Нанотехнології: поняття і сутність

Згідно з Розпорядженням КМУ від 2 квітня 2009 р. № 331 „Про схвалення Концепції Державної цільової науково-технічної програми "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010-2014 роки” нанотехнології

визначаються як міждисциплінарні технології, які розроблені для об'єктів розмірами менш як один мікрон і дають змогу проводити дослідження, маніпуляції та обробку речовин у діапазоні розмірів від 0,1 до 100 нанометрів (1 нанометр - одна мільярдна метра).

В цьому ж нормативно-правовому акті зазначається, що в найближчі десять років саме розвиток нанотехнологій та виготовлення нових наноматеріалів стане одним з основних рушіїв стимулювання істотних змін у таких галузях промисловості, як машинобудування, оптоелектроніка, мікроелектроніка, автомобільна промисловість, а також сільське господарство, медицина та екологія.

Термін «нанотехнологія» (процес розподілу, обробки і зміни матеріалів шляхом впливу на них одним атомом або однією молекулою) був запропонований в 1974 р. Норіо Танігуччі.

Наноматеріали займають проміжне положення між окремими атомами (молекулами) та макротілами. Завдяки малому розміру, формі, хімічному складу, заряду, структурі частинки, великій площі поверхні наночастинки мають унікальні властивості, що робить їх перспективним матеріалом для застосування у різних галузях народного господарства. Це підтверджується високими темпами вивчення властивостей наноматеріалів, розробками нових нанотехнологій, швидким впровадженням їх у виробництво, а також обсягами фінансування нанотехнологій. Так, 2004 року у світі було виділено 8,6 мільярдів доларів США на розвиток нанотехнологій, а до 2012 року прогнозується витратити на ці потреби 1 трильйон доларів США[3].

Нанотехнології

- сукупність прийомів і методів, які застосовуються при вивченні, проектуванні, виробництві та використанні наноструктур, пристроїв і систем, що включають цілеспрямований контроль і модифікацію форми, розміру, взаємодії та інтеграції складових елементів нанорозміру (близько 1-100 нм), для отримання об'єктів з новими хімічними, фізичними та біологічними властивостями[4].

Основою сьогоднішньої наноіндустрії є керований механосинтез, тобто складання молекул з атомів за допомогою їхнього зближення доти, поки не вступлять у дію відповідні хімічні зв'язки. Для забезпечення механосинтезу необхідний маніпулятор, здатний захоплювати окремі атоми і молекули та маніпулювати ними в радіусі до 100 нм. Наноманіпулятор повинен управлятися або макрокомп'ютером, або нанокомп'ютером, вмонтованим у робота збирача (асемблера), керуючого маніпулятором. Створення подібних маніпуляторів справа майбутнього. Зондова мікроскопія, за допомогою якої сьогодні здійснюється переміщення окремих молекул і атомів, обмежена в діапазоні дії, у зв'язку з чим сама процедура зборки об'єктів з молекул на нанорівні, поки ще, не може бути автоматизована, через наявність інтерфейсу «Людина - комп'ютер - маніпулятор»[5].

Завдяки розвитку нанотехнологій, які почали активно розвиватися наприкінці 80х років ХХ століття, синтезована значна кількість наноматеріалів. За цей період вченими світу розроблені такі наноматеріали: фулерени, ліпосоми, дендримери, наносфери, наностержні, наноплівки, нанотрубки, нанокомпозити, нанокристали, нанодротинки, нанопорошки, нанороботи, нанокапсули, нанобіосенсори, нанопристрої, нанобіоматеріали, наноструктурні рідини (колоїди, міцели, гелі, полімери), фармакологічні нанопрепарати, засоби захисту від куль (спеціальні жилети) тощо.

У медицині наночастинки мають перспективу застосування в ультрачутливому визначенні біомолекул, діагностичній візуалізації, для фотодинамічної терапії, цільової доставки лікарських речовин до органів мішеней, фототермічного лікування тощо[6].

Важко переоцінити значення досягнень нанотехнологій у різних галузях промисловості: електроніки та інформаційних технологій, напівпровідниковій промисловості, енергетики, оптики, автомобілебудуванні, хімії, біології, фармацевтики і медицині. Багато споживчих товарів і виробів, до яких відносяться деякі продукти харчування (шоколад, морозиво, креми та ін.), мийні засоби, предмети парфумерії та особистої гігієни (зубні пасти, креми від засмаги, тональні креми, помади, лаки, фарби), напилювання на одязі, взутті, побутових предметах містять мікро- або наноструктури. У харчовій промисловості наноматеріали застосовуються у фільтрах для очищення води, використовуються в якості різних емульгаторів, а також при отриманні більш легких, міцних, термічно стійких і пакувальних матеріалів, при збагаченні харчових продуктів мікронутрієнтами. Наночіпи використовуються для ідентифікації умов і строків зберігання харчової продукції та виявлення патогенних мікроорганізмів. Для отримання різноманітних структур і матеріалів даного призначення розроблена складна технологія одержання сумішей з поверхнево-активних речовин і полімерних матеріалів. Ця область створення наноматеріалів та способів їхньої обробки отримала назву "м'якої нанотехнології"[7].

Цікаві статті з розділу

Охорона навколишнього природного середовища й екологічна безпека
Охорона навколишнього природного середовища - це сукупність заходів, спрямованих на збереження, раціональне використання й відтворення природних ресурсів і космічного простору в інтересах л ...

Екологічна система
Тема реферату «Екологічна система» з дисципліни «Основи загальної екології». Екологія (від грец. ойкос (еко) – будинок, житло, логос. – навчання) – це наука про умови існування живих орган ...

Аналіз еколого-економічної ефективності використання природоохоронних заходів в області охорони атмосферного повітря та поверхневих вод
Проблема охорони навколишнього середовища продовжує залишатись однією з найбільш складних у глобальному аспекті. Особливо гострою вона є у регіонах з високим промисловим потенціалом, де в на ...