A'zolar: Igor Vladimirovich Melixov

Nanosistemalarning amaliy fizik kimyosi o'z ichiga oladi:
Muhandislik va nanotexnologiyada nanotizimlardan foydalanishning nazariy asoslarini, ulardan foydalanish sharoitida aniq nanotizimlar evolyutsiyasini bashorat qilish usullarini ishlab chiqish, shuningdek, ulardan foydalanishning optimal usullarini izlash;
nanomateriallar sintezida nanosistemalar harakatining nazariy modellarini yaratish va ularni ishlab chiqarish uchun maqbul sharoitlarni izlash;
Biologik nanotizimlarni o'rganish va nanotizimlardan dorivor maqsadlarda foydalanish usullarini yaratish;
Atrof muhitda nanozarrachalarning hosil bo‘lishi va migratsiyasining nazariy modellarini va nanozarrachalardan tabiiy suv yoki havoni tozalash usullarini ishlab chiqish.
Amaliy nanokimyoning sanab o'tilgan yo'nalishlaridan ikkinchisi hozirgi kunda eng rivojlangani bo'lib, bu tabiiy ko'rinadi, chunki bu sohada sof ilmiy manfaatlar va sof nazariy muammolar sof amaliy va hatto iqtisodiy manfaatlar sohasiga to'g'ri keladi. Ilm-fan rivojining hozirgi bosqichida qilinishi mumkin bo'lgan barcha ishlar bu sohada amalga oshirildi, deyishga hali erta bo'lsa-da. Misol tariqasida metallurgiya kabi sohani keltirish mumkin, bu yerda hozirda yangi nanomateriallarni sintez qilish va yangi nanotexnologiyalarni ishlab chiqish bo‘yicha ishlar faol olib borilmoqda. Nanomateryallarni yaratish va ulardan foydalanish samaradorligi aniq. Shunday qilib, nanostrukturaga ega bo'lgan metallning mustahkamligi oddiy metallning kuchidan 1,5-2 baravar, ba'zi hollarda hatto 3 baravar yuqori. Uning qattiqligi 50-70 marta, korroziyaga chidamliligi esa 10-12 barobar ko'p. Ma'lumki, metallning tuzilishi uning xususiyatlariga kuchli ta'sir qiladi: don hajmi qanchalik nozik bo'lsa, strukturaning fazali komponentlari orasidagi o'zaro ta'sir yuzasi shunchalik katta bo'ladi, bu uning xususiyatlarini yaxshilash uchun asosdir. Bugungi kunda metall donasining o'rtacha hajmi 5-7 mikronni tashkil qiladi, amalda ular odatda nano o'lchamlarga etib bormaydi. Nanostrukturali metallarni olish uchun hozirda faol ishlab chiqilayotgan, ammo keng ishlab chiqarishda qo'llash uchun hali ham juda murakkab bo'lgan maxsus texnologik usullar kerak. Ushbu texnologiyalar ikkita asosiy yo'nalishda ishlaydi. Birinchisi, nano chang deb ataladigan narsalarni yaratish bo'lib, undan keyin kerakli nanomaterial tayyorlanadi. Asl strukturani maydalashning yana bir usulini deformatsiya deb atash mumkin: metallning takroriy chuqur deformatsiyasi tufayli strukturaning to'g'ri darajasiga va shunga mos ravishda xususiyatlarga erishiladi.
Bu texnologiyalar hozirda AQSH va Yaponiyada, qisman Xitoy va Koreyada keng rivojlanmoqda, shuning uchun ham aynan shu mamlakatlarda ilm-fan, ehtimol, ayrim masalalar va muammolarning eng maqbul yechimiga erishgan. Hozirgacha mamlakatimizda bu yo‘nalishda faqat birinchi qadam qo‘yildi: Rossiya Fanlar akademiyasining nanomateriallar bo‘yicha ilmiy kengashi tashkil etildi. Ammo hozirgacha juda oz narsa qilingan va biz afsus bilan ta'kidlaymizki, Rossiya hozirgacha nanotexnologiyalarni faol rivojlantirayotgan o'nlab mamlakatlar qatoriga kirmagan.
