Нанотехнологии: когда наноразмер имеет вселенские размеры
1 марта 2004
Рубрика: Технологии.
Автор: .
pic

Когда Антони Ван Левенгук в 1673 году первым из людей увидел микробов, наверное, никто и не мог предположить, какое открытие он сделал, создав свои уникальные для того времени микроскопы, позволяющие делать увеличение до 250-300 раз. Люди с удивлением обнаружили, что в капле воды находится огромное количество мельчайших живых существ, а капля крови состоит из множества красных телец. Так свершилось одно из великих открытий, положившее начало микробиологии. Более трехсот лет человечество осваивало микромир, были созданы микроэлектроника, микрохирургия, а микробиология достигла небывалых высот от создания новых медицинских вакцин до клонирования органов и даже целых организмов. И вот в середине двадцатого столетия человечество вплотную подошло к наноразмерам, или размерам, сопоставимым с размерами одной миллиардной доли метра. Именно возможность оперировать с наноразмерами и привела к возникновению современного понятия нанотехнологии.

Что такое нанотехнологии?
Внятного и исчерпывающего определения — что такое «нанотехнологии», нет и, пожалуй, быть не может. Слишком обширны области их применения. В самом общем виде имеется в виду размер «нано», или 10-9 метра, а точнее сказать, технологические процессы на уровне нанометра. Принято считать, что в область нанотехнологий подпадают размеры до 100 нанометров. На первый взгляд может показаться, что размер не имеет значения. Однако переход от «микро» к наноразмерам — это не столько количественный, сколько качественный процесс. Это переход на атомарный уровень, когда человек производит манипуляции не с веществом, а с отдельными атомами. Самый простой пример того, что могут дать манипуляции с отдельными атомами, дает сама природа. Возьмем случай с алмазами, когда одно и то же вещество может быть никчемным графитом и самым твердым в природе минералом — алмазом. А все из-за того, что атомы последнего уложены практически в идеальную геометрическую фигуру — куб. Наверное, все знают, что одинаковые по составу химические соединения, но разные по расположению в пространстве атомов молекулы (изомеры) могут иметь очень и очень разные физические свойства. Человек уже приобщился к созданию искусственных химических соединений, правда, только путем создания определенных условий для протекания химических реакций (химико-технологические процессы), но не оперируя напрямую каждым атомом в отдельности. К этому необходимо быть готовым технологически. Я не случайно начал свой рассказ о нанотехнологиях с упоминания о микроскопах великого Антони Ван Левенгука. История имеет свойство повторяться зачастую на более высокой ступени развития.
Первым шагом в практическом появлении нанотехнологий стало создание в 1981 году сканирующего туннельного микроскопа, хотя еще в 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейман предсказал, что в будущем человек, научившись манипулировать отдельными атомами, сможет синтезировать практически все, что пожелает. Двое ученых из швейцарского отделения IBM Г. Бининг и Г. Рорер в 1981 году, занимаясь проблемами измерения микрорельефа поверхностей, пришли к созданию туннельного микроскопа, который был в состоянии различить на поверхности материала единичные атомы, то есть разрешение микроскопа составило несколько нанометров. Особенностью туннельного микроскопа является то, что острая игла, на которую подается небольшое напряжение, двигается над поверхностью материала на расстоянии около одного нанометра, с острия иглы на поверхность «туннелируют» электроны, и возникает небольшой ток, величина которого зависит от расстояния между иглой и поверхностью, изменение же расстояния вызывает чувствительное изменение тока. Не вдаваясь в технические особенности устройства туннельного микроскопа, отметим, что у ученых впервые появилась возможность различить на поверхности материала единичные атомы. Однако главной сенсацией данного микроскопа стало не только это. При относительно простой конструкции туннельный микроскоп мог не только «видеть», но и воздействовать на отдельный атом. Не суть важно, как это делается, важно то, что появилась возможность из строго определенных атомов по созданной человеком архитектуре создавать или почти как из мозаики складывать любое вещество со строго заданными параметрами. Стали даже поговаривать, что в перспективе можно будет копировать любой предмет, как это делает копировальный аппарат. Впрочем, не все так гладко. На многие годы нанотехнологии ушли в лаборатории, и кроме отдельных теорий, в прессе ничего из мира нанотехнологий не анонсировалось. Так было до 1986 года, когда был создан атомно-силовой микроскоп, который в отличие от туннельного микроскопа осуществляет взаимодействие с любыми материалами, а не только проводящими ток. В середине девяностых годов прошлого столетия нанотехнологии пришли в производство. Сегодня практически нет ни одной крупной IT-компании, которая не занималась бы нанотехнологиями. Финансирование в этой области достигло миллиардов долларов в год. Учитывая тематику журнала, можно выделить успехи в нанотехнологиях таких компаний, как Intel, AMD, IBM, Samsung, и многих других лидеров в создании микропроцессорной техники. Микроэлектроника плавно переходит в наноэлектронику. Начиная с 2004 года практически все производители процессоров переходят на 90-нанометровый технический процесс производства. Так, например, процессор Intel Pentium 4 (процессорное ядро Prescott) будет производиться по 90-нанометровому технологическому процессу. Архитектура процессоров, постоянно усложняясь, требует все больших тактовых частот при увеличении числа элементов с геометрической прогрессией. Из-за этого размеры элементов постоянно уменьшаются. Сегодня практически уже достигнут предел минимальных размеров транзисторов, потому что их размеры сопоставимы с размерами нескольких десятков атомов.
Современные методы осаждения примесей в полупроводник по литографическим шаблонам уже практически приблизились к своему технологическому пределу. И хотя имеется некоторый запас по возможности уменьшения размеров, фотолитография уже себя изживает принципиально. К тому же сегодня технологии фотолитографии позволяют производить только планарные структуры — когда все элементы и проводники расположены в одной плоскости. Это накладывает определенные ограничения на схемотехнику. Более продвинутыми в технологическом смысле являются нанотехнологические методы, позволяющие создавать трехмерные, многослойные схемы, при этом размеры диодов и транзисторов будут сопоставимы с размерами молекулы. Наноэлектроника, пожалуй, самое близкое по времени и большое по промышленным масштабам применение нанотехнологий.

