Нанотехнологии, английский

Nanotechnology - the interdisciplinary field of fundamental and applied science and technology, which deals with the collection of theoretical basis and practical methods of investigation, analysis, and synthesis, as well as methods for the production and use of products with a given atomic structure by controlled manipulation of individual atoms and molecules. Today in the world there is no standard for how what nanotechnology is, what is nano. The European Commission set up a special group, which was given two years to ensure that the classification developed nano. Among the approaches to the definition of "nanotechnology" are the following: 1.In the Technical Committee under the nanotechnology means:    A knowledge and process management, as a rule, on a scale of 1 nm, but does not exclude the scale of less than 100 nanometers in one or more dimensions, when the commissioning of the size effect (phenomenon) leads to the possibility of new applications;     B. Using the properties of objects and materials at the nanometer scale, which differ from those of the free atoms and molecules, as well as the bulk properties of a substance consisting of the atoms and molecules to create improved materials, devices, systems that implement these properties. 2.Soglasno "Concept of the Russian Federation works in the field of nanotechnology for the period up to 2010" Nanotechnology is defined as a set of methods and techniques that provide a controlled way to create and modify objects, including components with dimensions less than 100 nm in at least one dimension, and has resulted in a completely new quality, which they can be integrated into a fully functioning system of larger scale. The practical aspect of nanotechnology involves the production of devices and components necessary for the creation, processing and manipulation of atoms, molecules and nanoparticles. It is understood that it is not necessarily the object must have at least one linear dimension less than 100 nm - be it micro-objects, which is controlled by the atomic structure is created with a resolution at the level of individual atoms, or else contain a nano-objects. In a broader sense, the term also covers diagnosis, characterization and study of such objects. Nanotechnology is qualitatively different from the traditional disciplines, as usual on such a scale, the macroscopic treatment technologies often not matter, and microscopic phenomena, faint disdain for conventional scales, become much more significant: the properties and interactions of individual atoms and molecules or aggregates of molecules (eg, Van der Waals), quantum effects. Nanotechnology and molecular technology in particular - new, very little studied discipline. Basic discoveries predicted in this area until you do. However, ongoing research has given practical results. The use of nanotechnology in advanced scientific achievements can attribute it to the high technology. The development of modern electronics is on the way to reduce the size of devices. On the other hand, the classical methods of production suited to its natural economic and technological barriers when the device size is reduced slightly, but the economic costs are increasing exponentially. Nanotechnology - the next logical step in the development of electronics and other high-tech industries. Nanoparticles The recent trend towards miniaturization has shown that the substance may have a completely new properties, if you take a very small part of the substance. Particles ranging in size from 1 to 100 nanometers, usually called "nanoparticles". For example, it was found that nanoparticles of some materials have a very good catalytic and adsorption properties. Other data show remarkable optical properties, such as ultra-thin films of organic materials used for the manufacture of solar panels. These batteries, though, and have a relatively low quantum efficiency, but are less expensive and can be mechanically flexible. Able to bring together the engineered nanoparticles with natural objects nano - proteins, nucleic acids, etc. thoroughly purified nanoparticles can samovystraivatsya in certain structures. This structure contains a strictly ordered nanoparticles and also often exhibits unusual properties. A special class of organic nanoparticles are both natural and artificial origin. Since many physical and chemical properties of nanoparticles, in contrast to bulk materials, are highly dependent on their size, in recent years there has been considerable interest in the methods of measuring the size of nanoparticles in solutions: analysis of the trajectories of the nanoparticles, dynamic light scattering, sedimentation analysis, ultrasonic methods. The latest achievements Nanomaterials Materials developed based on nanoparticles with unique characteristics resulting from the microscopic size of their constituents.     Carbon nanotubes - elongated cylindrical structure with a diameter of one to several tens of nanometers and lengths up to several centimeters, consisting of one or more rolled into a tube of hexagonal planes of graphite (graphene), and usually end with a hemispherical cap.     Fullerenes - molecular compounds belonging to the class of allotropic forms of carbon (other - diamond, graphite and carbyne) and is a closed convex polyhedron made of an even number of carbon atoms trehkoordinirovannyh.     Graphene - a monolayer of carbon atoms, obtained in October 2004 at the University of Manchester (The University Of Manchester). Graphene can be used as a detector molecule (NO2), which allows to detect the arrival and departure of single molecules. The charge carriers in graphene have high mobility at room temperature, so that will solve the problem as soon as the formation of the band gap in this semimetal, discuss graphene as a promising material to replace silicon in integrated circuits.     Nanocrystals     Aerogel     Airbrush - the hardest material     Nanoakkumulyatory - at the beginning of 2005, Altair Nanotechnologies (USA) announced the creation of an innovative nanotechnology material for electrodes of lithium-ion batteries. Battery with Li4Ti5O12 electrodes are charging time 10-15 minutes. In February 2006, the company began production of the batteries at its plant in Indiana. In March 2006, Altairnano and Boshart Engineering Company signed an agreement to create a joint electric car. In May 2006, successfully completed the test car nanoakkumulyatorov. In July 2006, Altair Nanotechnologies has received the first order for lithium-ion batteries for electric vehicles.     Self-cleaning surfaces based on the lotus effect. Research methods Due to the fact that nanotechnology - an interdisciplinary science for research using the same methods as the "classical" biology, chemistry, physics. One relatively new research methods in the field of nanotechnology is a scanning probe microscopy. Currently in the research labs are not only "classic" probe microscopes, and SPM in combination with optical microscopes, electron microscopes, spectrometers, Raman (Raman) scattering and fluorescence ultramicrotome (for the three-dimensional structure of the materials.)

Нанотехноло́гия — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

На сегодняшний день в мире нет стандарта, описывающего, что такое нанотехнологии, что такое нанопродукция. В Еврокомиссии создана специальная группа, которой дали два года на то, чтобы разработать классификацию нанопродукции.

Среди подходов к определению понятия «нанотехнологии» имеются следующие:

1.В Техническом комитете под нанотехнологиями подразумевается следующее:

А. знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений;

Б. использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.

2.Согласно «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм — это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты.

Нанотехнология и в особенности молекулярная технология — новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.

Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

Наночастицы

Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дёшевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определённые структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

Особый класс составляют органические наночастицы как естественного, так и искусственного происхождения.

Поскольку многие физические и химические свойства наночастиц, в отличие от объемных материалов, сильно зависят от их размера, в последние годы проявляется значительный интерес к методам измерения размеров наночастиц в растворах: анализ траекторий наночастиц, динамическое светорассеяние, седиментационный анализ, ультразвуковые методы.

Новейшие достижения

Наноматериалы

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих.

Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и обычно заканчивающиеся полусферической головкой.

Фуллерены — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

Графен — монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Носители зарядов в графене обладают высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.

Нанокристаллы

Аэрогель

Аэрографит — самый твёрдый материал

Наноаккумуляторы — в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li4Ti5O12 электродами имеют время зарядки 10-15 минут. В феврале 2006 года компания начала производство аккумуляторов на своём заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных аккумуляторов для электромобилей.

Самоочищающиеся поверхности на основе эффекта лотоса.

Методы исследования

В силу того, что нанотехнология — междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы, что и «классические» биология, химия, физика. Одним из относительно новых методов исследований в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только «классические» зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими микроскопами, электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трёхмерной структуры материалов).