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

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

Л

Лаборатория ассемблерная закрытая ~ рабочее пространство,

содержащее ассемблеры, которое закрыто со всех сторон таким образом, что информация может течь внутрь и наружу.

Лонсдейлит (англ. Lonsdaleite) — гексагональная модификация углерода с кристаллической решеткой типа вюрцита (а = 0,252 нм, с= 0,412 нм) и плотностью 3,51 г/см3. Найден в 1967 году в метеорите, а затем получен искусственно.

Лотос-эффект (нем. Lotus-effect®) — изначально природное явление несмачиваемости и самоочистки листьев и цветков ряда растений (лотоса, тюльпана и др.), крыльев насекомых. Впоследствии — комплекс технических и технологических решений, широко применяемых в автомобильном сервисе.

Лиганд (лат. ligo — связываю) — атом, ион или молекула, непосредственно связанные с одним или несколькими центральными (комплексообразующими) атомами в комплексном соединении с образованием «координационной» донорно-акцепторной связи, являющиеся донором электронной пары. При присоединении лиганда к центральному атому химические свойства комплексообразователя и самого лиганда часто претерпевают значительные изменения.

М

Масштабный эффект (англ. indentation size effect) — явление, за-

ключающееся в росте твердости при низких и сверхнизких усилиях внедрения индентора (около мкН), которые приводят к образованию отпечатков нанометровой глубины. При нагрузках ниже некоторых критических (зависящих от природы материала, температуры, формы индентора и т.д.) практически все материалы начинают демонстрировать в контакте упругое поведение.

Метаматериал (греч. мета— сверх, за пределами) — композит, обладающий свойствами, которые не встречаются в природе, в частности, обладающий отрицательной диэлектрической и магнитной проницаемостью. Метаматериалы могут использоваться для разработки так называемых «плащей-невидимок» с помощью нанотехнологий.

Метод CVD (Chemical Vapor Deposition) — метод наномодифика-

ции армирующих волокон (CVD-метод), то есть «химическое газофазное осаждение» металлов, сплавов или химических соединений на заданную поверхность.

10

— Термины и определения —

Метод PVD (Physical Vapor Deposition) — метод нанесения нанопо-

крытия (.PVD-метод), при котором металлы, сплавы или химические соединения осаждаются в глубоком вакууме путем подвода тепловой энергии или бомбардировки частицами. Иными словами, материал покрытия различными способами переводится из твердого состояния в паровую фазу и затем конденсируется на поверхности подложки (физическое распыление с осаждением). К PVD- методам относят еще ионное плакирование и катодное распыление (ионно-плазменное распыление).

Микроскоп атомный силовой — прибор, который позволяет рассматривать атомы не только металлов, но и других химических веществ.

Микроскоп туннельный растровый — прибор, основанный на возникновении туннельного тока между поверхностью проводника и металлическим острием, удаленным от нее на расстояние около 0,1 нм. При сканировании за счет изменения этого расстояния можно получить рельеф образца с точностью до размеров атомов и молекул. Туннельный растровый микроскоп — основная инструментальная база современных нанотехнологий.

Мицелла (новолат. micella от лат. mica — крошечка) — частица общим диаметром 10~ ...10~9 м в коллоидных системах, состоящая из нерастворимого в данной среде ядра, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.

Н

Нано... (греч. нанос— карлик, гном) — приставка для образования наименования дольных единиц, равных одной миллиардной доле исходных единиц. Обозначения: русское — н, международное— п. Пример: 1 нм(нанометр) = 10~9 м= 10 ангстрем.

Наноиндустрия — вид деятельности по созданию продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники.

Наноинженерия поверхности (фр. тфптщ от лат. ingenium —

способность, изобретательность) — методы и технологии формирования поверхностей деталей с оптимальными прочностными и триботехническими свойствами.

Наноклетки искусственные — нанороботы, дублирующие функции естественных биологических клеток. Размер этих искусствен-

11

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

ных клеток может быть меньше размера оригиналов, а сами они, как правило, лучше функционируют.

Нанотрибология — раздел трибологии, изучающий физико-хи- мические процессы в пределах наноразмеров.

Нанощмпъютер — компьютер, сделанный из компонентов (механических, электронных или других) в масштабе нанометра.

