"ఆధునిక ప్రపంచంలో నానోటెక్నాలజీ." "ఆధునిక ప్రపంచంలో నానోటెక్నాలజీ" నానోటెక్నాలజీ వినియోగానికి ఉదాహరణ

మునిసిపల్ విద్యా సంస్థ "మానవతావాద మరియు బోధనా లైసియం"

పాఠశాల పిల్లలకు నానోటెక్నాలజీ

పూర్తి చేసినది: సాగైడాచ్నాయ అనస్తాసియా, 10 "బి" తరగతి

పరిచయం___________________________________________________________________________

నానోటెక్నాలజీ చరిత్ర__________________________________________________________4

నానోటెక్నాలజీ సాధనాలు________________________________________________10

నానో ప్రపంచ రహస్యాలు________________________________________________________________________25

నానోటెక్నాలజీ మరియు మెడిసిన్____________________________________________________________36

రోజువారీ జీవితంలో మరియు పరిశ్రమలో నానోటెక్నాలజీలు_______________________________________42

నానోటెక్నాలజీతో భవిష్యత్తును అనుసంధానించాలనుకునే వారికి__________________________________________52

సూచనలు_______________________________________________________________56

పరిచయం

విమానాలు, రాకెట్లు, టెలివిజన్లు మరియు కంప్యూటర్లు 20వ శతాబ్దంలో మన చుట్టూ ఉన్న ప్రపంచాన్ని మార్చాయి. రాబోయే 21వ శతాబ్దంలో కొత్త సాంకేతిక విప్లవానికి మూలం పదార్థాలు, మందులు, పరికరాలు, కమ్యూనికేషన్‌లు మరియు నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన డెలివరీ పరికరాలు అని శాస్త్రవేత్తలు వాదిస్తున్నారు.

గ్రీకు నుండి అనువదించబడిన, "నానో" అనే పదానికి మరగుజ్జు అని అర్థం. ఒక నానోమీటర్ (nm) ఒక మీటర్ (10 -9 m)లో ఒక బిలియన్ వంతు. నానోమీటర్ చాలా చాలా చిన్నది. నానోమీటర్ అనేది ఒక మీటర్ కంటే తక్కువ రెట్లు తక్కువ వేలు యొక్క మందం భూమి యొక్క వ్యాసం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. చాలా అణువుల వ్యాసం 0.1 నుండి 0.2 nm, మరియు DNA తంతువుల మందం 2 nm. ఎర్ర రక్త కణాల వ్యాసం 7000 nm మరియు మానవ జుట్టు యొక్క మందం 80,000 nm.

మన కళ్ల ముందు, సైన్స్ ఫిక్షన్ రియాలిటీ అవుతోంది - వ్యక్తిగత పరమాణువులను తరలించడం మరియు ఘనాల వంటి వాటిని ఒకదానికొకటి అసాధారణంగా చిన్న పరిమాణాల పరికరాలు మరియు మెకానిజమ్‌లలోకి మార్చడం సాధ్యమవుతోంది మరియు అందువల్ల సాధారణ కంటికి కనిపించదు. నానోటెక్నాలజీ, భౌతిక శాస్త్రం, రసాయన శాస్త్రం మరియు జీవశాస్త్రంలో తాజా పురోగతులను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది కేవలం పరిమాణాత్మకమైనది కాదు, కానీ పదార్థంతో పని చేయడం నుండి వ్యక్తిగత పరమాణువులను మార్చడం వరకు ఒక గుణాత్మక ఎత్తు.

నానోటెక్నాలజీ యొక్క ఆవిర్భావం మరియు అభివృద్ధి చరిత్ర

రిచర్డ్ ఫేన్మాన్ - నానోటెక్నాలజీ విప్లవానికి ప్రవక్త

పరికరాలను సమీకరించడం మరియు నానోస్కేల్ ఉన్న వస్తువులతో పని చేయడం సాధ్యమవుతుందనే ఆలోచన మొదట 1959లో కాల్‌టెక్‌లో నోబెల్ గ్రహీత రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ చేసిన ప్రసంగంలో ప్రతిపాదించబడింది (“అక్కడ స్థలం పుష్కలంగా ఉంది!”). ఉపన్యాసం యొక్క శీర్షికలో "క్రింద" అనే పదానికి "చాలా చిన్న కొలతలు కలిగిన ప్రపంచం" అని అర్థం. ఫేన్‌మాన్ ఏదో ఒక రోజు, ఉదాహరణకు, 2000లో, 19వ శతాబ్దపు మొదటి భాగంలో శాస్త్రవేత్తలు ఈ నానోస్కేల్ శ్రేణి పరిమాణాల గుండా ఎందుకు దూసుకెళ్లారని ప్రజలు ఆశ్చర్యపోతారు, అణువు మరియు పరమాణు కేంద్రకాన్ని అధ్యయనం చేయడంపై తమ ప్రయత్నాలన్నింటినీ కేంద్రీకరించారు. ఫేన్మాన్ ప్రకారం, ప్రజలు తమ పక్కనే ఉన్న వస్తువుల ప్రపంచం మొత్తం నివసిస్తుందని గమనించకుండా చాలా కాలం జీవించారు, అవి చూడలేవు. సరే, మేము ఈ వస్తువులను చూడకపోతే, మేము వాటితో పని చేయలేము.

అయినప్పటికీ, మనమే నానో-వస్తువులతో పని చేయడానికి సంపూర్ణంగా నేర్చుకున్న పరికరాలను కలిగి ఉన్నాము. ఇవి మన కణాలు - మన శరీరాన్ని తయారు చేసే బిల్డింగ్ బ్లాక్స్. ఒక కణం తన జీవితాంతం నానోబ్జెక్ట్‌లతో పనిచేస్తుంది, వివిధ అణువుల నుండి సంక్లిష్ట పదార్ధాల అణువులను సమీకరించడం. ఈ అణువులను సేకరించిన తరువాత, కణం వాటిని వివిధ భాగాలలో ఉంచుతుంది - కొన్ని కేంద్రకంలో, మరికొన్ని సైటోప్లాజంలో మరియు మరికొన్ని పొరలో ముగుస్తాయి. ప్రతి మానవ కణం ఇప్పటికే కలిగి ఉన్న అదే నానోటెక్నాలజీలో నైపుణ్యం సాధిస్తే మానవత్వం కోసం తెరవబడే అవకాశాలను ఊహించండి.

కంప్యూటర్ల కోసం నానోటెక్నాలజీ విప్లవం యొక్క పరిణామాలను ఫేన్మాన్ వివరించాడు. “ఉదాహరణకు, కనెక్ట్ చేసే వైర్ల యొక్క వ్యాసం 10 నుండి 100 అణువుల వరకు ఉంటే, ఏదైనా సర్క్యూట్ పరిమాణం అనేక వేల ఆంగ్‌స్ట్రోమ్‌లను మించదు. కంప్యూటర్ టెక్నాలజీతో అనుబంధించబడిన ప్రతి ఒక్కరికీ దాని అభివృద్ధి మరియు సంక్లిష్టత వాగ్దానం చేసే అవకాశాల గురించి తెలుసు. ఉపయోగించిన మూలకాల సంఖ్య మిలియన్ల రెట్లు పెరిగితే, కంప్యూటర్ల సామర్థ్యాలు గణనీయంగా విస్తరిస్తాయి. వారు తార్కికం చేయడం, అనుభవాన్ని విశ్లేషించడం మరియు వారి స్వంత చర్యలను లెక్కించడం, కొత్త గణన పద్ధతులను కనుగొనడం మొదలైనవాటిని నేర్చుకుంటారు. మూలకాల సంఖ్య పెరుగుదల కంప్యూటర్ లక్షణాలలో ముఖ్యమైన గుణాత్మక మార్పులకు దారి తీస్తుంది.

శాస్త్రవేత్తలను నానోవరల్డ్‌కు పిలిచిన తరువాత, ఫేన్‌మాన్ వెంటనే 1 మిమీ పొడవు గల మైక్రోకార్‌ను తయారు చేసే ఉదాహరణను ఉపయోగించి అక్కడ వారికి ఎదురుచూసే అడ్డంకుల గురించి హెచ్చరించాడు. సాధారణ కారు భాగాలు 10 -5 మీటర్ల ఖచ్చితత్వంతో తయారు చేయబడినందున, మైక్రోకార్ యొక్క భాగాలు 4000 రెట్లు ఎక్కువ ఖచ్చితత్వంతో తయారు చేయబడాలి, అనగా. 2.5 10 -9 మీ కాబట్టి, మైక్రోకార్ భాగాల కొలతలు ± 10 పొరల పరమాణువుల ఖచ్చితత్వంతో లెక్కించిన వాటికి అనుగుణంగా ఉండాలి.

నానోప్రపంచం అడ్డంకులు మరియు సమస్యలతో మాత్రమే కాదు. నానోవరల్డ్‌లో శుభవార్త మనకు ఎదురుచూస్తోంది - నానోవరల్డ్‌లోని అన్ని భాగాలు చాలా మన్నికైనవిగా మారతాయి. నానోబ్జెక్ట్‌ల ద్రవ్యరాశి వాటి పరిమాణంలోని మూడవ శక్తికి అనులోమానుపాతంలో తగ్గుతుంది మరియు వాటి క్రాస్ సెక్షనల్ ప్రాంతం - రెండవ శక్తికి అనులోమానుపాతంలో ఇది జరుగుతుంది. దీని అర్థం వస్తువు యొక్క ప్రతి మూలకంపై యాంత్రిక భారం - మూలకం యొక్క బరువు దాని క్రాస్ సెక్షనల్ ప్రాంతానికి నిష్పత్తి - వస్తువు యొక్క పరిమాణానికి అనులోమానుపాతంలో తగ్గుతుంది. అందువల్ల, దామాషా ప్రకారం తగ్గిన నానోటబుల్‌లో నానోలెగ్‌లు అవసరం కంటే బిలియన్ రెట్లు మందంగా ఉంటాయి.

ఎఫ్ ఒక వ్యక్తి తనకు తానుగా చిన్నదైన కానీ పని చేయగలిగిన కాపీని తయారు చేయగల రోబోటిక్ మెషీన్‌ను సృష్టించినట్లయితే నానో ప్రపంచాన్ని సులభంగా ప్రావీణ్యం పొందగలడని ఐన్‌మాన్ నమ్మాడు. ఉదాహరణకు, మన భాగస్వామ్యం లేకుండానే 4 రెట్లు తగ్గిన దాని కాపీని సృష్టించగల రోబోట్‌ను ఎలా తయారు చేయాలో నేర్చుకుందాం. అప్పుడు ఈ చిన్న రోబోట్ అసలు దాని కాపీని 16 రెట్లు తగ్గించగలదు. అటువంటి రోబోట్ల యొక్క 10వ తరం రోబోట్‌లను సృష్టిస్తుంది, దీని కొలతలు అసలు వాటి కంటే మిలియన్ల రెట్లు చిన్నవిగా ఉంటాయి (Fig. 3 చూడండి).

మూర్తి 3. నానోవరల్డ్‌లోకి ఒకరు ఎలా ప్రవేశించవచ్చనే దాని కోసం అల్గారిథమ్‌లలో ఒకదాన్ని ప్రతిపాదించిన R. ఫేన్‌మాన్ యొక్క భావన యొక్క దృష్టాంతం - రోబోట్లు స్వయంప్రతిపత్తితో వాటి యొక్క చిన్న కాపీలను తయారు చేస్తాయి. సైంటిఫిక్ అమెరికన్, 2001, సెప్టెంబర్, పేజి నుండి స్వీకరించబడింది. 84.

సహజంగానే, మేము పరిమాణం తగ్గిపోతున్నప్పుడు, మేము చాలా అసాధారణమైన భౌతిక దృగ్విషయాలను నిరంతరం ఎదుర్కొంటాము. నానోరోబోట్ భాగాల యొక్క అతితక్కువ బరువు అవి ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ ఇంటరాక్షన్ శక్తుల ప్రభావంతో ఒకదానికొకటి అంటుకుంటాయనే వాస్తవానికి దారి తీస్తుంది మరియు ఉదాహరణకు, విప్పు తర్వాత ఒక గింజ బోల్ట్ నుండి వేరు చేయబడదు. అయితే, మనకు తెలిసిన భౌతిక శాస్త్ర నియమాలు “అణువుల వారీగా” వస్తువులను సృష్టించడాన్ని నిషేధించవు. అణువుల మానిప్యులేషన్, సూత్రప్రాయంగా, చాలా వాస్తవమైనది మరియు ప్రకృతి యొక్క ఏ చట్టాలను ఉల్లంఘించదు. దాని అమలు యొక్క ఆచరణాత్మక ఇబ్బందులు మనం చాలా పెద్దవి మరియు గజిబిజిగా ఉన్న వస్తువులు కాబట్టి, అటువంటి అవకతవకలను నిర్వహించడం మాకు కష్టం.

సూక్ష్మ-వస్తువుల సృష్టిని ఎలాగైనా ప్రేరేపించడానికి, 1/64 అంగుళాల (1 అంగుళం »2.5 సెం.మీ) కొలిచే ఎలక్ట్రిక్ మోటారును నిర్మించగల ఎవరికైనా $1,000 చెల్లిస్తానని ఫేన్‌మాన్ వాగ్దానం చేశాడు. మరియు అతి త్వరలో అటువంటి మైక్రోమోటర్ సృష్టించబడింది (Fig. 4 చూడండి). 1993 నుండి, నానోటెక్నాలజీ రంగంలో అత్యుత్తమ విజయాలు సాధించినందుకు ఫేన్‌మాన్ బహుమతిని ఏటా ప్రదానం చేస్తున్నారు.

మూర్తి 4. ఫోటోలో (a) R. ఫేన్‌మాన్ (కుడివైపు) మైక్రోమోటర్‌ను తయారు చేసిన మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి పరిశీలిస్తుంది, 380 మైక్రాన్ల పరిమాణంలో, కుడివైపున ఉన్న చిత్రంలో చూపబడింది. పైన ఉన్న ఫోటో (బి) పిన్ యొక్క తలని చూపుతుంది.

తన ఉపన్యాసంలో, ఫేన్మాన్ నానోకెమిస్ట్రీ అవకాశాల గురించి కూడా మాట్లాడాడు. రసాయన శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పుడు కొత్త పదార్ధాలను సంశ్లేషణ చేయడానికి సంక్లిష్టమైన మరియు విభిన్న పద్ధతులను ఉపయోగిస్తున్నారు. భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు వ్యక్తిగత పరమాణువులను మార్చగల పరికరాలను రూపొందించిన తర్వాత, సాంప్రదాయ రసాయన సంశ్లేషణ యొక్క అనేక పద్ధతులను "అటామిక్ అసెంబ్లీ" పద్ధతుల ద్వారా భర్తీ చేయవచ్చు. అదే సమయంలో, ఫేన్మాన్ నమ్మినట్లుగా, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు, సూత్రప్రాయంగా, వ్రాతపూర్వక రసాయన సూత్రం ఆధారంగా ఏదైనా పదార్థాన్ని సంశ్లేషణ చేయడం నేర్చుకోవచ్చు. రసాయన శాస్త్రవేత్తలు సంశ్లేషణను ఆర్డర్ చేస్తారు మరియు భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ప్రతిపాదిత క్రమంలో అణువులను "అమరిక" చేస్తారు. అటామిక్ స్థాయిలో మానిప్యులేషన్ టెక్నిక్‌ల అభివృద్ధి రసాయన శాస్త్రం మరియు జీవశాస్త్రంలో అనేక సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది.

E. డ్రెక్స్లర్ ద్వారా సృష్టి యొక్క యంత్రాలు

నానోటెక్నాలజీ 1980ల ప్రారంభంలో అమెరికన్ శాస్త్రవేత్త ఎరిక్ డ్రెక్స్లర్ యొక్క వివరణాత్మక విశ్లేషణ మరియు అతని పుస్తకం ఇంజిన్స్ ఆఫ్ క్రియేషన్: ది కమింగ్ ఎరా ఆఫ్ నానోటెక్నాలజీ ప్రచురణ తర్వాత దాని స్వంత విజ్ఞాన రంగంగా మారింది మరియు దీర్ఘకాలిక సాంకేతిక ప్రాజెక్ట్‌గా మారింది.

అతని పుస్తకం ఇలా మొదలవుతుంది. “బొగ్గు మరియు వజ్రాలు, ఇసుక మరియు కంప్యూటర్ చిప్‌లు, క్యాన్సర్ మరియు ఆరోగ్యకరమైన కణజాలం - చరిత్ర అంతటా, అణువుల క్రమాన్ని బట్టి, చౌకగా లేదా విలువైనవి, అనారోగ్యం లేదా ఆరోగ్యకరమైనవి తలెత్తాయి. అదే విధంగా అమర్చబడి, అణువులు నేల, గాలి మరియు నీటిని తయారు చేస్తాయి; మరొకరిచే ఆదేశించబడినది, అవి పండిన స్ట్రాబెర్రీలను కలిగి ఉంటాయి. ఒక మార్గంలో అమర్చబడి, వారు ఇళ్ళు మరియు స్వచ్ఛమైన గాలిని ఏర్పరుస్తారు; ఇతరులచే ఆదేశించబడినవి, అవి బూడిద మరియు పొగను ఏర్పరుస్తాయి.

పరమాణువులను అమర్చగల మన సామర్థ్యం సాంకేతికత యొక్క గుండె వద్ద ఉంది. బాణపు తలల కోసం చెకుముకిరాయిని పదును పెట్టడం నుండి అంతరిక్ష నౌక కోసం అల్యూమినియంను ప్రాసెస్ చేయడం వరకు అణువులను అమర్చగల సామర్థ్యంలో మేము చాలా దూరం వచ్చాము. మా సాంకేతికత, మా ప్రాణాలను రక్షించే మందులు మరియు డెస్క్‌టాప్ కంప్యూటర్‌ల గురించి మేము గర్విస్తున్నాము. అయినప్పటికీ, మన స్పేస్‌షిప్‌లు ఇప్పటికీ క్రూడ్‌గా ఉన్నాయి, మన కంప్యూటర్‌లు ఇప్పటికీ మూర్ఖంగా ఉన్నాయి మరియు మన కణజాలాలలోని అణువులు ఇప్పటికీ క్రమంగా అస్తవ్యస్తంగా ఉంటాయి, మొదట ఆరోగ్యాన్ని నాశనం చేస్తాయి మరియు తరువాత జీవితాన్ని నాశనం చేస్తాయి. పరమాణువులను క్రమం చేయడంలో మా విజయానికి, మేము ఇప్పటికీ ఆదిమ క్రమ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తాము. మా ప్రస్తుత సాంకేతికతతో, మేము ఇప్పటికీ పెద్ద, పేలవంగా నియంత్రించబడిన అణువుల సమూహాలను మార్చవలసి వస్తుంది.

కానీ ప్రకృతి నియమాలు పురోగతికి అనేక అవకాశాలను అందిస్తాయి మరియు ప్రపంచ పోటీ యొక్క ఒత్తిడి ఎల్లప్పుడూ మనల్ని ముందుకు నెట్టివేస్తుంది. మంచి లేదా అధ్వాన్నంగా, చరిత్రలో గొప్ప సాంకేతిక పురోగతి మన ముందు ఉంది.

డ్రెక్స్లర్ యొక్క నిర్వచనం ప్రకారం, నానోటెక్నాలజీ అనేది "ముందుగా నిర్ణయించిన పరమాణు నిర్మాణంతో పరికరాలు మరియు పదార్ధాల తక్కువ-ధర ఉత్పత్తిపై దృష్టి సారించే ఊహించిన ఉత్పత్తి సాంకేతికత." రాబోయే 50 సంవత్సరాలలో, అనేక పరికరాలు చాలా చిన్నవిగా మారుతాయని చాలా మంది నిపుణులు విశ్వసిస్తున్నారు, ఈ వాక్యం చివరిలో ఉన్న చుక్క ఆక్రమించిన ప్రాంతంలో ఈ వెయ్యి నానోమెషీన్‌లు సులభంగా సరిపోతాయి. నానోమెషీన్‌లను సమీకరించడానికి, మీకు ఇది అవసరం:

(1) ఒకే పరమాణువులతో పనిచేయడం నేర్చుకోండి - వాటిని తీసుకొని సరైన స్థలంలో ఉంచండి.

(2) అసెంబ్లర్‌లను అభివృద్ధి చేయండి - (1)లో వివరించిన విధంగా ఒకే పరమాణువులతో పని చేయగల నానో పరికరాలు, ఒక వ్యక్తి వ్రాసిన ప్రోగ్రామ్‌లను ఉపయోగించి, కానీ అతని భాగస్వామ్యం లేకుండా. అణువు యొక్క ప్రతి తారుమారుకి కొంత సమయం అవసరం మరియు చాలా అణువులు ఉన్నందున, అసెంబ్లీ ప్రక్రియ ఎక్కువ సమయం తీసుకోకుండా ఉండటానికి బిలియన్ల లేదా ట్రిలియన్ల నానోఅసెంబ్లర్‌లను ఉత్పత్తి చేయడం అవసరమని శాస్త్రవేత్తలు అంచనా వేస్తున్నారు.

(3) రెప్లికేటర్‌లను అభివృద్ధి చేయండి - నానోఅసెంబ్లర్‌ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన పరికరాలు, ఎందుకంటే వారు చాలా చాలా తయారు చేయాలి.

నానోఅసెంబ్లర్‌లు మరియు రెప్లికేటర్‌లు కనిపించడానికి చాలా సంవత్సరాల సమయం పడుతుంది, కానీ వాటి ప్రదర్శన దాదాపు అనివార్యంగా కనిపిస్తుంది. అంతేకాకుండా, ఈ మార్గంలో ప్రతి అడుగు తదుపరిది మరింత వాస్తవమైనదిగా చేస్తుంది. నానో మెషీన్‌లను రూపొందించే దిశగా ఇప్పటికే తొలి అడుగులు వేయబడ్డాయి. అవి "జెనెటిక్ ఇంజనీరింగ్" మరియు "బయోటెక్నాలజీ".

వైద్యం చేసే యంత్రాలు

E. డ్రేక్స్లర్ మానవులకు చికిత్స చేయడానికి నానోమెషీన్‌లను ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించాడు. మానవ శరీరం అణువులతో తయారు చేయబడింది, మరియు "అనవసరమైన" అణువులు కనిపిస్తాయి మరియు "అవసరమైన" వాటి యొక్క ఏకాగ్రత తగ్గుతుంది లేదా వాటి నిర్మాణం మారుతుంది కాబట్టి ప్రజలు అనారోగ్యంతో మరియు వృద్ధులయ్యారు. దీంతో ప్రజలు ఇబ్బందులు పడుతున్నారు. "చెడిపోయిన" అణువులలోని పరమాణువులను తిరిగి అమర్చగల లేదా వాటిని తిరిగి సమీకరించగల నానోమెషీన్‌లను కనిపెట్టకుండా ఒక వ్యక్తిని ఏదీ నిరోధించదు. అటువంటి నానో యంత్రాలు వైద్యంలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగలవని స్పష్టమైంది.

