Нанотехнологии. Странные свойства материалов.
Нанотехнологии, биотехнологии и информационные технологии названы тремя научными областями, которые определяют третью промышленную революцию.
Вот почему развивающиеся страны, часто оставленные позади двумя предыдущими революциями, пытаются восполнить свою отсталость, инвестируя в эти три территории. Как вы читаете в этом отчете, нанотехнология имеет широкое применение во всех сферах жизни, и поэтому ее развитие может помочь улучшить и облегчить жизнь.
Атом является краеугольным камнем материи, и в результате атомы очень малы. Трудно описать мир на атомном и молекулярном уровне. Эта область науки настолько странна, что ей посвящена определенная часть физики, называемая квантовой механикой. Цель этой науки - описать события на атомном уровне: если бы вы бросили теннисный мяч в стену, пропустили его и перешли на другую сторону стены, вы бы удивились. Но это именно то, что происходит в квантовом масштабе. В очень малых масштабах свойства вещества, такие как цвет, магнетизм и способность передавать электричество, также неожиданно меняются. Невозможно увидеть вселенную атома в обычном смысле этого слова, потому что ее свойства меньше, чем длина волны видимого света. Но в 1981 году исследователи IBM разработали микроскоп под названием STM. Название микроскопа фактически было получено из свойства квантовой механики, использованного в микроскопе, упомянутом выше. Устройство может представлять взлеты и падения сравнения нано-мира. Микроскоп СТМ позволил ученым впервые увидеть атомы и молекулы. Изображения на микроскопе были такими же красивыми и яркими, как естественные изображения, но в невообразимом масштабе.
Нанометр - это миллиардная доля метра или примерно 10 атомов водорода. Хотя ученые пытаются изучать материю в таких масштабах с 1950-х годов, им пришлось ждать, пока изобретение микроскопа СТМ достигнет своей цели.
Общепринято, что нанотехнология охватывает объекты от 1 до 100 нанометров, хотя это определение несколько условно. Некоторые люди даже считают объекты размером в одну десятую нанометра, что примерно равно размеру связи между двумя атомами углерода. По другую сторону спектра применяются законы классической физики размером более 50 нм.
Есть много материалов, которые имеют наноразмерные свойства, но не упоминаются как нанотехнологии. Нанотехнологии стремятся использовать странные свойства очень мелких объектов.
«Новые, захватывающие и различные свойства обнаруживаются в наномасштабе», - говорит Джордж Смит, руководитель отдела материаловедения Оксфордского университета. Когда объекты становятся меньше, соотношение между поверхностным пространством и объемом увеличивается. Это важно, потому что атомы на поверхности материала обычно реагируют чаще, чем атомы в его центре. Следовательно, если серебро превращается в очень мелкие частицы, оно будет обладать антимикробными свойствами, которых не существует в объеме. Компания, которая производит мелкие твердые частицы, использует соединение оксида натрия и производит материал, каталитические свойства которого выше.
В этом невидимом мире маленькие частицы золота плавятся при температуре в несколько сотен градусов ниже нуля, и медь, которая обычно является хорошим проводником электричества, может сопротивляться в тонких пленках в непосредственной близости от магнитного поля.
Электроны (например, воображаемый теннисный мяч) могут прыгать от точки к точке, а молекулы могут поглощать друг друга на средних расстояниях. Это свойство позволяет некоторым насекомым ходить по крыше, так как их крошечные волоски на ногах прилипают к крыше.
Но поиск новых свойств на наноуровне - это первый шаг. Следующим шагом является использование этих знаний. Способность создавать атомно точные объекты позволяет ученым производить материалы с лучшими или новыми оптическими, магнитными, термическими или электрическими свойствами.
Новые виды материи в настоящее время производятся. Например, Nanosonic Co. в Вирджинии произвела металлические шины. Он напоминает гибкую резину, но переносит электричество как твердый металл. Исследовательский центр GE занимается разработкой гибкой керамической конструкции. В случае успеха этот материал может быть использован при изготовлении компонентов реактивных двигателей и двигателей, которые работают при более высоких температурах с большей эффективностью. Несколько компаний работают над материалами, которые когда-нибудь станут солнечными элементами.
Поскольку нанотехнологии широко используются, многие думают, что наука так же важна, как электричество или пластик. Исследования показывают, что нанотехнологии повлияют на все отрасли, улучшая материалы и продукты и производя совершенно новые материалы. Кроме того, работа в наименьшем масштабе приведет к значительным достижениям в таких областях, как электроника, энергетика и биомедицина.