pic

Что нам ожидать от нанотехнологий в будущем?
Честно говоря, обещаний по возможным применениям нанотехнологий, причем в самом ближайшем будущем, очень много. Самым ярким и желанным для каждого из нас является прогноз, что нанотехнологии практически приведут к бессмертию человека. На роль современного «философского камня» и «панацеи от всех бед» в одном лице, по заявлениям ученых, претендуют нанороботы — крошечные машины размером с молекулу, обладающие способностью к самовоспроизведению. Используя в качестве строительного материала атомы, нанороботы будут производить все необходимое для человека. Уйдут в прошлое голод, болезни, загрязнение окружающей среды. Люди будут отдыхать, а нанороботы работать. Благодать!
Идея создания наномашин (их в печати называют по-разному: наноботы, нанороботы, молекулярные машины и прочие) очень проста и логична. Дело в том, что, манипулируя материей на наноуровне, у производителя возникает проблема «толстых пальцев». Если даже диаметр человеческого волоса — это несколько десятков тысяч нанометров, то представьте, каким должны быть инструменты, чтобы оперировать нанометрами.
Сегодня мы можем манипулировать отдельными атомами, однако напрямую создать что-либо сложное без применения «автоматизации» сложно, потому что количество атомов непостижимо огромно. Правильнее было бы создать подобие сборочного конвейера путем создания простейших, но управляемых механизмов, причем управлять можно при помощи акустических, электромагнитных и прочих сигналов. Предполагается, что будет создана целая иерархия наномашин, которые будут создавать себе подобных или даже более сложные структуры под управлением нанокомпьютеров. В создании нанокомпьютеров нет ничего сверхневозможного и фантастического, активные электронные элементы таких размеров уже получены в лабораторных условиях. По некоторым оценкам, появление молекулярных роботов — это вопрос ближайшего десятилетия(тий). При помощи молекулярных роботов все или большинство болезней, в первую очередь связанных с процессами старения, удастся полностью изжить. Речь идет ни много ни мало, а об индивидуальном бессмертии. По разным оценкам, это произойдет во второй или третьей четверти двадцать первого века, то есть максимум через 50-75 лет.

