Nanomateriallar va nanotexnologiya. Asosiy tushunchalar va ta'riflar

Ajoyib salohiyatga ega 10 ta nanotexnologiya

Ba'zi kanon ixtirolarini eslab qolishga harakat qiling. Ehtimol, kimdir endi g'ildirakni, kimdir samolyotni va kimdir va iPodni tasavvur qilgan. Qanchalaringiz mutlaqo yangi avlod ixtirosi - nanotexnologiya haqida o'ylagansiz? Bu dunyo yaxshi tushunilmagan, ammo u bizga haqiqatan ham ajoyib narsalarni berish uchun ajoyib salohiyatga ega. Ajablanarlisi: nanotexnologiya yo'nalishi 1975 yilgacha mavjud emas edi, garchi olimlar bu sohada ancha oldin ishlay boshlagan bo'lsalar ham.
Inson yalang'och ko'zi 0,1 millimetrgacha bo'lgan narsalarni taniy oladi. Bugun biz 100 000 marta kam bo'lgan o'nta ixtiro haqida gapiramiz.
Elektr o'tkazuvchan suyuq metall

Elektr energiyasidan foydalanib, siz galyum, iridiy va qalaydan tashkil topgan suyuq metallning oddiy qotishmasini yasashingiz, Petri idishida murakkab shakllar yoki shamol doiralarini hosil qilishingiz mumkin. Bu biz Terminator 2 da ko'rishimiz mumkin bo'lgan T-1000 seriyasining mashhur kiborgi yaratilgan material deb aytishimiz mumkin.
"Yumshoq qotishma o'zini aqlli shaklga o'xshatadi, agar kerak bo'lsa, u harakatlanadigan o'zgaruvchan muhitni hisobga olgan holda o'zini deformatsiya qilishga qodir. Xuddi mashhur ilmiy-fantastik filmdan kiborg yasaganimdek”, - deydi loyihada ishtirok etgan tadqiqotchilardan biri Tsingxua universitetidan Jin Li.
Bu metall biomimetik, ya'ni biokimyoviy reaktsiyalarni taqlid qiladi, garchi u o'zi biologik modda bo'lmasa ham.
Ushbu metallni elektr zaryadlari bilan boshqarish mumkin. Biroq, uning o'zi bu metall qotishmasining har bir tomchisining old va orqa tomonidagi bosim farqi tufayli yuzaga keladigan yuk muvozanati tufayli mustaqil ravishda harakatlana oladi. Garchi olimlar bu jarayon kimyoviy energiyani mexanik energiyaga aylantirishning kaliti bo'lishi mumkinligiga ishonishsa-da, molekulyar material yaqin kelajakda yovuz kiborglarni qurish uchun ishlatilmaydi. Butun "sehrli" jarayon faqat natriy gidroksid eritmasida yoki sho'r eritmada sodir bo'lishi mumkin.
Nanoplastika
York universiteti tadqiqotchilari igna va shpritslarsiz tanaga barcha kerakli dori-darmonlarni yetkazib berishga mo‘ljallangan maxsus yamoqlarni yaratish ustida ishlamoqda. Oddiy o'lchamdagi yamalar sizning qo'lingizga yopishtirilgan bo'lib, preparatning ma'lum dozasini (soch follikulalariga kirib borish uchun etarlicha kichik) tanangizga etkazib beradi. Nanozarrachalar (har birining oʻlchami 20 nanometrdan kam) oʻzlari zararli hujayralarni topib, ularni oʻldiradi va tabiiy jarayonlar natijasida boshqa hujayralar bilan birga tanadan chiqariladi.
Olimlarning qayd etishicha, kelajakda bunday nanoplastikadan Yerdagi eng dahshatli kasalliklardan biri – saraton kasalligiga qarshi kurashda foydalanish mumkin. Bunday hollarda ko'pincha davolashning ajralmas qismi bo'lgan kimyoterapiyadan farqli o'laroq, nanoplastikalar sog'lom hujayralarni buzilmasdan qoldirib, saraton hujayralarini alohida topib, yo'q qilishi mumkin. Nanoplastika loyihasi "NanJect" deb nomlandi. Uni Atif Sayid va Zakariya Husayn ishlab chiqmoqda, ular 2013-yilda hali talabalik davrida kraudsorsing mablag‘ yig‘ish kampaniyasi orqali kerakli homiylikni olgan.
Suv uchun nanofiltr
Ushbu plyonka nozik zanglamaydigan po'latdan yasalgan to'r bilan birgalikda qo'llanilganda, yog' qaytariladi va bu joydagi suv toza bo'ladi.
Qizig'i shundaki, tabiatning o'zi olimlarni nanofilmlar yaratishga ilhomlantirgan. Suv nilufar nomi bilan ham tanilgan lotus barglari nanofilmga qarama-qarshi xususiyatlarga ega: ular moy o'rniga suvni qaytaradi. Olimlar bu hayratlanarli o'simliklarni o'zlarining ajoyib xususiyatlari uchun birinchi marta ko'rayotgani yo'q. Bu, masalan, 2003 yilda superhidrofobik materiallarning yaratilishiga olib keldi. Nanofilmga kelsak, tadqiqotchilar suv zambaklar yuzasiga taqlid qiluvchi material yaratishga va uni maxsus tozalash vositasi molekulalari bilan boyitishga harakat qilmoqdalar. Qoplamaning o'zi inson ko'ziga ko'rinmaydi. Ishlab chiqarish har kvadrat metr uchun taxminan 1 dollardan arzon bo'ladi.
Suv osti havo tozalagichi

