Нанотехнология
Нанотехнология - это часть науки и техники о контроле над материей в атомном и молекулярном масштабе - это означает вещи размером около 100 нанометров в диаметре
Нанотехнологии включают в себя изготовление продуктов, в которых используются такие маленькие детали, как электронные устройства, катализаторы, датчики и т.д. Чтобы дать вам представление о том, насколько это мало, существует больше нанометров в дюйме, чем дюймов в 400 милях.
Чтобы дать международному сообществу представление о том, насколько это мало, нанометров в сантиметре столько, сколько сантиметров в 100 километрах.
Нанотехнология объединяет ученых и инженеров из разных областей, таких как прикладная физика, материаловедение, наука о границах раздела и коллоидная наука, физика устройств, химия, супрамолекулярная химия (что относится к области химии, которая фокусируется на нековалентных связующих взаимодействиях молекул), саморазмножающиеся машины и робототехника, химическая инженерия, машиностроение, биология, биологическая инженерия и электрическая инженерия.
Обычно, когда люди говорят о нанотехнологиях, они имеют в виду структуры размером 100 нанометров или меньше. Есть миллион нанометров в миллиметре. Нанотехнологии пытаются делать материалы или машины такого размера.
Люди занимаются самыми разными видами работ в области нанотехнологий. Большинство современных работ направлены на создание наночастиц (частиц с нанометрическим размером), обладающих особыми свойствами, например, способами рассеивания света, поглощения рентгеновских лучей, передачи электрических токов или тепла и т.д. На более "научно-фантастическом" конце области находятся попытки сделать небольшие копии больших машин или действительно новые идеи для структур, которые делают себя сами. Возможны новые материалы с нано-размерными структурами. Можно даже работать с единичными атомами.
Много говорилось о будущем нанотехнологий и их опасностях. Возможно, нанотехнология сможет изобрести новые материалы и инструменты, которые будут очень полезны, например, в медицине, компьютерах, а производство чистого электричества (наноэлектромеханические системы) помогает проектировать следующее поколение солнечных батарей, а также эффективное энергосберегающее освещение). С другой стороны, нанотехнологии являются новыми, и проблемы могут быть неизвестны. Например, если материалы вредны для здоровья людей или природы. Они могут плохо влиять на экономику или даже на большие природные системы, такие как сама Земля. Некоторые группы утверждают, что должны существовать правила использования нанотехнологий.
Типичные наноструктурные геометрии.
Начало нанотехнологии
Идеи нанотехнологий впервые были использованы в беседе "На дне много места", которую провел ученый Ричард Фейнман на собрании Американского физического общества в Caltech 29 декабря 1959 года. Фейнман описал способ перемещения отдельных атомов для создания небольших инструментов и работы в таких масштабах. Такие свойства, как поверхностное натяжение и сила стен Ван дер, станут очень важными.
Простая идея Фейнмана казалась возможной. Слово "нанотехнология" было объяснено профессором Токийского научного университета Норио Танигути в статье 1974 года. Он сказал, что нанотехнология - это работа по изменению материалов одним атомом или одной молекулой. В 1980-х годах эту идею изучал доктор К. Эрик Дрекслер, который говорил и писал о важности наномасштабных событий. "Двигатели творения": Приходящая эпоха нанотехнологий" (1986) считается волей-неволей книгой о нанотехнологиях. Нанотехнология и нанонаука начались с двух ключевых разработок: начало кластерной науки и изобретение сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Вскоре после этого были открыты новые молекулы с углеродом - первые фуллерены в 1986 году и углеродные нанотрубки несколько лет спустя. В другой разработке изучали, как изготавливать полупроводниковые нанокристаллы. Многие наночастицы оксида металла в настоящее время используются в качестве квантовых точек (наночастицы, где поведение одиночных электронов становится важным). В 2000 г. в рамках Национальной инициативы США по нанотехнологиям началось развитие науки в этой области.
Классификация наноматериалов
Нанотехнологии имеют наноматериалы, которые можно разделить на одно-, двух- и трехмерные наночастицы. Эта классификация основана на различных свойствах, которые она удерживает, таких как рассеивание света, поглощение рентгеновских лучей, транспортный электрический ток или тепло. Нанотехнологии носят многодисциплинарный характер, затрагивая множество традиционных технологий и различные научные дисциплины. Могут быть изготовлены новые материалы, которые можно масштабировать даже при атомных размерах.