Возникнут ли угрозы или проблемы
в результате внедрения нанотехнологий?

Если трезво взглянуть на новые технологии, то всегда прослеживается и обратная сторона медали. Кто не помнит радужных перспектив мирного атома или внедрения новых методов борьбы с вредителями полей путем «безвредного» опыления?
Первые, кто воспользуется нанотехнологиями, непременно будут военные (вполне возможно, что уже пользуются). Как говорится, чего бы ни изобретали ученые, все равно сначала получается оружие, а уж затем все остальное. Благодаря нанотехнологиям появятся новые виды вооружений, в том числе и защитные средства. Бояться военной составляющей во внедрении нанотехнологий нужно, и с этим, пожалуй, ничего не поделаешь. Так устроен человек.
По масштабам тотального воздействия на человечество нанотехнологии значительно превысят последствия от индустриальной революции. Приведем только один пример: всеми любимые автомобили, став массовым средством передвижения, представляют глобальную экологическую угрозу хотя бы потому, что невозможно утилизировать старые изношенные автомобили в полном объеме, не говоря уже о выхлопах и тому подобное. Любимые домохозяйками целлофановые пакеты являются бедствием для окружающей среды, потому что природа не имеет собственного механизма быстрой и полной утилизации результатов труда химиков-технологов. Представьте, что завтра повсеместно будут созданы удобные и практичные наноматериалы, которые не подвержены ни коррозии, ни старению, устойчивые к истиранию и твердые, как алмаз. Попробуйте путем простых и проверенных природных утилизаторов — гниением и разложением — всю эту нанотехнологическую продукцию утилизировать. Дорогущие подводные лодки, в том числе и атомные, стоят на причалах-кладбищах, гниют и отравляют природу. И нет денег (да и желания), чтобы их вовремя утилизировать. И это только экология. Есть еще и социальная, этическая и другие составляющие проблем повсеместного внедрения нанотехнологий. Естественно, что данная тематика интересует многих. Так, например, еще в 1989 году в Пало-Альто (Калифорния, США) была создана специальная некоммерческая организация под чудным названием «Предусмотрительный институт» (www.foresiht.org), у которого не менее интересный девиз «Готовясь к нанотехнологиям». Главной задачей этой организации является как раз создание набора неких «правил техники безопасности» для разработчиков и изготовителей молекулярных систем. Среди основных правил ТБ есть такие: «Искусственные системы-репликаторы не должны иметь способность к воспроизводству в естественной неконтролируемой среде. Они должны быть абсолютно зависимыми от источника питания или от искусственных компонентов, не встречающихся в природе. Они должны использовать коды ошибок и шифрование, предотвращающие непреднамеренные изменения в их конструкции». Во как! Кстати, основатель и глава этого института Эрик Дрекслер, автор большого чиcла книг и публикаций по нанотехнологиям, которого в прессе называют не иначе как «буревестник нанотехнологической революции», уж точно знает, каких приятных и не очень сюрпризов нам ждать от нанотехнологий. И все же будем оптимистами.

Нанотехнологии: первые шаги
Прогнозы прогнозами, плохие они или нет, а всех в первую очередь интересуют реальные успехи нанотехнологий на сегодняшний день. Наверное, самыми впечатляющими «первыми шагами» стали выпускаемые почти по нанотехнологиям процессоры Intel и других производителей. 2004-2005 годы станут ключевыми в освоении 90-нанометрового техпроцесса в производстве CPU, графических процессоров и микросхем памяти. Для того чтобы проследить «первые шаги» нанотехнологий в мире, приведу подборку новостей из этой области.