భవిష్యత్తులో, నానోమెషీన్లు (నానోరోబోట్‌లు) సృష్టించబడతాయి, జీవ కణంలోకి చొచ్చుకుపోవడానికి అనుగుణంగా ఉంటాయి, దాని పరిస్థితిని విశ్లేషించండి మరియు అవసరమైతే, అది కలిగి ఉన్న అణువుల నిర్మాణాన్ని మార్చడం ద్వారా దానిని "చికిత్స" చేస్తుంది. కణాలను రిపేర్ చేయడానికి రూపొందించబడిన ఈ నానోమెషిన్‌లు, పరిమాణంలో బాక్టీరియాతో పోల్చవచ్చు మరియు ల్యూకోసైట్‌లు (తెల్ల రక్త కణాలు) వంటి మానవ కణజాలం ద్వారా కదులుతాయి మరియు వైరస్‌ల వంటి కణాలలోకి ప్రవేశిస్తాయి (మూర్తి 6 చూడండి).

సెల్ మరమ్మత్తు కోసం నానోమెషీన్‌ల సృష్టితో, రోగికి చికిత్స చేయడం క్రింది ఆపరేషన్ల క్రమంలో మారుతుంది. మొదట, అణువు ద్వారా పని చేసే అణువు మరియు నిర్మాణం ద్వారా నిర్మాణం, నానోమెయిన్‌లు ఏదైనా కణజాలం లేదా అవయవం యొక్క సెల్ ద్వారా కణాన్ని పునరుద్ధరిస్తాయి (నయం చేస్తాయి). అప్పుడు, శరీరం అంతటా అవయవం ద్వారా పని చేసే అవయవం, వారు వ్యక్తి యొక్క ఆరోగ్యాన్ని పునరుద్ధరిస్తారు.

మూర్తి 6. సెల్ ఉపరితలంపై నానోరోబోట్ యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం. నానోరోబోట్ యొక్క టెన్టకిల్స్ సెల్ లోపల చొచ్చుకుపోవడాన్ని చూడవచ్చు.

ఫోటోలిథోగ్రఫీ - నానో ప్రపంచానికి మార్గం: పై నుండి క్రిందికి

శాస్త్రవేత్తలు మరియు సాంకేతిక నిపుణులు చిన్న పరిమాణాల ప్రపంచంలోకి ప్రవేశించడానికి చాలా కాలంగా ప్రయత్నిస్తున్నారు, ముఖ్యంగా కొత్త ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మరియు పరికరాలను అభివృద్ధి చేసేవారు. ఎలక్ట్రానిక్ పరికరం స్మార్ట్ మరియు విశ్వసనీయంగా ఉండాలంటే, అది భారీ సంఖ్యలో బ్లాక్‌లను కలిగి ఉండాలి, అంటే అది వేలకొద్దీ మరియు కొన్నిసార్లు మిలియన్ల ట్రాన్సిస్టర్‌లను కలిగి ఉండాలి.

ట్రాన్సిస్టర్లు మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ల తయారీలో ఆప్టికల్ ఫోటోలిథోగ్రఫీని ఉపయోగిస్తారు. దాని సారాంశం క్రింది విధంగా ఉంది. ఆక్సిడైజ్డ్ సిలికాన్ ఉపరితలంపై ఫోటోరేసిస్ట్ (పాలిమర్ లైట్-సెన్సిటివ్ మెటీరియల్) యొక్క పొర వర్తించబడుతుంది, ఆపై దానికి ఫోటోమాస్క్ వర్తించబడుతుంది - ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ మూలకాల నమూనాతో ఒక గాజు ప్లేట్ (Fig. 7 చూడండి).

మూర్తి 7. ఎలక్ట్రానిక్ గడియారం యొక్క ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ కోసం ఫోటోమాస్క్.

కాంతి పుంజం ఫోటోమాస్క్ గుండా వెళుతుంది మరియు నలుపు రంగు లేని చోట, కాంతి ఫోటోరేసిస్ట్‌ను తాకి దానిని ప్రకాశిస్తుంది (అంజీర్ 8 చూడండి).

మూర్తి 8. ఫోటోలిథోగ్రఫీ (ఎడమ నుండి కుడికి) ఉపయోగించి మైక్రో సర్క్యూట్ల తయారీ పథకం. మొదట, ఒక ఫోటోమాస్క్ తయారు చేయబడింది, దీని కోసం క్రోమియం మరియు ఫోటోరేసిస్ట్ పొరతో పూసిన గాజు ప్లేట్ లేజర్ పుంజంతో ప్రకాశిస్తుంది, ఆపై ఫోటోరేసిస్ట్ యొక్క ప్రకాశవంతమైన భాగాలు క్రోమియంతో పాటు తొలగించబడతాయి. టెంప్లేట్ అతినీలలోహిత కాంతి యొక్క సమాంతర పుంజంలో ఉంచబడుతుంది, ఇది లెన్స్ ద్వారా కేంద్రీకరించబడుతుంది మరియు సిలికాన్ ఆక్సైడ్ మరియు ఫోటోరేసిస్ట్ యొక్క పలుచని పొరతో పూసిన సిలికాన్ పొర యొక్క ఉపరితలంపైకి వస్తుంది. తదుపరి ఉష్ణ మరియు రసాయన చికిత్సలు ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్ అసెంబ్లీకి అవసరమైన పొడవైన కమ్మీల యొక్క సంక్లిష్టమైన రెండు-డైమెన్షనల్ నమూనాను సృష్టిస్తాయి.

దీని తరువాత, కాంతితో చికిత్స చేయని ఫోటోరేసిస్ట్ యొక్క అన్ని ప్రాంతాలు తొలగించబడతాయి మరియు ప్రకాశించేవి వేడి చికిత్స మరియు రసాయన ఎచింగ్కు లోబడి ఉంటాయి. అందువలన, సిలికాన్ ఆక్సైడ్ యొక్క ఉపరితలంపై ఒక నమూనా ఏర్పడుతుంది మరియు సిలికాన్ పొర ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్ యొక్క ప్రధాన భాగం కావడానికి సిద్ధంగా ఉంది. ట్రాన్సిస్టర్ 1947 లో కనుగొనబడింది, ఆపై దాని కొలతలు 1 సెం.మీ. ఫోటోలిథోగ్రాఫిక్ పద్ధతుల్లో మెరుగుదలలు ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క పరిమాణాన్ని 100 nm కు పెంచడానికి వీలు కల్పించాయి. అయినప్పటికీ, ఫోటోలిథోగ్రఫీ యొక్క ఆధారం రేఖాగణిత ఆప్టిక్స్, అంటే ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి తరంగదైర్ఘ్యం కంటే తక్కువ దూరంలో ఉన్న రెండు సమాంతర సరళ రేఖలను గీయడం అసాధ్యం. అందువల్ల, ఇప్పుడు మైక్రో సర్క్యూట్‌ల ఫోటోలిథోగ్రాఫిక్ తయారీ తక్కువ తరంగదైర్ఘ్యంతో అతినీలలోహిత కాంతిని ఉపయోగిస్తుంది, అయితే తరంగదైర్ఘ్యాన్ని మరింత తగ్గించడం ఖరీదైనది మరియు కష్టం అవుతుంది, అయినప్పటికీ ఆధునిక సాంకేతికతలు ఇప్పటికే మైక్రో సర్క్యూట్‌లను రూపొందించడానికి ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలను ఉపయోగిస్తున్నాయి.

చిప్ తయారీదారులు ఇప్పటి వరకు అనుసరించిన నానోస్కేల్ కొలతల ప్రపంచంలోకి ప్రవేశాన్ని "టాప్-డౌన్" రహదారి అని పిలుస్తారు. వారు స్థూల ప్రపంచంలో తమను తాము నిరూపించుకున్న సాంకేతికతలను ఉపయోగిస్తారు మరియు స్కేల్‌ను మార్చడానికి మాత్రమే ప్రయత్నిస్తున్నారు. కానీ మరొక మార్గం ఉంది - “దిగువ పైకి”. పరమాణువులు మరియు అణువులను స్వీయ-వ్యవస్థీకరణకు బలవంతం చేస్తే, అనేక నానోమీటర్‌ల పరిమాణంలో ఉన్న అణువుల స్వీయ-సంస్థకు ఉదాహరణలు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు, క్వాంటం చుక్కలు, నానోవైర్లు మరియు డెన్డ్రైమర్‌లు. క్రింద వివరాలు.

నానోటెక్నాలజీ సాధనాలు

స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్

నానోబ్జెక్ట్‌లను గమనించడం మరియు వాటిని తరలించడం సాధ్యమైన మొదటి పరికరాలు స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్‌లు - అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్ మరియు ఇదే సూత్రంపై పనిచేసే స్కానింగ్ టన్నెల్ మైక్రోస్కోప్. అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీ (AFM)ని G. బిన్నిగ్ మరియు G. రోహ్రేర్ అభివృద్ధి చేశారు, వీరికి 1986లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్ యొక్క సృష్టి, వ్యక్తిగత పరమాణువుల మధ్య ఉత్పన్నమయ్యే ఆకర్షణ మరియు వికర్షణ శక్తులను అనుభూతి చెందగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, చివరకు నానోబ్జెక్ట్‌లను "టచ్ చేసి చూడటం" సాధ్యమైంది.

మూర్తి 9. స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్ యొక్క ఆపరేటింగ్ సూత్రం. చుక్కల రేఖ లేజర్ పుంజం యొక్క మార్గాన్ని చూపుతుంది. ఇతర వివరణలు వచనంలో ఉన్నాయి.

AFM యొక్క ఆధారం (Fig. 9 చూడండి) ఒక ప్రోబ్, సాధారణంగా సిలికాన్‌తో తయారు చేయబడుతుంది మరియు సన్నని కాంటిలివర్ ప్లేట్‌ను సూచిస్తుంది (దీనిని కాంటిలివర్ అని పిలుస్తారు, ఆంగ్ల పదం "కాంటిలివర్" నుండి - కన్సోల్, బీమ్). కాంటిలివర్ చివరిలో (పొడవు  500 μm, వెడల్పు  50 μm, మందం  1 μm) చాలా పదునైన స్పైక్ (పొడవు  10 μm, 1 నుండి 10 nm వరకు వక్రత వ్యాసార్థం), ఒక సమూహంలో ముగుస్తుంది. లేదా మరిన్ని పరమాణువులు (Fig. 10 చూడండి).

మూర్తి 10. అదే ప్రోబ్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోఫోటోలు తక్కువ (పైభాగం) మరియు అధిక మాగ్నిఫికేషన్ వద్ద తీసుకోబడ్డాయి.

మైక్రోప్రోబ్ నమూనా యొక్క ఉపరితలం వెంట కదులుతున్నప్పుడు, స్పైక్ యొక్క కొన పైకి లేస్తుంది మరియు పడిపోతుంది, గ్రామఫోన్ రికార్డ్‌తో పాటు గ్రామోఫోన్ స్టైలస్ స్లైడ్ చేసినట్లే, ఉపరితలం యొక్క మైక్రోరిలీఫ్‌ను వివరిస్తుంది. కాంటిలివర్ యొక్క పొడుచుకు వచ్చిన చివరలో (స్పైక్ పైన, అంజీర్ 9 చూడండి) లేజర్ పుంజం పడి ప్రతిబింబించే అద్దం ప్రాంతం ఉంది. స్పైక్ తగ్గించబడినప్పుడు మరియు అసమాన ఉపరితలాలపై పైకి లేచినప్పుడు, ప్రతిబింబించే పుంజం విక్షేపం చెందుతుంది మరియు ఈ విచలనం ఫోటోడెటెక్టర్ ద్వారా నమోదు చేయబడుతుంది మరియు స్పైక్ సమీపంలోని పరమాణువులకు ఆకర్షింపబడే శక్తి పీజోఎలెక్ట్రిక్ సెన్సార్ ద్వారా నమోదు చేయబడుతుంది.

ఫోటోడెటెక్టర్ మరియు పైజోఎలెక్ట్రిక్ సెన్సార్ నుండి డేటా ఫీడ్‌బ్యాక్ సిస్టమ్‌లో ఉపయోగించబడుతుంది, ఉదాహరణకు, మైక్రోప్రోబ్ మరియు నమూనా ఉపరితలం మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క స్థిరమైన విలువ. ఫలితంగా, నిజ సమయంలో నమూనా ఉపరితలం యొక్క వాల్యూమెట్రిక్ రిలీఫ్‌ను నిర్మించడం సాధ్యమవుతుంది. AFM పద్ధతి యొక్క రిజల్యూషన్ సుమారు 0.1-1 nm అడ్డంగా మరియు 0.01 nm నిలువుగా ఉంటుంది. స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి పొందిన ఎస్చెరిచియా కోలి బ్యాక్టీరియా యొక్క చిత్రం అంజీర్‌లో చూపబడింది. 11.

మూర్తి 11. ఎస్చెరిచియా కోలి బాక్టీరియం ( ఎస్చెరిచియా కోలి) స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్ ఉపయోగించి చిత్రం పొందబడింది. బాక్టీరియం పొడవు 1.9 మైక్రాన్లు, వెడల్పు 1 మైక్రాన్లు. ఫ్లాగెల్లా మరియు సిలియా యొక్క మందం వరుసగా 30 nm మరియు 20 nm.

స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్‌ల యొక్క మరొక సమూహం ఉపరితల ఉపశమనాన్ని నిర్మించడానికి క్వాంటం మెకానికల్ "టన్నెల్ ఎఫెక్ట్" అని పిలవబడే వాటిని ఉపయోగిస్తుంది. సొరంగం ప్రభావం యొక్క సారాంశం ఏమిటంటే, పదునైన మెటల్ సూది మరియు సుమారు 1 nm దూరంలో ఉన్న ఉపరితలం మధ్య విద్యుత్ ప్రవాహం ఈ దూరంపై ఆధారపడి ఉంటుంది - చిన్న దూరం, ఎక్కువ కరెంట్. సూది మరియు ఉపరితలం మధ్య 10 V యొక్క వోల్టేజ్ వర్తించబడితే, ఈ "టన్నెల్" కరెంట్ 10 pA నుండి 10 nA వరకు ఉంటుంది. ఈ ప్రవాహాన్ని కొలవడం మరియు స్థిరంగా నిర్వహించడం ద్వారా, సూది మరియు ఉపరితలం మధ్య దూరాన్ని స్థిరంగా ఉంచవచ్చు. ఇది ఉపరితలం యొక్క వాల్యూమెట్రిక్ ప్రొఫైల్ను నిర్మించడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది (అంజీర్ 12 చూడండి). అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్ కాకుండా, స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోప్ లోహాలు లేదా సెమీకండక్టర్ల ఉపరితలాలను మాత్రమే అధ్యయనం చేయగలదు.

మూర్తి 12. అధ్యయనంలో ఉన్న ఉపరితలం యొక్క అణువుల పొరల పైన స్థిరమైన దూరం (బాణాలను చూడండి) వద్ద ఉన్న స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోప్ యొక్క సూది.

స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోప్‌ను కూడా ఆపరేటర్ ఎంచుకున్న పాయింట్‌కి అణువును తరలించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఉదాహరణకు, మైక్రోస్కోప్ సూది మరియు నమూనా యొక్క ఉపరితలం మధ్య వోల్టేజ్ ఈ ఉపరితలాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి అవసరమైన దానికంటే కొంచెం ఎక్కువగా ఉంటే, దానికి దగ్గరగా ఉన్న నమూనా అణువు అయాన్‌గా మారుతుంది మరియు సూదికి “జంప్” అవుతుంది. దీని తరువాత, సూదిని కొద్దిగా కదిలించడం మరియు వోల్టేజ్ని మార్చడం ద్వారా, మీరు తప్పించుకున్న అణువును నమూనా యొక్క ఉపరితలంపైకి తిరిగి "జంప్" చేయమని బలవంతం చేయవచ్చు. ఈ విధంగా, అణువులను మార్చడం మరియు నానోస్ట్రక్చర్లను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది, అనగా. నానోమీటర్ క్రమంలో కొలతలతో ఉపరితలంపై నిర్మాణాలు. తిరిగి 1990లో, IBM ఉద్యోగులు తమ కంపెనీ పేరును నికెల్ ప్లేట్‌పై 35 జినాన్ అణువుల నుండి కలపడం ద్వారా సాధ్యమవుతుందని చూపించారు (Fig. 13 చూడండి).

మూర్తి 13. 1990లో స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి ఈ కంపెనీ ఉద్యోగులు తయారు చేసిన నికెల్ ప్లేట్‌పై 35 జినాన్ అణువులతో కూడిన IBM కంపెనీ పేరు.

ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి, మీరు అణువులను మాత్రమే తరలించలేరు, కానీ వారి స్వీయ-సంస్థ కోసం ముందస్తు అవసరాలను కూడా సృష్టించవచ్చు. ఉదాహరణకు, ఒక మెటల్ ప్లేట్‌పై థియోల్ అయాన్‌లను కలిగి ఉన్న నీటి చుక్క ఉంటే, మైక్రోస్కోప్ ప్రోబ్ ఈ అణువులను ఓరియంట్ చేయడంలో సహాయపడుతుంది, తద్వారా వాటి రెండు హైడ్రోకార్బన్ తోకలు ప్లేట్ నుండి దూరంగా ఉంటాయి. ఫలితంగా, ఒక మెటల్ ప్లేట్‌కు కట్టుబడి ఉన్న థియోల్ అణువుల మోనోలేయర్‌ను నిర్మించడం సాధ్యమవుతుంది (అంజీర్ 14 చూడండి). లోహ ఉపరితలంపై అణువుల మోనోలేయర్‌ను సృష్టించే ఈ పద్ధతిని "పెన్ నానోలిథోగ్రఫీ" అంటారు.

మూర్తి 14. ఎగువ ఎడమవైపు - మెటల్ ప్లేట్ పైన స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్ యొక్క కాంటిలివర్ (స్టీల్ గ్రే). కుడి వైపున కాంటిలివర్ చిట్కా కింద ప్రాంతం (ఎడమవైపున ఉన్న చిత్రంలో తెలుపు రంగులో వివరించబడింది) యొక్క పెద్ద దృశ్యం ఉంది, ఇది ప్రోబ్ యొక్క కొన వద్ద ఒక మోనోలేయర్‌లో ఏర్పాటు చేయబడిన ఊదా రంగు హైడ్రోకార్బన్ తోకలతో థియోల్ అణువులను క్రమపద్ధతిలో చూపుతుంది.

ఆప్టికల్ పట్టకార్లు

ఆప్టికల్ (లేదా లేజర్) పట్టకార్లు సూక్ష్మ వస్తువులను తరలించడానికి లేదా వాటిని నిర్దిష్ట ప్రదేశంలో ఉంచడానికి కేంద్రీకృత లేజర్ పుంజంను ఉపయోగించే పరికరాలు. లేజర్ పుంజం యొక్క కేంద్ర బిందువు దగ్గర, కాంతి దాని చుట్టూ ఉన్న ప్రతిదానిని ఫోకస్ వైపు లాగుతుంది (Fig. 15 చూడండి).

మూర్తి 15. ఆప్టికల్ ట్వీజర్స్ యొక్క స్కీమాటిక్ ఇలస్ట్రేషన్. పై నుండి లెన్స్‌పై లేజర్ పుంజం సంఘటన డ్రాప్ లోపల కేంద్రీకృతమై ఉంది. ఈ సందర్భంలో, నీటిలోని ప్రతి కణం శక్తులకు (నారింజ బాణాలు) లోబడి ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా (ఆకుపచ్చ బాణం) ఎల్లప్పుడూ దృష్టి వైపు మళ్ళించబడుతుంది.

చుట్టుపక్కల వస్తువులపై కాంతి పనిచేసే శక్తి చిన్నది, కానీ లేజర్ పుంజం యొక్క దృష్టిలో నానోపార్టికల్స్‌ను పట్టుకోవడానికి ఇది సరిపోతుంది. కణం ఫోకస్‌లో ఉన్నప్పుడు, దానిని లేజర్ పుంజంతో పాటు తరలించవచ్చు. ఆప్టికల్ ట్వీజర్‌లను ఉపయోగించి, మీరు 10 nm నుండి 10 μm వరకు పరిమాణంలో ఉన్న కణాలను తరలించవచ్చు మరియు వాటి నుండి వివిధ నిర్మాణాలను సమీకరించవచ్చు (Fig. 16 చూడండి). భవిష్యత్తులో లేజర్ పట్టకార్లు నానోటెక్నాలజీ యొక్క అత్యంత శక్తివంతమైన సాధనాలలో ఒకటిగా మారుతాయని విశ్వసించడానికి ప్రతి కారణం ఉంది.

మూర్తి 16. లేజర్ ట్వీజర్‌లను ఉపయోగించి ముడుచుకున్న జెల్ నానోపార్టికల్స్ యొక్క వివిధ నమూనాలు.

లేజర్ పుంజంలో ఒకసారి కొన్ని కణాలు కాంతి తీవ్రత గరిష్టంగా ఉన్న ప్రాంతానికి ఎందుకు మొగ్గు చూపుతాయి, అనగా. దృష్టిలోకి (Fig. 17 చూడండి)? దీనికి కనీసం రెండు కారణాలు ఉన్నాయి.

మూర్తి 17. ఎరుపు పుంజం యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం ఫోకస్ వైపు కలుస్తుంది మరియు దాని తర్వాత మళ్లిస్తుంది. పుంజం కేంద్రీకృతమై ఉన్న ప్రదేశంలో ఒక బూడిద గోళాకార కణం కనిపిస్తుంది.

కారణంI - ధ్రువణ కణాలు విద్యుత్ క్షేత్రంలోకి లాగబడతాయి

దృష్టి కేంద్రీకరించే కణాల ధోరణిని వివరించే ముందు, కాంతి పుంజం ఒక విద్యుదయస్కాంత తరంగం అని గుర్తుంచుకోండి మరియు కాంతి యొక్క ఎక్కువ తీవ్రత, పుంజం యొక్క క్రాస్ సెక్షన్‌లో ఎక్కువ విద్యుత్ క్షేత్ర బలం. అందువల్ల, ఫోకస్ వద్ద, విద్యుత్ క్షేత్ర బలం యొక్క రూట్-మీన్-స్క్వేర్ విలువ చాలా రెట్లు పెరుగుతుంది. ఈ విధంగా, ఫోకస్ చేయబడిన కాంతి పుంజం యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రం ఏకరీతిగా ఉండదు, ఇది దృష్టికి చేరుకున్నప్పుడు తీవ్రత పెరుగుతుంది.