“Nanostrukturalar” iborasi haqida gap ketganda, avvalo, biz metall va kristallarning yangi turlarini nazarda tutamiz, ularning yaratilishi nanokristallarning eng hayratlanarli xususiyatlaridan biri – nuqsonsizligiga asoslangan yangi “nanoelektronika”ga yo‘l ochadi. Biroq, nanokimyo endi biologiyaga yaqinroq bo'lgan boshqa fan sohasi bilan ham bog'liq. Amalda bu yo'nalish mutlaqo yangi tibbiy texnologiyalarni ishlab chiqishda qo'llaniladi.
Uchinchi yo'nalishdagi ishlanmalarga misol sifatida, to'g'ridan-to'g'ri o'sma to'qimalarida saratonga qarshi nanotizimlarni yaratish g'oyasini keltirish mumkin. Laboratoriya tajribalari shuni ko'rsatdiki, agar polimer tanasiga reaktivlar kiritilsa, ularning o'zaro ta'sirida goetit yoki gidroksiapatit nanozarrachalari hosil bo'ladi. keyin reagentlarni kiritishni shunday tashkil qilish mumkinki, tananing hajmida paydo bo'lgan nanozarralar polimer tuzilishiga deyarli ta'sir qilmaydi. Ammo nanozarrachalar hosil bo'lgandan keyin tanaga akustik maydon qo'llanilsa, u 43 ° C gacha qiziydi, bu vaqt ichida nanozarrachalar bo'lmagan tana haroratni deyarli o'zgartirmaydi. Bu shuni ko'rsatdiki, agar nanozarrachalari saraton hujayralarida sog'lom to'qimalarga qaraganda ancha yuqori ehtimollik bilan hosil bo'lishi mumkin bo'lgan moddalarni topsak, saraton hujayralari tanlab qizdirilishi va "o'ldirilishi" mumkin. Va bunday moddalar topilgan. Ulardan birining (teroftal) sichqonlarda saraton o'simtasini rivojlanishiga ta'siri bo'yicha qiziqarli natijalarga erishildi. Ma'lum bo'ldiki, teroftal nanozarrachalar o'z-o'zidan o'simta rivojlanishiga ta'sir qilmaydi va akustik maydon uning o'sishini faqat zaif sekinlashtiradi. Ammo maydon teroftal nanozarrachalar hosil bo'lgandan keyin qo'llanilsa. va faqat 10 daqiqa davomida o'simta hajmi bir hafta ichida 80% ga kamayadi. Bu faktlar biologik muhitda nanotizimlar evolyutsiyasini o'rganish va'dasini ta'kidlaydi.
Nanodunyo - biz uning qaysi sohasini egallashimizdan qat'i nazar, bir xil qonunlarga muvofiq yashaydi. Shuning uchun kimyodagi nanosistemalar biologik nanostrukturalarga yaqin bo'lib chiqadi. Asosiy biologik va molekulyar komplekslar va fermentlar 5-50 nm gacha bo'lgan o'lchamlarga ega, bu ham kimyoviy nanosistemalarga xosdir. Biroq, kimyo va geologiyadan farqli o'laroq, biologiyada nanokomplekslarning yuqori darajada tashkil etilgan tuzilmalari ma'lumki, ular tirik hujayradagi ko'p yuzlab biologik jarayonlarning yuqori samaradorlik bilan o'tishini belgilaydi. Biologik nanostrukturalarda xarakterli ikkilamchi, uchlamchi, to'rtlamchi tuzilishga ega bo'lgan oqsil tashuvchilar (RNK molekulalari hali ham ribosomalarda mavjud) mavjud. Bu tuzilmalar, ularning vazifalariga qarab, faol markazlarga kiritilgan turli kofaktorlar bilan qoplangan. Ushbu nanotizimlardagi barcha atomlarning joylashuvi shunchalik takrorlanishi mumkinki, ularning uch o'lchovli kristallari uchun rentgen nurlari difraksion tahlili har bir atomning holatini (va 10 ming yoki undan ko'p bo'lishi mumkin) angstromning o'ndan bir qismi aniqligi bilan ko'rsatadi.