Новость из мира наномоторов
Одна из амбиций нанотехнологов — построение моторов в молекулярных масштабах — впервые была реализована американскими учеными. Исследователи из университета Калифорнии в Беркли Алекс Цеттл и Адам Феннимор создали самый маленький электрический прибор — сто миллионов таких приборов поместится на булавочном острие — устройство закреплено на кремниевом чипе площадью четыре квадратных миллиметра. Сам мотор гораздо меньше — диаметр его оси составляет лишь 20-40 нанометров. Общий диаметр ротора — около 400 нанометров. Работает мотор за счет статического электричества.
Ключевой элемент прибора — многостенные нанотрубки. Эти трубки имеют форму трубочек для коктейля. Причем внутренняя трубка служит осью, а внешняя — наружной опорой.
Мотор настолько мал, что создатели до сих пор не знают, как именно он работает. «Трудно представить, что он переворачивается или вращается, и мы сейчас занимаемся выяснением принципа его работы. Нам известно, что он совершает одно движение быстрее, чем за 33 миллисекунды, поскольку эта предельная скорость, при которой мы можем его схватить. Но мы до сих пор не смогли убедительно показать, что происходит в наномасштабе», — рассказали авторы изобретения.
Источник: NTR.ru.

Нанотрубки готовы к коммерческому применению
Компания Carbon Nanotechnologies (CNI), производящая углеродные нанотрубки для IBM и различных исследовательских институтов, планирует в ближайшие два года расширить производство, что может способствовать началу коммерческого применения технологии.
Компания планирует довести производство одностенных углеродных нанотрубок до 45 кг в смену. Кроме того, CNI приступит к строительству полномасштабного коммерческого производства и в 2005 году будет выпускать 454 кг нанотрубок в смену. Сейчас компания может изготовить всего 0,5-1 кг материала в день, а обычно производит примерно килограмм в неделю. Хотя сейчас объемы невелики, уже в конце этого года появятся первые коммерческие продукты с нанотрубками CNI.
В последние годы углеродные нанотрубки стали главной знаменитостью в мире материаловедения. Одностенные нанотрубки — те, что производит CNI, — это микроскопические спирали из атомов углерода, напоминающие рулон проволочной сетки. Благодаря своему размеру и природным свойствам углерода эти трубки проводят электрический ток лучше меди, а тепло — лучше алмазов.
В числе первых коммерческих применений будет добавление нанотрубок в краски или пластмассу для придания этим материалам свойств электропроводности. Это позволит заменить в некоторых изделиях металлические детали полимерными. Продукт на основе нанотрубок, который CNI выпустит в этом году, по существу представляет собой проводящий полимер. Кроме того, покрытия с примесью углеродных нанотрубок могут использоваться для отвода статического электричества или поглощения сигнала радара. В ближайшие годы нанотрубки можно будет использовать для изготовления оптоволокна или замены традиционных транзисторов в микросхемах.
Углеродные нанотрубки — дорогой материал. Сейчас CNI продает его по цене 500 долл. за грамм. К тому же технология очистки углеродных нанотрубок — отделение хороших трубок от плохих — и способ введения нанотрубок в другие продукты требуют совершенствования.
Источник: http://zdnet.ru

Нанотехнологии прокладывают путь для наномашин
Участники конференции Nanotech-2003 в Сан-Франциско, шт. Калифорния, США, обещают, что в ближайшее десятилетие благодаря развитию нанотехнологий появятся одноразовые спутниковые передатчики, недорогое оборудование для медицинских анализов, датчики для автоматического учета товаров или наблюдения за ситуацией на дорогах и многое другое.
Нанотехнологии — наука о создании устройств размерами менее 100 нм (одна десятимиллионная часть метра) — позволят компаниям создавать более компактные и дешевые продукты, что, в свою очередь, ведет к появлению новых рынков, сказал профессор Калифорнийского университета в Беркли Альберт Пизано (Albert Pisano).
Источник: www.microbot.ru

