Nanotexnologiya istiqbollari
1 Nanotexnologiyaning paydo bo'lishi va rivojlanishi
2 Nanomateriallar texnologiyasi asoslari
3 Nanomateryallarni qo'llashning umumiy tavsifi
So'nggi bir necha yil ichida nanotexnologiya nafaqat yuqori texnologiyalarning eng istiqbolli tarmoqlaridan biri, balki XXI asr iqtisodiyotida tizimni shakllantiruvchi omil - bilimga emas, balki bilimga asoslangan iqtisodiyot sifatida ham ko'rilmoqda. tabiiy resurslardan foydalanish yoki qayta ishlash. Bundan tashqari, nanotexnologiya barcha ishlab chiqarish faoliyatining yangi paradigmasini ishlab chiqishni rag'batlantiradi ("pastdan yuqoriga" - alohida atomlardan - mahsulotga, "yuqoridan pastga" emas, balki an'anaviy texnologiyalar kabi, bunda mahsulot ishlab chiqariladi. Kattaroq ish qismidan ortiqcha materialni kesib olish orqali olingan) , bu o'zi hayot sifatini yaxshilash va postindustrial jamiyatda ko'plab ijtimoiy muammolarni hal qilish uchun yangi yondashuvlar manbai hisoblanadi. Fan-texnika siyosati va investitsiya sohasidagi aksariyat ekspertlarning fikricha, boshlangan nanotexnologiya inqilobi inson faoliyatining barcha hayotiy sohalarini (kosmik tadqiqotlardan tortib tibbiyotgacha, milliy xavfsizlikdan tortib ekologiya va qishloq xo‘jaligigacha) qamrab oladi va uning oqibatlari shunday bo‘ladi. 20-asrning oxirgi uchdan bir qismidagi kompyuter inqilobidan ham kengroq va chuqurroq. Bularning barchasi nafaqat ilmiy-texnik sohada, balki turli darajadagi ma'murlar, potentsial investorlar, ta'lim sohasi, davlat organlari va boshqalar oldiga ham vazifalar va savollarni qo'yadi.
Nanotexnologiya kompyuter texnikasidagi inqilobiy o'zgarishlar asosida shakllandi. Elektronika yaxlit yo'nalish sifatida 1900-yillarda paydo bo'ldi va o'tgan asr davomida jadal rivojlanishda davom etdi. Uning tarixidagi favqulodda muhim voqea 1947 yilda tranzistorning ixtiro qilinishi bo'ldi. Shundan so'ng yarimo'tkazgich texnologiyasining gullab-yashnashi boshlandi, unda yaratilayotgan kremniy qurilmalarning o'lchamlari doimiy ravishda kichrayib bordi. Shu bilan birga, magnit va optik xotira qurilmalarining tezligi va hajmi doimiy ravishda oshdi.
Biroq, yarimo'tkazgichli qurilmalarning o'lchamlari 1 mikronga yaqinlashganda, moddalarning kvant mexanik xususiyatlari ularda paydo bo'la boshlaydi, ya'ni. g'ayrioddiy jismoniy hodisalar (tunnel effekti kabi). Ishonch bilan taxmin qilish mumkinki, agar kompyuter quvvatining hozirgi rivojlanish sur'ati saqlanib qolsa, butun yarimo'tkazgich texnologiyasi taxminan 5-10 yil ichida fundamental muammolarga duch keladi, chunki kompyuterlarda integratsiya tezligi va darajasi aniqlangan ba'zi "fundamental" chegaralarga etadi. Bizga ma'lum bo'lgan fizika qonunlari bilan. Shunday qilib, fan va texnologiyaning keyingi taraqqiyoti tadqiqotchilardan yangi ish tamoyillari va yangi texnologik usullarga sezilarli "yutuq" kiritishni talab qiladi.
Bunday yutuqga faqat nanotexnologiyalardan foydalanish orqali erishish mumkin, bu esa nanorobotlar kabi tubdan yangi ishlab chiqarish jarayonlari, materiallar va qurilmalarning butun majmuasini yaratish imkonini beradi.
Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, nanotexnologiyalardan foydalanish yarimo'tkazgichli hisoblash va saqlash qurilmalarining asosiy xususiyatlarini uchta kattalik darajasida yaxshilashi mumkin, ya'ni. 1000 marta.
Biroq, nanotexnologiyani faqat elektronika va kompyuter texnologiyalaridagi mahalliy inqilobiy yutuq bilan qisqartirish kerak emas. Ilm-fan va texnikaning boshqa sohalarini rivojlantirishda sezilarli yutuqlarga umid qilish imkonini beruvchi bir qator juda muhim natijalarga erishildi.