Ekipaj a'zolaridan tashqari, suv osti kemalari ekipajlari qanday havo bilan nafas olishlari kerakligi haqida deyarli hech kim o'ylamadi. Shu bilan birga, havoni karbonat angidriddan tozalash darhol amalga oshirilishi kerak, chunki suv osti kemasining engil ekipaji orqali bir sayohatda bir xil havo yuzlab marta o'tishi kerak. Havoni karbonat angidriddan tozalash uchun juda yoqimsiz hidga ega bo'lgan aminlar qo'llaniladi. Ushbu muammoni hal qilish uchun SAMMS (Mesoporous tayanchlarda o'z-o'zidan yig'ilgan monolayerlarning qisqartmasi) deb nomlangan tozalash texnologiyasi yaratildi. U keramik granulalar ichiga kiritilgan maxsus nanozarrachalardan foydalanishni taklif qiladi. Modda gözenekli tuzilishga ega, buning natijasida u ortiqcha karbonat angidridni o'zlashtiradi. SAMMS tozalashning har xil turlari havo, suv va erdagi turli molekulalar bilan ishlaydi, ammo bu tozalashning barcha variantlari nihoyatda samaralidir. Ushbu g'ovakli keramika granulalaridan bir osh qoshiq futbol maydoni kattaligidagi maydonni tozalash uchun etarli.
Nano o'tkazgichlar
Shimoli-g‘arbiy universiteti (AQSh) tadqiqotchilari nano o‘lchamdagi elektr o‘tkazgichni qanday yaratishni aniqladilar. Ushbu o'tkazgich elektr tokini turli qarama-qarshi yo'nalishlarda o'tkazish uchun sozlanishi mumkin bo'lgan qattiq va qattiq nanopartikuldir. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, har bir bunday nanozarra "rektifikator, kalitlar va diodlar" ishini taqlid qilishga qodir. Har bir 5 nanometr zarracha musbat zaryadlangan kimyoviy moddalar bilan qoplangan va manfiy zaryadlangan atomlar bilan o'ralgan. Elektr zaryadini qo'llash nanozarrachalar atrofidagi manfiy zaryadlangan atomlarni qayta konfiguratsiya qiladi.
Olimlarning ta'kidlashicha, texnologiyaning imkoniyatlari misli ko'rilmagan. Uning asosida "kompyuterning ma'lum bir hisoblash vazifalari uchun mustaqil ravishda o'zgartirishga qodir" materiallarni yaratish mumkin. Ushbu nanomaterialdan foydalanish haqiqatda kelajak elektronikasini “qayta dasturlash” imkonini beradi. Uskunani yangilash dasturiy ta'minotni yangilash kabi oson bo'ladi.
Nanotexnologiya zaryadlovchi
Bu narsa yaratilgandan so'ng, siz simli zaryadlovchilardan foydalanishingiz shart emas. Yangi nanotexnologiya shimgich kabi ishlaydi, faqat u suyuqlikni o'zlashtirmaydi. U atrof-muhitdan kinetik energiyani so'radi va uni to'g'ridan-to'g'ri smartfoningizga yo'naltiradi. Texnologiya mexanik stress ostida elektr energiyasini ishlab chiqaradigan piezoelektrik materialdan foydalanishga asoslangan. Material nanoskopik teshiklarga ega bo'lib, uni moslashuvchan shimgichga aylantiradi.
Ushbu qurilmaning rasmiy nomi "nanogenerator". Bunday nanogeneratorlar bir kun kelib sayyoradagi har bir smartfonning bir qismiga yoki har bir avtomobilning asboblar panelining bir qismiga, ehtimol, har bir kiyim cho‘ntagining bir qismiga aylanishi mumkin - gadjetlar o‘sha yerda zaryadlanadi. Bundan tashqari, texnologiya kengroq miqyosda, masalan, sanoat uskunalarida foydalanish imkoniyatiga ega. Hech bo'lmaganda, bu ajoyib nano-gubkani yaratgan Madisondagi Viskonsin universiteti tadqiqotchilari shunday deb o'ylashadi.
Sun'iy retina

