë të shkëputesh nëse ka shumë fqinjë përreth

Pikat kuantike janë atome të krijuara nga njeriu

Nanoteknologjia në luftën kundër kancerit

Nanogrimcat e arit janë bomba nxehtësie për qelizat e kancerit

Dendrimerët – kapsula me helm për qelizat kancerogjene

Nanogrimcat TiO 2 - nanosapun dhe kurth ultravjollcë

Nanobateritë – të fuqishme dhe të qëndrueshme

Nanogrimcat rrisin sipërfaqen e elektrodave

Nano ndërprerës për bateri

Kondensatorë me pllaka nanotuba

Publikime të ngjashme

Nanoteknologjitë dhe fushat e zbatimit të tyre. Referenca. Nanoteknologjitë në jetën tonë Nanoteknologjitë që përdorim në jetë

Shkarko:

Pamja paraprake:

Pamja paraprake:

Makinat e krijimit nga E. Drexler

Makinat shëruese

Fotolitografia - rruga drejt nanobotës: nga lart poshtë

MJETET E NANOTEKNOLOGJISË

Mikroskop sondë skanimi

Piskatore optike

ShkakI - grimcat e polarizuara tërhiqen në fushën elektrike

ShkakII - thyerja e dritës e mban grimcën në qendër të rrezes

Përjashtimet nga rregullat

Grafeni, nanotubat e karbonit dhe fullerenet

Grafeni

Nanotubat e karbonit

Fullerenet

MISTERET E NANOMORALEVE

A është gjithmonë i vlefshëm ligji klasik i fërkimit?

Si "fërkohen" atomet me njëri-tjetrin?

Pse nanogrimcat shkrihen në temperatura të ulëta?

Nanogrimcat kanë pothuajse të gjithë atomet në sipërfaqe!

Nuk ka rregull në sipërfaqen e kristalit

Pse ngjyra e nanogrimcave mund të varet nga madhësia e tyre?

Është më e lehtë të shkëputesh nëse ka shumë fqinjë përreth

Pikat kuantike janë atome të krijuara nga njeriu

Nanoteknologjia në luftën kundër kancerit

Nanogrimcat e arit janë bomba nxehtësie për qelizat e kancerit

Dendrimerët – kapsula me helm për qelizat kancerogjene

Nanogrimcat TiO 2 - nanosapun dhe kurth ultravjollcë

Nanobateritë – të fuqishme dhe të qëndrueshme

Nanogrimcat rrisin sipërfaqen e elektrodave

Nano ndërprerës për bateri

Kondensatorë me pllaka nanotuba

Publikime të ngjashme

Kurse Feng Shui – trajnime për dizajnerët e Feng Shui Trajnim Feng Shui në internet

Historia e pedagogjisë dhe arsimit

Oleg Tinkov - Unë jam si gjithë të tjerët Unë jam si gjithë të tjerët fb2