Materialshunoslik va yangi materiallar texnologiyasi kafedrasi nanotexnologiya asosida olingan materiallar fanidan kurs loyihasi

Nanotexnologiyaning kelib chiqishi va rivojlanishi tarixi
Nanofan kamida bitta o'lchamda 100 nm dan kichik bo'lgan komponentlarni o'z ichiga olgan ob'ektlarni o'rganish, yaratish va o'zgartirishga asoslangan bo'lib, bu tubdan yangi sifatlarga olib keladi. Ushbu bilim sohasi nisbatan yosh va yoshi yuz yildan oshmaydi. O'lchovlarni nanometrlarda qo'llagan birinchi olim shveytsariyalik fizik Albert Eynshteyn bo'lib, u 1905 yilda shakar molekulasining o'lchami taxminan 1 nanometr (10-9 m) ekanligini isbotlagan maqolasini nashr etdi. Nano dunyo chegaralarigacha materiyaning chuqurligiga kira oladigan maxsus qurilmalarni yaratish g'oyasini serblik taniqli amerikalik elektrotexnik va ixtirochi, fizik va faylasuf Nikola Tesla ilgari surgan. Aynan u elektron mikroskopning yaratilishini bashorat qilgan.
Nanotexnologiyalar uchun asboblarni ishlab chiqish uchun asos yaratgan nazariy tadqiqotlar birinchi marta rossiyalik nazariy fizik Georgiy Antonovich Gamovning ishi bo'ldi. 1920-yillarda u birinchi marta Ervin Shredinger tenglamalarining yechimlarini taqdim etdi. Kvant zarralarining, shu jumladan elektronlarning o'ziga xos xususiyati, ularning energiyasi ushbu to'siqqa mos keladigan potentsial to'siqdan past bo'lsa ham, to'siqdan o'tish qobiliyatidir. Yo'lda o'zidan ko'ra ko'proq energiya talab qiladigan to'siqqa duch kelgan elektronga bu ta'sir qilmaydi va u to'siqni energiya yo'qotishi bilan (to'lqin kabi) yengib chiqadi. "Tunnel effekti" deb nomlanuvchi kashf etilgan hodisa ko'plab eksperimental kuzatilgan jarayonlarni tushuntirish imkonini berdi. Havodagi yadro va komponentlardan zarrachalar uchib chiqish jarayonlarini tasvirlash yechimi topildi.Fan va texnika asos soldi. 1956 yilda allaqachon G.A. Gamov ilm-fanni ommalashtirish uchun Kalinga mukofotini oldi.
1931 yilda nemis fiziklari Maks Knoll va Ernst Ruska elektron mikroskopni yaratdilar, bu birinchi marta nanoob'ektlarni o'rganish imkonini berdi . Xuddi shu yili Siemens kompaniyasi , bu erda E.A. Ruska 10 nm o'lchamli birinchi tijorat elektron mikroskopini chiqardi.
Keyingi qadam faqat 1956 yilda Jon Aloysius tomonidan qo'yildi O'Kif ( Jon _ Aloysius AQSh Harbiy xaritalash xizmati xodimi O'Kif mikroskop dizaynini taklif qildi, unda yorug'lik shaffof bo'lmagan ekrandagi mayda teshikdan chiqadi va ekranga yaqin joylashgan ob'ektni yoritadi. Namunani oldinga va orqaga siljitish paytida namunadan o'tgan yoki namunadan teshikka qaytarilgan yorug'lik qayd etildi (skanerlash). Amerikalik o'z usulini yaqin atrofdagi skanerlash mikroskopiyasi deb ta'rifladi va bunday mikroskopning o'lchamlari yorug'lik to'lqin uzunligi bilan cheklanmaydi, balki faqat teshikning o'lchami bilan cheklanishini ta'kidladi. Nazariy jihatdan, bunday qurilma to'lqin uzunligi to'lqin uzunligining yarmidan kam bo'lgan detallarning tasvirini yaratishi mumkin.