Наночастицы борются с мошенниками
Штрих-коды с вкраплениями магнитных частиц диаметром в несколько миллионных миллиметра помогут распознавать фальшивые товары и документы. Рассел Кауберн из университета Дарема предложил новую технологию защиты от подделок — линии штрих-кода, содержащие пермаллой — сплав никеля и железа. Подобным образом печатаются электронные микросхемы — каждый оттиск организует находящиеся в нем магнитные частицы особым образом. Каждый оттиск уникален, отличается уникальным магнитным полем. Последнее можно измерить, зафиксировать и потом проверять, чтобы убедиться, что штрих-код подлинный.
Различные магнитные поля разным образом взаимодействуют со светом. Поэтому отражения поляризованного лазерного луча со штрих-кода позволят определить его магнитные свойства. Из подробностей можно составить базу данных, связанную с каждым штрих-кодом.
При проверке штрих-кода новый аппарат, похожий на обычный кассовый лазер, измеряет магнитное поле и зашифрованное в нем число. Сканер сверяется с базой данных, проверяя, соответствуют ли эти данные номеру штрих-кода. Операция занимает несколько секунд. Безопасность системы связана с тем, что подобные штрих-коды нельзя делать на заказ, заранее задавая характеристики. Чтобы остаться незамеченными, авторам подделок придется взламывать базу данных.
Возможный способ подделки — переклеивание оригинального кода с одного товара на другой — можно избежать, если печатать штрих-код на таких материалах, которые обеспечивают его разрушение при переклеивании. Сканер и база данных могут поместиться в приборе размером с обычный плейер, поэтому товары можно проверять практически в любом месте.
Источник: www.ntr.ru

Нанотопливо готово к испытаниям
Чудесные добавки к топливу, резко уменьшающие его расход и обещающие минимум загрязнения, регулярно появляются с тех самых пор, как появилось топливо. И потому вряд ли особой новостью можно назвать заявление одной британской компании о том, что разработанные ею добавки увеличивают эффективность сжигания топлива, создавая экономию в 10%. Но, тем не менее, этим заинтересовалась крупнейшая британская автобусная фирма, которая сейчас проводит широкомасштабные испытания нового топлива.
Добавка к дизельному топливу, названная Envirox, была разработана фирмой Oxonica, существующей при Оксфордском университете. Она состоит из крошечных частиц оксида церия, который ускоряет реакцию сжигания между дизелем и воздухом. Оксид церия служит своего рода хранилищем кислорода — он выделяет кислород для окисления моноксида углерода и углеводородных газов до углекислого газа и поглощает водород, уменьшая выделение вредных оксидов азота. Результат — более чистое горение с меньшим количеством выхлопов и уменьшением отложения углерода на стенках цилиндров двигателя.
Предложения об использовании оксида церия выдвигались и раньше, но ни один из таких продуктов не получил спроса на рынке. Envirox отличается минимальным размером частиц (около 10 нанометров), что позволяет увеличить площадь соприкосновения веществ. Поэтому его можно использовать в 10 раз меньше, чем другие аналогичные добавки. А мелкие частицы равномернее распределяются в топливе.
Источник: www.ntr.ru

Нанотехнологии помогут в борьбе с раком
Корпорация Intel и Онкологический центр им. Фреда Хатчинсона объявили о начале совместного исследовательского проекта, предусматривающего применение опыта корпорации Intel в области нанотехнологий для разработки более эффективных методов исследования, диагностики и предотвращения рака.
В рамках проекта корпорация Intel создает в Онкологическом центре им. Фреда Хатчинсона в Сиэтле аналитическую установку Intel Raman Bioanalyzer System, которая позволяет получать изображения, отражающие химическую структуру молекул, освещая лазерным лучом крошечные медицинские образцы, например образцы сыворотки крови. Основная цель состоит в том, чтобы понять, может ли эта технология, ранее использовавшаяся для обнаружения микроскопических дефектов на полупроводниковых кристаллах, выявлять мельчайшие признаки заболевания.
Установка Intel Raman Bioanalyzer System основана на методе спектрометрии комбинационного рассеяния (рамановской спектрометрии), который применяется в корпорации Intel для тонкого анализа химического состава в полупроводниковом производстве. Под воздействием луча лазера молекулы исследуемого вещества излучают свет, спектр которого регистрируют датчики рамановского спектрометра. Каждое вещество имеет уникальный рамановский спектр, зависящий от его химической структуры, — нечто вроде штрих-кода.
Медики-исследователи Онкологического центра им. Фреда Хатчинсона надеются, что новая установка — самая чувствительная установка такого рода в мире — поможет им выявить в крови человека белки, свидетельствующие о предрасположенности к заболеванию, его наличии или прогнозе лечения таких болезней, как рак. В то же самое время корпорация Intel надеется в ходе проекта лучше понять потенциальные области применения и возможности своей технологии.
Источник: CNews.ru с использованием материалов корпорации Intel.