Fizika, kimyo va biologiyaning ko'plab ob'ektlarida nano darajaga o'tish alohida birikmalar va ular asosida olingan tizimlarning fizik-kimyoviy xususiyatlarida sifat o'zgarishlarining paydo bo'lishiga olib kelishi ko'rsatilgan. Biz optik qarshilik, elektr o'tkazuvchanlik, magnit xususiyatlar, kuch, issiqlikka chidamlilik koeffitsientlari haqida gapiramiz. Bundan tashqari, kuzatuvlarga ko'ra, nanotexnologiyalar yordamida olingan yangi materiallar fizik, mexanik, issiqlik va optik xususiyatlari bo'yicha mikrometr shkalasi analoglaridan sezilarli darajada ustundir.
Yangi xususiyatlarga ega bo'lgan materiallar asosida quyosh batareyalarining yangi turlari, energiya konvertorlari, ekologik toza mahsulotlar va boshqa ko'p narsalar allaqachon yaratilmoqda. Yuqori sezgir biologik sensorlar (datchiklar) va boshqa qurilmalar allaqachon yaratilgan bo'lib, ular yangi fan - nanobiotexnologiyaning paydo bo'lishi haqida gapirish imkonini beradi va ularni amaliy qo'llash uchun katta istiqbolga ega. Nanotexnologiya materiallarni mikromexanizatsiyalash va shu asosda kelajak avlodlarning iqtisodiy va ijtimoiy hayotiga inqilobiy ta'sir ko'rsatishi kerak bo'lgan yangi ishlab chiqarish jarayonlari va yangi mahsulotlarni yaratish uchun yangi imkoniyatlarni taqdim etadi.
1 Umumiy xarakteristikalar
Nanomateryallarning tuzilishi va shunga mos ravishda xossalari ularni ishlab chiqarish bosqichida shakllanadi. Nanomateryallarning barqaror va optimal ishlashini ta'minlash uchun asos sifatida texnologiyaning ahamiyati juda aniq; bu ularning iqtisodiyoti nuqtai nazaridan ham muhim.
Nanomateryallar texnologiyasi, ikkinchisining xilma-xilligiga muvofiq, bir tomondan, metallurgiya, fizik, kimyoviy va biologik usullar, ikkinchi tomondan, an'anaviy va printsipial jihatdan yangi usullarning kombinatsiyasi bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, agar konsolidatsiyalangan nanomateriallarni olish usullarining aksariyati an'anaviy bo'lsa, u holda skanerlash tunnel mikroskopidan foydalangan holda, masalan, "kvant qalamlari" ni ishlab chiqarish, atomlarning o'zini o'zi yig'ish orqali kvant nuqtalarini shakllantirish yoki ulardan foydalanish kabi operatsiyalar. polimer materiallarda g'ovak konstruksiyalarni yaratish uchun ion-track texnologiyasi tubdan farqli texnologik usullarga asoslangan.
Molekulyar biotexnologiyaning usullari ham juda xilma-xildir. Bularning barchasi mualliflar tomonidan ko'plab texnologik tafsilotlar («nou-xau») faqat umumiy ma'noda tasvirlanganligi va ko'pincha xabar reklama xarakteriga ega ekanligini hisobga olgan holda nanomaterial texnologiya asoslarini taqdim etishni murakkablashtiradi. Bundan tashqari, faqat asosiy va eng xarakterli texnologik usullar tahlil qilinadi.
Chang texnologiyalari
Kukun deganda kichik o'lchamlar - bir necha nanometrdan ming mikrongacha bo'lgan aloqada bo'lgan alohida qattiq jismlar (yoki ularning agregatlari) to'plami tushuniladi. Nanomateryallarni ishlab chiqarishga kelsak, xom ashyo sifatida ultra nozik kukunlar qo'llaniladi; hajmi 100 nm dan oshmaydigan zarralar, shuningdek intensiv silliqlash sharoitida olingan va yuqorida ko'rsatilganlarga o'xshash o'lchamdagi kichik kristalitlardan tashkil topgan kattaroq kukunlar.