Esaki tomonidan tunnel diodining kashf etilishiga olib keldi . Shu bilan birga, Yuriy Sergeevich Tixodiev , Pulsar ilmiy-tadqiqot institutining fizik-nazariy tadqiqotlar sektori mudiri, birinchi marta ko'p qatlamli tunnel tuzilmalariga asoslangan qurilmalardan foydalanish parametrlari va variantlarini hisoblashni taklif qildi, bu esa rekord natijalarga erishishga imkon beradi. tezlik davri.
Kelajakda insoniyat ob'ektlarni "molekula-molekula", "atom-atom" yig'ish orqali yaratishga qodir bo'ladi, degan g'oya eng buyuk fiziklardan birining mashhur "U erda juda ko'p bo'sh joy" ma'ruzasiga borib taqaladi. 20-asr, Nobel mukofoti sovrindori, Kaliforniya texnologiya instituti professori. Olim o'zining birinchi ma'ruzasini Amerika fizika jamiyatining yillik konferentsiyasida "Full of o'yinchoqlar polda" deb nomlangan. U o'sha davrda fizik elektronika, mashinasozlik va informatikada dolzarb bo'lgan miniatyuralashtirish muammolariga e'tibor qaratdi.
Bu ish ba'zilar tomonidan nanotexnologiya uchun asosiy hisoblanadi . Feynman juda umumiy nuqtai nazardan elektromexanik qurilmalarning miqyosi, elektr zanjirlari va axborotni qayd etish, siqish va saqlash muammolarini tahlil qildi. Richard Feynmanning g'oyalari tomoshabinlarga hayoliy bo'lib tuyuldi, chunki u tomonidan taklif qilingan qurilmalar va mexanizmlarni amaliy amalga oshirish uzoq kelajak muammosi yoki hatto imkonsiz deb hisoblangan. Bugun biz yana bir bor guvohi bo'ldikki, buyuk amerikalik fizikning g'oyalari juda real edi va ularning ko'pchiligi allaqachon matematik hisob-kitoblar va amaliy qo'llanmalarda o'z ifodasini topgan.
Nano darajadagi strukturaviy materiallarning atom tuzilishini o'rganish uchun instrumental (metrologik) asboblarni ishlab chiqish va yaratish eng dolzarb vazifa bo'lib qolmoqda .
1964 yilda Amerika kompaniyasining faxriy prezidenti va hammuassisi Gordon Erl Mur chipdagi tranzistorlar soni har ikki yilda ikki barobar ko'payishini taklif qildi. Bu kuzatish Murning birinchi qonuni deb ataladi . U xotira chiplari kuchining o'sishi ularni ishlab chiqarish vaqtiga bog'liqligini ko'rsatdi va bir naqsh topdi: har safar yangi chip modellari taxminan teng vaqt oralig'ida paydo bo'ldi. Har safar ularning sig'imi ikki baravar oshdi. Shunday qilib, eng qisqa vaqt ichida mikroelektronikaning rivojlanishi komponentlar bazasini yanada miniatyuralashtirishga va natijada ularni asbobsozlik sohasida tadqiqotlarga olib keldi.
1966 yilda Milliy standartlar byurosida ishlaydigan amerikalik fizik Rassel Yang hozirda tunnel mikroskoplarini skanerlashda va nanoasboblarni joylashtirishda foydalaniladigan piezoelektrik boshqaruv moslamasini taklif qildi .
Shu bilan birga, Devid Jons nazariy jihatdan o'ralgan nanografit qatlamlaridan yopiq sferoid hujayralarni ishlab chiqdi. Oddiy grafitning olti burchakli panjarasiga kiritilgan, natijada murakkab egri sirt hosil bo'lgan ob'ekt beshburchak bo'lishi mumkinligi ko'rsatildi.
