Lecture_No_01,02

Свойства серебра

Серебро используют в качестве природного антибиотика уже несколько тысячелетий. Первое упоминание о том, что серебро обеззараживает воду, можно найти у древнегреческого историка Геродота.

Микрофотографии наночастиц серебра.

После этого были созданы лекарственные препараты протаргол (золь оксида серебра) и колларгол (коллоидный раствор серебра). Высокая бактерицидная эффективность коллоидного серебра связана с тем, что оно подавляет работу фермента, обеспечивающего кислородный обмен у бактериальных клеток — это вызывает их гибель.

С открытием антибиотиков и сульфаниламидов интерес к препаратам серебра снизился. Но в последнее время из-за побочных эффектов этих лекарств (аллергия, дисбактериоз, токсическое действие на внутренние органы, развитие полирезистентности патогенных бактерий к антибиотикам) противомикробные свойства серебра вновь стали привлекать внимание медиков. Современные исследования коллоидного серебра показали, что оно обладает способностью обезвреживать

некоторые штаммы вируса гриппа, а также энтеро- и аденовирусы.

11

•Фотография, зрелая и продвинутая технология, развитая в XVIII-XIX вв., основывается на образовании наночастиц серебра под действием света. Фотопленка - это эмульсия галогенида серебра, например, бромида серебра в желатине, нанесенная на основу из прозрачного ацетата целлюлозы. Свет разлагает галогенид серебра с образованием наночастиц чистого серебра, которые и являются пикселями изображения. В конце XVIII века английские ученые Томас Уэджвуд и сэр Хэмпфри Дэви смогли получить изображение, используя нитрат и хлорид серебра, но эти изображения не были долговременными. Множество французских и английских ученых работало над этой проблемой в XIX веке, в том числе Дагер, Ньепс, Толбот, Арчер, Кеннет. Интересно, что Джеймс Клерк Максвелл, создавший теорию электромагнитного поля, получил в 1861 году первую цветную фотографию. Около 1883 года американский изобретатель Джордж Истмэн, основавший впоследствии корпорацию «Кодак», сделал пленку из длинной бумажной полоски, покрытой галогенидом серебра. Потом он усовершенствовал пленку, сделав ее гибкой. Возможность скручивать пленку в рулон сделала фотографию широкодоступной.

•Таким образом, технология, основанная на использовании наноразмерных

•В 1857 году Майкл Фарадей опубликовал статью в «Философских Трудах Королевского Общества», в которой он предпринял попытку объяснить, как металлические включения в витражном стекле влияют на его цвет, но первым объяснение зависимости цвета стекла от вещества металлических включений и их размера смог дать Густав Ми в работе, опубликованной в 1908 году в «Анналах Физики» в Лейпциге.

•Давно известен коллоидный раствор сажи в воде с добавками гуммиарабика (чернила); последние способствуют предотвращению агломерации дисперсных частиц сажи и их оседания, стабилизируя свойства чернил во времени.

•Интересные примеры нанотехнологических прозрений XIX в. можно усмотреть также в так называемом «демоне» Д. Максвелла, разделяющем молекулы по скоростям, и в лесковском Левше, который старым способом «сверху - вниз» изготовил «наногвозди» и подковал ими «аглицкую» блоху (своеобразный аналог микроустройства). Устами Левши Н.С. Лесков отмечает в 1881 г. (!), что разглядеть надпись на головке этих гвоздей можно только в мелкоскоп (т. е. микроскоп) с увеличением в 5 000 000 раз. Это типичное (!) увеличение современных высокоразрешающих просвечивающих электронных микроскопов, используемых для изучения наноструктур.

13

Краткая история нанотехнологии: все меньше и меньше, и меньше

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества.

1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

1959 год. Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы миниатюризации.

1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии", которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона. Греческое слово "нанос" означает примерно "старичок".

1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.

1985 год. Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.

1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.

2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области

Нанотехнологии\National Nanotechnology Initiative. Нанотехнологические исследования получили

14

государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн. В 2002 сумма ассигнований была увеличена до $604 млн. На 2003 год "Инициатива" запрашивает $710 млн.

Ричард Фейнман (награжден Нобелевской премией в 1965 году за создание теории квантовой электродинамики).

- В 1959 году на собрании Американского Физического Общества он прочитал провидческую и пророческую лекцию под названием «Там внизу еще очень много места» («There's Plenty of Room at the Bottom»), где фантазировал на тему вероятности создания и потенциальных возможностей наноразмерных материалов.

- Он представлял себе гравирование линий шириной в несколько атомов посредством электронного пучка, предсказав таким образом осуществление электроннолучевой литографии, используемой сегодня для изготовления кремниевых чипов.

- Он предлагал манипулирование отдельными атомами для создания новых малых структур с очень разными свойствами (это, в самом деле, было недавно реализовано посредством сканирующего туннельного микроскопа).

- Он мысленно видел создание электрических цепей нанометровых масштабов для использования их в более мощных компьютерах. Как и многие современные исследователи в этой области, он осознавал существование наноструктур в биологических системах.

- Множество фейнмановских измышлений стало реальностью, однако его идеи не нашли отклика у ученых того времени. Возможно, из-за его репутации любителя пошутить, реакцию многих слушателей на услышанное лучше всего можно описать словами заглавия его книги, «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман». Сейчас среди исследователей в области нанотехнологии эта лекция,

Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии" в 1974 г.

Норио Танигучи родился в 1912 г. Свои исследования Танигучи начинал в области высокоточной абразивной обработки твердых и хрупких материалов. Позднее, в Токийском Университете (Tokyo Science University) занимался изучением ультрапрецизионной обработки материалов с помощью различных технологий — электрического разряда, микроволн, ионных и электронных пучков, а также лазеров.

Нанотехнологиями («nano-technology») он называл процессы создания полупроводниковых структур с точностью порядка нанометра с помощью методов фокусированных ионных пучков, осаждения атомных слоев и др. «Нанотехнологии — писал Танигучи, — преимущественно состоят из процессов разделения, объединения

идеформации материалов атом за атомом или молекула за молекулой».

В 1986 г. термин «нанотехнологии» независимо от Норио Танигучи предложил

американский инженер и популяризатор Эрик Дрекслер.

16

Сканирующая зондовая микроскопия

Атомно-силовой микроскоп был создан в 1986 году Гердом Биннигом, Кельвином Куэйтом и Кристофером Гербером в США, как модификация изобретённого ранее сканирующего туннельного микроскопа.

Для определения рельефа поверхностей непроводящих тел использовалась упругая консоль (кантилевер), отклонение которой, в свою очередь, определялось по изменению величины туннельного тока, как в сканирующем туннельном микроскопе. Однако такой метод регистрации изменения положения кантилевера оказался не самым удачным, и двумя годами позже была предложена оптическая схема: луч лазера направляется на внешнюю поверхность кантилевера, отражается и попадает