Isroilning Nano Retina kompaniyasi ko‘zning neyronlari bilan bevosita bog‘lanib, neyron modellashtirish natijasini miyaga uzatuvchi, to‘r pardani almashtirib, odamlarga ko‘rish qobiliyatini qaytaradigan interfeysni ishlab chiqmoqda.
Ko‘zi ojiz tovuq ustida o‘tkazilgan tajriba loyihaning muvaffaqiyatiga umid ekanligini ko‘rsatdi. Nanofilm tovuqning yorug'likni ko'rishiga imkon berdi. To'g'ri, odamlarga ko'rish qobiliyatini qaytarish uchun sun'iy retinani yaratishning yakuniy bosqichi hali ham uzoq, ammo bu yo'nalishdagi taraqqiyot - yaxshi yangilik. Nano Retina bunday ishlanmalar bilan shug'ullanadigan yagona kompaniya emas, lekin ayni paytda ularning texnologiyasi eng istiqbolli, samarali va moslashuvchan deb hisoblanadi. Oxirgi nuqta eng muhimi, chunki biz kimningdir ko'ziga singib ketadigan mahsulot haqida gapiramiz. Shunga o'xshash ishlanmalar qattiq materiallarning ushbu ilovalar uchun mos emasligini ko'rsatdi.
Texnologiya nanotexnologik darajada ishlab chiqilayotganligi sababli, u metall va simlardan foydalanishni yo'q qiladi, shuningdek, simulyatsiya qilingan tasvirning past aniqligidan qochadi.
Yorqin kiyimlar