1971 yilda R. Yan zond mikroskopining prototipi bo'lib xizmat qilgan "Topograf" qurilmasi g'oyasini taklif qildi. Biroq, iqtisodiy sabablarga ko'ra, qurilma ustida ish tez orada to'xtatildi. Bir yil o'tgach, 1972 yilda, pyezoelektrik harakatlantiruvchi qurilmalar yordamida Jung 0,01 angstrom aniqlik bilan uch yo'nalishda narsalarni harakatga keltira va joylashtira oldi. Piezoelektrik motor ishlab chiqilganidan beri besh yildan ortiq vaqt o'tdi. Bunday qurilmalarning uzoq rivojlanish davrlarini atom tuzilmalarini kuzatish ularning holatini o'zgartirishga olib kelishi bilan izohlash mumkin, shuning uchun o'rganilayotgan moddani yo'q qilmaydigan sifat jihatidan yangi yondashuvlar talab qilindi.
Dunyo bo'ylab ko'plab olimlar u yoki bu darajada nano darajadagi ob'ektlar bilan ishlagan , ammo " nanotexnologiya " atamasi birinchi bo'lib yapon fizigi Norio tomonidan kiritilgan. Tokio universitetidan Taniguchi . Taniguchining so'zlariga ko'ra , nanotexnologiya taxminan 109 m (atom, molekula) oʻlchamli obʼyektlarni yaratish texnologiyasi boʻlib, u atom yoki molekula bilan taʼsir qilish orqali materiallarni ajratish, yigʻish va oʻzgartirish jarayonini oʻz ichiga oladi.
Nanotexnologiyalar sohasidagi bilimlarning to'planishi bir qator noyob tabiat hodisalariga yangicha qarash imkonini berdi. Masalan, 1975 yilda nemis botanigi V.V. Lomonosov. Bartlot va K.Nynuys baʼzi oʻsimliklarning oʻz-oʻzini tozalash hodisasini va bu hodisaning nanostrukturali yuzalarda sodir boʻlishini kashf etdilar va patentladilar.
Nanotexnologiya " atamasi 1986 yilda K.E.ning mashhur kitobi nashr etilgandan keyin mashhur bo'ldi. Drexler yaratilish mashinalari: nanotexnologiyaning kelayotgan davri . Hozirgi vaqtda " nanotexnologiya " atamasi nafaqat hodisalar va omillarning nano darajada namoyon bo'lishi natijasida yangi xususiyatlarga ega tizimlarni yaratish uchun materiallarni sintez qilish, yig'ish, strukturasini shakllantirish va modifikatsiyalash usullari va usullarini o'z ichiga oladi . molekulalar va atomlar darajasi), shuningdek, bilim, ko'nikma, materialshunoslik, texnik vositalar, axborotni ta'minlash tartiblari va texnologik operatsiyalar tizimi.
Rossiyada 1987-1988 yillarda. Delta ilmiy-tadqiqot institutida birinchi mahalliy nanotexnologik asbob-uskunalar ishga tushirildi , u isitish ta'sirida mikroskop zondining chetidan zarrachalarni yo'naltirilgan holda olib tashlashni amalga oshirdi. P.N. rahbarligida tashkil etilgan . Luskinovich . Deyarli bir vaqtning o'zida, 1990 yilda Germaniyadagi Yadro fizikasi institutida qattiq kristalli fulleritni sun'iy ishlab chiqarish va olishning birinchi usuli ajratilgan .
Amaliy nanotexnologik tadqiqotlar sohasida 1991 yilda Zelenogradda Moskva fizika-texnika instituti bitiruvchilari tomonidan tashkil etilgan NT-MDT korporatsiyasining ishini ham qayd etish mumkin. Rossiya Federatsiyasi Hukumatining 2007 yil 2 avgustdagi 498-son qarori bilan " Rossiya Federatsiyasida 2008-2010 yillarda nanosanoat infratuzilmasini rivojlantirish" Federal maqsadli dasturi tasdiqlandi. Ushbu dasturning maqsadi Rossiyada Rossiya nanosanoati salohiyatini rivojlantirish va amalga oshirish uchun milliy nanotexnologik tarmoqning zamonaviy infratuzilmasini yaratish edi .
nanotexnologiyalar tarixi shuni ko'rsatadiki, bizning insoniyatimizning barcha qirralari kashf etilmagan va isbotlanmagan. Nanotexnologiyalar rivojlanishda davom etmoqda va kundalik hayotimizda ajralmas rol o'ynaydi.