Нанокристалл — единица наноструктуры, наименьшее количество вещества в кристаллической форме.

Нанолитография - создание «правильных» групп атомов и молекул на подложке из обычного вещества. Это шаг к разработке и конструированию первых деталей наномашин, в том числе ассемблера.

Наноматериал — материал, содержащий структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и благодаря этому обладающий качественно новыми свойствами, в том числе заданными функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Наномедицина — слежение, исправление, конструирование и контроль биологических систем человека на молекулярном уровне с использованием наноустройств и наноструктур.

Наноробот (нанобдт) — кибернетическое устройство нанометрических масштабов, изготовленное с атомарной точностью. Обладает функциями движения, обработки и передачи информации, а также выполнения программ.

Наносистема — материальный объект в виде упорядоченных или самоупорядоченных связанных между собой элементов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, обусловленных проявлением наномасштабных эффектов и явлений (например, квантово-размерных, синергетически-коопера- тивных, «гигантских» и др.).

Наноструктура — два и более нанокристалла, соединенные между собой силами Ван-дер-Ваальса (при участии электронного газа).

Наносхема - печатная плата, созданная с применением нанотехнологий благодаря возможности получать транзисторы сверхмалых размеров, точно позиционируя отдельные атомы.

Нанотехника — междисциплинарная область науки, которая изучает закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управ-

12

— Терминыиопределения —

ления отдельными атомами, молекулами и молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Нанотехнология (по Танигучи) — процесс разделения, сборки и изменения свойств материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой вещества.

Нанотехнология молекулярная (по Дрекслеру) — совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие в себя компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении. В результате объекты получают принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба. В более широком смысле — методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнология инкрементная (англ. increment — возрастание,

увеличение) — технологии, касающиеся значительного усовершенствования существующих продуктов за счет применения наноматериалов.

Нанотехнология прикладная ~ рассматривает задачи и конкретные способы практического применения (реализации) нанотехнологий для нужд человечества.

Нанотрубка (англ, carbon nanotube, CNT) — трубка нанометриче-

ских размеров, состоящая из отдельных атомов углерода и имеющая искусственную структуру. Предназначена для коммуникаций, передачи энергии и сигналов, а также построения новых материалов на базе углерода.

Наноэнергия — количество энергии (теплоты), необходимое для нагрева одного грамм-атома наноструктуры от температуры абсолютного нуля (-273 °С) до полного испарения (возгонки) при температуре кипения.

Номекс (англ. потех®) — синтетическое мета-арамидное волокно (полное название мета-фенилендиамин-изофталамид), созданное фирмой Du Pont de Nemours & Co. Полимерная цепочка имеет меньшую прочность, по сравнению с пара-арамидом кевлар, однако является более гибкой, что придает ей хорошие текстильные свойства. Стойкость волокна номекс к изгибу в три раза выше, чем полиэфира. Вследствие высокой термостойкости применяется для фильтрации горячих газов, при изготовлении одежды для пожарных и т.д.

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

п

Пико... (исп. pico — малая величина) — приставка для образования наименования дольных единиц, по размеру равных 10" исходной единицы. Обозначения: русское — п, международное — р. Пример: 1 пФ (пикофарада) = 10 Ф.

Пленка сервовитная (лат. servo vitte — спасать жизнь) — особая

структура на поверхностях трения толщиной в несколько сотен нанометров, характерная для эффекта безызносности. В ней реализуется особый механизм деформации, протекающий без накопления дефектов, свойственных усталостным процессам.

Поверхность (межфазная граница) — общая часть двух смежных

областей пространства различного фазового состояния, обычно толщиной несколько атомных слоев.

Препарат ремонтно-восстановительный (эксплуатационный) —

специальный препарат автохимии, содержащий комплекс химически и поверхностно-активных веществ и предназначенный для восстановления триботехнических свойств поверхности трения и технических характеристик обработанной техники.

Реметаллизант (металлоплакирующая присадка) (фр- plaquer —

покрывать) — порошковая или ионная микроили нанодобавка на основе пластичных металлов к топливно-смазочным материалам, технологическим и другим средам, реализующая эффект избирательного переноса при трении (эффект безызносности).

