Материал: Нанотехнологии. Наука будущего (Балабанов), 2009, c.258

УДК 539.1 ББК 22.3 Б20

Балабанов В. И.

20 Нанотехнологии. Наука будущего / В. И. Балабанов. — М. : Эксмо, 2009. — 256 с. : ил. — (Открытия, которые потрясли мир).

ISBN 978-5-699-30976-4

Автор книги знакомит читателей с относительно новым научно-практическим направлением знаний — нанонаукой — и уделяет большое внимание популяризации достижений нанотехнологии. В книге рассматриваются по большей части не какието фантастические проекты, а разработки, уже реально применяемые или находящиеся на этапе исследований. При чтении книги каждый сможет получить для себя некоторые неожиданные знания о взаимодействии наночастиц, имеющих размеры атомов и молекул, и сделать неожиданные открытия из удивительного мира нанотех-

НОЛОГИЙ.

УДК 539.1 ББК 22.3

Никакая часть настоящего издания ни в каких целях не может быть воспроизведенав какойбытонибылоформеикакими быто нибылосредствами, будьтоэлектронныеили механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель если на это нет письменногоразрешения издательства "Эксмо».

Оглавление

Введение

Вашему вниманию предлагается научно-популярная книга, цель которой — не только ознакомление широкого круга читателей с относительно новым научно-практическим направлением — нанонаукой, но и популяризация достижений нанотехнологий (в основном отечественной науки и производства).

Нанотехнология — ключевое понятие начала XXI века, символ новой, третьей, научно-технической революции. С позиций сегодняшнего дня цель нанотехнологий — создание наносистем, наноматериалов, наноустройств, способных оказать революционное воздействие на развитие цивилизации.

Развитие нанотехнологий открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики, здравоохранения и вооружения. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют значительное увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул, а также новые открытия в химии и физике.

Поэтому в данной книге в основном рассматриваются не какие-то фантастические проекты и возможности нанотехнологий, а уже реально применяемые или находящиеся на этапе исследований разработки.

Надеемся, что при чтении книги каждый сможет найти для себя некоторые неожиданные познания и сделать небольшие открытия из удивительного мира нанотехнологий.

—Введение —

Вкниге раскрыты основные термины и определения, наиболее часто встречающиеся в нанонауке, приведены исторические аспекты развития научного направления, рассмотрены некоторые природные наноэффекты и виды наноструктур, а также методы их искусственного получения и исследования. Здесь даны примеры использования нанотехнологий в электронике и сервисе техники, медицине и косметологии, сельском хозяйстве и строительстве, военных целях и т.д.

Книга предназначена для профессорско-преподаватель- ского состава, научных сотрудников и студентов вузов, инже- нерно-технических работников, а также всех, кто интересуется данной тематикой.

С уважением, профессор Виктор Балабанов

Термины и определения

Абляция (лат. ablat — отнятие) — многозначный физический термин, обозначающий процесс увлечения вещества с поверхности твердого тела обтекающим потоком. В физике твердого тела — удаление (испарение) вещества с поверхности под воздействием лазерного излучения.

Аллотропия (греч. allos - иной, tropos — поворот, свойство) — существование одного и того же элемента в виде различных по свойствам и строению структур.

Алмазоид - алмазоподобная структура, построенная из атомов углерода методами механосинтеза, имеющая прочность и химическую инертность алмаза. Алмазоид будет использоваться в качестве основного материала при построении нанороботов. Это гидрокарбонат, в котором атомы углерода образуют тетраэдральную пространственную сетку, точно такую же, как в алмазе. В природе алмазоид встречается в сырой нефти в виде молекул низших гидрокарбонатов: адамантана, диамантана и триамантана.

Ассемблер (наноассемблер, конструктор) (англ. assemble — соби-

рать) — кибернетическое устройство нанометрических масштабов, способное из набора атомов производить (собирать) молекулы путем механохимии по заданной программе. Возможно его самокопирование. Ассемблер включает в себя мощный нанокомпьютер, комплекс наноманипуляторов и наносенсоров, то есть это молекулярная машина, которая может быть запрограммирована на построение практически любой молекулярной структуры или устройства из более простых химических строительных блоков, подобие управляемого компьютером механического цеха.

Атом (древнегреч. атомос— неделимый) — частица химического элемента, сложное делимое тело. Атом состоит из облака электронов, окружающих плотное ядро, которое в тысячи раз меньше, чем сам атом. Наномашины будут работать не с ядрами, а с атомами.

Ammo... (лат. аttеп — восемнадцать) — приставка к наименованию единицы физической величины, служащая для образования

— Терминыиопределения —

дольной единицы, равной 10~18 от исходной. Сокращенное обозначение: русское -г- а, международное — а. Например, 1 ас (аттосекунда) = 10"18 с.

Б

Балк-технология (англ. bulk-technology) — технология, основанная

на манипуляции совокупностями атомов и молекул (массовая технология или материал), а не индивидуальными атомами.