Kukun texnologiyasining keyingi operatsiyalari - presslash, sinterlash, issiq presslash va boshqalar - berilgan shakl va o'lchamdagi namunani (mahsulotni) tegishli tuzilish va xususiyatlarga ega bo'lish uchun mo'ljallangan. Ushbu operatsiyalarning umumiyligi ko'pincha M.Yuning taklifiga binoan deyiladi. Balshina, konsolidatsiya. Nanomateryallarga kelsak, konsolidatsiya, bir tomondan, deyarli to'liq siqishni ta'minlashi kerak (ya'ni, strukturada makro va mikroporlarning yo'qligi), boshqa tomondan, ultra nozik materialning dastlabki o'lchamlari bilan bog'liq nanostrukturani saqlab qolish. kukun (ya'ni, sinterlangan materiallardagi don hajmi imkon qadar kichik va har qanday holatda 100 nm dan kam bo'lishi kerak).
Nanomateryallarni ishlab chiqarish uchun kukunlarni olish usullari juda xilma-xildir; ularni shartli ravishda kimyoviy va fizikaga bo'lish mumkin, ularning asosiylari, eng xarakterli o'ta nozik kukunlari ko'rsatilgan holda 1-jadvalda keltirilgan.
Qoldiq g'ovaklikni yo'qotish uchun presslangan namunalarni issiqlik bilan ishlov berish kerak - sinterlash. Biroq, nanomateriallarni ishlab chiqarishda qo'llanilganda, kukunli ob'ektlarni sinterlashning odatiy usullari asl nanostrukturani saqlab qolishga imkon bermaydi. Donning o'sishi (qayta kristallanish) va sinterlash (qisqarish) paytida siqilish jarayonlari diffuziya bilan boshqariladi, parallel ravishda, bir-birining ustiga chiqadi va yuqori siqilish tezligini qayta kristallanishning oldini olish bilan birlashtirish oson emas.
Shunday qilib, yuqori statik va dinamik bosim va o'rtacha haroratni qo'llashni o'z ichiga olgan yuqori energiyali konsolidatsiya usullaridan foydalanish donning o'sishini ma'lum darajada kechiktirish imkonini beradi.
Nanostrukturali g'ovakli yarim tayyor mahsulotlarni olish uchun ultra nozik kukunlarni bosish va sinterlashning an'anaviy usullaridan foydalanish mumkin, ular keyinchalik to'liq konsolidatsiya uchun bosim bilan ishlov berish operatsiyalariga duchor bo'ladi. Shunday qilib, kondensatsiya usuli bilan olingan mis kukunlari, zarrachalarining o'lchami ~ 35 nm bo'lgan oksidi (Cu 2 O 3) plyonkasi 3,5 nm qalinlikda, 400 MPa bosimda presslash va vodorodda 230 ºS gacha izotermik bo'lmagan sinterlashdan keyin. (isitish tezligi 0,5 ºS / min) don o'lchami 50 nm bo'lgan 90% nisbiy zichlikka ega bo'ldi. Keyinchalik gidrostatik ekstruziya yuqori mustahkamlik va plastisiyaga ega bo'lgan g'ovak bo'lmagan makronamunalarni ishlab chiqarishga olib keldi (siqishni oqish quvvati 605 MPa, nisbiy cho'zilish 18%).
An'anaviy sinterlash paytida donning o'sishini maxsus izotermik bo'lmagan isitish rejimlari yordamida kechiktirish mumkin. Bunday holda, siqilish va donning o'sishi mexanizmlari o'rtasidagi raqobat tufayli siqilish jarayonlarini optimallashtirish, qayta kristallanish hodisalarini katta darajada bartaraf etish mumkin. Sinterlangan namunadan oqim o'tkazish yo'li bilan amalga oshiriladigan elektrodeşarj sinterlash va chang ob'ektlarini issiq bosim bilan ishlov berish (masalan, zarb yoki ekstruziya) ham qayta kristallanishni inhibe qilishga yordam beradi va nanomateriallarni olish uchun ishlatilishi mumkin. Mikroto'lqinli isitish ostida keramik nanomateriallarni sinterlash, bu namunaning kesimida bir xil harorat taqsimotiga olib keladi, shuningdek, nanostrukturaning saqlanishiga yordam beradi. Shu bilan birga, konsolidatsiyaning sanab o'tilgan variantlaridagi kristallitlarning o'lchami odatda nanostrukturaning don hajmining yuqori chegarasi darajasida, ya'ni. odatda 50-100 nm dan past emas.
Kuchli plastik deformatsiya
Massiv metall namunalarining nanostrukturasini shakllantirish qattiq deformatsiya usuli bilan amalga oshirilishi mumkin. Kvazi-gidrostatik yuqori bosimda burilish, teng kanalli burchakli presslash va boshqa usullarni qo'llash natijasida erishilgan katta deformatsiyalar tufayli parchalangan va noto'g'ri yo'naltirilgan struktura hosil bo'ladi.
4-rasmda qattiq plastik deformatsiyaning ikkita sxemasi ko'rsatilgan - yuqori bosimli buralish va teng kanalli burchakli presslash. Sxema bo'lsa a disk shaklidagi namuna qolipga joylashtiriladi va aylanuvchi zımba bilan siqiladi. Fizikada va yuqori bosimli muhandislikda ushbu sxema Bridgman anvillarining taniqli g'oyalarini ishlab chiqadi. Yuqori bosimdagi kvazidrostatik deformatsiya va siljish deformatsiyasi yuqori burchakli don chegaralari bilan muvozanatli bo'lmagan nanostrukturalarning shakllanishiga olib keladi. Sxema bo'lsa b, uning fundamental asoslari V.M.Segal (Minsk) tomonidan ishlab chiqilgan, namuna oddiy kesish sxemasi bo'yicha deformatsiyalanadi va turli yo'llar yordamida takroriy deformatsiya qilish imkoniyati mavjud. 1990-yillarning boshlarida R. Z. Valiev va boshqalar. tuzilishi va xossalari xususiyatlari bilan bog‘liq holda olish qonuniyatlarini batafsil o‘rganib, nanomateriallarni olishda ikkala sxemadan ham foydalangan.
1) to'g'ridan-to'g'ri eritmadan söndürme jarayonida to'liq kristallanish va bir yoki ko'p fazali, ham an'anaviy polikristal struktura, ham nanostruktura hosil bo'lishi;
2) eritmadan so'nish jarayonida kristallanish to'liq bo'lmaydi va amorf-kristalli struktura hosil bo'ladi;
3) eritmadan so'ndirish amorf holatning paydo bo'lishiga olib keladi, u faqat keyingi issiqlik bilan ishlov berish paytida nanostrukturaga aylanadi.
Olingan amorf kukunlarni qayta ishlash uchun, masalan, suyuq eritmalarni gaz bilan purkash yo'li bilan, issiq bosim bilan ishlov berish usullari qo'llaniladi, bu yapon tadqiqotchilari tomonidan yuqori quvvatli Al-Y-Ni-Co qotishmasidan tayyorlangan quyma ignabargli materiallardan foydalangan holda ko'rsatilgan. misol.
2.2.4 Kino va qoplama texnologiyasi
Bu usullar nanomateriallarning tarkibi jihatidan juda ko‘p qirrali bo‘lib, ularni amalda g‘ovak bo‘lmagan holatda 1-2 nm va undan ko‘proq hajmdagi don o‘lchamlarining keng diapazonida tayyorlash mumkin. Yagona cheklov plyonkalar va qoplamalarning qalinligi - mikronning bir necha fraktsiyasidan yuzlab mikrongacha. Cho'ktirishning fizik usullari ham, kimyoviy usullar ham, elektrodepozitsiya va boshqa usullar ham qo'llaniladi. Yog'ingarchilik usullarini fizik va kimyoviy usullarga bo'lish o'zboshimchalik bilan amalga oshiriladi, chunki, masalan, ko'plab fizik usullar kimyoviy reaktsiyalarni o'z ichiga oladi va kimyoviy usullar jismoniy ta'sirlar bilan rag'batlantiriladi.
2-jadvalda o'tga chidamli birikmalar (karbidlar, nitridlar, boridlar) asosida nanostrukturali plyonkalarni olishning asosiy usullari keltirilgan. Azot yoki uglerod o'z ichiga olgan atmosferada yoyni oqizishni boshlash ionlarni joylashtirish texnologiyasining eng keng tarqalgan variantlaridan biridir; metall katodlari metall ionlarining manbai sifatida ishlatiladi. Elektr yoyi bug'lanishi juda samarali, lekin metall tomchi fazasining shakllanishi bilan birga keladi, uning chiqarilishi maxsus dizayn choralarini talab qiladi. Ion-plazma yotqizishning magnetronli varianti bu kamchilikdan mahrum bo'lib, bunda maqsad (katod) katod va anod o'rtasida hosil bo'lgan past bosimli gaz razryadli plazma ionlarining bombardimon qilinishi tufayli chayqaladi. Transvers doimiy magnit maydon plazmani purkalgan maqsad yuzasiga yaqin joylashtiradi va püskürtme samaradorligini oshiradi.
Genetika muhandisligi mutaxassislari DNK iplarini "yopishqoq" qo'shimcha uchlari bilan bo'lish va tikish usullarini, shuningdek, nanosimlarni "yopishqoq uchlari"gacha "osish" usullarini ishlab chiqdilar. DNKning shu tarzda birlashishi nanosimlarning birlashishiga olib kelishi mumkin. Bunday tuzilmalardagi DNK bo'limlari odatda qo'sh spiralning 2-3 burilishi (taxminan 7-10 nm) uzunlikda bo'ladi. Bunday algoritmik yig‘ilish yangi nanomateriallarni yaratishda juda istiqbolli yo‘nalish bo‘lib ko‘rinadi, ularning tuzilishi va xossalari bir, ikki yoki uch o‘lchovda dasturlashtirilishi mumkin. DNK nanotexnologiyasi qonunlari juda jadal o'rganilmoqda, chunki "molekulalararo tanib olish" yuqori darajasi o'z-o'zini yig'ish orqali turli xil tuzilmalarni yaratishga umid qilish imkonini beradi, ularning funktsional xususiyatlarini oldindan aytish mumkin.
Supramolekulyar sintez molekulalararo kovalent kuchlar tomonidan boshqariladigan molekulyar komponentlarni yig'ishni o'z ichiga oladi. Supramolekulyar o'z-o'zini yig'ish - bu bir nechta komponentlarning (retseptorlar va substratlarning) o'z-o'zidan birikmasi bo'lib, natijada "molekulyar tanib olish" deb ataladigan narsaga asoslangan yangi tuzilmalar (masalan, izolyatsiya qilingan oligomerik supermolekulalar yoki yirik polimer agregatlari) o'z-o'zidan paydo bo'ladi. Halqa molekulasi "tiqinlar" bilan o'qga o'rnatilgan rotaksanlar va halqa molekulalari bir-biriga bog'langan katenanlar kabi organik birikmalar donor-akseptor sheriklarining o'z-o'zidan bog'lanishi asosida olingan. shuningdek, vodorod aloqalarining yordamchi shakllanishi tufayli.
Organometall qurilish bloklari asosida turli noorganik arxitekturalarni o'z-o'zidan yig'ish yo'li bilan ham olish mumkin (masalan, surma va tellur zanjirlari, metallarning turli ramkalari, qotishmalar va birikmalar va boshqalar). Supramolekulyar muhandislik ob'ektlari tobora xilma-xil bo'lib bormoqda.
Nano gözenekli materiallar (molekulyar elaklar)
Bular zeolit va zeolitga o'xshash, shuningdek, gaz aralashmalarini diffuziya bilan ajratish uchun ham, funktsional nanozarrachalarni (kataliz uchun substratlar, emitentlar, sensorlar va boshqalar). ). Nano gözenekli materiallarni olishning texnologik usullari juda xilma-xildir: gidrotermik sintez, sol-gel jarayonlari, elektrokimyoviy usullar, karbidli materiallarni xlor bilan ishlov berish va boshqalarni qayta tiklash va boshqalar.
Polimerlar, dielektriklar va yarimo'tkazgichlar yuqori energiyali ionlar bilan ishlov berilganda, nanometr o'lchamdagi ion izlari deb ataladigan narsalar hosil bo'ladi, ulardan nanofiltrlar, nanotalar va boshqalarni yaratish mumkin. .
Tseolit tipidagi nanokompozit molekulyar elaklarga kelsak, bunday matritsa tuzilmalarini olishning kamida ikkita usuli mavjud: kelajakdagi kompozitsiyaning nanozarralarini o'z ichiga olgan jeldan gözenekli materialni kristallashtirish va nanozarrachalarni sintez qilish. i n sayt ilgari zeolitlarga kiritilgan prekursorlardan.
2.3.3 Quvurli materiallar
Grafitning bug'lanishi paytida hosil bo'lgan konlarni o'rganish paytida grafitning (grafenlarning) atom tarmoqlari chiziqlari choksiz naychalarga aylanishi mumkinligi aniqlandi. Quvurlarning ichki diametri nanometrning fraktsiyalaridan bir necha nanometrgacha, uzunligi esa 5-50 mikron oralig'ida.
1 - grafitli anod; 2 - grafitli katod; 3 - joriy simlar; 4 - izolyator; 5 - egalari; 6 - sovutilgan reaktor; 7 - mis to'plami; 8 - elektr motor; 9 - vakuum o'lchagich; 10 - filtr; 11-13 - vakuum va gaz ta'minoti
9-rasmda uglerod nanotubalarini ishlab chiqarish uchun laboratoriya qurilmasining diagrammasi ko'rsatilgan. grafit elektrod 1 geliy yoyi deşarj plazmasida püskürtülür; mahsulotlarni naychalar, fullerenlar, kuyikish va boshqalar shaklida buzadigan amallar. katod yuzasida yotqizilgan 2 , shuningdek sovutilgan reaktorning yon devorlarida. Quvurlarning eng katta rentabelligi taxminan 500-600 kPa geliy bosimida kuzatiladi; yoy rejimining parametrlari, elektrodlarning geometrik o'lchamlari, jarayonning davomiyligi, reaksiya maydonining o'lchamlari ham sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Sintezdan so'ng, quvurlarning uchlari odatda bir turdagi "qopqoqlar" (yarim sharsimon yoki konussimon) bilan yopiladi. Nanotube texnologiyasining muhim elementi ularni tozalash va uchlarini ochish bo'lib, u turli usullar bilan (oksidlanish, kislota bilan ishlov berish, sonikatsiya va boshqalar) amalga oshiriladi.
Nanotubalarni olish uchun grafitni lazer bilan püskürtme va katalizatorlar (temir guruhidagi metallar va boshqalar) ishtirokida uglevodorodlarni pirolizlash ham qo'llaniladi. Oxirgi usul mahsuldorlikni oshirish va quvurlarning strukturaviy xilma-xilligini kengaytirish nuqtai nazaridan eng istiqbollilaridan biri hisoblanadi.
Nanotubalarning ichki bo'shliqlari sintez paytida yoki tozalashdan keyin turli metallar va birikmalar bilan to'ldirilishi mumkin. Birinchi holda, qo'shimchalar grafit elektrodiga kiritilishi mumkin; ikkinchi usul ko'p qirrali va ko'p jihatdan amalga oshirilishi mumkin ("eritmalardan, eritmalardan, gaz fazasidan va boshqalardan yo'naltirilgan" to'ldirish).
Ko‘p o‘tmay, uglerod nanotubalari kashf etilgandan so‘ng, nafaqat grafitning buklanish xususiyatiga ega ekanligi, balki boshqa ko‘plab birikmalar – bor nitridlari va karbidlari, xalkogenidlar, oksidlar, galogenidlar va turli uchlamchi birikmalar mavjudligi aniqlandi. Yaqinda metall quvurlar (Au) ham olindi. Yarimo'tkazgichlar va boshqa moddalar asosidagi nanotubalar kabi o'z-o'zidan shakllanadigan uch o'lchovli nanostrukturalarni yupqa qatlamlarni quvur rulolariga o'z-o'zidan yig'ish natijasida olish mumkin. Bunda epitaksial qatlamda (chiqish kuchlanishlari) va taglikdagi (siqilish kuchlanishlari) yuzaga keladigan qoldiq kuchlanishlarning farqi qo'llaniladi.
2.3.4 Polimer materiallar
Nanobosma litografiyadan foydalanib, diametri 10 nm va chuqurligi 60 nm bo'lgan polimer shablonlarini (shablonlar) ishlab chiqarish mumkin. Teshiklar 40 nm balandlikdagi kvadrat panjara hosil qiladi va uglerod nanotubalari, katalizatorlar va boshqalar kabi nano-ob'ektlarni joylashtirish uchun mo'ljallangan. Bunday shablonlarni maxsus qoliplar bilan deformatsiya qilish, so'ngra teshiklardan polimer qoldiqlarini reaktiv ion bilan o'chirish yo'li bilan yaratiladi.
Nanostrukturalarning litografik induktsiyali o'z-o'zini yig'ish usullari ham tavsiflangan. Bunday holda, panjara kremniy substratda joylashgan polimer eritmasidan o'sadigan ustunlarning shakllangan matritsasi tufayli hosil bo'ladi. Qayd etilishicha, bu jarayon boshqa materiallarga (yarim o‘tkazgichlar, metallar va biomateriallar) nisbatan ham qo‘llanilishi mumkin, bu esa har xil turdagi xotira qurilmalarini yaratishda muhim ahamiyatga ega.
Inson faoliyatining turli sohalari va sohalari nanomateriallarning iste'molchilari hisoblanadi.
Sanoat uzoq vaqtdan beri nanopartikullarga asoslangan silliqlash pastalari va aşınmaya qarshi vositalardan samarali foydalanmoqda. Ikkinchisi (masalan, bronza asosida) mashinalar va turli mexanizmlarning ishqalanish zonalariga kiritiladi, bu ularning ishlash muddatini sezilarli darajada oshiradi va ko'plab texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlarni yaxshilaydi (masalan, chiqindi gazlardagi CO miqdori 3 ga kamayadi. 6 marta). Ishlash jarayonida ishqalanish juftlari yuzasida aşınmaya qarshi qatlam hosil bo'ladi, u aşınma mahsulotlari va moylash materialiga kiritilgan nanozarrachalarning o'zaro ta'sirida hosil bo'ladi. RiMET tipidagi preparatlar Rossiyada sanoat miqyosida Yuqori dispersli metall kukunlari (Yekaterinburg) ilmiy-ishlab chiqarish korxonasi tomonidan ishlab chiqariladi.
Polimer matritsalariga zarrachalar va tolalar qo'shilishi polimerlarning fizik-mexanik xossalarini, shuningdek, ularning yong'inga chidamliligini oshirishning mashhur usuli hisoblanadi. Avtomobil sanoatida ko'plab metall materiallarni nanozarrachalar bilan mustahkamlangan polimerlar bilan almashtirish avtomobil og'irligi, benzin iste'moli va zararli chiqindilarni kamaytirishga olib keladi.
G'ovakli nanostrukturalar gaz aralashmalarini diffuziya bilan ajratish uchun ishlatiladi (masalan, izotoplar va molekulyar og'irligi bilan farq qiluvchi boshqa murakkab gazlar). An'anaviy zeolitlardagi g'ovak o'lchami ("derazalar" 0,4-1,5 nm oralig'ida o'zgarib turadi va zeolitni hosil qiluvchi tsiklik tuzilmalardagi kislorod atomlari soniga bog'liq. Shuni yodda tutish kerakki, ko'plab g'ovakli nanostrukturalar yuzasining o'zi. katalitik xossaga ega.Har xil ajratish jarayonlarida yuqori selektivlik katalitik hodisalar bilan kuchayadi, bu, masalan, ksilenlar kabi organik birikmalarni izomerlashda ishlatiladi.
Uglerod nanotubalarining katalitik, sorbsion va filtrlash xususiyatlarini o'rganishga ham katta e'tibor beriladi. Misol uchun, ularning yuqori sorbsion xususiyatlari chiqindi gazlarni yo'q qilish qiyin bo'lgan kanserogen dioksinlardan tozalash bilan bog'liq holda qayd etilgan. Fullerenlar va uglerod nanotubalarini vodorodni so'rib olish uchun ishlatish istiqbollari ham jozibali. Bundan tashqari, o'lchamli xususiyatlar (katta uzunlikdan diametrga nisbati va kichik o'lchamlar), keng diapazonda o'zgaruvchan o'tkazuvchanlik imkoniyati va kimyoviy barqarorlik tufayli uglerod nanotubalari yangi avlod elektron qurilmalari uchun tubdan yangi material sifatida ko'rib chiqiladi, shu jumladan. ultraminiatyuralar [ , ].
Nanostrukturali ob'ektlar g'ayrioddiy optik xususiyatlar bilan ajralib turadi, ular dekorativ maqsadlarda ishlatiladi. Najotkor Masihning Moskva sobori gumbazlarining yuzasi titanium nitridi bilan qoplangan titan plitalaridan iborat. Stokiyometriyadan og'ishlarga va uglerod va kislorod aralashmalarining mavjudligiga qarab, TiN x plyonkalarining rangi kulrangdan ko'k rangga o'zgarishi mumkin, bu idishlarni qoplashda ishlatiladi.
Axborotni yozib olish qurilmalari (boshlar, ommaviy axborot vositalari, disklar va boshqalar) magnit nanomateriallarni qo'llashning muhim sohasi hisoblanadi. Ijro qilishning qulayligi, saqlash barqarorligi, yuqori yozib olish zichligi, arzonligi - bu tizimlarga qo'yiladigan talablarning bir qismi. Ko'p qatlamli magnit/magnit bo'lmagan plyonkalarda namoyon bo'ladigan ulkan magnitorezistiv effekt ma'lumotni samarali yozib olish uchun juda foydali ekanligini isbotladi. Ushbu effekt magnit diskli drayverlarning o'qish boshlarida juda zaif magnit maydonlarni ro'yxatdan o'tkazishda qo'llaniladi, bu esa ma'lumotlarni yozish zichligini sezilarli darajada oshirish va o'qish tezligini oshirish imkonini berdi. Ushbu effekt kashf qilinganidan keyin 10 yil ichida 1998 yilda IBM eski texnologiyalarni amalda almashtirib, ushbu hodisaga asoslangan boshli kompyuter qattiq disklarini ishlab chiqarishni 34 milliard dollarga (qiymat jihatidan) oshirdi. Axborotni saqlash zichligi har yili ikki barobar ortib bormoqda.
Hayotning davomiyligi va sifatini oshirish vazifasi umuman biomateriallar va xususan nanobiomateriallar sohasida jadal rivojlanishni rag'batlantiradi. Tibbiyot, biologiya va qishloq xo'jaligida nanomateriallarning asosiy qo'llanilishi juda xilma-xildir:
Jarrohlik va stomatologik asboblar;
Diagnostika, nanomotorlar va nanosensorlar;
Farmakologiya, dori vositalari va ularni berish usullari;
Sun'iy organlar va to'qimalar;
Rag'batlantiruvchi qo'shimchalar, o'g'itlar va boshqalar;
Biologik va radiologik qurollardan himoya qilish.
Dunyo yangi sanoat inqilobi yoqasida turibdi, bu birinchi navbatda nanotexnologiyalar rivojlanishi bilan bog'liq. Etakchi ekspertlarning fikriga ko'ra, uning jamiyatga ta'siri ko'lami bo'yicha, uni XX asrda tranzistor, antibiotiklar va axborot texnologiyalari ixtirosi natijasida yuzaga kelgan inqilob bilan solishtirish mumkin. Bugungi kunda nanotexnologik mahsulotlarning jahon bozori hajmi milliardlab dollar bilan o‘lchanadi (hozircha bu bozor asosan materiallarning xususiyatlarini yaxshilaydigan yangi materiallar va kukunlardan iborat) va 2015-yilga borib, G‘arb ekspertlarining fikricha, u 1 dollardan oshadi. trillion. Yaqin kelajakda rivojlangan mamlakatlarning iqtisodiy, harbiy, ijtimoiy va siyosiy mavqei milliy nanosanoatning rivojlanish darajasi bilan belgilanadi.
Nanotexnologiyalar instituti (Xalqaro konvertatsiya fondi tomonidan tashkil etilgan) direktori Mixail Ananyanning fikricha, nanotexnologiyalar, masalan, elektronika kabi evolyutsion tarzda rivojlanmaydi: avval radio, keyin televizor, keyin kompyuter. Hozirda turli nanoqurilmalar, qurilmalar va boshqalarni modellashtirish jadal olib borilmoqda.Va texnologiya yaratilishi bilanoq keskin sakrash yuz beradi – shunchaki yangi tsivilizatsiya paydo bo'ladi, moddiy va energiya intensivligi keskin pasayadi va yana ko'p narsalar. samarali iqtisodiyot vujudga keladi.
Ammo hamma narsa unchalik oddiy emas, chunki yuqorida aytib o'tganimdek, nanotexnik inqilobni amalga oshirish nafaqat olimlar tomonidan, balki unchalik ko'p emas (ishlanishlar jadal sur'atda), davlat tomonidan sa'y-harakatlar talab etiladi. hokimiyat - boshqa hech bir investor bunday "keng ko'lamli loyihani" tortmaydi. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish milliy dasturini shakllantirishga yondashuvni qonunchilik darajasida tubdan o‘zgartirish zarur. Qolaversa, mamlakatimizda yirik loyihalarni amalga oshirishda katta tajriba to‘plangan.
Eslatib o‘tamiz, tariximizda deyarli barcha tarmoqlarda sifat o‘zgarishlariga olib kelgan uchta loyiha bo‘lgan. Men GOELRO, yadroviy loyiha, kosmik tadqiqotlarni nazarda tutyapman. Nanotexnologiyalarni rivojlantirish ana shunday milliy darajadagi loyihalarga tegishli, chunki ularni qo'llash iqtisodiyotning istisnosiz barcha tarmoqlarida sifat o'zgarishlariga olib keladi. Dekabr oyida hukumat nanotexnologiyalarni rivojlantirish bo'yicha milliy dasturni shakllantirish to'g'risida qaror qabul qildi, yaqinda Rossiya Prezidenti Federal Assambleyaga yillik murojaatida Rossiya nanotexnologiyalar sohasida etakchiga aylanishi kerakligini ta'kidladi. Umid qilish mumkinki, bu tashabbus (hech qachondan ham kech yaxshi - Rossiya o'zini rivojlangan deb ataydigan va bu sohada o'z dasturiga ega bo'lmagan yagona davlat bo'lib qolmoqda) haqiqiy, faol loyihaga aylanadi va boshqa kampaniyaga aylanmaydi.
|