Репликатор (фр. replique, итал. replica, от лат. replico— повторяю,

отвечаю) — наноробот, способный к созданию своей копии, то есть самовоспроизводству. Наиболее очевидные примеры репликаторов — ДНК-последовательности, так как они многократно копируются при делении клеток. Может быть пассивным или активным, конечным или бесконечным.

Сажа - аморфный(греч. а — не- и морфе — вид, форма; не имеет кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляется с образованием кристаллических граней) углерод — продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов в неконтролируемых условиях, например при работе дизельных двигателей. Размер большинства частиц сажи, например, в дизельной эмиссии — от 50 до 180 нм.

14

— Терминыиопределения —

Светодиод (LED-светодиод) (англ. light-emitting diode) — прибор,

основанный на наноразмерных гетероструктурах, преобразующий электрический ток в световое излучение.

) Сервис безразборный (англ. service— производить осмотр и текущий ремонт) — комплекс мероприятий, направленных на осуществление операций технического обслуживания и ремонта агрегатов без проведения разборочно-сборочных операций. Может включать операции обкатки, диагностики, профилактики, автохимического тюнинга, очистки и восстановления как отдельных трущихся соединений, так машин и механизмов в целом.

Серпентин (лат. serpens— змея, змеевик (устар.) — минерал группы магниево-железистых гидросиликатов с цветом от зеленоватожелтого до темно-зеленого и пятнами, делающими его похожим на змеиную кожу. Является одним из активных компонентов многих ремонтно-восстановительных нанопрепаратов, особенно геомодификаторов.

Синергетика (греч. сип — совместноеиэргос— действие) — научное направление, изучающее общие закономерности, которые управляют процессами самоорганизации в различных системах: биологических, технических, химических и др.

Техника наносистемная — созданные полностью или частично на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.

Технологии конвергентные — четыре взаимосвязанных научнотехнических направления: нанотехнологий, биотехнологии, нейротехнологии и информационные технологии.

Технологии критические — дезавуирующие, ликвидационные технологии, которые фактом своего появления закрывают целые линии или делают бессмысленным дальнейшее развитие какоголибо направления. Например, развитие ракетной техники и межконтинентальных ракет закрыло направление стратегических бомбардировщиков, то есть сделало их обычным, а не стратегическим оружием, фактически свернуло программу их развертывания.

15

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

Технология фуллеренов — научно-практическое направление, занимающееся как методами производства фуллеренов, так и различными прикладными задачами их использования.

ТОН (технология общего назначения) — обычно начинается как

весьма грубая технология ограниченного применения, однако затем быстро распространяется в области новых приложений. Типичные примеры — паровая машина, электричество, железные дороги и компьютеры, послужившие базисом для главных научнотехнических революций. В наши дни классический пример ТОН — нанотехнология.

Трибология(греч. трибос— трениеилогос— наука) — наукаоконтактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания, смазки и самоорганизации в машинах.

Триботехнология - комплекс технических и технологических мероприятий, направленных на практическое использование процесса трения для восстановления и придания поверхностям трения высоких антифрикционных и противоизносных свойств.

Туман конструкторский (англ. utility fog) — наносистема, состоя-

щая из унифицированных строительных нанороботов (фоглетов) и позволяющая собирать различные предметы из отдельных универсальных строительных блоков микроскопических размеров.

Туннелирование — уникальное свойство квантовых частиц, в том числе и электронов, заключающееся в их способности проникать через преграду, даже когда их энергия ниже потенциального барьера, в данной преграде. Электрон, обладающий энергией, встретив на своем пути преграду, требующую для прохождения большей энергии, не отражается от этой преграды, а, как волна, преодолевает ее с потерей энергии.

Тюнинг автохимический — специальная обработка двигателя препаратами автохимии в целях снижения механических потерь на трение и повышения мощности двигателя.

Ф

ФАБО (финишная антифрикционная безабразивная обработка) —

метод фрикционного (с помощью трения) нанесения покрытий из пластичных металлов толщиной от 50 до 500 нм на трущиеся поверхности деталей.