Shanxaylik olimlar kiyim tikishda foydalanish mumkin bo‘lgan aks ettiruvchi iplarni ishlab chiqdilar. Har bir filamentning asosini juda yupqa zanglamaydigan po'lat sim tashkil etadi, u maxsus nanozarrachalar, elektrolyuminestsent polimer qatlami va shaffof nanotubalardan yasalgan himoya qoplamasi bilan qoplangan. Natijada o'zlarining elektrokimyoviy energiyasi ta'sirida porlashi mumkin bo'lgan juda engil va moslashuvchan iplar. Shu bilan birga, ular an'anaviy LEDlarga qaraganda ancha past quvvatda ishlaydi.
Ushbu texnologiyaning nochorligi shundaki, iplar faqat bir necha soat davomida etarli darajada "yorug'lik ta'minoti" ga ega. Biroq, materialni ishlab chiquvchilar o'z mahsulotining "resurs"ini kamida ming marta oshirishlari mumkinligiga optimistik qarashadi. Ular muvaffaqiyat qozongan taqdirda ham, yana bir kamchilikni hal qilish hali ham savol ostida. Katta ehtimol bilan, bunday nanotiplar asosida kiyimlarni yuvish mumkin bo'lmaydi.
Ichki organlarni tiklash uchun nano-ignalar
Biz yuqorida aytib o'tgan nanoplastikalar ignalarni almashtirish uchun maxsus ishlab chiqilgan. Agar ignalarning o'zi bir necha nanometr bo'lsa-chi? Agar shunday bo'lsa, ular jarrohlik haqidagi fikrimizni o'zgartirishi yoki hech bo'lmaganda sezilarli darajada yaxshilashi mumkin.
Yaqinda olimlar sichqonlar ustida muvaffaqiyatli laboratoriya sinovlarini o'tkazdilar. Kichkina ignalar yordamida tadqiqotchilar kemiruvchilar organizmiga organlar va asab hujayralarining yangilanishiga yordam beradigan va shu orqali yo'qolgan samaradorlikni tiklaydigan nuklein kislotalarni kiritishga muvaffaq bo'lishdi. Ignalilar o'z vazifalarini bajarganda, ular tanada qoladi va bir necha kun ichida butunlay parchalanadi. Shu bilan birga, olimlar kemiruvchilarning orqa mushaklarining qon tomirlarini ushbu maxsus nano-ignalar yordamida tiklash bo'yicha operatsiyalar davomida hech qanday nojo'ya ta'sirlarni topmadilar.
Agar inson holatlarini hisobga oladigan bo'lsak, unda bunday nano-ignalar inson tanasiga zarur mablag'larni etkazib berish uchun ishlatilishi mumkin, masalan, organ transplantatsiyasi paytida. Maxsus moddalar transplantatsiya qilingan organ atrofidagi to'qimalarni tez tiklanish uchun tayyorlaydi va rad etish ehtimolini istisno qiladi.
3D kimyoviy bosib chiqarish

Illinoys universiteti kimyogari Martin Burk kimyo olamining haqiqiy Villi Vonkasidir. Turli maqsadlar uchun "qurilish materiali" molekulalari to'plamidan foydalanib, u har xil turdagi "ajoyib va ​​shu bilan birga tabiiy xususiyatlarga" ega bo'lgan juda ko'p turli xil kimyoviy moddalarni yaratishi mumkin. Misol uchun, bunday moddalardan biri ratanin bo'lib, uni faqat juda kam uchraydigan Peru gulida topish mumkin.
Moddalarni sintez qilish potentsiali shunchalik kattaki, u tibbiyotda LED diodlar, quyosh batareyalari va hatto sayyoradagi eng yaxshi kimyogarlar sintez qilish uchun yillar kerak bo'lgan kimyoviy elementlarni yaratish uchun ishlatiladigan molekulalarni ishlab chiqarishga imkon beradi.
Uch o'lchovli kimyoviy printerning hozirgi prototipining imkoniyatlari hali ham cheklangan. U faqat yangi dorilar yaratishga qodir. Biroq, Burk bir kun kelib o'zining ajoyib qurilmasining ancha kuchliroq bo'lgan iste'molchi versiyasini yaratishga umid qilmoqda. Kelajakda bunday printerlar o'ziga xos uy farmatsevti vazifasini bajarishi mumkin.