మనం ఆప్టికల్ ట్వీజర్‌లతో పట్టుకోవాలనుకునే కణాన్ని డైఎలెక్ట్రిక్‌తో తయారు చేయనివ్వండి. బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రం విద్యుద్వాహక అణువుపై పనిచేస్తుందని, దాని లోపల వ్యతిరేక ఛార్జీలను వేర్వేరు దిశల్లో కదులుతుందని తెలుసు, దీని ఫలితంగా ఈ అణువు డైపోల్ అవుతుంది, ఇది క్షేత్ర రేఖల వెంట ఉంటుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని అంటారు ధ్రువణమువిద్యుద్వాహకము. విద్యుద్వాహకము ధ్రువపరచబడినప్పుడు, వ్యతిరేక మరియు సమాన పరిమాణంలో విద్యుత్ చార్జీలు బాహ్య క్షేత్రానికి ఎదురుగా దాని ఉపరితలాలపై కనిపిస్తాయి. సంబంధించిన.

మూర్తి 18. తీవ్రత యొక్క సజాతీయ విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఉన్న గోళాకార కణం యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం ఇ. "+" మరియు "-" సంకేతాలు దాని ధ్రువణ సమయంలో కణం యొక్క ఉపరితలంపై ఉత్పన్నమయ్యే అనుబంధ ఛార్జీలను సూచిస్తాయి. ధనాత్మక (F +) మరియు ప్రతికూల (F -) బౌండ్ ఛార్జీలపై పనిచేసే విద్యుత్ శక్తులు ఒకే విధంగా ఉంటాయి.

మన విద్యుద్వాహక కణాన్ని దృష్టికి దూరంగా కాంతి పుంజంలో ఉంచనివ్వండి. అప్పుడు అది ఏకరీతి విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఉందని మనం భావించవచ్చు (అంజీర్ 18 చూడండి). కణం యొక్క ఎడమ మరియు కుడి వైపున ఉన్న విద్యుత్ క్షేత్ర బలం ఒకేలా ఉంటుంది కాబట్టి, విద్యుత్ శక్తులు సానుకూలంగా పనిచేస్తాయి ( ఎఫ్+) మరియు ప్రతికూల ( ఎఫ్-) అనుబంధ ఛార్జీలు కూడా ఒకే విధంగా ఉంటాయి. ఫలితంగా, ఒక సజాతీయ విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఉన్న ఒక కణం కదలకుండా ఉంటుంది.

ఇప్పుడు మన కణాన్ని ఫోకస్ ఏరియా పక్కన ఉంచనివ్వండి, ఇక్కడ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ బలం (క్షేత్ర రేఖల సాంద్రత) ఎడమ నుండి కుడికి కదులుతున్నప్పుడు క్రమంగా పెరుగుతుంది (అంజీర్ 19లోని ఎడమవైపు కణం). ఈ ప్రదేశంలో కణం కూడా ధ్రువపరచబడుతుంది, అయితే విద్యుత్ శక్తులు సానుకూలంగా పనిచేస్తాయి ( ఎఫ్+) మరియు ప్రతికూల ( ఎఫ్-) అనుబంధిత ఛార్జీలు భిన్నంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే కణం యొక్క ఎడమ వైపున ఉన్న క్షేత్ర బలం కుడి వైపు కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, కణం కుడి వైపున, ఫోకల్ ప్రాంతం వైపు మళ్లించబడిన నికర శక్తికి లోబడి ఉంటుంది.

మూర్తి 19. ఫోకస్ ఏరియా దగ్గర ఫోకస్డ్ లైట్ బీమ్ యొక్క ఏకరీతి కాని విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఉన్న మూడు గోళాకార కణాల స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం. "+" మరియు "-" సంకేతాలు వాటి ధ్రువణ సమయంలో కణాల ఉపరితలంపై కనిపించే బౌండ్ ఛార్జీలను సూచిస్తాయి. ధనాత్మక (F+) మరియు ప్రతికూల (F-) కట్టుదిట్టమైన చార్జీలపై పనిచేసే విద్యుత్ శక్తులు రేణువులను ఫోకల్ ప్రాంతం వైపు కదులుతాయి.

ఫోకస్ యొక్క మరొక వైపున ఉన్న తీవ్ర కుడి కణం (Fig. 19 చూడండి), ఎడమ వైపుకు, ఫోకస్ ప్రాంతం వైపు మళ్లించబడిన ఫలిత కణం ద్వారా పని చేస్తుందని ఊహించడం సులభం. అందువలన, ఒక లోలకం దాని సమతౌల్య స్థితికి మొగ్గు చూపినట్లుగా, కేంద్రీకృత కాంతి పుంజంలో చిక్కుకున్న అన్ని కణాలు దాని దృష్టికి మొగ్గు చూపుతాయి.

కారణంII - కాంతి వక్రీభవనం కణాన్ని పుంజం మధ్యలో ఉంచుతుంది

కణ వ్యాసం కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం కంటే చాలా పెద్దది అయినట్లయితే, అటువంటి కణానికి రేఖాగణిత ఆప్టిక్స్ నియమాలు చెల్లుబాటు అవుతాయి, అనగా, కణం కాంతిని వక్రీభవిస్తుంది, అనగా. దాని దిశను మార్చండి. అదే సమయంలో, మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ చట్టం ప్రకారం, కాంతి (ఫోటాన్లు) మరియు కణం యొక్క పల్స్ మొత్తం స్థిరంగా ఉండాలి. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక కణం కాంతిని వక్రీకరిస్తే, ఉదాహరణకు, కుడి వైపున, అది కూడా ఎడమ వైపుకు కదలాలి.

లేజర్ పుంజంలోని కాంతి తీవ్రత దాని అక్షం వెంట గరిష్టంగా ఉంటుందని మరియు దాని నుండి దూరంతో క్రమంగా తగ్గుతుందని గమనించాలి. అందువల్ల, కాంతి పుంజం యొక్క అక్షం మీద ఒక కణం ఉన్నట్లయితే, అది ఎడమ మరియు కుడి వైపుకు మళ్లించబడిన ఫోటాన్ల సంఖ్య ఒకే విధంగా ఉంటుంది. ఫలితంగా, కణం అక్షం మీద ఉంటుంది (Fig. 20 చూడండి బి).

మూర్తి 20. గోళాకార కణం యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం దాని అక్షం (ఎ) మరియు దాని అక్షం (బి)కి ఎడమ వైపున ఉన్న కాంతి పుంజంలో ఉంది. ఎరుపు షేడింగ్ యొక్క తీవ్రత పుంజం యొక్క నిర్దిష్ట ప్రాంతంలో కాంతి తీవ్రతకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. 1 మరియు 2 - కిరణాలు, వాటి వక్రీభవనం చిత్రంలో చూపబడింది మరియు మందం వాటి తీవ్రతకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. F 1 మరియు F 2 వరుసగా 1 మరియు 2 కిరణాల వక్రీభవన సమయంలో మొమెంటం పరిరక్షణ చట్టం ప్రకారం కణంపై పనిచేసే శక్తులు. F నెట్ - ఫలితంగా F 1 మరియు F 2.

కాంతి పుంజం యొక్క అక్షానికి సంబంధించి కణం ఎడమవైపుకి స్థానభ్రంశం చెందిన సందర్భాలలో (Fig. 20a చూడండి), ఎడమవైపుకి మళ్లించబడిన ఫోటాన్‌ల సంఖ్య (Fig. 20aలో పుంజం 2 చూడండి) ఫోటాన్‌ల సంఖ్యను మించిపోయింది కుడివైపు (Fig. 20aలో బీమ్ 1 చూడండి). అందువల్ల, ఒక ఫోర్స్ కాంపోనెంట్ F నెట్ పుడుతుంది, పుంజం అక్షం వైపు, కుడి వైపున ఉంటుంది.

పుంజం యొక్క అక్షం నుండి కుడికి స్థానభ్రంశం చేయబడిన ఒక కణం ఎడమ వైపుకు మరియు మళ్లీ ఈ పుంజం యొక్క అక్షం వైపు మళ్లించబడిన ఫలిత కణం ద్వారా ప్రభావితమవుతుందని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది. అందువలన, పుంజం యొక్క అక్షం మీద లేని అన్ని కణాలు సమతౌల్య స్థితికి లోలకం వలె దాని అక్షానికి మొగ్గు చూపుతాయి.

నిబంధనలకు మినహాయింపులు

ఆప్టికల్ ట్వీజర్‌లు పైన వివరించిన శక్తులను "కారణం"లో ఉపయోగించేందుకు I", కణాన్ని బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రంలో ధ్రువపరచడం అవసరం, మరియు దాని ఉపరితలంపై కట్టుబడి ఉన్న ఛార్జీలు కనిపిస్తాయి. ఈ సందర్భంలో, బౌండ్ ఛార్జీలు తప్పనిసరిగా వ్యతిరేక దిశలో నిర్దేశించబడిన ఫీల్డ్‌ను సృష్టించాలి. ఈ సందర్భంలో మాత్రమే కణాలు వైపు పరుగెత్తుతాయి. ఫోకస్ ప్రాంతం, కణం యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం కంటే కణం తేలియాడే మాధ్యమం యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం ఎక్కువగా ఉంటే, అప్పుడు కణం యొక్క ధ్రువణత రివర్స్ అవుతుంది మరియు కణం దృష్టి నుండి తప్పించుకుంటుంది. ఈ విధంగా, ఉదాహరణకు, గ్లిజరిన్‌లో తేలియాడే గాలి బుడగలు ప్రవర్తిస్తాయి.

అదే పరిమితులు "కారణానికి వర్తిస్తాయి II"కణం యొక్క పదార్థం యొక్క సంపూర్ణ వక్రీభవన సూచిక అది ఉన్న మాధ్యమం కంటే తక్కువగా ఉంటే, అప్పుడు కణం ఇతర దిశలో కాంతిని విక్షేపం చేస్తుంది మరియు అందువల్ల పుంజం యొక్క అక్షం నుండి మరింత దూరంగా కదులుతుంది. గ్లిజరిన్‌లోని అదే గాలి బుడగలు ఒక ఉదాహరణ కాబట్టి, కణ పదార్థం యొక్క సాపేక్ష వక్రీభవన సూచిక ఎక్కువగా ఉంటే.

గ్రాఫేన్, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు మరియు ఫుల్లెరెన్‌లు

నానోస్ట్రక్చర్‌లను వ్యక్తిగత అణువులు లేదా ఒకే అణువుల నుండి మాత్రమే కాకుండా, పరమాణు బ్లాక్‌ల నుండి కూడా సమీకరించవచ్చు. నానోస్ట్రక్చర్‌లను రూపొందించడానికి ఇటువంటి బ్లాక్‌లు లేదా మూలకాలు గ్రాఫేన్, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు మరియు ఫుల్లెరెన్‌లు.

గ్రాఫేన్

గ్రాఫేన్ అనేది ఒక లాటిస్‌ను ఏర్పరచడానికి కలిసి బంధించబడిన కార్బన్ అణువులతో కూడిన ఒక ఫ్లాట్ షీట్, వీటిలో ప్రతి కణం తేనెగూడును పోలి ఉంటుంది (Fig. 21). గ్రాఫేన్‌లోని సమీప కార్బన్ అణువుల మధ్య దూరం దాదాపు 0.14 nm.

మూర్తి 21. గ్రాఫేన్ యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం. కాంతి బంతులు కార్బన్ అణువులు మరియు వాటి మధ్య ఉండే రాడ్‌లు గ్రాఫేన్ షీట్‌లోని అణువులను కలిగి ఉండే బంధాలు.

గ్రాఫైట్, దీని నుండి సాధారణ పెన్సిల్స్ యొక్క లీడ్స్ తయారు చేయబడతాయి, ఇది గ్రాఫేన్ యొక్క షీట్ల స్టాక్ (Fig. 22). గ్రాఫైట్‌లోని గ్రాఫేన్‌లు చాలా పేలవంగా బంధించబడ్డాయి మరియు ఒకదానికొకటి జారిపోతాయి. అందువల్ల, మీరు కాగితంపై గ్రాఫైట్‌ను అమలు చేస్తే, దానితో సంబంధం ఉన్న గ్రాఫేన్ షీట్ గ్రాఫైట్ నుండి వేరు చేయబడుతుంది మరియు కాగితంపై ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ రాయడానికి ఎందుకు ఉపయోగించవచ్చో ఇది వివరిస్తుంది.

మూర్తి 22. గ్రాఫైట్‌లో ఒకదానిపై ఒకటి ఉంచబడిన మూడు గ్రాఫేన్ షీట్‌ల స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం.

కార్బన్ సూక్ష్మనాళికలు

నానోటెక్నాలజీలో అనేక ఆశాజనకమైన ప్రాంతాలు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయి. కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు ఫ్రేమ్‌వర్క్ నిర్మాణాలు లేదా కార్బన్ అణువులను మాత్రమే కలిగి ఉన్న జెయింట్ అణువులు. మీరు గ్రాఫైట్ యొక్క పరమాణు పొరలలో ఒకదానిని - గ్రాఫేన్ - ఒక ట్యూబ్‌లోకి రోలింగ్ చేస్తున్నట్లు ఊహించినట్లయితే, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ను ఊహించడం సులభం (Fig. 23).

మూర్తి 23. గ్రాఫైట్ (ఎడమ) యొక్క పరమాణు పొర నుండి నానోట్యూబ్ (కుడి) తయారు చేయడం ఊహించడానికి ఒక మార్గం.

నానోట్యూబ్‌లను మడతపెట్టే పద్ధతి-గ్రాఫేన్ (ట్విస్ట్ యాంగిల్) యొక్క సమరూప అక్షాలకు సంబంధించి నానోట్యూబ్ అక్షం యొక్క దిశ మధ్య కోణం-దీని లక్షణాలను ఎక్కువగా నిర్ణయిస్తుంది. వాస్తవానికి, గ్రాఫైట్ షీట్ నుండి వాటిని రోలింగ్ చేయడం ద్వారా ఎవరూ నానోట్యూబ్‌లను తయారు చేయరు. నానోట్యూబ్‌లు వాటి మధ్య ఆర్క్ ఉత్సర్గ సమయంలో కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్‌ల ఉపరితలంపై తమను తాము ఏర్పరుస్తాయి. ఉత్సర్గ సమయంలో, కార్బన్ అణువులు ఉపరితలం నుండి ఆవిరైపోతాయి మరియు ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి, వివిధ రకాలైన నానోట్యూబ్‌లను ఏర్పరుస్తాయి - ఒకే-పొర, బహుళ-పొర మరియు ట్విస్ట్ యొక్క వివిధ కోణాలతో (Fig. 24).

మూర్తి 24. ఎడమవైపున ఒకే-గోడ కార్బన్ నానోట్యూబ్ యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం ఉంది; కుడివైపు (ఎగువ నుండి క్రిందికి) - రెండు-పొర, నేరుగా మరియు స్పైరల్ నానోట్యూబ్‌లు.

సింగిల్-వాల్డ్ నానోట్యూబ్‌ల వ్యాసం సాధారణంగా 1 nm, మరియు వాటి పొడవు వేల రెట్లు పెద్దది, దాదాపు 40 మైక్రాన్‌లు. వారు దాని ముగింపు యొక్క ఫ్లాట్ ఉపరితలంపై లంబంగా కాథోడ్పై పెరుగుతాయి. కార్బన్ అణువుల నుండి కార్బన్ సూక్ష్మనాళికల యొక్క స్వీయ-అసెంబ్లీ అని పిలవబడేది సంభవిస్తుంది. ట్విస్ట్ కోణంపై ఆధారపడి, నానోట్యూబ్‌లు లోహాల వంటి అధిక వాహకతను కలిగి ఉంటాయి లేదా సెమీకండక్టర్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.

కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు గ్రాఫైట్ కంటే బలంగా ఉంటాయి, అయినప్పటికీ అవి ఒకే కార్బన్ అణువులతో తయారు చేయబడ్డాయి, ఎందుకంటే గ్రాఫైట్‌లో కార్బన్ అణువులు షీట్‌లలో ఉంటాయి (Fig. 22). సాధారణ షీట్ కంటే ట్యూబ్‌లోకి చుట్టిన కాగితపు షీట్ వంగడం మరియు చింపివేయడం చాలా కష్టమని అందరికీ తెలుసు. అందుకే కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు చాలా బలంగా ఉంటాయి. నానోట్యూబ్‌లను చాలా బలమైన మైక్రోస్కోపిక్ రాడ్‌లు మరియు థ్రెడ్‌లుగా ఉపయోగించవచ్చు, ఎందుకంటే ఒకే-గోడ నానోట్యూబ్ యొక్క యంగ్స్ మాడ్యులస్ 1-5 TPa క్రమం యొక్క విలువలను చేరుకుంటుంది, ఇది ఉక్కు కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంటుంది! అందువల్ల, నానోట్యూబ్‌లతో తయారు చేయబడిన దారం, మానవ వెంట్రుకల వలె మందంగా, వందల కిలోగ్రాముల బరువును కలిగి ఉంటుంది.

నిజమే, ప్రస్తుతం నానోట్యూబ్‌ల గరిష్ట పొడవు సాధారణంగా వంద మైక్రాన్‌లు - ఇది రోజువారీ వినియోగానికి చాలా తక్కువ. అయినప్పటికీ, ప్రయోగశాలలో ఉత్పత్తి చేయబడిన నానోట్యూబ్ల పొడవు క్రమంగా పెరుగుతోంది - ఇప్పుడు శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటికే మిల్లీమీటర్ మార్క్కి దగ్గరగా వచ్చారు. అందువల్ల, సమీప భవిష్యత్తులో శాస్త్రవేత్తలు నానోట్యూబ్‌లను సెంటీమీటర్లు మరియు మీటర్ల పొడవు పెంచడం నేర్చుకుంటారని ఆశించడానికి ప్రతి కారణం ఉంది!

ఫుల్లెరెన్స్

గ్రాఫైట్ యొక్క వేడిచేసిన ఉపరితలం నుండి ఆవిరైన కార్బన్ అణువులు, ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి, నానోట్యూబ్‌లను మాత్రమే కాకుండా, కుంభాకార క్లోజ్డ్ పాలిహెడ్రా అయిన ఇతర అణువులను కూడా ఏర్పరుస్తాయి, ఉదాహరణకు, గోళం లేదా దీర్ఘవృత్తాకార రూపంలో. ఈ అణువులలో, కార్బన్ అణువులు సాధారణ షడ్భుజులు మరియు పెంటగాన్‌ల శీర్షాల వద్ద ఉన్నాయి, ఇవి గోళం లేదా దీర్ఘవృత్తాకార ఉపరితలంగా ఉంటాయి.

కార్బన్ అణువుల యొక్క ఈ పరమాణు సమ్మేళనాలన్నీ పేరు పెట్టబడ్డాయి ఫుల్లెరెన్స్అమెరికన్ ఇంజనీర్, డిజైనర్ మరియు ఆర్కిటెక్ట్ R. బక్‌మిన్‌స్టర్ ఫుల్లర్ పేరు పెట్టారు, అతను తన భవనాల గోపురాలను నిర్మించడానికి అన్ని ఫుల్లెరెన్‌ల పరమాణు ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ల యొక్క ప్రధాన నిర్మాణ అంశాలు అయిన పెంటగాన్‌లు మరియు షడ్భుజాలను (Fig. 25) ఉపయోగించాడు.

మూర్తి 25. ఫుల్లర్స్ బయోస్పియర్ (US పెవిలియన్ వద్ద ఎక్స్‌పో 67, ఇప్పుడు బయోస్పియర్ మ్యూజియం మాంట్రియల్, కెనడా.

60 కార్బన్ పరమాణువులను (C 60) కలిగి ఉన్న అత్యంత సుష్టమైన మరియు అత్యంత అధ్యయనం చేసిన ఫుల్లెరిన్ యొక్క అణువులు బహుభుజి, 20 షడ్భుజులు మరియు 12 పెంటగాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది మరియు సాకర్ బంతిని పోలి ఉంటుంది (Fig. 26). C 60 ఫుల్లెరెన్ యొక్క వ్యాసం సుమారు 1 nm.

మూర్తి 26. ఫుల్లెరిన్ సి 60 యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం.

అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త R. స్మోలీ, అలాగే ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు H. క్రోటో మరియు R. కర్ల్‌లకు ఫుల్లెరెన్‌ల ఆవిష్కరణ కోసం 1996 అవార్డు లభించింది నోబెల్ బహుమతి. ఫుల్లెరిన్ C 60 యొక్క చిత్రం చాలా మంది నానోటెక్నాలజీకి చిహ్నంగా పరిగణించబడుతుంది.

డెన్డ్రైమర్లు

నానోవరల్డ్ యొక్క మూలకాలలో ఒకటి డెండ్రైమర్‌లు (చెట్టు లాంటి పాలిమర్‌లు) - 1 నుండి 10 nm వరకు పరిమాణంలో ఉండే నానోస్ట్రక్చర్‌లు, ఒక శాఖల నిర్మాణంతో అణువులను కలపడం ద్వారా ఏర్పడతాయి. కెమిస్ట్రీ-పాలిమర్ కెమిస్ట్రీకి దగ్గరి సంబంధం ఉన్న నానోటెక్నాలజీలలో డెన్డ్రైమర్ల సంశ్లేషణ ఒకటి. అన్ని పాలిమర్‌ల మాదిరిగానే, డెన్డ్రైమర్‌లు మోనోమర్‌లతో కూడి ఉంటాయి, అయితే ఈ మోనోమర్‌ల అణువులు శాఖల నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. పాలిమర్ అణువు పెరుగుదల సమయంలో, పెరుగుతున్న కొమ్మలు (ఒక చెట్టు కొమ్మలు లేదా ప్రక్కనే ఉన్న చెట్ల కిరీటాలు కలిసి పెరగనట్లే) ఒకదానికొకటి చేరకపోతే, డెన్డ్రైమర్ ఒక గోళాకార కిరీటం ఉన్న చెట్టును పోలి ఉంటుంది. గోళాకార నిర్మాణాల మాదిరిగానే ఇటువంటి డెన్డ్రైమర్‌లు ఎలా ఏర్పడతాయో మూర్తి 27 చూపిస్తుంది.

మూర్తి 27. శాఖలుగా ఉన్న Z-X-Z అణువు (పైభాగం) మరియు వివిధ రకాలైన డెన్డ్రైమర్‌లు (దిగువ) నుండి డెన్డ్రైమర్ అసెంబ్లీ.