Факты
- Один нанометр (нм) - 10-9 или 0.000.000.001 метра.
- Когда два атома углерода соединяются вместе и образуют молекулу, расстояние между ними находится в диапазоне 0,12-0,15 нм.
- ДНК двойной спирали около 2 нм с одной стороны на другую. Она развивается в новую область нанотехнологий ДНК. В будущем ДНК можно будет манипулировать, что может привести к новой революции. Геном человека можно манипулировать в соответствии с требованиями.
- Нанометр и метр можно понимать как ту же самую разницу в размерах, что и между мячом для гольфа и Землей.
- Один нанометр равен примерно двадцати пяти тысячам диаметра человеческого волоса.
- Ногти растут нанометр в секунду.
Физические характеристики наноматериала
На наноуровне физические свойства системы или частиц существенно изменяются. Физические свойства, такие как квантовые эффекты размера, при которых электроны движутся по-разному для очень малых размеров частиц. Свойства, такие как механические, электрические и оптические изменения, когда макроскопическая система меняется на микроскопическую, что имеет первостепенное значение.
Наноматериалы и частицы могут выступать в качестве катализатора, увеличивая скорость реакции, что приводит к лучшему выходу по сравнению с другими катализаторами. Одними из наиболее интересных свойств при преобразовании частиц в наноразмеры являются вещества, которые обычно останавливают свет, становятся прозрачными (медь); становится возможным сжигать некоторые материалы (алюминий); при комнатной температуре твердые частицы превращаются в жидкости (золото); изоляторы становятся проводниками (кремний). Такой материал, как золото, который при обычных масштабах не вступает в реакцию с другими химическими веществами, может быть мощным химическим катализатором на наноразмерных масштабах. Эти особые свойства, которые мы можем видеть только на наноуровне, являются одним из самых интересных моментов в нанотехнологиях.
Вопросы и ответы
В: Что такое нанотехнологии?
О: Нанотехнология - это часть науки и техники, связанная с управлением материей в атомном и молекулярном масштабе, что включает в себя создание продуктов, использующих такие маленькие части, как электронные устройства, катализаторы, датчики и т.д.
В: Насколько малы нанометры?
О: Нанометры невероятно малы - в одном дюйме больше нанометров, чем дюймов в 400 милях. Чтобы дать международное представление о том, насколько это мало, в одном сантиметре столько же нанометров, сколько сантиметров в 100 километрах.
В: Какие виды работ выполняют люди в области нанотехнологий?
О: Люди, работающие в области нанотехнологий, стремятся создать наночастицы (частицы нанометрового размера), которые обладают особыми свойствами, например, рассеивают свет или поглощают рентгеновские лучи. Они также пытаются создать маленькие копии больших машин или действительно новые идеи для структур, которые создают сами себя. Новые материалы могут быть созданы с помощью структур нано-размера, и даже возможно работать с отдельными атомами.
В: Какие потенциальные области применения имеет нанотехнология?
О: Нанотехнологии имеют потенциальное применение во многих различных областях, включая медицину, компьютеры и производство чистой электроэнергии (наноэлектромеханические системы). Она также может помочь в разработке солнечных батарей нового поколения и эффективного освещения с низким энергопотреблением.
В: Существуют ли какие-либо риски, связанные с использованием нанотехнологий?
О: Могут возникнуть неизвестные проблемы, связанные с использованием нанотехнологий, например, если используемые материалы вредны для здоровья людей или природы. Они могут плохо повлиять на экономику или даже на большие природные системы, такие как сама Земля, поэтому некоторые группы утверждают, что необходимо ввести правила относительно их использования.
В: Какой тип ученых изучает нанотехнологии?
О: Ученые, изучающие нанотехнологии, представляют множество различных дисциплин, включая прикладную физику, материаловедение, интерфейсологию и коллоидологию, физику устройств, химию, супрамолекулярную химию, самовоспроизводящиеся машины и робототехнику химическое машиностроение машиностроение биология биологическая инженерия электротехника и т.д.