Фемто... (датск. femten — пятнадцать) — приставка к наименованию единицы физической величины; служит для образования на-

16

— Термины и определения —

именований дольных единиц, по размеру равных 10~15 доле исходных единиц. Обозначение: русское — ф, международное — / Пример: 1 фКл(фемтокулон) = 10~15 Кл.

Физика фуллеренов — научное направление в физике по исследованию структурных, механических, электрических, магнитных, оптических свойств фуллеренов и их соединений в различных фазовых состояниях, а также изучению характера взаимодействия атомов углерода в этих соединениях, спектроскопии молекул фуллеренов, свойств и структуры систем, состоящих из молекул фуллеренов.

Фоглет (англ. fog- туман) — частица конструкторского тумана (нанобот), наноробот-блок диаметром около 100 мкм.

Форсайт (англ. foresight - предвидение) — систематически организованный процесс, направленный на выявление долгосрочных перспектив науки и технологий, экономики и общества. Применяется для определения стратегических направлений развития инноваций, способных принести наибольшие социально-экономи- ческие блага. Одним из методов реализации таких прогнозов являются «дорожные карты».

Фуллерены (англ. fullerene) — класс химических соединений, молекулы которых состоят только из четного количества атомов углерода. Химически стабильные замкнутые поверхностные структуры углерода, в которых атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников или пятиугольников, регулярным образом покрывающих поверхность сферы или сфероида.

Фуллериты — твердые фуллерены Сбо> кристаллы с гранецентрированной кубической решеткой и достаточно слабыми межмолекулярными связями. В кристалле имеются октаэдрические и тетраэдрические полости, в которых могут находиться посторонние атомы, влияющие на свойства всего материала.

X

Химия фуллеренов — научно-практическое направление химии, занимающееся созданием и изучением класса фуллеренов. По концепциям и методам исследования во многом принципиально отличается от традиционной химии.

Химмотология — наука о рациональном использовании топлива, масел и автохимии в технике.

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

Хиральностъ (англ. chirality, греч. хира — рука) — понятие в химии, характеризующее свойство объекта быть несовместимым со своим отражением в идеальном плоском зеркале.

Ш

Шутит — минерал, получивший название от поселка Шуньга в Карелии, где были обнаружены природные фуллерены.

Э

Энзимы (ферменты) (греч. зиме— дрожжи, лат. fermentum) — бел-

ковые молекулы или их комплексы (молекулярные машины), ускоряющие химические реакции в живых системах.

Энтропия (греч. entropia - поворот, превращение) — мера неупорядоченности больших систем. Например, в теории тепловых машин — та часть энергии, которая рассеивается в пространстве, не совершая полезной работы.

Эффект безызносности (избирательный перенос при трении) -

возникает в результате протекания химических и физических процессов на поверхности контактирующих тел, приводящих к образованию на них самоорганизующихся систем толщиной около 100 нм, которые обеспечивают автокомпенсацию износа и снижение коэффициента трения.

Эффект Холла — явление, заключающееся в том, что в проводнике с током, помещенном в магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен направлению тока, возникает электрическое поле в направлении, перпендикулярном направлениям тока и магнитного поля.

Возникновение и развитие нанонауки

Там... внизу... еще очень много места...

РичардФЕЙНМАН,

нобелевскийлауреатпофизике(1959 год}

Нанонаука основана на изучении, создании и модифицировании объектов, которые включают компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний относительно молода и насчитывает не более столетия. Первым ученым, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать Альберта Эйнштейна (Albert Einstein), который в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру (10~9м).

Идею же создания специальных приборов, способных проникнуть в глубину материи до границ наномира, выдвинул выдающийся американский инженер-электрик и изобретатель, физик, философ сербского происхождения Никола Тесла (Nikola Tesla). Именно он предсказал создание электронного микроскопа.

Первые теоретические исследования, положившие начало разработке инструментального обеспечения будущих нанотехнологий, — это труды физика-теоретика российского происхождения Георгия Антоновича Гамова.

Георгий Гамов, член-корреспондент АН СССР, был исключен из Академии наук, после того как в 1933 году не вернулся в СССР из командировки в Бельгию для участия в работе Сольвеевского конгресса, и только посмертно, в 1 990 году, его звание было восстановлено.