డెన్డ్రైమర్ లోపల కావిటీస్ ఏర్పడవచ్చు, డెన్డ్రైమర్లు ఏర్పడిన సమక్షంలో పదార్థంతో నిండి ఉంటుంది. ఏదైనా ఔషధాన్ని కలిగి ఉన్న ద్రావణంలో ఒక డెన్డ్రైమర్ సంశ్లేషణ చేయబడితే, ఈ డెన్డ్రైమర్ ఈ ఔషధంతో నానోక్యాప్సూల్ అవుతుంది. అదనంగా, డెన్డ్రైమర్ లోపల కావిటీస్ వివిధ వ్యాధులను నిర్ధారించడానికి ఉపయోగించే రేడియోధార్మిక లేబుల్ పదార్థాలను కలిగి ఉండవచ్చు.

డెన్డ్రైమర్‌ల కావిటీలను అవసరమైన పదార్థాలతో నింపడం ద్వారా, ఉదాహరణకు, స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి వివిధ డెన్డ్రైమర్‌ల నుండి నానోఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లను సమీకరించడం సాధ్యమవుతుందని శాస్త్రవేత్తలు నమ్ముతున్నారు. ఈ సందర్భంలో, రాగితో నిండిన డెన్డ్రైమర్ కండక్టర్‌గా పని చేస్తుంది.

వాస్తవానికి, డెన్డ్రైమర్‌ల ఉపయోగంలో ఒక ఆశాజనకమైన దిశ అనేది నానోక్యాప్సూల్స్‌గా ఉపయోగించడం సాధ్యమవుతుంది, ఈ మందులు అవసరమైన కణాలకు నేరుగా మందులను పంపిణీ చేస్తుంది. ఔషధాన్ని కలిగి ఉన్న అటువంటి డెన్డ్రైమర్‌ల యొక్క కేంద్ర భాగం తప్పనిసరిగా మందు లీకేజీని నిరోధించే షెల్‌తో చుట్టబడి ఉండాలి, దాని బయటి ఉపరితలంపై లక్ష్య కణాల ఉపరితలంపై ప్రత్యేకంగా కట్టుబడి ఉండే అణువులను (యాంటీబాడీస్) జతచేయడం అవసరం. . అటువంటి డెన్డ్రైమర్ నానోక్యాప్సూల్స్ వ్యాధిగ్రస్తులైన కణాలకు చేరుకుని వాటికి కట్టుబడిన తర్వాత, డెన్డ్రైమర్ యొక్క బయటి కవచాన్ని నాశనం చేయడం అవసరం, ఉదాహరణకు, లేజర్ ఉపయోగించి లేదా ఈ షెల్ స్వీయ-అధోకరణం చెందేలా చేస్తుంది.

"బాటమ్-అప్" దిశలో నానోవరల్డ్‌లోకి ప్రవేశించే మార్గాలలో డెండ్రైమర్‌లు ఒకటి.

నానోవైర్లు

నానోవైర్లు అనేది నానోమీటర్ యొక్క క్రమం మీద వ్యాసం కలిగిన వైర్లు, ఇది మెటల్, సెమీకండక్టర్ లేదా విద్యుద్వాహకముతో తయారు చేయబడింది. నానోవైర్ల పొడవు తరచుగా వాటి వ్యాసాన్ని 1000 రెట్లు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ దాటవచ్చు. అందువల్ల, నానోవైర్‌లను తరచుగా ఒక డైమెన్షనల్ నిర్మాణాలు అని పిలుస్తారు మరియు వాటి అతి చిన్న వ్యాసం (సుమారు 100 పరమాణు పరిమాణాలు) వివిధ క్వాంటం మెకానికల్ ప్రభావాలను వ్యక్తపరచడం సాధ్యం చేస్తుంది. నానోవైర్లను కొన్నిసార్లు "క్వాంటం వైర్లు" అని ఎందుకు పిలుస్తారో ఇది వివరిస్తుంది.

నానోవైర్లు ప్రకృతిలో లేవు. ప్రయోగశాలలలో, నానోవైర్లు చాలా తరచుగా పొందబడతాయి ఎపిటాక్సీఒక పదార్ధం యొక్క స్ఫటికీకరణ ఒక దిశలో మాత్రమే సంభవించినప్పుడు. ఉదాహరణకు, చిత్రంలో (ఎడమ) చూపిన విధంగా సిలికాన్ నానోవైర్‌ను పెంచవచ్చు.

చిత్రం 28. ఎడమ - SiH 4 వాతావరణంలో బంగారు నానోపార్టికల్‌ను ఉపయోగించి ఎపిటాక్సీ ద్వారా సిలికాన్ నానోవైర్ (పింక్) ఉత్పత్తి. కుడివైపున ఎపిటాక్సీ ద్వారా పొందిన ZnO నానోవైర్ల "అడవి" ఉంది. యాంగ్ మరియు ఇతరుల నుండి స్వీకరించబడింది. (కెమ్. యూర్. జె., వి.8, పేజి.6, 2002)

సిలేన్ వాయువు (SiH 4) వాతావరణంలో బంగారు నానోపార్టికల్ ఉంచబడుతుంది మరియు ఈ నానోపార్టికల్ సిలేన్‌ను హైడ్రోజన్ మరియు ద్రవ సిలికాన్‌గా కుళ్ళిపోవడానికి ఉత్ప్రేరకం అవుతుంది. లిక్విడ్ సిలికాన్ నానోపార్టికల్ నుండి బయటకు వెళ్లి దాని కింద స్ఫటికీకరిస్తుంది. నానోపార్టికల్ చుట్టూ ఉన్న సిలేన్ ఏకాగ్రత మారకుండా నిర్వహించబడితే, ఎపిటాక్సీ ప్రక్రియ కొనసాగుతుంది మరియు ఇప్పటికే పటిష్టమైన పొరలపై ద్రవ సిలికాన్ యొక్క మరింత కొత్త పొరలు స్ఫటికీకరిస్తాయి. తత్ఫలితంగా, సిలికాన్ నానోవైర్ పెరుగుతుంది, బంగారు నానోపార్టికల్‌ను పైకి ఎత్తుతుంది. ఈ సందర్భంలో, సహజంగానే, నానోపార్టికల్ యొక్క పరిమాణం నానోవైర్ యొక్క వ్యాసాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. అంజీర్‌లో కుడివైపు. మూర్తి 28 ఇదే పద్ధతిలో తయారు చేయబడిన ZnO నానోవైర్ల అడవిని చూపిస్తుంది.

నానోవైర్ల యొక్క ప్రత్యేక విద్యుత్ మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు భవిష్యత్తులో నానోఎలక్ట్రానిక్ మరియు నానోఎలక్ట్రోమెకానికల్ పరికరాలలో వాటి ఉపయోగం కోసం ముందస్తు అవసరాలను సృష్టిస్తాయి, అలాగే కొత్త మిశ్రమ పదార్థాలు మరియు బయోసెన్సర్‌ల మూలకాలు.

నానోమోరల్ యొక్క రహస్యాలు

సూక్ష్మదర్శిని క్రింద ఘర్షణ

మనం అడుగడుగునా ఘర్షణను ఎదుర్కొంటాము, కాని ఘర్షణ లేకుండా మనం ఒక్క అడుగు కూడా వేయలేము. ఘర్షణ శక్తులు లేని ప్రపంచాన్ని ఊహించడం అసాధ్యం. ఘర్షణ లేనట్లయితే, అనేక స్వల్పకాలిక కదలికలు నిరవధికంగా కొనసాగుతాయి. టెక్టోనిక్ ప్లేట్లు నిరంతరం ఒకదానికొకటి ఢీకొనడం వల్ల భూమి నిరంతరాయంగా భూకంపాలకు గురవుతుంది. అన్ని హిమానీనదాలు వెంటనే పర్వతాల నుండి క్రిందికి వస్తాయి మరియు గత సంవత్సరం గాలి నుండి దుమ్ము భూమి యొక్క ఉపరితలం మీదుగా ఎగురుతుంది. ప్రపంచంలో ఇంకా రాపిడి శక్తి ఉండడం ఎంత బాగుందో!

మరోవైపు, యంత్ర భాగాల మధ్య ఘర్షణ దుస్తులు మరియు అదనపు ఖర్చులకు దారితీస్తుంది. ట్రిబాలజీలో పరిశోధన - రాపిడి శాస్త్రం - జాతీయ స్థూల ఉత్పత్తిలో 2 నుండి 10% వరకు ఆదా చేయగలదని కఠినమైన అంచనాలు చూపిస్తున్నాయి.

మనిషి యొక్క రెండు ముఖ్యమైన ఆవిష్కరణలు - చక్రం మరియు అగ్నిని తయారు చేయడం - ఘర్షణ శక్తితో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. చక్రం యొక్క ఆవిష్కరణ కదలికకు ఆటంకం కలిగించే శక్తిని గణనీయంగా తగ్గించడం సాధ్యం చేసింది మరియు అగ్ని ఉత్పత్తి మనిషి యొక్క సేవలో ఘర్షణ శక్తిని ఉంచింది. అయినప్పటికీ, శాస్త్రవేత్తలు ఘర్షణ శక్తి యొక్క భౌతిక ప్రాతిపదికను పూర్తిగా అర్థం చేసుకోలేరు. మరియు అస్సలు కాదు ఎందుకంటే ప్రజలు ఇటీవల ఈ దృగ్విషయంపై ఆసక్తి చూపడం మానేశారు.

ఘర్షణ చట్టాల యొక్క మొదటి సూత్రీకరణ గొప్ప లియోనార్డో (1519)కి చెందినది, అతను ఒక శరీరం మరొక శరీరం యొక్క ఉపరితలంతో సంబంధంలోకి వచ్చినప్పుడు ఉత్పన్నమయ్యే ఘర్షణ శక్తి కదలిక దిశకు వ్యతిరేకంగా నిర్దేశించిన నొక్కే శక్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని వాదించాడు. మరియు సంప్రదింపు ప్రాంతంపై ఆధారపడదు. ఈ చట్టం 180 సంవత్సరాల తర్వాత G. అమోంటన్‌చే తిరిగి కనుగొనబడింది, ఆపై C. కూలంబ్ (1781) రచనలలో శుద్ధి చేయబడింది. అమోంటన్ మరియు కూలంబ్ ఘర్షణ గుణకం అనే భావనను లోడ్ చేయడానికి ఘర్షణ శక్తి యొక్క నిష్పత్తిగా పరిచయం చేశారు, దీనికి భౌతిక స్థిరాంకం యొక్క విలువను అందించారు, ఇది ఏదైనా జత సంప్రదింపు పదార్థాలకు ఘర్షణ శక్తిని పూర్తిగా నిర్ణయిస్తుంది. ఇప్పటి వరకు ఇదే ఫార్ములా

ఎఫ్ tr = μ ఎన్, (1)

ఎక్కడ ఎఫ్ tr - ఘర్షణ శక్తి, ఎన్సంపర్క ఉపరితలంపై సాధారణ నొక్కే శక్తి యొక్క భాగం, మరియు μ అనేది ఘర్షణ గుణకం, పాఠశాల భౌతిక శాస్త్ర పాఠ్యపుస్తకాలలో కనుగొనబడే ఏకైక సూత్రం (Fig. 29 చూడండి).

మూర్తి 29. ఘర్షణ యొక్క క్లాసికల్ చట్టం యొక్క సూత్రీకరణ వైపు.

రెండు శతాబ్దాలుగా, ప్రయోగాత్మకంగా నిరూపితమైన చట్టాన్ని (1) ఎవరూ ఖండించలేకపోయారు మరియు ఇది ఇప్పటికీ 200 సంవత్సరాల క్రితం మాదిరిగానే ఉంది:

 ఘర్షణ శక్తి స్లైడింగ్ బాడీల ఉపరితలాలను కుదించే శక్తి యొక్క సాధారణ భాగానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు ఎల్లప్పుడూ కదలిక దిశకు వ్యతిరేక దిశలో పనిచేస్తుంది.

 ఘర్షణ శక్తి సంపర్క ఉపరితలం యొక్క పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉండదు.

 ఘర్షణ శక్తి స్లైడింగ్ వేగంపై ఆధారపడి ఉండదు.

 స్లైడింగ్ ఘర్షణ శక్తి కంటే స్టాటిక్ ఫ్రిక్షన్ ఫోర్స్ ఎల్లప్పుడూ ఎక్కువగా ఉంటుంది.

 ఘర్షణ శక్తులు ఒకదానికొకటి స్లైడింగ్ చేసే రెండు పదార్థాలపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటాయి.

ఘర్షణ యొక్క శాస్త్రీయ నియమం ఎల్లప్పుడూ చెల్లుబాటు అవుతుందా?

19వ శతాబ్దంలో, అమోంటన్-కూలంబ్ చట్టం (1) ఎల్లప్పుడూ ఘర్షణ శక్తిని సరిగ్గా వివరించదని మరియు ఘర్షణ గుణకాలు సార్వత్రిక లక్షణాలు కాదని స్పష్టమైంది. అన్నింటిలో మొదటిది, ఘర్షణ గుణకాలు ఏ పదార్థాలు సంపర్కంలో ఉన్నాయో మాత్రమే కాకుండా, సంప్రదింపు ఉపరితలాలు ఎంత సజావుగా ప్రాసెస్ చేయబడతాయనే దానిపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుందని గుర్తించబడింది. ఉదాహరణకు, వాక్యూమ్‌లోని ఘర్షణ గుణకాలు సాధారణ పరిస్థితుల కంటే ఎల్లప్పుడూ ఎక్కువగా ఉంటాయని తేలింది (క్రింద పట్టిక చూడండి).

ఈ వ్యత్యాసాల గురించి వ్యాఖ్యానిస్తూ, భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి గ్రహీత R. ఫేన్మాన్ తన ఉపన్యాసాలలో ఇలా వ్రాశాడు - …ఘర్షణ యొక్క గుణకాలను జాబితా చేసే పట్టికలు "ఉక్కుపై ఉక్కు", "రాగిపై రాగి" మరియు మొదలైనవన్నీ పూర్తి స్కామ్, ఎందుకంటే అవి ఈ చిన్న విషయాలను నిర్లక్ష్యం చేస్తాయి, కానీ అవి μ విలువను నిర్ణయిస్తాయి. ఘర్షణ "రాగిపై రాగి", మొదలైనవి. - ఇది వాస్తవానికి రాగికి అంటుకునే కలుషితాలపై ఘర్షణ".

మీరు, వాస్తవానికి, వేరొక మార్గాన్ని తీసుకోవచ్చు మరియు "రాగిపై రాగి" యొక్క ఘర్షణను అధ్యయనం చేయడం ద్వారా, వాక్యూమ్‌లో ఆదర్శంగా పాలిష్ చేయబడిన మరియు డీగ్యాస్డ్ ఉపరితలాల కదలిక సమయంలో శక్తులను కొలవవచ్చు. కానీ అలాంటి రెండు రాగి ముక్కలు కలిసి ఉంటాయి మరియు ఉపరితలాల పరిచయం ప్రారంభమైనప్పటి నుండి గడిచిన సమయంతో స్టాటిక్ రాపిడి యొక్క గుణకం పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది. అదే కారణాల వల్ల, స్లైడింగ్ రాపిడి గుణకం వేగంపై ఆధారపడి ఉంటుంది (తగ్గుతున్న కొద్దీ పెరుగుతుంది). దీని అర్థం స్వచ్ఛమైన లోహాల కోసం ఘర్షణ శక్తిని ఖచ్చితంగా గుర్తించడం కూడా అసాధ్యం.

అయినప్పటికీ, పొడి ప్రామాణిక ఉపరితలాల కోసం ఘర్షణ యొక్క క్లాసికల్ చట్టం దాదాపు ఖచ్చితమైనది, అయినప్పటికీ ఈ రకమైన చట్టానికి కారణం ఇటీవల వరకు అస్పష్టంగానే ఉంది. అన్నింటికంటే, రెండు ఉపరితలాల మధ్య ఘర్షణ గుణకాన్ని ఎవరూ సిద్ధాంతపరంగా అంచనా వేయలేకపోయారు.

పరమాణువులు ఒకదానికొకటి ఎలా రుద్దుతాయి?

ఘర్షణను అధ్యయనం చేయడంలో ఇబ్బంది ఏమిటంటే, ఈ ప్రక్రియ జరిగే ప్రదేశం పరిశోధకుడి నుండి అన్ని వైపుల నుండి దాగి ఉంది. అయినప్పటికీ, సూక్ష్మదర్శిని స్థాయిలో (అంటే మీరు మైక్రోస్కోప్ ద్వారా చూస్తే) సంప్రదింపు ఉపరితలాలు పాలిష్ చేయబడినప్పటికీ చాలా కఠినమైనవి కావడం వల్ల ఘర్షణ శక్తి ఏర్పడిందని శాస్త్రవేత్తలు చాలా కాలంగా నిర్ధారణకు వచ్చారు. అందువల్ల, ఒకదానికొకటి రెండు ఉపరితలాల స్లైడింగ్ విలోమ కాకసస్ పర్వతాలు, ఉదాహరణకు, హిమాలయాలకు వ్యతిరేకంగా రుద్దినప్పుడు ఒక అద్భుతమైన సందర్భాన్ని పోలి ఉండవచ్చు (Fig. 30).

మూర్తి 30. చిన్న (ఎగువ) మరియు పెద్ద (దిగువ) సంపీడన శక్తితో స్లైడింగ్ ఉపరితలాల సంపర్క స్థలం యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం.

ఇంతకుముందు, ఘర్షణ యంత్రాంగం సరళమైనదిగా భావించబడింది: ఉపరితలం అసమానతలతో కప్పబడి ఉంటుంది మరియు స్లైడింగ్ భాగాల యొక్క వరుస "ఆరోహణ-అవరోహణ" చక్రాల ఫలితంగా ఘర్షణ ఏర్పడింది. కానీ ఇది తప్పు, ఎందుకంటే అప్పుడు శక్తి నష్టం ఉండదు, కానీ ఘర్షణ శక్తిని వినియోగిస్తుంది.

కింది ఘర్షణ నమూనా వాస్తవికతకు దగ్గరగా పరిగణించబడుతుంది. రుద్దడం ఉపరితలాలు జారిపోతున్నప్పుడు, వాటి సూక్ష్మ అవకతవకలు సంపర్కంలోకి వస్తాయి మరియు సంపర్క బిందువుల వద్ద, ఒకదానికొకటి వ్యతిరేకించే పరమాణువులు ఒకదానికొకటి ఆకర్షితులవుతాయి, అవి "కలిసి లాక్" చేసినట్లుగా. శరీరాల యొక్క మరింత సాపేక్ష కదలికతో, ఈ కప్లింగ్‌లు విరిగిపోతాయి మరియు అణు కంపనాలు ఉత్పన్నమవుతాయి, విస్తరించిన వసంతం విడుదలైనప్పుడు సంభవించే విధంగా ఉంటుంది. కాలక్రమేణా, ఈ కంపనాలు చనిపోతాయి మరియు వాటి శక్తి వేడిగా మారుతుంది, రెండు శరీరాలపై వ్యాపిస్తుంది. మృదువైన శరీరాల స్లైడింగ్ విషయంలో, "ప్లోయింగ్" అని పిలవబడే సూక్ష్మ-అక్రమాల నాశనం కూడా సాధ్యమే, ఈ సందర్భంలో, యాంత్రిక శక్తి ఇంటర్మోలిక్యులర్ లేదా ఇంటర్‌టామిక్ బంధాల నాశనంపై ఖర్చు చేయబడుతుంది.

అందువల్ల, మేము ఘర్షణను అధ్యయనం చేయాలనుకుంటే, ఉపరితలం నుండి ఈ ఇసుక రేణువుపై పనిచేసే శక్తులను కొలిచేటప్పుడు, అనేక అణువులతో కూడిన ఇసుక రేణువును దాని నుండి చాలా తక్కువ దూరంలో ఉపరితలం వెంట తరలించడం అవసరం. అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోపీని కనుగొన్న తర్వాతే ఇది సాధ్యమైంది. అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్ (AFM) యొక్క సృష్టి, వ్యక్తిగత అణువుల మధ్య ఉత్పన్నమయ్యే ఆకర్షణ మరియు వికర్షణ శక్తులను అనుభూతి చెందగల సామర్థ్యం కలిగి ఉంది, చివరకు ఘర్షణ శక్తులు ఏమిటో "అనుభూతి" చేయడం సాధ్యపడింది, ఘర్షణ శాస్త్రం యొక్క కొత్త రంగాన్ని తెరిచింది - నానోట్రిబాలజీ.

1990ల ప్రారంభం నుండి, AFMని ఉపయోగించి, మైక్రోప్రోబ్‌లు వివిధ ఉపరితలాల వెంట జారిపోతున్నప్పుడు వాటి రాపిడి శక్తి మరియు నొక్కే శక్తిపై ఈ శక్తుల ఆధారపడటంపై క్రమబద్ధమైన అధ్యయనాలు జరిగాయి. సిలికాన్‌తో తయారు చేయబడిన సాధారణంగా ఉపయోగించే ప్రోబ్స్ కోసం, మైక్రోస్కోపిక్ స్లైడింగ్ రాపిడి శక్తి నొక్కే శక్తిలో 60-80% అని తేలింది, ఇది 10 nN కంటే ఎక్కువ కాదు (Fig. 31, టాప్ చూడండి). ఒకరు ఊహించినట్లుగా, మైక్రోప్రోబ్ పరిమాణంతో స్లైడింగ్ రాపిడి శక్తి పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే ఏకకాలంలో ఆకర్షిస్తున్న అణువుల సంఖ్య పెరుగుతుంది (Fig. 31, దిగువన చూడండి).

మూర్తి 31. బాహ్య శక్తిపై మైక్రోప్రోబ్ యొక్క స్లైడింగ్ ఘర్షణ శక్తి యొక్క ఆధారపడటం, ఎన్, దానిని గ్రాఫైట్ ఉపరితలంపై నొక్కడం. టాప్ - ప్రోబ్ యొక్క వక్రత యొక్క వ్యాసార్థం, 17 nm; దిగువ - ప్రోబ్ యొక్క వక్రత యొక్క వ్యాసార్థం, 58 nm. ఇది చిన్న కోసం చూడవచ్చు ఎన్ఆధారపడటం వక్రంగా ఉంటుంది మరియు పెద్ద విలువలలో ఇది చుక్కల రేఖ ద్వారా సూచించబడిన సరళ రేఖకు చేరుకుంటుంది. హోల్షర్ మరియు స్క్వార్ట్జ్ (2002) నుండి తీసుకోబడిన డేటా.

