В последние несколько лет термин "нанотехнология" привлекает большое внимание СМИ. В новостных заметках нанотехнологии провозглашаются следующей научной революцией, обещают более быстрые компьютеры, лекарства от рака и решение энергетического кризиса, и это лишь некоторые из них. Но что же такое нанотехнология? И может ли она выполнить все эти обещания?
Официальное определение нанотехнологии, данное Национальной нанотехнологической инициативой (NNI), звучит следующим образом:
Нанотехнология - это понимание и контроль материи с размерами от 1 до 100 нанометров, где уникальные явления позволяют использовать ее в новых областях.
Охватывая наноразмерные науки, инженерию и технологии, нанотехнологии включают в себя визуализацию, измерение, моделирование и манипулирование материей в таких малых масштабах.
Определение NNI можно свести к трем основным понятиям:
1. Нанотехнология - это очень, очень малое.
Когда что-то находится в наномасштабе, оно имеет размеры от 1 до 100 нанометров (нм), по крайней мере, в одном из своих измерений. Когда вещи настолько малы, они слишком малы, чтобы увидеть их нашими глазами или даже с помощью обычного светового микроскопа. Ученым пришлось разработать специальные инструменты, такие как сканирующие зондовые микроскопы, чтобы увидеть материалы нанометрового размера.
Некоторые материалы ВСЕГДА были наноразмерными - например, молекулы воды или атомы кремния. Однако недавно ученые смогли использовать новые инструменты и процессы для синтеза и манипулирования материалами, обычными в макромасштабе, до таких размеров, как частицы TiO2 (диоксида титана).
2. В наномасштабе материалы могут вести себя по-разному и неожиданным образом.
В наномасштабе многие обычные материалы проявляют необычные свойства, такие как удивительно низкое сопротивление электричеству, более низкие температуры плавления или более быстрые химические реакции.
Например, в макромасштабе золото (Au) блестящее и желтое. Однако, когда размер частиц золота составляет 25 нм, они кажутся красными. Более мелкие частицы по-разному взаимодействуют со светом, поэтому частицы золота кажутся другого цвета. В зависимости от размера и формы частиц золото может выглядеть красным, желтым или синим.
Другой пример того, как наночастицы выглядят иначе, чем соответствующий макромасштабный материал, можно найти в солнцезащитных средствах. Диоксид титана (TiO2) уже давно используется в солнцезащитных кремах и солнцезащитных блоках. Это один из ингредиентов, благодаря которому кремы имеют белый цвет. Сейчас производители используют наночастицы для создания прозрачных кремов и гелей - потому что наночастицы TiO2 кажутся прозрачными.
Другие свойства могут меняться, когда материалы находятся в наномасштабе. Например, алюминий (Al) - блестящий податливый металл, из которого делают банки для газировки. В наномасштабе частицы алюминия чрезвычайно реактивны и могут взорваться. Наночастицы более реактивны, потому что у них больше площадь поверхности, чем у макромасштабных частиц.
3. Исследователи хотят использовать эти различные и неожиданные свойства для создания новых технологий.
Используя эти новые свойства, исследователи разных дисциплин надеются создать множество новых вещей - от повседневных товаров, таких как антимикробные носки и более легкие теннисные ракетки, до самых современных солнечных батарей, более быстрых и компактных компьютеров или медицинских препаратов, избирательно лечащих болезнь. Многие ученые и инженеры считают, что возможности безграничны.
Где используются нанотехнологии?
В некоторых продуктах действительно используются нанотехнологии. Одним из наиболее распространенных примеров является использование наночастиц серебра в потребительских товарах. Серебро по своей природе является антимикробным веществом и используется для борьбы с бактериями с древних времен. Включая наноразмерное серебро в текстиль, пластик и бытовые приборы, производители могут создавать материалы, в которых небольшое количество серебра убивает бактерии, не влияя на другие свойства продукции.
Однако существует опасение, что более широкое использование серебра таким образом может представлять экологический риск или привести к развитию бактерий, устойчивых к серебряным антибиотикам.
Оправдывает ли нанотехнология шумиху?
Нанотехнологию окрестили "следующей большой вещью". Ее провозглашают ключом к новым методам лечения рака, энергетической независимости, улучшению электроники и обеспечению чистой водой стран третьего мира. Благодаря такому разнообразию возможных применений нанотехнологии способны изменить мир, в котором мы живем, так же, как компьютеры изменили общество за последние 30 лет. Но чтобы совершить эти подвиги, ученым и инженерам, работающим над наноразмерными материалами, еще предстоит лучше понять, как ведут себя наноразмерные материалы и как надежно их синтезировать.
Некоторые области применения ближе к рынку, чем другие. Например, такие исследователи, как профессор Наоми Халас и Дженнифер Уэст из Университета Райса, совместно разработали метод лечения рака с использованием золотых нанооболочек. Этот метод лечения все еще находится в стадии разработки, но в ближайшем будущем он может попасть в клинические испытания.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей об интересных вещах!
И не забудьте подписаться!