Nanozarrachalarning o'zini ham, ularning bir-biri bilan o'zaro ta'sirini ham tasavvur qilish imkonini beradigan yangi tadqiqot usullari nanotizimlarning fizik-kimyosini moda faniga aylantirdi. Ammo uning jozibadorligi tasodifiy holatlar bilan bog'liq emas, balki fanning rivojlanish mantig'i bilan oldindan belgilanadi. Bu mantiq muqarrar ravishda nanotizimlarni tadqiq qilish nihoyatda ilm talab qiladigan va qimmatga tushishiga olib keladi. Ko'pgina davlatlar maxsus milliy dasturlarni ishga tushirib, ularni tegishli mablag' bilan ta'minladilar.
Bugungi kunda nanotizimlarning fizik kimyosi - bu nazariya va eksperiment amaliy sohalarga ilmiy ma'lumotlarning tizimli oqimi bilan birlashtirilgan uyg'un rivojlanayotgan fan sohasi. Darhaqiqat, hozirgi vaqtda nanotexnologiyalarni rivojlantirish va nanomoddalarni yaratish va o'rganish usullarini ishlab chiqishni XXI asr fanining eng muhim yo'nalishlaridan biri deb atash mumkin. Mashhur fizik Feynman 30 yil oldin aytganidek, nano dunyoga kirish insonning cheksiz yo'li bo'lib, u deyarli materiallar bilan cheklanmaydi, balki faqat o'z fikriga ergashadi. Darhaqiqat, hozirgi vaqtda nanomodda va uning xossalari bo'yicha kashfiyotlar turli sohalarda - kimyo, fizika, biologiyada amalga oshirilmoqda. Masalan, suv elektr razryadlari bilan tozalanganda bakteritsid xususiyatga ega bo'lishi eksperimental ravishda aniqlandi. Ularning tabiati aniq emas edi, chunki suvning kimyoviy tarkibi o'zgarmadi. Ammo keyin ma'lum bo'lishicha, elektrodlarning eroziyasi natijasida nanozarrachalar suvda qoladi, bu esa asosan uning xususiyatlariga ta'sir qiladi.
Ammo nanodunyoning eng muhim kashfiyoti, shubhasiz, mikroelektronika kabi soha uchundir. Ayni paytda, xususan, ion nurlari yordamida nanostrukturalar yaratish bo‘yicha ishlar olib borilmoqda. Etarli miqdorda energiya va metallni erkin protonlar bilan ta'minlash bilan o'n nanometr o'lchamdagi tuzilmalarni olish mumkin. Bunday shkalalarda dielektrik metallga o'tadi va kristallanish juda tez sodir bo'ladi. Keyin ko'p qatlamli nanostrukturalar yaratiladi, ular kelajakdagi elektron sxemalar asosini tashkil qiladi. Va agar hozir magnit disklar yuzlab gigabayt ma'lumotni olib yuradigan bo'lsa, yangi texnologiyalar yordamida ulardagi ma'lumotlarni yuzlab terabaytlarda o'lchaydilar.
Rossiyada nanokimyo muammolari bilan ko'plab taniqli olimlar, shu jumladan Rossiya Fanlar akademiyasining Kimyo va materialshunoslik bo'limining ko'plab a'zolari jalb qilingan. Biroq, ularning aksariyati asboblarga tizimli kirish imkoniga ega emas, ularsiz nanotizimlarning zamonaviy diagnostikasi mumkin emas. Akademik O.M.Nefedov va VA Kabanovlarning sa’y-harakatlari bilan 1999 yilda “Fuqarolik fanlari va texnologiyalarini rivojlantirishning ustuvor yo‘nalishlarida tadqiqot va ishlanmalar” Federal maqsadli ilmiy-texnikaviy dasturini amalga oshirish jarayonida nanotizimlarning fizik kimyosiga katta hissa qo‘shildi. – 2001 yil. Akademiklar M. V. Alfimov va N. P. Lyakishevlar boshchiligidagi akademik dasturlarni, shuningdek, bir qator boshqa ixtisoslashtirilgan loyihalarni amalga oshirish muhim ahamiyatga ega.