అందువల్ల, మైక్రోప్రోబ్ యొక్క స్లైడింగ్ ఘర్షణ శక్తి ఉపరితలంతో దాని పరిచయం యొక్క ప్రాంతంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది ఘర్షణ యొక్క శాస్త్రీయ నియమానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. మైక్రోప్రోబ్‌ను ఉపరితలంపై నొక్కే శక్తి లేనప్పుడు స్లైడింగ్ ఘర్షణ శక్తి సున్నాగా మారదని కూడా తేలింది. అవును, ఇది అర్థం చేసుకోదగినది, ఎందుకంటే మైక్రోప్రోబ్ చుట్టూ ఉన్న ఉపరితల పరమాణువులు దానికి దగ్గరగా ఉంటాయి కాబట్టి అవి బాహ్య కుదింపు శక్తి లేనప్పుడు కూడా దానిని ఆకర్షిస్తాయి. అందువల్ల, శాస్త్రీయ చట్టం యొక్క ప్రధాన ఊహ - సంపీడన శక్తిపై ఘర్షణ శక్తి యొక్క ప్రత్యక్ష అనుపాత ఆధారపడటం గురించి - నానోట్రిబాలజీలో కూడా గమనించబడలేదు.

అయినప్పటికీ, AFMని ఉపయోగించి పొందిన శాస్త్రీయ చట్టం (1) మరియు నానోట్రిబాలజీ డేటా మధ్య ఉన్న ఈ వ్యత్యాసాలన్నీ సులభంగా తొలగించబడతాయి. స్లైడింగ్ బాడీకి వ్యతిరేకంగా నొక్కే శక్తి పెరిగేకొద్దీ, మైక్రోకాంటాక్ట్‌ల సంఖ్య పెరుగుతుంది, అంటే మొత్తం స్లైడింగ్ ఘర్షణ శక్తి పెరుగుతుంది. అందువల్ల, ఇప్పుడే పొందిన శాస్త్రవేత్తల డేటా మరియు పాత చట్టం మధ్య వైరుధ్యాలు లేవు.

చాలా కాలంగా, ఒక శరీరం మరొకదానిపైకి జారడానికి బలవంతం చేయడం ద్వారా, మనం ఒక శరీరం యొక్క చిన్న అసమానతలను విచ్ఛిన్నం చేస్తాము, ఇది మరొకటి ఉపరితలం యొక్క అసమానతలకు అతుక్కుంటుంది మరియు ఈ అసమానతలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి, ఘర్షణ శక్తి అవసరం. అందువల్ల, పాత ఆలోచనలు తరచుగా రాపిడి శక్తి యొక్క సంభవనీయతను రుద్దడం ఉపరితలాల యొక్క మైక్రోప్రొట్రూషన్లకు నష్టంతో అనుబంధిస్తాయి, వాటి అని పిలవబడే దుస్తులు. AFM మరియు ఇతర ఆధునిక పద్ధతులను ఉపయోగించి నానోట్రిబోలాజికల్ అధ్యయనాలు ఉపరితలాల మధ్య ఘర్షణ శక్తులు దెబ్బతినని సందర్భాల్లో కూడా ఉనికిలో ఉన్నాయని చూపించాయి. ఈ రాపిడి శక్తికి కారణం రుద్దడం అణువుల మధ్య నిరంతరం ఉత్పన్నమయ్యే మరియు విచ్ఛిన్నమయ్యే బంధాలు.

నానోపార్టికల్స్ తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎందుకు కరుగుతాయి?

కణ పరిమాణం తగ్గినప్పుడు, దాని యాంత్రిక లక్షణాలు మాత్రమే కాకుండా, దాని థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలు కూడా మారుతాయి. ఉదాహరణకు, దాని ద్రవీభవన స్థానం సాధారణ-పరిమాణ నమూనాల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. అల్యూమినియం నానోపార్టికల్స్ పరిమాణం తగ్గినప్పుడు వాటి ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత ఎలా మారుతుందో మూర్తి 35 చూపిస్తుంది. 4 nm కణం యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత సాధారణ పరిమాణంలోని అల్యూమినియం నమూనా కంటే 140 o C తక్కువగా ఉన్నట్లు చూడవచ్చు.

మూర్తి 35. అల్యూమినియం నానోపార్టికల్స్ T m యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడటం వాటి వ్యాసార్థం R పై angstroms (Å) 1 Å=0.1 nm.

అంజీర్‌లో చూపిన దానికి సమానమైన డిపెండెన్సీలు. అనేక లోహాలకు 35 లభించాయి. అందువలన, టిన్ నానోపార్టికల్స్ యొక్క వ్యాసం 8 nm కు తగ్గించబడినప్పుడు, వాటి ద్రవీభవన స్థానం 100 ° C (230 ° C నుండి 130 ° C వరకు) పడిపోతుంది. అదే సమయంలో, బంగారు నానోపార్టికల్స్ కోసం ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రతలో (500 ° C కంటే ఎక్కువ) అతిపెద్ద తగ్గుదల కనుగొనబడింది.

నానోపార్టికల్స్ ఉపరితలంపై దాదాపు అన్ని అణువులను కలిగి ఉంటాయి!

నానోపార్టికల్స్ యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత తగ్గడానికి కారణం ఏమిటంటే, అన్ని స్ఫటికాల ఉపరితలంపై ఉన్న అణువులు ప్రత్యేక పరిస్థితులలో ఉంటాయి మరియు నానోపార్టికల్స్‌లో అటువంటి "ఉపరితల" అణువుల నిష్పత్తి చాలా పెద్దదిగా మారుతుంది. అల్యూమినియం కోసం ఈ “ఉపరితల” భిన్నాన్ని అంచనా వేద్దాం.

1 సెం.మీ 3 అల్యూమినియం సుమారు 6 కలిగి ఉందని లెక్కించడం సులభం. 10 22 పరమాణువులు. సరళత కోసం, అణువులు క్యూబిక్ క్రిస్టల్ లాటిస్ యొక్క నోడ్‌ల వద్ద ఉన్నాయని మేము అనుకుంటాము, అప్పుడు ఈ లాటిస్‌లోని పొరుగు అణువుల మధ్య దూరం సుమారు 4 ఉంటుంది. 10 -8 సెం.మీ అంటే ఉపరితలంపై అణువుల సాంద్రత 6 ఉంటుంది. 10 14 సెం.మీ -2 .

ఇప్పుడు 1 సెంటీమీటర్ల అంచుతో అల్యూమినియం క్యూబ్‌ను తీసుకుందాం ఉపరితల పరమాణువుల సంఖ్య 36కి సమానంగా ఉంటుంది. 10 14, మరియు లోపల పరమాణువుల సంఖ్య 6. 10 22. అందువల్ల, "సాధారణ" పరిమాణాల అల్యూమినియం క్యూబ్‌లో ఉపరితల అణువుల భిన్నం 6 మాత్రమే. 10 -8.

మీరు 5 nm అల్యూమినియం క్యూబ్ కోసం అదే గణనలను చేస్తే, దాని అన్ని అణువులలో 12% ఇప్పటికే అటువంటి "నానోక్యూబ్" ఉపరితలంపై ఉన్నాయని తేలింది. బాగా, క్యూబ్ 1 nm పరిమాణంలో ఉపరితలంపై, సాధారణంగా, అన్ని అణువులలో సగానికి పైగా ఉన్నాయి! అణువుల సంఖ్యపై "ఉపరితల" భిన్నం యొక్క ఆధారపడటం మూర్తి 36లో చూపబడింది.

మూర్తి 36. స్ఫటికాకార పదార్థం యొక్క క్యూబ్‌లో వాటి సంఖ్య N యొక్క క్యూబిక్ రూట్‌పై అణువుల (ఆర్డినేట్ యాక్సిస్) యొక్క "ఉపరితల" భిన్నం యొక్క ఆధారపడటం.

క్రిస్టల్ ఉపరితలంపై ఎటువంటి క్రమం లేదు

గత శతాబ్దం 60 ల ప్రారంభం నుండి, స్ఫటికాల ఉపరితలంపై ఉన్న అణువులు ప్రత్యేక పరిస్థితుల్లో ఉన్నాయని శాస్త్రవేత్తలు విశ్వసించారు. క్రిస్టల్ లాటిస్ యొక్క నోడ్స్ వద్ద వాటిని బలవంతం చేసే శక్తులు దిగువ నుండి మాత్రమే వాటిపై పనిచేస్తాయి. అందువల్ల, ఉపరితల అణువులు (లేదా అణువులు) లాటిస్‌లో ఉన్న అణువుల "సలహాలను తప్పించుకోవడం మరియు స్వీకరించడం" సులభం, మరియు ఇది జరిగితే, అణువుల యొక్క అనేక ఉపరితల పొరలు ఒకేసారి ఒకే నిర్ణయానికి వస్తాయి. ఫలితంగా, అన్ని స్ఫటికాల ఉపరితలంపై ఒక ద్రవ చిత్రం ఏర్పడుతుంది. మార్గం ద్వారా, మంచు స్ఫటికాలు మినహాయింపు కాదు. అందుకే మంచు జారే (అంజీర్ 37 చూడండి).

మూర్తి 37. మంచు యొక్క క్రాస్ సెక్షన్ యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం. ఉపరితలంపై నీటి అణువుల యాదృచ్ఛిక అమరిక ఒక ద్రవ చలనచిత్రానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు మందంలోని షట్కోణ నిర్మాణం మంచుకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. ఎరుపు వృత్తాలు ఆక్సిజన్ అణువులు; తెలుపు - హైడ్రోజన్ పరమాణువులు (K.Yu. Bogdanov "ఆన్ ది ఫిజిక్స్ ఆఫ్ గుడ్స్... మరియు మాత్రమే కాదు", మాస్కో, 2008 పుస్తకం నుండి).

స్ఫటికం యొక్క ఉపరితలంపై ద్రవ చలనచిత్రం యొక్క మందం ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే అణువుల యొక్క అధిక ఉష్ణ శక్తి క్రిస్టల్ లాటిస్ నుండి ఎక్కువ ఉపరితల పొరలను చింపివేస్తుంది. సైద్ధాంతిక అంచనాలు మరియు ప్రయోగాలు క్రిస్టల్ యొక్క ఉపరితలంపై ఉన్న ద్రవ చలనచిత్రం యొక్క మందం స్ఫటిక పరిమాణంలో 1/10 కంటే ఎక్కువగా ఉండటం ప్రారంభించిన వెంటనే, మొత్తం క్రిస్టల్ లాటిస్ నాశనం చేయబడి, కణం ద్రవంగా మారుతుంది. అందువల్ల, కణాల ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత వాటి పరిమాణం తగ్గడంతో క్రమంగా తగ్గుతుంది (Fig. 35 చూడండి).

సహజంగానే, ఏదైనా నానోప్రొడక్షన్‌లో నానోపార్టికల్స్ యొక్క “ఫ్యూసిబిలిటీ” పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. ఉదాహరణకు, ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్ మైక్రో సర్క్యూట్ మూలకాల కొలతలు నానోస్కేల్ పరిధిలో ఉన్నాయని తెలుసు. అందువల్ల, స్ఫటికాకార నానోబ్జెక్ట్‌ల ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడం ఆధునిక మరియు భవిష్యత్ మైక్రో సర్క్యూట్‌ల నిర్వహణ ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులపై కొన్ని పరిమితులను విధిస్తుంది.

నానోపార్టికల్స్ యొక్క రంగు వాటి పరిమాణంపై ఎందుకు ఆధారపడి ఉంటుంది?

నానోవరల్డ్‌లో, పదార్థం యొక్క అనేక యాంత్రిక, ఉష్ణగతిక మరియు విద్యుత్ లక్షణాలు మారుతాయి. వారి ఆప్టికల్ లక్షణాలు మినహాయింపు కాదు. అవి నానోప్రపంచంలో కూడా మారతాయి.

మేము సాధారణ పరిమాణాల వస్తువులతో చుట్టుముట్టాము మరియు ఒక వస్తువు యొక్క రంగు అది తయారు చేయబడిన పదార్ధం యొక్క లక్షణాలపై లేదా పెయింట్ చేయబడిన రంగుపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది అనే వాస్తవాన్ని మనం అలవాటు చేసుకున్నాము. నానోవరల్డ్‌లో, ఈ ఆలోచన అన్యాయంగా మారుతుంది మరియు ఇది నానోప్టిక్‌లను సాంప్రదాయ ఆప్టిక్స్ నుండి వేరు చేస్తుంది.

సుమారు 20-30 సంవత్సరాల క్రితం, "నానోప్టిక్స్" అస్సలు ఉనికిలో లేదు. మరియు నానో-ఆప్టిక్స్ ఎలా ఉంటుంది, సంప్రదాయ ఆప్టిక్స్ నుండి కాంతి నానో-వస్తువులను "అనుభవించదు" అని అనుసరిస్తే, ఎందుకంటే వాటి పరిమాణాలు కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం λ = 400 - 800 nm కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటాయి. కాంతి తరంగ సిద్ధాంతం ప్రకారం, నానోబ్జెక్ట్‌లకు నీడలు ఉండకూడదు మరియు వాటి నుండి కాంతి ప్రతిబింబించదు. నానోబ్జెక్ట్‌కు సంబంధించిన ప్రాంతంపై కనిపించే కాంతిని కేంద్రీకరించడం కూడా అసాధ్యం. అంటే నానోపార్టికల్స్ చూడటం అసాధ్యం.

అయితే, మరోవైపు, కాంతి తరంగం ఏదైనా విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం వలె నానో వస్తువులపై ఇప్పటికీ పని చేయాలి. ఉదాహరణకు, సెమీకండక్టర్ నానోపార్టికల్‌పై పడే కాంతి, దాని విద్యుత్ క్షేత్రంతో, దాని అణువు నుండి వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌లలో ఒకదానిని చింపివేయగలదు. ఈ ఎలక్ట్రాన్ కొంత కాలానికి కండక్షన్ ఎలక్ట్రాన్‌గా మారుతుంది, ఆపై మళ్లీ “హోమ్”కి తిరిగి వస్తుంది, “నిషిద్ధ బ్యాండ్” వెడల్పుకు అనుగుణంగా కాంతి పరిమాణాన్ని విడుదల చేస్తుంది - వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్ స్వేచ్ఛగా మారడానికి అవసరమైన కనీస శక్తి (Fig. 40)

అందువల్ల, నానో-పరిమాణ సెమీకండక్టర్లు కూడా తక్కువ పౌనఃపున్యం యొక్క కాంతిని విడుదల చేస్తున్నప్పుడు, వాటిపై కాంతి పడడాన్ని గ్రహించాలి. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, కాంతిలోని సెమీకండక్టర్ నానోపార్టికల్స్ ఫ్లోరోసెంట్‌గా మారవచ్చు, "బ్యాండ్ గ్యాప్" యొక్క వెడల్పుకు అనుగుణంగా ఖచ్చితంగా నిర్వచించబడిన ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క కాంతిని విడుదల చేస్తుంది.

మూర్తి 40. సెమీకండక్టర్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ యొక్క శక్తి స్థాయిలు మరియు శక్తి బ్యాండ్‌ల స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం. నీలి కాంతి ప్రభావంతో, ఒక ఎలక్ట్రాన్ (తెల్లని వృత్తం) అణువు నుండి వేరు చేయబడి, కండక్షన్ బ్యాండ్‌లోకి కదులుతుంది. కొంత సమయం తరువాత, ఇది ఈ జోన్ యొక్క అత్యల్ప శక్తి స్థాయికి దిగి, ఎరుపు కాంతి యొక్క క్వాంటంను విడుదల చేస్తూ, వాలెన్స్ బ్యాండ్‌కి తిరిగి వెళుతుంది.

పరిమాణం ప్రకారం మెరుస్తుంది!

సెమీకండక్టర్ నానోపార్టికల్స్ యొక్క ఫ్లోరోసెంట్ సామర్థ్యం 19వ శతాబ్దం చివరిలో తెలిసినప్పటికీ, ఈ దృగ్విషయం గత శతాబ్దం చివరిలో మాత్రమే వివరంగా వివరించబడింది. మరియు చాలా ఆసక్తికరంగా, ఈ కణాల ద్వారా విడుదలయ్యే కాంతి యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ఈ కణాల పెరుగుతున్న పరిమాణంతో తగ్గిందని తేలింది (Fig. 41).

మూర్తి 41. ఘర్షణ కణాల సస్పెన్షన్ల ఫ్లోరోసెన్స్ CdTeవివిధ పరిమాణాలు (2 నుండి 5 nm వరకు, ఎడమ నుండి కుడికి). అన్ని ఫ్లాస్క్‌లు ఒకే తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన నీలి కాంతితో పై నుండి ప్రకాశిస్తాయి. H. వెల్లర్ (ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ, యూనివర్సిటీ ఆఫ్ హాంబర్గ్) నుండి తీసుకోబడింది.

అంజీర్లో చూపిన విధంగా. 41, నానోపార్టికల్స్ యొక్క సస్పెన్షన్ (సస్పెన్షన్) రంగు వాటి వ్యాసంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఫ్లోరోసెన్స్ రంగుపై ఆధారపడటం, అనగా. దాని ఫ్రీక్వెన్సీ, నానోపార్టికల్ పరిమాణంపై ν అంటే "గ్యాప్ బ్యాండ్" Δ వెడల్పు కూడా కణ పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది ఇ. గణాంకాలు 40 మరియు 41ని చూస్తే, నానోపార్టికల్స్ పరిమాణం పెరిగేకొద్దీ “గ్యాప్” వెడల్పు, Δ అని వాదించవచ్చు. ఇతగ్గాలి, ఎందుకంటే ΔE = hν. ఈ ఆధారపడటాన్ని ఈ క్రింది విధంగా వివరించవచ్చు.

చుట్టుపక్కల చాలా మంది పొరుగువారు ఉంటే విడిపోవడం సులభం

వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌ను తొలగించి దానిని కండక్షన్ బ్యాండ్‌కి బదిలీ చేయడానికి అవసరమైన కనీస శక్తి పరమాణు కేంద్రకం యొక్క ఛార్జ్ మరియు అణువులోని ఎలక్ట్రాన్ యొక్క స్థానంపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. ఎక్కువ అణువులు ఉంటే, ఎలక్ట్రాన్‌ను కూల్చివేయడం సులభం, ఎందుకంటే పొరుగు అణువుల కేంద్రకాలు కూడా దానిని తమలోకి ఆకర్షిస్తాయి. అదే ముగింపు పరమాణువుల అయనీకరణకు కూడా వర్తిస్తుంది (Fig. 42 చూడండి).

మూర్తి 42. ఆంగ్‌స్ట్రోమ్స్ (అబ్సిస్సా)లో ప్లాటినం కణం యొక్క వ్యాసంపై క్రిస్టల్ లాటిస్ (ఆర్డినేట్)లో సమీప పొరుగువారి సగటు సంఖ్యపై ఆధారపడటం. 1 Å=0.1 nm. ఫ్రెంకెల్ మరియు ఇతరుల నుండి స్వీకరించబడింది. (J. Phys. Chem., B, v. 105:12689, 2001).

అంజీర్లో. 42. పెరుగుతున్న కణ వ్యాసంతో ప్లాటినం అణువు యొక్క సమీప పొరుగువారి సగటు సంఖ్య ఎలా మారుతుందో చూపిస్తుంది. ఒక కణంలోని పరమాణువుల సంఖ్య తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, వాటిలో ముఖ్యమైన భాగం ఉపరితలంపై ఉంటుంది, అంటే సమీప పొరుగువారి సగటు సంఖ్య ప్లాటినం క్రిస్టల్ లాటిస్ (11) కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. కణ పరిమాణం పెరిగేకొద్దీ, సమీప పొరుగువారి సగటు సంఖ్య ఇచ్చిన క్రిస్టల్ లాటిస్‌కు సంబంధించిన పరిమితిని చేరుకుంటుంది. అంజీర్ నుండి. 42 పరమాణువు ఒక చిన్న కణంలో ఉంటే దానిని అయనీకరణం చేయడం (ఎలక్ట్రాన్‌ను చింపివేయడం) కష్టతరం అవుతుంది, ఎందుకంటే సగటున, అటువంటి అణువుకు కొన్ని సమీప పొరుగువారు ఉంటారు.

మూర్తి 43. ఇనుము నానోపార్టికల్‌లోని N అణువుల సంఖ్యపై అయనీకరణ సంభావ్యత (పని ఫంక్షన్, eVలో) ఆధారపడటం. E. Roduner (Stuttgart, 2004) ద్వారా ఉపన్యాసం నుండి తీసుకోబడింది.

అంజీర్లో. వివిధ సంఖ్యల ఇనుప పరమాణువులను కలిగి ఉన్న నానోపార్టికల్స్ కోసం అయనీకరణ సంభావ్యత (వర్క్ ఫంక్షన్, eVలో) ఎలా మారుతుందో మూర్తి 43 చూపిస్తుంది ఎన్. ఎదుగుదలతో చూడొచ్చు ఎన్పని ఫంక్షన్ తగ్గుతుంది, సాధారణ పరిమాణాల నమూనాల పని ఫంక్షన్‌కు అనుగుణంగా పరిమితి విలువను కలిగి ఉంటుంది. మార్పు అని తేలింది ఎకణ వ్యాసంతో అవుట్పుట్ డిఫార్ములా ద్వారా బాగా వర్ణించవచ్చు:

ఎఅవుట్ = ఎఅవుట్‌పుట్0 + 2 Zఇ 2 / డి , (6)

ఎక్కడ ఎ output0 - సాధారణ పరిమాణాల నమూనాల కోసం పని ఫంక్షన్, Zపరమాణు కేంద్రకం యొక్క ఛార్జ్, మరియు ఇ- ఎలక్ట్రాన్ ఛార్జ్.

"నిషిద్ధ జోన్" యొక్క వెడల్పు Δ అని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది ఇమెటల్ రేణువుల పని పనితీరు (ఫార్ములా 6 చూడండి) అదే విధంగా సెమీకండక్టర్ కణం యొక్క పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది - పెరుగుతున్న కణ వ్యాసంతో ఇది తగ్గుతుంది. అందువల్ల, సెమీకండక్టర్ నానోపార్టికల్స్ యొక్క ఫ్లోరోసెన్స్ తరంగదైర్ఘ్యం పెరుగుతున్న కణ వ్యాసంతో పెరుగుతుంది, ఇది మూర్తి 41లో వివరించబడింది.

క్వాంటం చుక్కలు మానవ నిర్మిత పరమాణువులు

సెమీకండక్టర్ నానోపార్టికల్స్‌ను తరచుగా "క్వాంటం డాట్స్" అని పిలుస్తారు. వాటి లక్షణాలతో అవి అణువులను పోలి ఉంటాయి - నానోసైజ్ యొక్క “కృత్రిమ అణువులు”. అన్నింటికంటే, అణువులలోని ఎలక్ట్రాన్లు, ఒక కక్ష్య నుండి మరొక కక్ష్యకు కదులుతూ, ఖచ్చితంగా నిర్వచించబడిన పౌనఃపున్యం యొక్క కాంతి పరిమాణాన్ని కూడా విడుదల చేస్తాయి. కానీ నిజమైన పరమాణువుల వలె కాకుండా, వాటి అంతర్గత నిర్మాణం మరియు ఉద్గార వర్ణపటాన్ని మనం మార్చలేము, క్వాంటం చుక్కల పారామితులు వాటి సృష్టికర్తలు, నానోటెక్నాలజిస్టులపై ఆధారపడి ఉంటాయి.