Первый телевизор на нанотрубках
Американская компания Applied Nanotech (ANI) и ведущие японские производители комплектующих для дисплеев образовали группу для создания первого в мире полноцветного дисплея на нанотрубках. Предполагается наглядно продемонстрировать, что нанотехнологии уже сейчас могут быть использованы в широкомасштабном серийном производстве принципиально новой аппаратуры.
Поставленная перед группой цель — создание первого в мире прототипа полноцветного дисплея с диагональю 25 дюймов, выполненного с использованием углеродных нанотрубок (технология CNT TV) в режиме полевого излучения. Разрешение нового дисплея будет сравнимо с разрешением обычного дисплея с диагональю 60 дюймов и выше. Дисплей при этом будет соответствовать формату HDTV. Такой прорыв стал возможен благодаря последним достижениям разработчиков ANI.
Среди участников — производители собственно нанотрубок, разработчики технологий для жидкокристаллических, электронно-лучевых и плазменных дисплеев, вакуумного оборудования, производитель одних из самых крупных в мире стеклянных субстратов для дисплеев, а также другие компании. О том, какие именно компании вступили во вновь образованный консорциум, не сообщается из соображений конкурентной борьбы.
Источник: www.CNews.ru материалам Space Daily.

Запатентованы микробатареи
Американские исследователи запатентовали технику, позволяющую производить батареи длиной не более микрона. Создание микроскопических источников питания стало первым шагом к разработке машин, функционирующих на атомном уровне. Эти миниатюрные машины смогут однажды анализировать химический состав окружающей среды и доставлять лекарства в точечные очаги поражения внутри тела.
Новая микробатарейка работает, как обычный автомобильный аккумулятор, хотя ее размеры в миллион раз меньше. Для изготовления образца создатели микроприбора (ученые из университета Тулсы, штат Оклахома) залили расплавленный пластик в отверстия в слое оксида алюминия — столь крошечные, что в диаметре человеческого волоса их поместилось бы целых 60. Этот пластик служит проводником между положительным и отрицательным электродами, запечатывающими концы пор.
Прототип дает очень слабый электрический ток — около миллионной доли миллиампера. Однако авторы разработки надеются, что этого будет достаточно, чтобы управлять микромашинами будущего. Пока микробатареи слишком малы, чтобы заряжаться от обычных электрических сетей. Ученым пришлось использовать атомный микроскоп, чтобы прикрепить отдельные атомы к электродам и с их помощью присоединить их к электрической цепи.
Источник: www.NTR.ru

А ты сыграй мне на наногитаре
и услышишь мой нанофальцет

Первую в мире и, соответственно, самую маленькую на планете гитару в Корнельском университете (Cornell University) создали ради забавы еще 6 лет назад — летом 1997 года. Длина этой гитары 10 микрометров — размер клетки крови. Шесть струн с грифом шириной 50 нанометров (миллиардных долей метра) соответствовали сотне атомов.
Диаметр человеческого волоса составляет около 200 микрометров, или 200 тысяч нанометров. Это значит, что первая наногитара (nanoguitar) была в 20 раз меньше волоса.

pic

Теоретически первые наноструны можно было пощипать атомным микроскопом. Но поскольку они бы резонировали в неслышимых частотах, на первой наногитаре, видимо, решили не играть. В общем, ученые позабавились, а заодно и продемонстрировали возможности нанотехнологий и потенциал микроэлектромеханических систем (microelectromechanical systems — MEMS).
Новая наногитара по форме повторяет Gibson Flying V — гитары, известной в народе под прозвищем «Ласточка». Она приблизительно в пять раз больше, чем предшественница, но все еще настолько маленькая, что без микроскопа заметить ее невозможно.
Струны, сделанные из кремниевых прутиков, звенят на 17 октав выше, чем струны обычной гитары, или на частотах выше в 130 тысяч раз.
Дергать эти струны можно лазерным лучом: вибрируя, они вмешиваются в луч, а отраженный свет при помощи электроники можно преобразовать в слышимые ноты.
Играть можно и аккордами, если активизировать несколько струн одновременно отдельными лазерными лучами. Высота звука нанострун определяется их длиной (от 6 до 12 микрометров), а не силой натяжения, как в нормальной гитаре. Ученые настраивали ее при помощи постоянного тока.
Источник: www.membrana.ru