В

Вирус (лат. virus - яд) — частица микроили наноразмеров, способная инфицировать клетки живых организмов. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Вирусы являются потенциальными объектами для использования в бионанотехнологиях.

Геомодификатор (греч. геос— земля) — специальная микроили нанодобавка в топливно-смазочные материалы и технологические среды на базе минералов геологического (реже — искусственного) происхождения, которые могут вступать во взаимодействие с контактируемыми (трущимися) участками деталей и формировать на них металлокерамический слой, частично восстанавливающий дефекты поверхностей трения.

Гетероструктура (греч. гетеро — союз, товарищество) — комбинация нескольких гетеропереходов (контакт двух разных полупроводников) , используемая для создания потенциальных ям для электронов и дырок в слоистых полупроводниковых структурах и применяемая в полупроводниковых лазерах и светоизлучающих диодах.

Графен — углеродный наномонослой, в котором связи С~С образуют правильные графитовые шестиугольники («пчелиные соты»).

д

Диамондоиды — полимерные органические молекулы, в которых углеродные атомы скелета связаны между собой точно так же, как и во фрагментах кристаллической решетки алмаза.

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

Дизассемблер — кибернетическое устройство нанометрических масштабов, способное по заданной программе отделять атомы от молекул, записывая при этом их месторасположение на молекулярном уровне. Пара «ассемблер — дизассемблер» сможет создавать копии любых макрообъектов.

Диссипация (лат. dissipatio — рассеяние) — процесс необратимого рассеивания (или возврата) энергии, полученной системой при различных процессах (например, при трении).

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — молекула, содержа-

щаяся в клетках всех живых организмов, а также в некоторых вирусах. Представляет собой полимерный остов, состоящий из чередующихся остатков фосфата и сахара дезоксирибозы, к которому прикреплены азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин и тимин). Молекула ДНК — это двойная нуклеотидная наноцепь с периодом 3,4 нм и диаметром 2 нм. Она является носителем генетической информации и наследственных признаков и заряжена отрицательно, так как фосфат в ее составе несет отрицательный заряд.

Дуга фуллереновая — дуговой метод получения фуллеренов, основанный на термическом разложении графита при электролитическом нагреве графитового электрода или лазерном облучении поверхности графита.

И

Инденгпор (англ. indentation — вдавливание, идентирование, лат. into — внутрь) — твердый предмет определенной геометрической формы (шар, конус, пирамида) и размеров, вдавливаемый в поверхность исследуемого материала под действием заданной нагрузки или собственного веса (для измерения твердости). Изготавливают обычно из алмаза, сапфира, твердого сплава и т.п.

К

Кантилевер (англ. cantilever— консоль) —устоявшееся название наиболее распространенной в сканирующей атомно-силовой микроскопии конструкции микромеханического подвижного зонда, которая служит для измерения отклонения зонда и позволяет изучать диэлектрические материалы.

Квант (лат. quantus — сколько) — неделимая часть материи. Например, квант света — элементарная часть (порция) света, то же, что фотон. В основе понятия лежит представление о том, что лю-

8

— Термины и определения —

бая физическая величина может принимать только определенные, а не произвольные значения (то есть физическая величина

квантуется).

Кевлар (англ. kevlai®) — синтетическое волокно прочнее большинства сталей, созданное американской фирмой Du Pont de Nemours & Co. Один из самых прочных материалов, доступных на рынке. Используется в аэрокосмическом конструировании, пуленепробиваемых жилетах и в случаях, когда требуется обеспечить высокую прочность при малой массе.

Кластер (англ. duster— объединение) — совокупность двух или более однородных элементов (атомов или молекул), которая может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами.

Клейтроника (англ. clay — глина, claytronics — «умная» глина) —

новая область в науке и технологии, рассматривающая возможность сборки различных конструкций из отдельных унифицированных строительных блоков-роботов микроскопических размеров.

Конгломерат (лат. conglomeratus — скопившийся, собранный, скученный) — механическое соединение чего-либо разнородного.

Кондиционер (рекондииионер) металла (поверхности) (англ. condition — состояние) — вещество и механизм воздействия на металл (поверхность), позволяющие модифицировать, структурировать, восстанавливать структуру и состав металла (поверхности), на который воздействует, доставляя необходимые компоненты (среду и энергию) от внешних источников (препаратов), а также придавать трущимся поверхностям высокие антифрикционные и противоизносные свойства.

Концепция «зеленой слизи» (англ. green goo problem) ~ гипотетиче-

ская опасность возможности создания разрушительных вирусов и бактерий, которые, быстро размножаясь, уничтожат всю жизнь на планете, разобрав белковые структуры на отдельные молекулы.

Концепция «серой слизи» (англ. grey goo problem) — гипотетическая

опасность создания неуправляемых универсальных молекулярных самосборщиков, обученных делать из окружающей среды себе подобные копии, которые сразу же после создания начнут штамповать клоны из доступных молекул и, в конце концов, всю Вселенную превратят в однообразную серую массу, состоящую только из себе подобных нанороботов.

9