జీవ కణాల లోపల వివిధ నిర్మాణాలను గుర్తించేందుకు ప్రయత్నిస్తున్న జీవశాస్త్రజ్ఞులకు క్వాంటం చుక్కలు ఇప్పటికే ఉపయోగకరమైన సాధనం. వాస్తవం ఏమిటంటే వివిధ సెల్యులార్ నిర్మాణాలు సమానంగా పారదర్శకంగా ఉంటాయి మరియు రంగులో లేవు. అందువల్ల, మీరు మైక్రోస్కోప్ ద్వారా సెల్‌ను చూస్తే, మీకు దాని అంచులు తప్ప మరేమీ కనిపించవు. కొన్ని కణ నిర్మాణాలు కనిపించేలా చేయడానికి, కొన్ని కణాంతర నిర్మాణాలకు కట్టుబడి ఉండే క్వాంటం చుక్కలు సృష్టించబడ్డాయి (Fig. 44).

అంజీర్‌లోని సెల్‌కు రంగు వేయడానికి. 44 వివిధ రంగులలో, క్వాంటం చుక్కలు మూడు పరిమాణాలలో తయారు చేయబడ్డాయి. అతిచిన్నవి, మెరుస్తున్న ఆకుపచ్చ రంగులో, సెల్ యొక్క అంతర్గత అస్థిపంజరాన్ని రూపొందించే మైక్రోటూబ్యూల్స్‌కు అంటుకునే సామర్థ్యం గల అణువులకు అతుక్కొని ఉంటాయి. మధ్యస్థ-పరిమాణ క్వాంటం చుక్కలు గొల్గి ఉపకరణం యొక్క పొరలకు అంటుకోగలవు మరియు అతిపెద్దవి సెల్ న్యూక్లియస్‌కు అంటుకోగలవు. ఈ క్వాంటం చుక్కలన్నీ ఉన్న ద్రావణంలో కణాన్ని ముంచి, కొంత సమయం పాటు ఉంచినప్పుడు, అవి లోపలికి చొచ్చుకుపోయి ఎక్కడికి అతుక్కుపోయాయి. దీని తరువాత, సెల్ క్వాంటం చుక్కలు లేని ద్రావణంలో కడిగి మైక్రోస్కోప్ క్రింద ఉంచబడుతుంది. ఒకరు ఊహించినట్లుగా, పైన పేర్కొన్న సెల్యులార్ నిర్మాణాలు బహుళ-రంగు మరియు స్పష్టంగా కనిపించాయి (Fig. 44).

మూర్తి 44. క్వాంటం చుక్కలను ఉపయోగించి వివిధ రంగులలో వివిధ కణాంతర నిర్మాణాలను కలరింగ్ చేయడం. ఎరుపు - కోర్; ఆకుపచ్చ - మైక్రోటూబ్యూల్స్; పసుపు - గొల్గి ఉపకరణం.

క్యాన్సర్‌కు వ్యతిరేకంగా పోరాటంలో నానోటెక్నాలజీ

13% కేసులలో, ప్రజలు క్యాన్సర్‌తో మరణిస్తున్నారు. ఈ వ్యాధి ప్రతి సంవత్సరం ప్రపంచవ్యాప్తంగా 8 మిలియన్ల మందిని చంపుతుంది. అనేక రకాల క్యాన్సర్లు ఇప్పటికీ నయం చేయలేనివిగా పరిగణించబడుతున్నాయి. ఈ వ్యాధికి వ్యతిరేకంగా పోరాటంలో నానోటెక్నాలజీ ఒక శక్తివంతమైన సాధనం అని శాస్త్రీయ పరిశోధన చూపిస్తుంది.

నానోటెక్నాలజీ మరియు మెడిసిన్

గోల్డ్ నానోపార్టికల్స్ క్యాన్సర్ కణాలకు వేడి బాంబులు

సుమారు 100 nm వ్యాసం కలిగిన గోళాకార సిలికాన్ నానోపార్టికల్ 10 nm మందపాటి బంగారు పొరతో పూత పూయబడింది. అటువంటి బంగారు నానోపార్టికల్ 820 nm తరంగదైర్ఘ్యంతో ఇన్‌ఫ్రారెడ్ రేడియేషన్‌ను గ్రహించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అయితే దాని చుట్టూ పలు పదుల డిగ్రీల ద్రవ పొరను వేడి చేస్తుంది.

820 nm తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన రేడియేషన్ ఆచరణాత్మకంగా మన శరీరం యొక్క కణజాలం ద్వారా గ్రహించబడదు. అందువల్ల, మీరు క్యాన్సర్ కణాలకు మాత్రమే అంటుకునే బంగారు నానోపార్టికల్స్‌ను తయారు చేస్తే, ఈ తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క రేడియేషన్‌ను మానవ శరీరం గుండా పంపడం ద్వారా, మీరు శరీరంలోని ఆరోగ్యకరమైన కణాలకు హాని కలిగించకుండా ఈ కణాలను వేడి చేసి నాశనం చేయవచ్చు.

సాధారణ కణాల పొర క్యాన్సర్ కణాల పొరల నుండి భిన్నంగా ఉంటుందని శాస్త్రవేత్తలు కనుగొన్నారు మరియు క్యాన్సర్ కణాలకు అంటుకునేలా చేసే బంగారు నానోపార్టికల్స్ ఉపరితలంపై అణువులను వర్తింపజేయాలని ప్రతిపాదించారు. క్యాన్సర్ కణాలకు కట్టుబడి ఉండే సామర్థ్యంతో ఇటువంటి నానోపార్టికల్స్ అనేక రకాల క్యాన్సర్లకు ఉత్పత్తి చేయబడ్డాయి.

ఎలుకలపై చేసిన ప్రయోగాలలో, క్యాన్సర్ కణాలను నాశనం చేయడంలో బంగారు నానోపార్టికల్స్ ప్రభావం నిరూపించబడింది. మొదట, ఎలుకలలో క్యాన్సర్ ప్రేరేపించబడింది, తరువాత వాటికి తగిన నానోపార్టికల్స్‌తో ఇంజెక్ట్ చేయబడ్డాయి, ఆపై ఒక నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క రేడియేషన్‌కు గురవుతాయి. అటువంటి వికిరణం యొక్క చాలా నిమిషాల తర్వాత, చాలా క్యాన్సర్ కణాలు వేడెక్కడం వల్ల చనిపోయాయని, సాధారణ కణాలు దెబ్బతినకుండా ఉన్నాయని తేలింది. క్యాన్సర్‌తో పోరాడే ఈ పద్ధతిపై శాస్త్రవేత్తలు చాలా ఆశలు పెట్టుకున్నారు.

డెన్డ్రైమర్లు - క్యాన్సర్ కణాలకు విషంతో కూడిన క్యాప్సూల్స్

క్యాన్సర్ కణాలు విభజించడానికి మరియు పెరగడానికి పెద్ద మొత్తంలో ఫోలిక్ యాసిడ్ అవసరం. అందువల్ల, ఫోలిక్ యాసిడ్ అణువులు క్యాన్సర్ కణాల ఉపరితలంపై బాగా కట్టుబడి ఉంటాయి మరియు డెన్డ్రైమర్ల బయటి షెల్ ఫోలిక్ యాసిడ్ అణువులను కలిగి ఉంటే, అటువంటి డెన్డ్రైమర్లు క్యాన్సర్ కణాలకు మాత్రమే కట్టుబడి ఉంటాయి. అటువంటి డెన్డ్రైమర్ల సహాయంతో, కొన్ని ఇతర అణువులు డెన్డ్రైమర్ల షెల్కు జోడించబడితే, ఉదాహరణకు, అతినీలలోహిత కాంతిలో మెరుస్తూ ఉంటే క్యాన్సర్ కణాలు కనిపించేలా చేయవచ్చు. డెన్డ్రైమర్ యొక్క బయటి షెల్కు క్యాన్సర్ కణాలను చంపే ఔషధాన్ని జోడించడం ద్వారా, మీరు వాటిని గుర్తించడమే కాకుండా, వాటిని చంపవచ్చు (Fig. 45).

మూర్తి 45. ఫోలిక్ యాసిడ్ అణువులతో (పర్పుల్) దాని బయటి కవచానికి అనుసంధానించబడిన డెన్డ్రైమర్ క్యాన్సర్ కణాలకు మాత్రమే అంటుకుంటుంది. మెరుస్తున్న ఫ్లోరోసెసిన్ అణువులు (ఆకుపచ్చ) ఈ కణాలను గుర్తించడం సాధ్యం చేస్తాయి, మెథోట్రెక్సేట్ అణువులు (ఎరుపు) క్యాన్సర్ కణాలను చంపుతాయి. ఇది క్యాన్సర్ కణాలను మాత్రమే ఎంపిక చేసి చంపడం సాధ్యం చేస్తుంది.

సిల్వర్ నానోపార్టికల్స్ బ్యాక్టీరియాకు విషం

అనేక పదార్ధాల భౌతిక లక్షణాలు నమూనా పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఒక పదార్ధం యొక్క నానోపార్టికల్స్ తరచుగా సాధారణ పరిమాణంలోని ఈ పదార్ధాల నమూనాలలో సాధారణంగా కనిపించని లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి.

బంగారం మరియు వెండి చాలా రసాయన ప్రతిచర్యలలో పాల్గొనవని తెలుసు. అయినప్పటికీ, వెండి లేదా బంగారు నానోపార్టికల్స్ రసాయన ప్రతిచర్యలకు చాలా మంచి ఉత్ప్రేరకాలుగా మారడమే కాకుండా (వాటిని వేగవంతం చేస్తాయి), కానీ నేరుగా రసాయన ప్రతిచర్యలలో పాల్గొంటాయి. ఉదాహరణకు, సాధారణ వెండి నమూనాలు హైడ్రోక్లోరిక్ యాసిడ్‌తో ప్రతిస్పందించవు, అయితే వెండి నానోపార్టికల్స్ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లంతో ప్రతిస్పందిస్తాయి మరియు ఈ చర్య క్రింది పథకం ప్రకారం కొనసాగుతుంది: 2Ag + 2HCl ® 2AgCl + H 2 .

వెండి నానోపార్టికల్స్ యొక్క అధిక రియాక్టివిటీ వారు బలమైన బాక్టీరిసైడ్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉన్నారనే వాస్తవాన్ని వివరిస్తుంది - అవి కొన్ని రకాల వ్యాధికారక బాక్టీరియాను చంపుతాయి. సిల్వర్ అయాన్లు బ్యాక్టీరియా లోపల అనేక రసాయన ప్రతిచర్యలు జరగడం అసాధ్యం, అందువలన, వెండి నానోపార్టికల్స్ సమక్షంలో, చాలా బ్యాక్టీరియా పునరుత్పత్తి చేయదు. గ్రామ్ పద్ధతిని (ఎస్చెరిచియా కోలి, సాల్మొనెల్లా, మొదలైనవి) ఉపయోగించి తడిసిన గ్రామ్-నెగటివ్ బ్యాక్టీరియా అని పిలవబడేవి వెండి నానోపార్టికల్స్ (Fig. 47) చర్యకు అత్యంత సున్నితంగా ఉంటాయి.

మూర్తి 47. ఎస్చెరిచియా కోలి బాక్టీరియా యొక్క విస్తరణపై 10-15 nm పరిమాణంతో వెండి నానోపార్టికల్స్ యొక్క వివిధ సాంద్రతల ప్రభావం ( ఎస్చెరిచియా కోలి) – (a) మరియు సాల్మొనెల్లా ( సాల్మొనెల్లా టైఫస్) – (బి) ఎడమ నుండి కుడికి, రెండు ప్యానెల్‌లు 0, 5, 10, 25 మరియు 35 μg/ml యొక్క వెండి నానోపార్టికల్స్ సాంద్రతలతో పెట్రీ వంటకాల ఛాయాచిత్రాలను చూపుతాయి. బాక్టీరియా ప్లేట్‌ల పోషక ద్రావణాన్ని పసుపు రంగులోకి మారుస్తుంది (మూడు ఎడమవైపు ఉన్న ప్లేట్‌లను చూడండి). బ్యాక్టీరియా లేనప్పుడు, వెండి నానోపార్టికల్స్ ఉండటం వల్ల పెట్రీ వంటకాలు ముదురు గోధుమ రంగులో ఉంటాయి. శ్రీవాస్తవ మరియు ఇతరుల నుండి స్వీకరించబడింది. (నానోటెక్నాలజీ, 18:225103, 2007).

వెండి నానోపార్టికల్స్ యొక్క బాక్టీరిసైడ్ లక్షణాలను సద్వినియోగం చేసుకోవడానికి, వాటిని పరుపు బట్టలు వంటి సాంప్రదాయ పదార్థాలలో చేర్చడం ప్రారంభించారు. సిల్వర్ నానోపార్టికల్స్‌తో కూడిన బట్టలతో తయారు చేసిన సాక్స్ ఫంగల్ ఫుట్ ఇన్ఫెక్షన్‌లను నివారిస్తుందని కనుగొనబడింది.

వెండి నానోపార్టికల్స్ యొక్క పొర కత్తిపీట, డోర్ హ్యాండిల్స్ మరియు కీబోర్డులు మరియు కంప్యూటర్ ఎలుకలను కూడా కవర్ చేయడం ప్రారంభించింది, ఇవి వ్యాధికారక బాక్టీరియాకు సంతానోత్పత్తి మైదానాలుగా పనిచేస్తాయని కనుగొనబడింది. కొత్త పూతలు, క్రిమిసంహారకాలు మరియు డిటర్జెంట్లు (టూత్‌పేస్టులు, క్లీనింగ్ పేస్ట్‌లు మరియు వాషింగ్ పౌడర్‌లతో సహా) సృష్టించడానికి వెండి నానోపార్టికల్స్ ఉపయోగించబడ్డాయి.

బాక్టీరియా మరియు ఎర్ర రక్త కణాలు మందులతో నానో క్యాప్సూల్స్‌ను రవాణా చేస్తాయి

ఒక మానవ వ్యాధి, ఒక నియమం వలె, ఒక వ్యాధితో సంబంధం కలిగి ఉండదు, కానీ తరచుగా దాని కణాలలో ఒక చిన్న భాగం. కానీ మేము మాత్రలు తీసుకున్నప్పుడు, ఔషధం రక్తంలో కరిగిపోతుంది, ఆపై రక్తప్రవాహం ద్వారా అది అన్ని కణాలను ప్రభావితం చేస్తుంది - అనారోగ్యం మరియు ఆరోగ్యకరమైనది. అదే సమయంలో, ఆరోగ్యకరమైన కణాలలో, అనవసరమైన మందులు దుష్ప్రభావాలు అని పిలవబడే కారణమవుతాయి, ఉదాహరణకు, అలెర్జీ ప్రతిచర్యలు. అందువల్ల, వైద్యుల చిరకాల స్వప్నం వ్యాధిగ్రస్తులైన కణాలకు మాత్రమే ఎంపిక చేయబడిన చికిత్స, దీనిలో ఔషధం లక్ష్యంగా మరియు చాలా చిన్న భాగాలలో పంపిణీ చేయబడుతుంది. కొన్ని కణాలకు మాత్రమే అంటుకునే ఔషధంతో కూడిన నానోక్యాప్సూల్స్ ఈ వైద్య సమస్యకు పరిష్కారం కావచ్చు.

వ్యాధిగ్రస్తులైన కణాలకు టార్గెటెడ్ డెలివరీ కోసం మందులతో నానోక్యాప్సూల్స్ వాడకాన్ని నిరోధించడంలో ప్రధాన అడ్డంకి మన రోగనిరోధక వ్యవస్థ. రోగనిరోధక వ్యవస్థ కణాలు ఔషధాలతో నానోక్యాప్సూల్స్‌తో సహా విదేశీ శరీరాలను ఎదుర్కొన్న వెంటనే, అవి రక్తప్రవాహం నుండి వాటి అవశేషాలను నాశనం చేయడానికి మరియు తొలగించడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. మరియు వారు దీన్ని ఎంత విజయవంతంగా చేస్తే, మన రోగనిరోధక శక్తి అంత మెరుగుపడుతుంది. అందువల్ల, మనం ఏదైనా నానో క్యాప్సూల్స్‌ను రక్తంలోకి ప్రవేశపెడితే, మన రోగనిరోధక వ్యవస్థ నానోక్యాప్సూల్స్ లక్ష్య కణాలను చేరుకోవడానికి ముందే వాటిని నాశనం చేస్తుంది.

మా రోగనిరోధక వ్యవస్థను మోసగించడానికి, నానోక్యాప్సూల్స్‌ను పంపిణీ చేయడానికి ఎర్ర రక్త కణాలను (ఎరిథ్రోసైట్‌లు) ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించబడింది. మన రోగనిరోధక వ్యవస్థ "మన స్వంతం" అని సులభంగా గుర్తిస్తుంది మరియు ఎర్ర రక్త కణాలపై ఎప్పుడూ దాడి చేయదు. అందువల్ల, మీరు ఎర్ర రక్త కణాలకు నానోక్యాప్సూల్స్‌ను అటాచ్ చేస్తే, అప్పుడు రోగనిరోధక వ్యవస్థ యొక్క కణాలు, రక్తనాళం ద్వారా తేలుతున్న "వారి" ఎర్ర రక్త కణం "చూడండి", దాని ఉపరితలాన్ని "పరిశీలించవు" మరియు నానోక్యాప్సూల్స్‌తో ఎర్ర రక్త కణం ఈ నానోక్యాప్సూల్‌లను సంబోధించిన కణాలకు అంటుకున్నది మరింతగా తేలుతుంది. ఎర్ర రక్త కణాలు సగటున 120 రోజులు జీవిస్తాయి. ఎర్ర రక్త కణాలకు జోడించిన నానో క్యాప్సూల్స్ యొక్క జీవితకాలం రక్తంలోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడినప్పుడు కంటే 100 రెట్లు ఎక్కువ అని ప్రయోగాలు చూపించాయి.

ఒక సాధారణ బాక్టీరియం ఔషధాలను కలిగి ఉన్న నానోపార్టికల్స్‌తో కూడా లోడ్ చేయబడుతుంది మరియు వ్యాధిగ్రస్తులైన కణాలకు ఈ మందులను పంపిణీ చేయడానికి రవాణాదారుగా పని చేస్తుంది. నానోపార్టికల్స్ యొక్క పరిమాణాలు 40 నుండి 200 నానోమీటర్ల వరకు ఉంటాయి; ప్రత్యేక అణువులను ఉపయోగించి వాటిని బ్యాక్టీరియా ఉపరితలంతో జతచేయడం శాస్త్రవేత్తలు నేర్చుకున్నారు. వివిధ రకాలైన అనేక వందల నానోపార్టికల్స్ ఒక బాక్టీరియంపై ఉంచవచ్చు (Fig. 59).

మూర్తి 59. కణ చికిత్స కోసం మందులు లేదా DNA శకలాలు (జన్యువులు)తో నానోపార్టికల్స్‌ను పంపిణీ చేసే విధానం.

బాక్టీరియా జీవ కణాలపై దాడి చేసే సహజ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, వాటిని డ్రగ్ డెలివరీకి అనువైన అభ్యర్థులుగా చేస్తుంది. జన్యు చికిత్సలో ఇది చాలా విలువైనది, ఇక్కడ ఆరోగ్యకరమైన కణాన్ని చంపకుండా DNA శకలాలు వారి గమ్యస్థానానికి చేరవేయడం అవసరం. జన్యువులు కణ కేంద్రకంలోకి ప్రవేశించిన తర్వాత, అది నిర్దిష్ట ప్రోటీన్లను ఉత్పత్తి చేయడం ప్రారంభిస్తుంది, తద్వారా జన్యు వ్యాధిని సరిదిద్దుతుంది. ఇది జన్యు చికిత్స రంగంలో కొత్త అవకాశాలను తెరుస్తుంది. అదనంగా, చిరునామాకు విషంతో నానోపార్టికల్స్‌ను రవాణా చేయడానికి బ్యాక్టీరియాను బలవంతం చేయడం సాధ్యపడుతుంది, ఉదాహరణకు, క్యాన్సర్ కణాలను చంపడానికి.

నానోఫైబర్స్ - వెన్నుపాము పునరుద్ధరణకు ఒక పరంజా

ప్రస్తుతం, వెన్నుపాము దెబ్బతినడం తరచుగా చికిత్స చేయలేని విషయం తెలిసిందే. ఈ సందర్భాలలో, వెన్నుపాము గాయం వ్యక్తిని జీవితాంతం వీల్ చైర్‌లో ఉంచుతుంది. వెన్నుపాము గాయం నయం చేయలేకపోవడానికి కారణం మన శరీరం యొక్క రక్షిత పనితీరు - కఠినమైన బంధన కణజాలం యొక్క మచ్చ వేగంగా ఏర్పడటం, ఇది వెన్నుపాము వెంట నడుస్తున్న దెబ్బతిన్న మరియు పాడైపోని నరాల మధ్య సరిహద్దుగా పనిచేస్తుంది.

ఒక మచ్చ ఎల్లప్పుడూ సమీపంలోని చనిపోయిన కణాల నుండి సజీవ కణాలను రక్షిస్తుంది మరియు శరీరంలోని అన్ని కణజాలాలు దెబ్బతిన్నప్పుడు ఏర్పడుతుంది. అయినప్పటికీ, వెన్నుపాము దెబ్బతిన్నప్పుడు, ఫలితంగా ఏర్పడే మచ్చ నరాల పెరుగుదలను నిరోధిస్తుంది మరియు వెన్నుపాము యొక్క ప్రధాన విధిని పునరుద్ధరించడాన్ని నిరోధిస్తుంది - మెదడు నుండి శరీరంలోని వివిధ భాగాలకు మరియు వెనుకకు నరాల ప్రేరణలను నిర్వహించడానికి.

మచ్చలు మరియు ఖాళీ కావిటీస్ ద్వారా నరాలు పెరగవు. పెరగడానికి, ఇల్లు లాగా, వారికి ఫ్రేమ్ లేదా గైడ్‌లు (పరంజా), అలాగే అడ్డంకులు లేకపోవడం అవసరం. అందువల్ల, వెన్నుపాము దెబ్బతినడం త్వరగా కోలుకోవడానికి, (1) మచ్చ ఏర్పడకుండా నిరోధించడం మరియు (2) దెబ్బతిన్న మరియు పాడైపోని నరాల ఫైబర్‌ల మధ్య ఖాళీని పరంజాతో నింపడం అవసరం. నానోటెక్నాలజీ పైన పేర్కొన్న రెండు సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది.