Нанотехнологии помогут сохранить окружающую среду
Ученые из американского университета Lehigh предложили новый способ борьбы с загрязнением окружающей среды — использование наночастиц железа. Этот способ может оказаться очень эффективным при обработке почвы и воды, содержащей самые разные органические и неорганические загрязнения.
Исследованием возможностей микро- и наночастиц железа американские исследователи занимались около восьми лет. В основе нового метода лежит способность железа реагировать с кислородом воздуха с образованием обыкновенной ржавчины. Однако в ходе этой реакции образуются промежуточные частицы с высокой реакционной способностью, в присутствии которых в реакцию вступают такие устойчивые к действию кислорода и при этом токсичные загрязнители, как трихлорэтилен, четыреххлористый углерод, диоксины. Более того, окисляются с образованием менее токсичных форм такие металлы, как свинец, никель, ртуть и уран. В результате их окисления образуются оксиды, которые не растворяются в водной среде и остаются в почве. Многие из металлов при образовании оксидов практически теряют свою токсичность.
Стоит отметить, что попытки использовать железо для вовлечения загрязняющих веществ в реакции окисления предпринимались и ранее. Для обработки промышленных стоков были построены реакторы, где микрочастицы железа участвовали в процессе окисления. Однако применить этот принцип для очистки воды или почвы было невозможно.
Переход к наномасштабам (по размерам частиц железа) позволил расширить возможности применения частиц железа. Частицы размером от 1 до 100 нм оказались в 10-100 раз более реакционно-способными (в первую очередь из-за увеличения площади поверхности). Частицы можно подавать в виде водной суспензии на поверхность почвы, можно закачивать в подземные водные горизонты.
Источник: www.CNews.ru по материалам журнала Journal of Nanoparticle Research.

pic

Вместо заключения
Невольно вспоминаются слова из кинофильма «Люди в черном» по поводу малых размеров галактики на ошейнике у кота Ореона «Размер не имеет значения». Такое ощущение, что слова эти сказаны про нанотехнологии. Чтобы проникнуть во все уголки нашего бытия, нанотехнологиям, скорее всего, не потребуется даже и ста лет. Многие компании уже умеют собирать атомы и молекулы в некие конструкции. Что говорить о новейших разработках, которые только ждут своего внедрения в производство. Как мне кажется, появление молекулярных роботов — это вопрос ближайших 10-15 лет. Что ж, осталось ждать недолго, быть может, наши дети станут первым бессмертным поколением землян. Хотя вечно жить, наверное, скучно.

Этапы развития нанотехнологий
1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заявляет, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все что угодно.
1981 г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа — прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне.
1982-1985 гг. Достижение атомарного разрешения.
1986 г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего в отличие от туннельного микроскопа осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
1990 г. Манипуляции единичными атомами.
1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности.

Некоторые перспективы нанотехнологий

1. Медицина. Будут созданы молекулярные роботы-врачи, которые, «живя» внутри человеческого организма, будут устранять все возникающие повреждения или предотвращать возникновение таковых, включая повреждения генетические. Не будет таких болезней, как рак, гипертония, не говоря уже об инфекционных заболеваниях. Прогнозируемый срок реализации — первая половина XXI века.

2. Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и «облагораживания» тканей человеческого организма. Вполне возможно даже оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья — четвертая четверти XXI века.

3. Промышленность. Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века.

4. Сельское хозяйство. Замена «естественных машин» для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами — комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки «почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко» будут удалены все лишние звенья. Останется «почва — углекислый газ — молоко (творог, масло, мясо — все что угодно)». Стоит ли говорить о том, что подобное «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй — четвертой четвертях XXI века.

5. Биология. Станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными — от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

6. Экология. Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

7. Освоение космоса. По-видимому, освоению космоса «обычным» порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком — сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

8. Кибернетика. Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшатся до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая и долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая — вторая четверть XXI века.

9. Разумная среда обитания. За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. Прогнозируемый срок реализации: после XXI века.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте