Nanotexnologiya istiqbollari
Nanotexnologiya atamasi birinchi marta 1974-yilda yaponiyalik olim Norto
Taniguti alohida atomlar bilan manipulyatsiya yordamida yangi obyekt va
materiallarni ajratish jarayonini tavsiflash uchun taklif etilgan. Nanotexnologiya
tushunchasining mukammal tarifi mavjud emas, lekin hozirgi mavjud
mikrotexnologiyaga o’xshash holda nanotexnologiya bu nanometr o’lchamlari bilan
ishlovchi texnologiya ekanligi kelib chiqadi. Bu shunchalik kichik qiymatki, u
9
atomlar o’lchamlari bilan taqqoslanuvchi ko’rinuvchi nur to’lqinlari uzunligidan
yuzlab marta kichik. Shuning uchun ham “mikro”dan “nano”ga o’tish bu miqdoriy
emas, balki sifat o’tishi, moddalar manipulyatsiya- sidan alohida atomlar
manipulyatsiyasiga keskin o’tishdir.
Fizik kattaliklar nomlarining qo’shimchalari 1793-1795 yillar davomida
Fransiyada metrik o’lchovlar tizimini qonunlashtirish bilan kiritilgan. Qisqa birliklar
uchun nomlar qo’shimchasiga grek tilida, mayda bo’laklar nomlari uchun lotin tilida
qo’shimchalar qabul qilish kiritilgan. O’sha yillarda quyidagi qo’shimchalar qabul
qilingan. “kilo”-grekchadan chilioi-ming, gekto... grekchadan hekaton- yuz va h.z.
Keyingi yillarda qisqa va mayda bo’lak birliklari o’sgan, ularning nomlariga
qo’shimcha belgilar boshqa tillardan o’zlashtirilgan.
Nanotexnologiyaning rivojlanishi to’g’risida gap ketganda asosan uch
yo’nalish nazarda tutiladi:
-o’lchamlari molekula va atom o’lchami bilan taqqoslanuvchi aktiv
elementli(shu jumladan hajmli) elektrosxemalar tayyorlash;
-nanomashinalarni, ya’ni molekulalar o’lchamidagi robot va mexanizmlarni
ishlab chiqish va tayyorlash;
-molekula va atomlarni bevosita manipulyatsiyalab ulardan barcha mavjud
bo’lgan narsalarni yig’ish.
Hozirgi kunda molekula o’lchamidagi (tranzistor va diodlar) aktiv
elementlarni yaratish imkoniyatini beruvchi va ulardan ko’p qatlamli uch o’lchamli
sxemalarni shakllantiruvchi nanotexnologik usullar faol rivojlanib bormoqda.
Mavjud texnologiyalarning imkoniyatlari tashqi akustik, elektromagnit boshqaruv
signallariga amal qilib, boshqa molekulalar bilan manipulyatsiyalanuvchi va o’ziga
o’xshash moslama yoki ancha murakkab mexanizmlarni yaratuvchi qandaydir sodda
mexanizmlarni qurish uchun yetarli. Ular o’z navbatida yanada mukammalroq
moslamalarni qurishi mumkin va h.z. Nihoyat, bu eksponensial jarayon o’lchami
yirik molekulalarga teng va kompyuterda o’rganish va boshqarish imkoniyatiga ega
bo’lgan molekulyar robot mexanizmlarni yaratilishiga olib keladi.
10
Tabiiyki, nanostrukturalar kvant effektlarini qo’llash texnologiyasi uchun
mos keladi. Mikrostrukturalar zamonaviy mikroelektronika texnologiyasi asosini
tashkil etadi. Aslida, mikrostrukturalar ham bevosita kuzatish va o’rganish uchun
o’ta kichik, ularning xossalari asosan makroskopik fizika qonuniyatlarida
ifodalanadi.
Nanostrukturalar ulardan jiddiy farq qiladi; ularning xususiyatlari, ayniqsa
elektr va magnit tavsifi, kvant fizikasi qonuniyatlarida tavsiflanadi. Shu bois, ular
yangi tipdagi informatsion texnologiyalar uchun apparaturalarning hal qiluvchi
komponentlari bo’lishi mumkin. Ular asosida yangi elektr, magnit va optik
xususiyatli materiallarni yaratish mumkin. Ba’zi nuqtai nazardan nanostrukturalarni
yangi, o’ta foydali material va buyum yaratish uchun istiqbolli bo’lgan moddaning
noyob holati deb hisoblash mumkin.
Nanostrukturalarning kichik o’lchamliligi ularni juda zich joylashtirish
imkonini beradi, bu esa bir birlik hajmning “axborot sig’imi”ni ancha oshiradi.
Zich joylashuv strukturaning aralash (ba’zida bir biridan ajralgan) elementlari
orasida xilma-xil elektr va magnitli o’zaro ta’sirni vujudga keltiradi. Bunday o’zaro
ta’sirlar, aksariyat hollarda (xususan katta organik molekulalar holida) strukturani
juz’iy o’zgartirish imkoniyatini yaratadi, molekulalarning mumkin bo’lgan
konfiguratsiyalari energiyada uncha katta bo’lmagan farq bilan ajralib turadi.
Ba’zida struktura xususiyati shu nanostruktura xususiyatidan farq qiluvchi sirtqi faol
materiallarni qo’llash yo’li bilan murakkablashishi mumkin.
Amalda strukturalarning bunday murakkabligining imkoniyatlari hali to‟liq
tadqiq etilmagan va bu asosda texnologiyalar yaratish uchun esa hali ko’plab
fundamental ilmiy tadqiqotlar o’tkazish lozim bo’ladi.
Agar bo’yoq, plastmassa, beton tarkibiga nanoo’lchamli elementlar
kirsa,holda biz ularni nanomateriallar deymiz.
Agar mexanizmning harakat tartibini amalga oshiruvchi markaziy zvenosi
shunday elementlardan tashkil topsa, bunday zveno mexanizmning vazifasi va ijrosi
bo’yicha xilma-xil bo’lgan uglerodli nanonaychadan iborat sun'iy muskul bo’lishi
11
mumkin. Bu g’oyani AQSH Texas universiteti qoshidagi “Nanotexnologiya”
instituti direktrori Rey Bogman ishlab chiqdi. Oldin u uglerodli nanonaychaning
tartibsiz bog’lamini tayyorladi. Bog’lam tuzilmasini muntazamligini oshirish ustida
qattiq ishlagan olim vertikal uglerodli nanonaychaga zich joylashgan, uzunligi 100
nmga yaqin bo’lgan eshilgan ip ko’rinishidagi “muskul”sifat strukturali ingichka
uzun makroip o’rimiga ega bo’ldi.
Umuman olganda, makroip haqiqiy muskulga o’xshaydi. Iplar
nanoqog’ozlardan 150 barobardan ko’proq mustahkamligi aniqlandi, ammo bu
muhimi emas. “Nanonaychali muskul” solishtirma o’lchamda o’ta kuchli. U tabiiy
muskulga nisbatan 1000 barobar tez va 10 baravar ko’p cho'zilishi mumkin,
ko’ndalang kesimi birxil bo’lgan tabiiy muskulga nisbatan siqilganda 30 baravardan
ortiq kuchayadi. Agar bunga yana ishchi haroratning “insoniy bo’lmagan” azotning
suyulishidan to temirning erishigacha bo’lgan doirasini qo’shsak, u holda sanoat
robotlarining elektr va gidrouzatmalariga ham munosib raqobat paydo bo’lganini
anglash mumkin.
Shuning
uchun
ham
Bogman
ishlanmalarida
“uglerodli
nanonaychamuskullar”ni nanomexanizmlar uchun uzatma sifatida qo’llash kabi
ko’plab taklifi o’ta qiziqish uyg'otadi va dolzarblik kasb etadi.
Agar uglerodli nanonaychani yonuvchi modda plenkasi bilan qoplab uni
yoqsak, o’ta kuchli energiya manbasini olish mumkin. Uglerodli nanonaychani
12
yonilg’ili yupqa qatlam bilan o'rab, uning bir uchini elektr uchqunlari yoki lazer
chaqini bilan kuydirib nanonaychaning ichki bo’shlig’i bo’ylab tarqaluvchi issiqlik
to’lqinini yaratish mumkin. Bu issiqlik to'lqini o’zining yo’lida duch kelgan
elektronlarni itaradi va sezilarli elektr toki hosil qiladi. Hozir prototiplarda litiyionli
batareyalarning o’xshash ko'rsatgichlaridan yuzlab baravar yuqori bo’lgan energiya
zichligi namoyish qilinmoqda, hamda bunday manbaalarda energiyaning saqlash
muddati istalgancha uzoq bo’lishi mumkin, chunki bunday prototiplarda o’zidan-
o’zi zaryadsizlanish va tokning tabiiy yo’qolishi amalda mavjud emas. Hozir olimlar
yonuvchi qatlamning optimal turini tanlamoqdalar va uning asosida ko’p marta
foydalaniladigan elementni qanday tayyorlash ustida ishlamoqdalar. Buning uchun
yangi qatlamni avtomatik amalga oshirish usulini yaratish talab etiladi.
| 