యాంఫిఫిలిక్ అణువులు, అనగా. హైడ్రోఫిలిక్ మరియు హైడ్రోఫోబిక్ ప్రాంతాలు ప్రాదేశికంగా వేరు చేయబడిన అణువులు స్వీయ-సమీకరణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఈ అణువులు చివరికి స్థూపాకార నానోఫైబర్‌లుగా సమావేశమవుతాయి. అదే సమయంలో, ఈ నానోఫైబర్స్ యొక్క ఉపరితలంపై వివిధ అణువులను ఉంచవచ్చు, ఉదాహరణకు, మచ్చల ఏర్పాటును అణిచివేసేందుకు మరియు నాడీ కణజాల పెరుగుదలను ప్రేరేపిస్తుంది. ఇటువంటి నానోఫైబర్లు లాటిస్ నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తాయి, నరాల పెరుగుదలకు ఒక ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ను సృష్టిస్తాయి (Fig. 61). మీరు అటువంటి స్వీయ-సమీకరణ ఫైబర్‌లతో వెన్నుపాము గాయం యొక్క సైట్‌ను పూరిస్తే, దెబ్బతిన్న నరాలు గాయం యొక్క సైట్ ద్వారా పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది, గాయం యొక్క ప్రభావాలను తొలగిస్తుంది.

మూర్తి 61. కుడివైపున మచ్చల పెరుగుదలను నిరోధించే మరియు నరాల పెరుగుదలను సక్రియం చేసే రసాయన నిర్మాణాలను మోసే యాంఫిఫిలిక్ అణువుల నుండి ఏర్పడిన నానోఫైబర్ యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం (వివిధ రంగులలో సూచించబడుతుంది). ఎడమవైపు వెన్నుపాము గాయం ఉన్న ప్రదేశంలో నానోఫైబర్‌ల నుండి ఏర్పడిన పరంజా యొక్క మైక్రోగ్రాఫ్ ఉంది; క్రమాంకనం, 200 nm. Hartgerin et al., సైన్స్, 294, 1684 (2001) నుండి స్వీకరించబడింది.

గాయం తర్వాత 24 గంటలలోపు గాయం ఉన్న ప్రదేశంలోకి అటువంటి యాంఫిఫిలిక్ అణువుల ద్రావణాన్ని ఇంజెక్ట్ చేయడానికి మీరు సిరంజిని (Fig. 62) ఉపయోగిస్తే, అవి, నానోఫైబర్‌ల యొక్క త్రిమితీయ నెట్‌వర్క్‌లో సేకరించి, ఒక త్రిమితీయ నెట్‌వర్క్‌లో సేకరించి, మచ్చ, మరియు నరాల ఫైబర్స్ పెరుగుతాయి, వెన్నుపాము ద్వారా ప్రేరణల ప్రసరణను పునరుద్ధరించడం మరియు గాయం యొక్క పరిణామాలను తొలగించడం. ఇటువంటి ప్రయోగాలు ఎలుకలపై నిర్వహించబడ్డాయి మరియు విజయవంతమయ్యాయి.

ఆర్ మూర్తి 62. వెన్నుపాము (బాణం) దెబ్బతిన్న ప్రాంతం యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం మరియు ఈ ప్రాంతంలోకి యాంఫిఫిలిక్ అణువులతో కూడిన ద్రవం ఇంజెక్ట్ చేయబడిన సిరంజి. సిల్వా మరియు ఇతరులు, సైన్స్, 303, 1352 (2004) నుండి స్వీకరించబడింది.

రోజువారీ జీవితంలో మరియు పరిశ్రమలో నానోటెక్నాలజీ

నానోట్యూబ్‌లు హైడ్రోజన్, పరిశుభ్రమైన ఇంధనాన్ని నిల్వ చేయడానికి కంటైనర్లు.

భూమిపై బొగ్గు, చమురు మరియు గ్యాస్ నిల్వలు పరిమితం. అదనంగా, సాంప్రదాయిక ఇంధనాల దహనం వాతావరణంలో కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు ఇతర హానికరమైన మలినాలను చేరడానికి దారితీస్తుంది మరియు ఇది గ్లోబల్ వార్మింగ్‌కు దారితీస్తుంది, దీని సంకేతాలు మానవాళి ఇప్పటికే అనుభవిస్తున్నాయి. అందువలన, నేడు మానవత్వం చాలా ముఖ్యమైన పనిని ఎదుర్కొంటుంది - భవిష్యత్తులో సంప్రదాయ రకాలైన ఇంధనాన్ని ఎలా భర్తీ చేయాలి?

విశ్వంలో అత్యంత సాధారణ రసాయన మూలకాన్ని ఇంధనంగా ఉపయోగించడం చాలా లాభదాయకం - హైడ్రోజన్. హైడ్రోజన్ యొక్క ఆక్సీకరణ (దహన) సమయంలో, నీరు ఏర్పడుతుంది, మరియు ఈ ప్రతిచర్య చాలా పెద్ద మొత్తంలో వేడి (120 kJ/kg) విడుదలతో సంభవిస్తుంది. పోలిక కోసం, గ్యాసోలిన్ మరియు సహజ వాయువు యొక్క దహన యొక్క నిర్దిష్ట వేడి హైడ్రోజన్ కంటే మూడు రెట్లు తక్కువగా ఉంటుంది. హైడ్రోజన్ యొక్క దహనం నత్రజని, కార్బన్ మరియు సల్ఫర్ యొక్క పర్యావరణ హానికరమైన ఆక్సైడ్లను ఉత్పత్తి చేయదని కూడా పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి.

హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి చాలా చవకైన మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన పద్ధతులు ప్రతిపాదించబడ్డాయి, అయినప్పటికీ, హైడ్రోజన్ నిల్వ మరియు రవాణా ఇప్పటివరకు హైడ్రోజన్ శక్తి యొక్క పరిష్కరించని సమస్యలలో ఒకటి. దీనికి కారణం హైడ్రోజన్ అణువు యొక్క చాలా చిన్న పరిమాణం. దీని కారణంగా, హైడ్రోజన్ సాధారణ పదార్ధాలలో కనిపించే మైక్రోస్కోపిక్ పగుళ్లు మరియు రంధ్రాల ద్వారా చొచ్చుకుపోతుంది మరియు వాతావరణంలోకి లీకేజ్ పేలుళ్లకు దారితీస్తుంది. అందువల్ల, ఆక్సిజన్ నిల్వ సిలిండర్ల గోడలు మందంగా ఉండాలి, ఇది వాటిని భారీగా చేస్తుంది. భద్రతా కారణాల దృష్ట్యా, హైడ్రోజన్ సిలిండర్లను అనేక పదుల K వరకు చల్లబరచడం మంచిది, ఇది ఈ ఇంధనాన్ని నిల్వ చేయడానికి మరియు రవాణా చేయడానికి ఖర్చును మరింత పెంచుతుంది.

హైడ్రోజన్‌ను నిల్వ చేయడం మరియు రవాణా చేయడం అనే సమస్యకు పరిష్కారం "స్పాంజ్" పాత్రను పోషించే పరికరం కావచ్చు, ఇది హైడ్రోజన్‌ను గ్రహించి నిరవధికంగా పట్టుకునే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. సహజంగానే, అటువంటి హైడ్రోజన్ "స్పాంజ్" తప్పనిసరిగా పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యం మరియు హైడ్రోజన్ కోసం రసాయన అనుబంధాన్ని కలిగి ఉండాలి. ఈ లక్షణాలన్నీ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లలో ఉన్నాయి.

తెలిసినట్లుగా, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు ఉపరితలంపై అన్ని అణువులను కలిగి ఉంటాయి. నానోట్యూబ్‌ల ద్వారా హైడ్రోజన్‌ను శోషించుకునే మెకానిజమ్‌లలో ఒకటి కెమిసోర్ప్షన్, అంటే ట్యూబ్ ఉపరితలంపై హైడ్రోజన్ H2 యొక్క అధిశోషణం, దాని తర్వాత డిస్సోసియేషన్ మరియు C-H రసాయన బంధాలు ఏర్పడతాయి. ఈ విధంగా కట్టుబడి ఉన్న హైడ్రోజన్‌ను నానోట్యూబ్ నుండి సంగ్రహించవచ్చు, ఉదాహరణకు, 600 o C వరకు వేడి చేయడం ద్వారా, హైడ్రోజన్ అణువులు వాన్ డెర్ వాల్స్ పరస్పర చర్య ద్వారా భౌతిక శోషణ ద్వారా నానోట్యూబ్‌ల ఉపరితలంతో బంధించబడతాయి.

ఇంధనంగా హైడ్రోజన్ యొక్క అత్యంత ప్రభావవంతమైన ఉపయోగం ఇంధన సెల్ (Fig. 46) లో దాని ఆక్సీకరణ అని నమ్ముతారు, దీనిలో రసాయన శక్తి నేరుగా విద్యుత్ శక్తిగా మార్చబడుతుంది. ఈ విధంగా, ఇంధన కణం గాల్వానిక్ సెల్‌ను పోలి ఉంటుంది, కానీ దాని నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ప్రతిచర్యలో పాల్గొన్న పదార్థాలు బయటి నుండి నిరంతరంగా అందించబడతాయి.

మూర్తి 46. ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా వేరు చేయబడిన రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లతో కూడిన ఇంధన ఘటం యొక్క స్కీమాటిక్ ఇలస్ట్రేషన్. హైడ్రోజన్ యానోడ్‌కు సరఫరా చేయబడుతుంది, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్‌లోని చాలా చిన్న రంధ్రాల ద్వారా ఎలక్ట్రోలైట్‌లోకి చొచ్చుకుపోయి కెమిసోర్ప్షన్ రియాక్షన్‌లో పాల్గొనడం ద్వారా ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్‌లుగా మార్చబడుతుంది. కాథోడ్‌కు ఆక్సిజన్ సరఫరా చేయబడుతుంది మరియు ప్రతిచర్య ఉత్పత్తి అయిన నీరు తీసివేయబడుతుంది. ప్రతిచర్యను వేగవంతం చేయడానికి ఉత్ప్రేరకాలు ఉపయోగించబడతాయి. ఇంధన సెల్ యొక్క ఎలక్ట్రోడ్లు లోడ్ (దీపం) కు అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

పరిశోధకుల అభిప్రాయం ప్రకారం, సమర్థవంతమైన ఇంధన కణాన్ని సృష్టించడానికి హైడ్రోజన్ "స్పాంజ్" ను సృష్టించడం అవసరం, వీటిలో ప్రతి క్యూబిక్ మీటర్ కనీసం 63 కిలోల హైడ్రోజన్ను కలిగి ఉంటుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, "స్పాంజ్" లో నిల్వ చేయబడిన హైడ్రోజన్ ద్రవ్యరాశి తప్పనిసరిగా "స్పాంజ్" ద్రవ్యరాశిలో కనీసం 6.5% ఉండాలి. ప్రస్తుతం, నానోటెక్నాలజీ సహాయంతో, ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులలో, హైడ్రోజన్ "స్పాంజ్లు" సృష్టించడం సాధ్యమైంది, దీనిలో హైడ్రోజన్ ద్రవ్యరాశి 18% మించిపోయింది, ఇది హైడ్రోజన్ శక్తి అభివృద్ధికి విస్తృత అవకాశాలను తెరుస్తుంది.

నానోఫేస్ పదార్థాలు మరింత మన్నికైనవి

తగినంత పెద్ద లోడ్‌తో, అన్ని పదార్థాలు విచ్ఛిన్నమవుతాయి మరియు పగుళ్లు ఉన్న ప్రదేశంలో, అణువుల పొరుగు పొరలు శాశ్వతంగా ఒకదానికొకటి దూరంగా ఉంటాయి. అయితే, అనేక పదార్థాల బలం అణువుల ప్రక్కనే ఉన్న రెండు పొరలను వేరు చేయడానికి ఎంత శక్తిని ఉపయోగించాలి అనే దానిపై ఆధారపడి ఉండదు. వాస్తవానికి, పగుళ్లు ఉంటే ఏదైనా పదార్థాన్ని చింపివేయడం చాలా సులభం. అందువల్ల, ఘన పదార్థాల బలం దానిలో ఎన్ని మైక్రోక్రాక్లు ఉన్నాయి మరియు ఏ రకమైనవి, మరియు ఈ పదార్ధం ద్వారా పగుళ్లు ఎలా ప్రచారం చేస్తాయనే దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. పగుళ్లు ఉన్న ప్రదేశాలలో, పదార్థం యొక్క బలాన్ని పరీక్షించే శక్తి మొత్తం పొరకు కాదు, పగుళ్లు పైభాగంలో ఉన్న అణువుల గొలుసుకు వర్తించబడుతుంది మరియు అందువల్ల పొరలను వేరుగా తరలించడం చాలా సులభం. (అంజీర్ 48 చూడండి).

మూర్తి 48. అణువుల యొక్క రెండు పొరల మధ్య పగుళ్లు యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం, శక్తుల చర్య (ఎరుపు బాణాలు) కింద విస్తరిస్తుంది.

ఘనపదార్థం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణం వల్ల పగుళ్ల వ్యాప్తి తరచుగా దెబ్బతింటుంది. శరీరం లోహాల వంటి మైక్రోక్రిస్టల్స్‌ను కలిగి ఉంటే, ఒక పగుళ్లు, వాటిలో ఒకదానిని రెండుగా విభజించి, ప్రక్కనే ఉన్న మైక్రోక్రిస్టల్ యొక్క బయటి ఉపరితలాన్ని ఎదుర్కొని ఆగిపోవచ్చు. అందువల్ల, పదార్థం అచ్చు వేయబడిన కణ పరిమాణం చిన్నది, దాని ద్వారా పగుళ్లు వ్యాప్తి చెందడం చాలా కష్టం.

నానోపార్టికల్స్‌తో కూడిన పదార్థాలను నానోఫేస్ అంటారు. నానోఫేస్ పదార్థం యొక్క ఉదాహరణ నానోఫేస్ కాపర్ కావచ్చు, దీని ఉత్పత్తి పద్ధతుల్లో ఒకటి మూర్తి 49లో చూపబడింది.

మూర్తి 49. నానోఫేస్ కాపర్ యొక్క ఫాబ్రికేషన్.

నానోఫేస్ రాగిని తయారు చేయడానికి, సాధారణ రాగి యొక్క షీట్ అధిక ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేయబడుతుంది, ఆ సమయంలో రాగి అణువులు దాని ఉపరితలం నుండి ఆవిరైపోవడం ప్రారంభమవుతాయి. ఉష్ణప్రసరణ ప్రవాహంతో, ఈ పరమాణువులు చల్లని గొట్టం యొక్క ఉపరితలంపైకి కదులుతాయి, దానిపై అవి జమ చేయబడతాయి, నానోపార్టికల్స్ యొక్క సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తాయి. చల్లని గొట్టం యొక్క ఉపరితలంపై రాగి నానోపార్టికల్స్ యొక్క దట్టమైన పొర నానోఫేస్రాగి.

నానోఫేస్ పదార్థాలు, తరచుగా అంటారు నానోస్ట్రక్చర్ చేయబడింది, వివిధ మార్గాల్లో ఉత్పత్తి చేయవచ్చు, ఉదాహరణకు, నానోపార్టికల్ పౌడర్‌ను అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కుదించడం ద్వారా (వేడి నొక్కడం).

నానోపార్టికల్స్ నుండి "అచ్చు చేయబడిన" పదార్థాల నమూనాలు సాధారణ వాటి కంటే చాలా బలంగా ఉంటాయి. నానోఫేస్ పదార్థం యొక్క యాంత్రిక లోడ్, ఒక సంప్రదాయమైనది వలె, దానిలో మైక్రోక్రాక్ల రూపాన్ని కలిగిస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఈ మైక్రోక్రాక్ యొక్క సరళ ప్రచారం మరియు మాక్రోక్రాక్‌గా రూపాంతరం చెందడం ఈ పదార్థాన్ని రూపొందించే నానోపార్టికల్స్ యొక్క అనేక సరిహద్దుల ద్వారా ఆటంకం కలిగిస్తుంది. అందువల్ల, మైక్రోక్రాక్ నానోపార్టికల్స్‌లో ఒకదాని సరిహద్దును ఎదుర్కొంటుంది మరియు ఆగిపోతుంది మరియు నమూనా చెక్కుచెదరకుండా ఉంటుంది.

రాగి యొక్క బలం మైక్రోక్రిస్టల్స్ లేదా నానోపార్టికల్స్ నుండి కంపోజ్ చేయబడిన పరిమాణంపై ఎలా ఆధారపడి ఉంటుందో మూర్తి 50 చూపిస్తుంది. నానోఫేస్ రాగి నమూనా యొక్క బలం సాధారణ రాగి బలం కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుందని చూడవచ్చు, ఇది ఒక నియమం వలె 50 మైక్రాన్ల పరిమాణంలో స్ఫటికాలను కలిగి ఉంటుంది.

మూర్తి 50. కణికలు (కణాలు) పరిమాణంపై రాగి బలం యొక్క ఆధారపడటం. సైంటిఫిక్ అమెరికన్, 1996, డిసెంబర్, పేజి నుండి స్వీకరించబడింది. 74.

చిన్న కోత వైకల్యాల వద్ద, నానోఫేస్ పదార్థాల కణాలు ఒకదానికొకటి కొద్దిగా సాపేక్షంగా కదలగలవు. అందువల్ల, నానోఫేస్ పదార్థాల యొక్క సూక్ష్మ-కణ నిర్మాణం తన్యత వైకల్యం సమయంలో మాత్రమే కాకుండా, వంపు సమయంలో కూడా బలంగా ఉంటుంది, నమూనా యొక్క ప్రక్కనే ఉన్న పొరలు వాటి పొడవును భిన్నంగా మార్చినప్పుడు.

TiO 2 నానోపార్టికల్స్ - నానోసోప్ మరియు అతినీలలోహిత ట్రాప్

టైటానియం డయాక్సైడ్, TiO 2 భూమిపై అత్యంత సాధారణ టైటానియం సమ్మేళనం. టైటానియం డయాక్సైడ్ పౌడర్ అద్భుతమైన తెల్లని రంగును కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల పెయింట్స్, పేపర్, టూత్‌పేస్టులు మరియు ప్లాస్టిక్‌ల ఉత్పత్తిలో రంగుగా ఉపయోగించబడుతుంది. టైటానియం డయాక్సైడ్ పౌడర్ తెల్లగా ఉండటానికి కారణం దాని అధిక వక్రీభవన సూచిక (n=2.7).

టైటానియం ఆక్సైడ్ TiO 2 చాలా బలమైన ఉత్ప్రేరక చర్యను కలిగి ఉంది - ఇది రసాయన ప్రతిచర్యల సంభవనీయతను వేగవంతం చేస్తుంది. అతినీలలోహిత వికిరణం సమక్షంలో, టైటానియం డయాక్సైడ్ నీటి అణువులను ఫ్రీ రాడికల్స్‌గా విభజిస్తుంది - హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు OH - మరియు సూపర్ ఆక్సైడ్ అయాన్లు O 2 - (Fig. 51).

మూర్తి 51. సూర్యకాంతి సమక్షంలో టైటానియం డయాక్సైడ్ ఉపరితలంపై నీటి ఉత్ప్రేరక సమయంలో OH - మరియు O 2 - ఫ్రీ రాడికల్స్ ఏర్పడటానికి స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం.

ఫలితంగా ఏర్పడే ఫ్రీ రాడికల్స్ యొక్క కార్యాచరణ చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, టైటానియం డయాక్సైడ్ ఉపరితలంపై, ఏదైనా సేంద్రీయ సమ్మేళనాలు కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు నీటిలో కుళ్ళిపోతాయి. ఇది సూర్యకాంతిలో మాత్రమే సంభవిస్తుందని గమనించాలి, ఇది అతినీలలోహిత భాగాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

టైటానియం డయాక్సైడ్ యొక్క ఉత్ప్రేరక చర్య కణ పరిమాణం తగ్గడంతో పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే కణ ఉపరితలం వాటి వాల్యూమ్‌కు నిష్పత్తి పెరుగుతుంది. అందువల్ల, టైటానియం నానోపార్టికల్స్ చాలా ప్రభావవంతంగా మారతాయి మరియు అవి సేంద్రీయ సమ్మేళనాల నుండి నీరు, గాలి మరియు వివిధ ఉపరితలాలను శుద్ధి చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు, ఇవి సాధారణంగా మానవులకు హానికరం.

టైటానియం డయాక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్ ఆధారంగా తయారు చేయబడిన ఫోటోకాటలిస్ట్‌లను హైవే కాంక్రీటు కూర్పులో చేర్చవచ్చు. అటువంటి రహదారులను నిర్వహిస్తున్నప్పుడు, నత్రజని మోనాక్సైడ్ యొక్క సాంద్రత సాంప్రదాయక వాటి కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుందని ప్రయోగాలు చూపిస్తున్నాయి. అందువల్ల, కాంక్రీటులో టైటానియం డయాక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్‌ను చేర్చడం వల్ల హైవేల చుట్టూ ఉన్న పర్యావరణాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు. అదనంగా, ఈ నానోపార్టికల్స్ నుండి ఆటోమొబైల్ ఇంధనానికి పొడిని జోడించాలని ప్రతిపాదించబడింది, ఇది ఎగ్జాస్ట్ వాయువులలో హానికరమైన మలినాలను కూడా తగ్గిస్తుంది.

గాజుకు వర్తించే టైటానియం డయాక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్ ఫిల్మ్ పారదర్శకంగా మరియు కంటికి కనిపించదు. అయినప్పటికీ, అటువంటి గాజు, సూర్యరశ్మికి గురైనప్పుడు, సేంద్రీయ కలుషితాల నుండి స్వీయ-శుభ్రం చేయగలదు, ఏదైనా సేంద్రీయ ధూళిని కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు నీరుగా మారుస్తుంది. టైటానియం ఆక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్‌తో చికిత్స చేయబడిన గాజు జిడ్డు మరకలు లేకుండా ఉంటుంది మరియు అందువల్ల నీటితో బాగా తడిగా ఉంటుంది. తత్ఫలితంగా, అటువంటి గాజు పొగమంచు తక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే నీటి బిందువులు వెంటనే గాజు ఉపరితలం వెంట వ్యాపించి, సన్నని పారదర్శక చలనచిత్రాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.

దురదృష్టవశాత్తు, టైటానియం డయాక్సైడ్ మూసివున్న ప్రదేశాలలో పనిచేయడం ఆపివేస్తుంది, ఎందుకంటే... కృత్రిమ కాంతిలో ఆచరణాత్మకంగా అతినీలలోహిత లేదు. అయినప్పటికీ, టైటానియం డయాక్సైడ్ యొక్క నిర్మాణాన్ని కొద్దిగా మార్చడం ద్వారా, సౌర స్పెక్ట్రం యొక్క కనిపించే భాగానికి దానిని సున్నితంగా మార్చడం సాధ్యమవుతుందని శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు. అటువంటి టైటానియం డయాక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్ ఆధారంగా, టాయిలెట్ గదుల కోసం పూతను తయారు చేయడం సాధ్యమవుతుంది, దీని ఫలితంగా టాయిలెట్ ఉపరితలాలపై బ్యాక్టీరియా మరియు ఇతర జీవుల కంటెంట్ చాలా రెట్లు తగ్గించబడుతుంది.

