XXI століття – епоха нанотехнологій
Нанотехнології переважно складаються з процесів поділу, об'єднання і деформації матеріалів, атом за атомом або молекула за молекулою
Норіо Танігуті
Вчені стверджують, що в новому XXI ст. стрижнем нової технічної революції стануть матеріали, ліки, пристрої, засоби зв'язку і доставки, зроблені з використанням нанотехнологій.
Вперше термін «нанотехнологія» вжив японський фізик Норіо Танігуті в 1974 році. Він назвав цим терміном виробництво виробів розміром у кілька нанометрів.
У 1980-х роках цей термін використав Ерік К. Дрекслер в своїх книгах: «Машини творення: гряде ера нанотехнології» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology») і «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation». Центральне місце в його дослідженнях грали математичні розрахунки, з допомогою яких можна було проаналізувати роботу пристрою розмірами в декілька нанометрів.
Але ще задовго до цього, у 1959 р. нобелівський лауреат Річард Фейнман у промові, виголошеній в Каліфорнійському технологічному інституті (США), сказав «Там, унизу, багато місця», що мовою фізиків означає «на мікро- та нанорівнях». Тоді Фейнман зазначив, що коли-небудь, наприклад в 2000 р., люди будуть дивуватися з того, що до 1960 р. ніхто не ставився серйозно до досліджень наносвіту. За його словами, людина дуже довго жила, не помічаючи, що поряд цілий світ об'єктів, розгледіти які вона не в змозі. Ну, а якщо ми не бачимо ці об'єкти, то не можемо і працювати з ними.
Річард Фейнман окреслив основні напрямки розвитку нанотехнологій. Це і надщільний запис і зберігання будь-якої інформації, і розробка мініатюрних комп'ютерів, і створення автономних інструментов, які зможуть виконувати хірургічні операції безпосередньо в організмі людини.
Фейнман говорив: "...було б цікаво для хірургії, якби ви могли проковтнути хірурга. Ви вводите механічного хірурга в кровоносні судини, і він пройде до серця і "огляне" все там..."
Проте рівень розвитку науки і техніки 50-х років не дозволяв обговорювати всерйоз можливий цілеспрямований вплив на окремі атоми. На той час це було завданням майбутнього, сьогодні — це вже реальність.
Перелом настав після винаходу в 1981 р. Г. Бінінгом і Г. Рорером, вченими зі вейцарського відділення IBM, скануючого тунельного мікроскопа (СТМ)- приладу, що дає можливість впливати на речовини на атомарному рівні. Сьогодні СТМ отримав досить широке використання з метою:
- вивчення поверхні матеріалів на атомному рівні;
- дослідження з нанометричною роздільною здатністю шорсткості поверхні;
- дослідження та виготовлення нано- і мікроелектронних приладів (нанотехнології);
- вивчення макромолекул, вірусів та інших біологічних структур.
У 1986 р. був створений атомно-силовий мікроскоп, що дозволяє на відміну від тунельного, здійснювати взаємодію не тільки з провідними, але з будь-якими матеріалами. За допомогою тунельного мікроскопа стало можливим «підчепити» атом і помістити його в потрібне місце, тобто маніпулювати атомами, а отже, безпосередньо збирати з них будь-який предмет, будь-яку речовину. З 1994 р. починається застосування нанотехнологічних методів у промисловості.
В останні роки інстументарій спостереження нанооб'єктів значно розширився. Слід зазначити томографію як нову техніку спостереження наноматеріалів. Томографія представляє собою техніку побудови тривимірних зображень за допомогою збирання проекцій спостережуваного об'єкта під різними напрямками. З тих пір нанотехнологія привернула увагу багатьох великих національних наукових фондів.
Під терміном «нанотехнологія» розуміється комплекс наукових і інженерних дисциплін, що досліджують процеси, що відбуваються в атомному і молекулярному масштабі. Нанотехнології забезпечують можливість створювати і модифікувати об'єкти, що включають компоненти з розмірами менше 100 нм, принципово нової якості.
Нанотехнології, як випливає з самої назви, це технології на основі молекул. Маніпуляції з найменшими фізичними субстанціями – атомами і молекулами, за прогнозами фахівців, вже в найближчому майбутньому відкриють перед цивілізацією безпрецедентні перспективи і стануть ключем до майбутнього життєзабезпечення людства у всіх сферах його діяльності.
Можливості нанотехнологій важко навіть уявити, настільки вони грандіозні. Нові технології можуть докорінно змінити медицину, енергетику, біотехнології, електроніку та інші галузі.
Найбільш видатні досягнення в області нанотехнологій відзначені Нобелівськими преміями по фізиці:
1985 – за відкриття квантового ефекту Холла;
1986 – за створення методів електронної та тунельної мікроскопії високої роздільної здатності;
1998 – за відкриття дробового квантового ефекту Холла;
2000 – за створення напівпровідникових гетероструктур та розробку напівпровідникових інтегральних схем.
2010 – за дослідження графену.
По хімії:
1996 - за відкриття фулеренів;
1998 - за розвиток теорії функціоналу густини і розробку обчислювальних методів квантової хімії;
2000 - за відкриття провідності в полімерах;
2008 - за відкриття і розробку методів використання зеленого флуоресцентного білка.
У сфері фундаментальних наукових досліджень українські науковці займають вагомі позиції.У сфері ж практичного впровадження нанотехнологій й розвитку наноіндустріальних виробництв Україна відстає від лідерів на десятки років. Тому на державному рівні було прийнято цільову науково-технічну програму «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010-2014 роки.
* Метою Програми є створення сучасної національної наноіндустрії.
* Основними завданнями Програми є:
- формування інфраструктури для проведення ефективних фундаментальних досліджень у галузі нанотехнологій;
- координація робіт із створення і застосування нанотехнологій та наноматеріалів;
- розроблення нових підходів до підготовки кваліфікованих спеціалістів з питань розв'язання наукових, технологічних і виробничих проблем розвитку нанотехнологій і виготовлення нових наноматеріалів шляхом лібералізації податкової політики, оптимізації фінансової політики і системи захисту прав інтелектуальної власності.
В умовах низької інформованості різних груп населення і, зокрема, молоді, про практичне використання наноструктурованих речовин в техніці, в енергетиці, в будівництві, в радіоелектроніці, в медицині і т. д. пропонуємо вашій увазі підручники, а також статті, які опубліковані в науково-популярних і науково-технічних журналах за період 2010-2015 рр., наявних у фондах НТБ ВНТУ. Частину бібліографічних описів анотовано.
ПІДРУЧНИКИ З ПИТАНЬ НАНОТЕХНОЛОГІЙ
НАНОТЕХНОЛОГІЇ НА ПЕРЕТИНІ СФЕР ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ
НАНОТЕХНОЛОГІЇ В НАУЦІ ТА ВИРОБНИЦТВІ
ВИКОРИСТАННЯ НАНОТЕХНОЛОГІЙ В ЕЛЕКТРОНІЦІ ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