Нанотехнология

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
нанотръба

Нанотехнология е област от приложните науки, а също така и висока технология, която покрива широк диапазон от теми, но основната обединяваща тема е контрол над веществото на микроскопично ниво при размери по-малки от 1 микрометър, както и създаването на устройства на такова ниво съизмерими с размера на молекулите. Като самостоятелна дисциплина с практически постижения нанотехнологията възниква в началото на 80-те години на 20 век.

Представката нано в думата нанотехнология означава “една милиардна”. Разбира се като една милиардна от метъра, т. е. нанометър. Обект на нанотехнологията е изучаването и манипулирането на различни наноразмерни материали наречени още наноматериали.

Поради самата разлика на този мащаб от нормалните ежедневни размери повечето от наноматериалите (полупроводници, метали и др.) притежават характерни физико-химични свойства, които са различни от тези на същите материали при традиционната им употреба. Точно тези различни свойства учените използват за създаване на нови устройства, прибори, технологии, методи за диагностика и лечение в медицината и др. Нанотехнологията е сравнително нова област, която е все още в начален стадий на развитие.

Актуални обекти на изследвания и приложения в нанотехнологиите са квантови точки (наноразмерни полупроводници), въглеродни нанотръби, фулерени, нанокомпозитни материали за високите технологии, метални наночастици (предимно от благородни метали - злато, сребро, платина), магнитни наночастици (за диагностика в медицината и др.), полимерни наночастици (като носители на лекарствени препарати за насочено лечение и др.), наноструктурирани керамични материали за сензори и др.

Нова интердисциплинарна научна област е бионанотехнологията (биологична нанотехнология). Тя разглежда процесите протичащи в живите организми като един вид биологична (или природна) нанотехнология. Бионанотехнологията цели внедряване на нанотехнологични решения за изучаване и управление на биологични процеси и явления.

Ново направление е и т. нар. наномедицина. Наномедицината цели внедряване на нанотехнологията в медицината чрез разработване на ефективни методи за диагностика и лечение с използване на наноматериали и нанотехнологии.

Наноматериали се използват и при производството на някои хранителни продукти, като например хранителните добавки. Все още няма адекватни методи за оценка на безопасността на наноматериалите в това отношение. Европейският парламент настоява при производството на подобни храни да се извършва специална оценка на риска и те да бъдат маркирани със специални етикети.[1]

История[редактиране | edit source]

Схема на молекулата на бъкминстърфулерен C60, първият известен представител на фулерените и първият синтезиран наноматериал

Въпреки че нанотехнологията е сравнително нова област на научни изследвания, формирането на нейните основни концепции протича дълго преди нейното обособяване като самостоятелна област. Самото наименование „нанотехнология“ е използвано за пръв път през 1959 г от известния американски физик Ричард Файнман в неговата класическа и често цитирана лекция „Има достатъчно място на дъното“ („There’s Plenty of Room at the Bottom“).[2] Той показва, че принципите на физиката не противоречат на опитите нещата да се управляват атом по атом, стига да са налице необходимите инструменти.

Обособяването на нанотехнологията като самостоятелна област става в началото на 80-те години на 20 век, когато по едно и също време са постигнати първите практически резултати с изобретяването на сканиращия тунелен микроскоп през 1981 година и откриването на фулерените през 1985 година, а от друга страна след публикуването през 1986 година на книгата на Ерик Дрекслер „Engines of Creation“ се формира и популяризира концептуалната рамка на целите на дисциплината.

Сканиращият тунелен микроскоп, инструмент, визуализиращ повърхности на атомно ниво, е конструиран от германеца Герд Биниг и швейцареца Хайнрих Рорер, за което двамата получават Нобелова награда за физика през 1986 година.[3][4] Фулерените са открити от британеца Хари Крото и американците Ричард Смоли и Робърт Кърл, които получават Нобелова награда за химия през 1996 година.[5][6] Приблизително по същото време Ерик Дрекслер развива и популяризира концепцията за нанотехнологията и поставя основите на молекулярната нанотехнология.

В началото на 21 век нанотехнологията предизвиква все по-широк интерес, както и дискусии за нейните потенциални последствия[7] и за постижимостта на целите, които си поставят привържениците на молекулярната нанотехнология. Тези спорове достигат своята кулминация с публичните дебати между Ерик Дрекслер и Ричард Смоли през 2001 и 2003 година.[8] По това време се появяват и първите държавни инициативи за популяризиране на нанотехнологията и финансиране на изследванията в тази област.

В първите години на 21 век се появяват и първите стопански значими приложения на нанотехнологията, макар те да се ограничават до използването на наноматериали за няколко цели, като използването на сребърни наночастици като антибактериален агент, производството на прозрачни слънцезащитни кремове на базата на наночастици, и използването на въглеродни нанотръби в устойчиви на замърсяване тъкани.[9][10]

Приложение[редактиране | edit source]

Симулация на нанопроводник, използван в конструирането на МОП-транзистори в наноелектрониката

Според оценки от 2008 година броят на предлаганите на пазара продукти, използващи нанотехнологии, е над 800, като всяка седмица се появяват 3-4 нови.[10] Повечето приложения се ограничават с използването на пасивни наноматериали, като титанов диоксид в слънцезащитни кремове и други козметични продукти, повърхностни покрития[11] и някои хранителни продукти, сребро в хранителни опаковки, облекло, дезинфектанти и битови уреди, цинков оксид в козметични продукти, повърхностни покрития, бои и лакове и цериев оксид като горивен катализатор.[9]

Източници[редактиране | edit source]

  1. Наноматериали в храните? Евродепутати настояват за оценка на безопасността им
  2. There’s Plenty of Room at the Bottom
  3. ((en)) Binnig, G и др. Scanning tunneling microscopy. // IBM Journal of Research and Development 30. 1986. с. 4.
  4. ((en))  Press Release: the 1996 Nobel Prize in Physics. // Nobelprize.org, 15 October. Посетен на 12 май 2011.
  5. ((en)) Kroto, H. W и др. C60: Buckminsterfullerene. // Nature 318 (6042). 1985. DOI:10.1038/318162a0. с. 162–163.
  6. ((en)) Adams, W Wade и др. Retrospective: Richard E. Smalley (1943-2005). // {{{journal}}} 310 (5756). 2005. DOI:10.1126/science.1122120. с. 1916.
  7. ((en))  Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties. // Royal Society and Royal Academy of Engineering, July. Посетен на 13 май 2011.
  8. ((en))  Nanotechnology: Drexler and Smalley make the case for and against 'molecular assemblers'. // Chemical & Engineering News 81 (48). American Chemical Society, 1 декември. с. 37–42.
  9. а б ((en))  Nanotechnology Information Center: Properties, Applications, Research, and Safety Guidelines. // American Elements. Посетен на 13 май 2011.
  10. а б ((en))  Analysis: This is the first publicly available on-line inventory of nanotechnology-based consumer products. // The Project on Emerging Nanotechnologies, 2008. Посетен на 13 май 2011.
  11. ((en)) Kurtoglu, M. E и др. Effect of Calcination Temperature and Environment on Photocatalytic and Mechanical Properties of Ultrathin Sol–Gel Titanium Dioxide Films. // Journal of the American Ceramic Society 94. 2011. DOI:10.1111/j.1551-2916.2010.04218.x. с. 1101–1108.

Допълнителна литература[редактиране | edit source]

Вижте също[редактиране | edit source]

Външни препратки[редактиране | edit source]