అతినీలలోహిత వికిరణాన్ని గ్రహించే సామర్థ్యం కారణంగా, టైటానియం డయాక్సైడ్ ఇప్పటికే క్రీమ్‌ల వంటి సన్‌స్క్రీన్‌ల తయారీలో ఉపయోగించబడుతుంది. క్రీమ్ తయారీదారులు టైటానియం డయాక్సైడ్‌ను నానోపార్టికల్స్ రూపంలో ఉపయోగించడం ప్రారంభించారు, ఇవి చాలా చిన్నవిగా ఉంటాయి, అవి సన్‌స్క్రీన్‌కు దాదాపు సంపూర్ణ పారదర్శకతను అందిస్తాయి.

స్వీయ శుభ్రపరిచే నానోగ్రాస్ మరియు "లోటస్ ఎఫెక్ట్"

నానోటెక్నాలజీ మసాజ్ మైక్రోబ్రష్‌కు సమానమైన ఉపరితలాన్ని సృష్టించడం సాధ్యం చేస్తుంది. అటువంటి ఉపరితలాన్ని నానోగ్రాస్ అని పిలుస్తారు మరియు ఇది ఒకదానికొకటి సమాన దూరంలో ఉన్న ఒకే పొడవు యొక్క అనేక సమాంతర నానోవైర్లు (నానోరోడ్లు) కలిగి ఉంటుంది (Fig. 52).

మూర్తి 52. నానోగ్రాస్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోగ్రాఫ్ 350 nm వ్యాసం మరియు 7 μm ఎత్తుతో సిలికాన్ రాడ్‌లను కలిగి ఉంటుంది, 1 μm దూరంలో ఉంటుంది.

నానోగ్రాస్‌పై పడే నీటి చుక్క నానోగ్రాస్ మధ్య చొచ్చుకుపోదు, ఎందుకంటే ద్రవం యొక్క అధిక ఉపరితల ఉద్రిక్తత దీనిని నిరోధిస్తుంది. అన్నింటికంటే, నానోగ్రాస్‌ల మధ్య చొచ్చుకుపోవడానికి, ఒక డ్రాప్ దాని ఉపరితలాన్ని పెంచాల్సిన అవసరం ఉంది మరియు దీనికి అదనపు శక్తి ఖర్చులు అవసరం. అందువల్ల, డ్రాప్ "పాయింటే షూస్ మీద తేలుతుంది," వీటి మధ్య గాలి బుడగలు ఉన్నాయి. ఫలితంగా, డ్రాప్ మరియు నానోగ్రాస్ మధ్య సంశ్లేషణ శక్తులు చాలా చిన్నవిగా మారతాయి. దీనర్థం చుక్క వ్యాప్తి చెందడం మరియు "స్పైకీ" నానోగ్రాస్‌ను తడి చేయడం అననుకూలంగా మారుతుంది మరియు అది ఒక బంతిగా ముడుచుకుంటుంది, ఇది చాలా ఎక్కువ కాంటాక్ట్ యాంగిల్ qని ప్రదర్శిస్తుంది, ఇది తేమ యొక్క పరిమాణాత్మక కొలత (Fig. 53).

మూర్తి 53. నానోగ్రాస్‌పై నీటి చుక్క.

నానోగ్రాస్ యొక్క తేమను మరింత తక్కువగా చేయడానికి, దాని ఉపరితలం కొన్ని హైడ్రోఫోబిక్ పాలిమర్ యొక్క పలుచని పొరతో కప్పబడి ఉంటుంది. ఆపై నీరు మాత్రమే కాదు, ఏ కణాలు కూడా నానోగ్రాస్‌కు ఎప్పుడూ అంటుకోవు, ఎందుకంటే కొన్ని పాయింట్ల వద్ద మాత్రమే దాన్ని తాకండి. అందువల్ల, నానోవిల్లితో కప్పబడిన ఉపరితలంపై తమను తాము కనుగొనే ధూళి కణాలు దాని నుండి పడిపోతాయి లేదా నీటి బిందువుల ద్వారా దూరంగా ఉంటాయి.

మురికి కణాల నుండి ఫ్లీసీ ఉపరితలాన్ని స్వీయ-శుభ్రపరచడాన్ని "లోటస్ ఎఫెక్ట్" అంటారు, ఎందుకంటే చుట్టూ నీరు మేఘావృతమై మురికిగా ఉన్నప్పటికీ తామర పువ్వులు మరియు ఆకులు స్వచ్ఛంగా ఉంటాయి. ఆకులు మరియు పువ్వులు నీటితో తడిగా ఉండకపోవటం వలన ఇది జరుగుతుంది, కాబట్టి నీటి చుక్కలు పాదరసం బంతుల వలె వాటి నుండి రోల్ అవుతాయి, ఎటువంటి జాడను వదలకుండా మరియు అన్ని ధూళిని కడగడం. తామర ఆకుల ఉపరితలంపై జిగురు మరియు తేనె చుక్కలు కూడా ఉండవు.

లోటస్ ఆకుల మొత్తం ఉపరితలం 10 మైక్రాన్ల ఎత్తులో మైక్రోపింపుల్‌లతో దట్టంగా కప్పబడి ఉందని తేలింది మరియు మొటిమలు కూడా చిన్న మైక్రోవిల్లితో కప్పబడి ఉంటాయి (Fig. 54). ఈ మైక్రోపింపుల్‌లు మరియు విల్లీలన్నీ మైనపుతో తయారు చేయబడ్డాయి, ఇది హైడ్రోఫోబిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉందని, తామర ఆకుల ఉపరితలం నానోగ్రాస్ లాగా కనిపిస్తుంది. ఇది తామర ఆకుల ఉపరితలం యొక్క మొటిమల నిర్మాణం, ఇది వాటి తేమను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది. పోలిక కోసం, అంజీర్ 54 మాగ్నోలియా ఆకు యొక్క సాపేక్షంగా మృదువైన ఉపరితలాన్ని చూపుతుంది, ఇది స్వీయ-శుభ్రపరిచే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండదు.

మూర్తి 54. లోటస్ మరియు మాగ్నోలియా ఆకుల ఉపరితలం యొక్క మైక్రోగ్రాఫ్. ఎడమవైపు దిగువన ఒక మైక్రోపింపుల్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం ఉంది. నుండి తీసుకోబడింది ప్లాంటా (1997), 202: 1-8.

అందువల్ల, నానోటెక్నాలజీ స్వీయ-శుభ్రపరిచే పూతలు మరియు నీటి-వికర్షక లక్షణాలను కలిగి ఉన్న పదార్థాలను సృష్టించడం సాధ్యం చేస్తుంది. అటువంటి బట్టల నుండి తయారైన పదార్థాలు ఎల్లప్పుడూ శుభ్రంగా ఉంటాయి. స్వీయ-శుభ్రపరిచే విండ్‌షీల్డ్‌లు ఇప్పటికే ఉత్పత్తి చేయబడుతున్నాయి, దీని బయటి ఉపరితలం నానోవిల్లితో కప్పబడి ఉంటుంది. అటువంటి గాజుపై వైపర్లు చేయడానికి ఏమీ లేదు. "లోటస్ ఎఫెక్ట్" ఉపయోగించి స్వీయ శుభ్రపరిచే కారు చక్రాల కోసం శాశ్వతంగా శుభ్రమైన రిమ్‌లు అమ్మకానికి ఉన్నాయి మరియు ఇప్పుడు మీరు మీ ఇంటి వెలుపల మురికి అంటుకోని పెయింట్‌తో పెయింట్ చేయవచ్చు.

నానోబ్యాటరీలు - శక్తివంతమైన మరియు మన్నికైనవి

ట్రాన్సిస్టర్లు కాకుండా, బ్యాటరీల సూక్ష్మీకరణ చాలా నెమ్మదిగా జరుగుతుంది. గాల్వానిక్ బ్యాటరీల పరిమాణం, ఒక యూనిట్ పవర్‌కి తగ్గించబడింది, గత 50 సంవత్సరాల్లో కేవలం 15 రెట్లు మాత్రమే తగ్గింది మరియు అదే సమయంలో ట్రాన్సిస్టర్ పరిమాణం 1000 రెట్లు కంటే ఎక్కువ తగ్గింది మరియు ఇప్పుడు దాదాపు 100 nm. స్వయంప్రతిపత్త ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్ యొక్క పరిమాణం తరచుగా దాని ఎలక్ట్రానిక్ ఫిల్లింగ్ ద్వారా కాకుండా, ప్రస్తుత మూలం యొక్క పరిమాణం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. అంతేకాకుండా, పరికరం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్స్ ఎంత తెలివిగా ఉంటే, దానికి పెద్ద బ్యాటరీ అవసరం. అందువల్ల, ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల యొక్క మరింత సూక్ష్మీకరణ కోసం, కొత్త రకాల బ్యాటరీలను అభివృద్ధి చేయడం అవసరం. మరియు ఇక్కడ మళ్ళీ నానోటెక్నాలజీ సహాయపడుతుంది

నానోపార్టికల్స్ ఎలక్ట్రోడ్ల ఉపరితలాన్ని పెంచుతాయి

బ్యాటరీలు మరియు అక్యుమ్యులేటర్ల ఎలక్ట్రోడ్ల విస్తీర్ణం ఎంత పెద్దదో, అవి ఎక్కువ కరెంట్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలవు. ఎలక్ట్రోడ్ల వైశాల్యాన్ని పెంచడానికి, వాటి ఉపరితలం వాహక నానోపార్టికల్స్, నానోట్యూబ్‌లు మొదలైన వాటితో కప్పబడి ఉంటుంది.

2005లో, తోషిబా ఒక లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క నమూనాను రూపొందించింది, దీని ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ లిథియం టైటనేట్ నానోక్రిస్టల్స్‌తో పూత చేయబడింది, దీని ఫలితంగా ఎలక్ట్రోడ్ ప్రాంతం అనేక పదుల రెట్లు పెరిగింది. కొత్త బ్యాటరీ కేవలం ఒక నిమిషం ఛార్జింగ్‌లో 80% సామర్థ్యాన్ని పొందగలదు, అయితే సాంప్రదాయ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు నిమిషానికి 2-3% చొప్పున ఛార్జ్ అవుతాయి మరియు పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయడానికి గంట సమయం పడుతుంది.

అధిక రీఛార్జింగ్ వేగంతో పాటు, నానోపార్టికల్ ఎలక్ట్రోడ్లను కలిగి ఉన్న బ్యాటరీలు పెరిగిన సేవా జీవితాన్ని కలిగి ఉంటాయి: 1000 ఛార్జ్ / ఉత్సర్గ చక్రాల తర్వాత, దాని సామర్థ్యంలో 1% మాత్రమే పోతుంది మరియు కొత్త బ్యాటరీల మొత్తం సేవా జీవితం 5 వేల చక్రాల కంటే ఎక్కువ. అంతేకాకుండా, ఈ బ్యాటరీలు -40 o C వరకు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేయగలవు, ఇప్పటికే -25 o C వద్ద ఉన్న సాధారణ ఆధునిక బ్యాటరీలకు 100% ఛార్జ్‌లో 20% మాత్రమే కోల్పోతాయి.

2007 నుండి, వాహక నానోపార్టికల్స్‌తో తయారు చేయబడిన ఎలక్ట్రోడ్‌లతో కూడిన బ్యాటరీలు అమ్మకానికి అందుబాటులో ఉన్నాయి, వీటిని ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలలో అమర్చవచ్చు. ఈ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు 35 kW వరకు శక్తిని నిల్వ చేయగలవు. గంట, కేవలం 10 నిమిషాల్లో గరిష్ట సామర్థ్యానికి ఛార్జింగ్ అవుతుంది. ఇప్పుడు అటువంటి బ్యాటరీలతో కూడిన ఎలక్ట్రిక్ కారు పరిధి 200 కిమీ, అయితే ఈ బ్యాటరీల తదుపరి మోడల్ ఇప్పటికే అభివృద్ధి చేయబడింది, ఇది ఎలక్ట్రిక్ కారు పరిధిని 400 కిమీకి పెంచడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది గరిష్ట గ్యాసోలిన్ కార్లతో దాదాపుగా పోల్చవచ్చు. (ఇంధనం నింపడం నుండి ఇంధనం నింపడం వరకు).

బ్యాటరీ కోసం నానో స్విచ్

ఆధునిక బ్యాటరీల యొక్క ప్రధాన ప్రతికూలత ఏమిటంటే, అవి పని చేయకపోయినా, కొన్ని సంవత్సరాలలో పూర్తిగా తమ శక్తిని కోల్పోతాయి, కానీ గిడ్డంగిలో ఉంటాయి (ప్రతి సంవత్సరం 15% శక్తి పోతుంది). కాలక్రమేణా బ్యాటరీ శక్తి తగ్గడానికి కారణం ఏమిటంటే, పని చేయని బ్యాటరీలతో కూడా, ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ ఎల్లప్పుడూ ఒకదానితో ఒకటి సంపర్కంలో ఉంటాయి, అందువల్ల ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అయానిక్ కూర్పు మరియు ఎలక్ట్రోడ్ల ఉపరితలం క్రమంగా మారుతాయి. బ్యాటరీల శక్తిలో తగ్గుదల.

హెచ్ బ్యాటరీని నిల్వ చేసేటప్పుడు ఎలక్ట్రోడ్లతో ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క సంబంధాన్ని నివారించడానికి, పైన వివరించిన "లోటస్ ఎఫెక్ట్" ను అనుకరిస్తూ, నీటి ద్వారా తడి చేయని నానోహెయిర్లతో వాటి ఉపరితలం రక్షించబడుతుంది (మూర్తి 55 చూడండి).

మూర్తి 55. బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోడ్‌లలో ఒకదానిపై పెరుగుతున్న 300 nm వ్యాసం కలిగిన నానోరోడ్‌ల "నానోగ్రాస్" యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం. నానోహైర్ పదార్థం యొక్క హైడ్రోఫోబిక్ లక్షణాల కారణంగా, నీలిరంగు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణం "ఎరుపు" ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలాన్ని చేరుకోలేకపోతుంది మరియు బ్యాటరీ అనేక సంవత్సరాలు దాని శక్తిని కోల్పోదు. సైంటిఫిక్ అమెరికన్, 2006, ఫిబ్రవరి, పేజి నుండి స్వీకరించబడింది. 73.

బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి సంశ్లేషణ (అంటుకోవడం) నియంత్రించవచ్చని తెలిసింది. ఎలక్ట్రిఫైడ్ ప్లాస్టిక్ దువ్వెనకు చిన్న చిన్న కాగితం ముక్కలు, ముక్కలు, దుమ్ము మొదలైనవి ఎలా అంటుకుంటాయో అందరూ చూశారు. చెమ్మగిల్లడం అనేది సంశ్లేషణ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు అందువల్ల ద్రవం మరియు ఘన ఉపరితలం మధ్య వర్తించే విద్యుత్ క్షేత్రం ఎల్లప్పుడూ రెండోది యొక్క తేమను పెంచుతుంది.

నానోహైర్‌ల యొక్క హైడ్రోఫోబిక్ పూత ఎలక్ట్రోలైట్‌తో సంబంధం నుండి బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోడ్‌లలో ఒకదాని యొక్క ఉపరితలాన్ని రక్షిస్తుంది (Fig. 55). అయినప్పటికీ, మేము బ్యాటరీని ఉపయోగించాలనుకుంటే, నానోహెయిర్లకు చిన్న వోల్టేజ్ని వర్తింపజేస్తే సరిపోతుంది మరియు అవి హైడ్రోఫిలిక్గా మారతాయి, దీని ఫలితంగా ఎలక్ట్రోలైట్ ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య మొత్తం ఖాళీని నింపుతుంది, బ్యాటరీని పని చేస్తుంది.

పైన వివరించిన స్విచ్ ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేసే నానోటెక్నాలజీకి వివిధ రకాల సెన్సార్‌లలో బ్యాటరీలకు డిమాండ్ ఉంటుందని నమ్ముతారు, ఉదాహరణకు, చేరుకోలేని ప్రదేశాలలో విమానం నుండి పడిపోయింది, వీటిని కొన్నింటిలో మాత్రమే ఉపయోగించాలని ప్రణాళిక చేయబడింది. సంవత్సరాలు లేదా కొన్ని ప్రత్యేక సందర్భాలలో సిగ్నల్ ద్వారా.

నానోట్యూబ్ ప్లేట్‌లతో కెపాసిటర్లు

దాదాపు 300 ఏళ్ల క్రితం కనిపెట్టిన ఎలక్ట్రికల్ కెపాసిటర్‌ను నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి మెరుగుపరిస్తే అద్భుతమైన బ్యాటరీగా మారుతుందని పరిశోధకులు భావిస్తున్నారు. గాల్వానిక్ కరెంట్ మూలాల వలె కాకుండా, ఒక కెపాసిటర్ నిరవధికంగా విద్యుత్ శక్తి యొక్క సంచితం వలె పనిచేస్తుంది. అదే సమయంలో, కెపాసిటర్ ఏదైనా బ్యాటరీ కంటే చాలా వేగంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది.

గాల్వానిక్ కరెంట్ సోర్సెస్‌తో పోలిస్తే ఎలక్ట్రిక్ కెపాసిటర్ యొక్క ఏకైక లోపం దాని తక్కువ నిర్దిష్ట శక్తి తీవ్రత (నిల్వ చేసిన శక్తి వాల్యూమ్‌కు నిష్పత్తి). ప్రస్తుతం, కెపాసిటర్ల నిర్దిష్ట శక్తి తీవ్రత బ్యాటరీలు మరియు సంచితాల కంటే సుమారు 25 రెట్లు తక్కువగా ఉంది.

కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ మరియు శక్తి తీవ్రత దాని ప్లేట్ల ఉపరితల వైశాల్యానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని తెలుసు. కెపాసిటర్ ప్లేట్ల వైశాల్యాన్ని పెంచడానికి నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి, వాటి ఉపరితలంపై నానోట్యూబ్‌లను నిర్వహించే అడవిని పెంచడం సాధ్యమవుతుంది (Fig. 56). ఫలితంగా, అటువంటి కెపాసిటర్ యొక్క శక్తి సామర్థ్యం వేల రెట్లు పెరుగుతుంది. అటువంటి కెపాసిటర్లు సమీప భవిష్యత్తులో సాధారణ ప్రస్తుత వనరులు అవుతాయని నమ్ముతారు.

మూర్తి 56. కెపాసిటర్ ప్లేట్లలో ఒకదాని ఉపరితలం, ఇది అటవీ మరియు నిలువుగా ఉండే కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు.

నానోటెక్నాలజీతో భవిష్యత్తును అనుసంధానించాలనుకునే వారికి

ఇప్పుడు అనేక రష్యన్ విశ్వవిద్యాలయాలు నానోటెక్నాలజీ రంగంలో నిపుణులకు శిక్షణ ఇస్తున్నాయి. నానోటెక్నాలజీ ఫ్యాకల్టీలు మరియు విభాగాలు అనేక ప్రతిష్టాత్మక విశ్వవిద్యాలయాలలో కనిపిస్తాయి. ప్రతి ఒక్కరూ ఈ దిశ యొక్క వాగ్దానాన్ని అర్థం చేసుకుంటారు, దాని ప్రగతిశీలతను అర్థం చేసుకుంటారు ... మరియు, బహుశా, దాని ప్రయోజనాలు కూడా. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో ప్రపంచవ్యాప్తంగా నానోటెక్నాలజీపై ఆసక్తి వేగవంతమైన పెరుగుదల మరియు దానిపై పెట్టుబడి పెరిగింది. నానోటెక్నాలజీ ఆర్థిక వృద్ధికి అధిక సామర్థ్యాన్ని అందిస్తుంది కాబట్టి ఇది చాలా అర్థమయ్యేలా ఉంది, జనాభా జీవన నాణ్యత, సాంకేతిక మరియు రక్షణ భద్రత, వనరులు మరియు శక్తి పరిరక్షణపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ రోజుల్లో, దాదాపు అన్ని అభివృద్ధి చెందిన దేశాలు నానోటెక్నాలజీ రంగంలో జాతీయ కార్యక్రమాలను కలిగి ఉన్నాయి. అవి దీర్ఘకాలిక స్వభావం కలిగి ఉంటాయి మరియు వాటి ఫైనాన్సింగ్ ప్రభుత్వ వనరుల నుండి మరియు ఇతర నిధుల నుండి కేటాయించబడిన నిధుల నుండి నిర్వహించబడుతుంది.

మీరు నానోటెక్నాలజీలో చదువుకునే విశ్వవిద్యాలయాల జాబితా

1. మాస్కో స్టేట్ యూనివర్శిటీ పేరు పెట్టబడింది. ఎం.వి. లోమోనోసోవ్,

2. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (స్టేట్ యూనివర్శిటీ)",

3. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో స్టేట్ టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ N.E. బామన్ పేరు పెట్టబడింది,

4. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో స్టేట్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ స్టీల్ అండ్ అల్లాయ్స్ (టెక్నలాజికల్ యూనివర్సిటీ)",

5. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో స్టేట్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ (టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ)",

6. ఫెడరల్ స్టేట్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సెయింట్ పీటర్స్‌బర్గ్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

7. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "టాగన్‌రోగ్ స్టేట్ రేడియో ఇంజనీరింగ్ యూనివర్సిటీ" (సదరన్ ఫెడరల్ యూనివర్శిటీలో భాగంగా),

8. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "N.I. లోబాచెవ్స్కీ పేరు పెట్టబడిన నిజ్నీ నొవ్‌గోరోడ్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

9. ఫెడరల్ స్టేట్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "టామ్స్క్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ".

10. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "ఫార్ ఈస్టర్న్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

11. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సమారా స్టేట్ ఏరోస్పేస్ యూనివర్శిటీ అకాడెమీషియన్ S.P. కొరోలెవ్ పేరు పెట్టబడింది",

12. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సెయింట్ పీటర్స్‌బర్గ్ స్టేట్ మైనింగ్ ఇన్స్టిట్యూట్ G.V. ప్లెఖానోవ్ (టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ) పేరు పెట్టబడింది",

13. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "టామ్స్క్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కంట్రోల్ సిస్టమ్స్ అండ్ రేడియోఎలక్ట్రానిక్స్",

14. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "టామ్స్క్ పాలిటెక్నిక్ యూనివర్సిటీ",

15. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "నోవోసిబిర్స్క్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

16. నేషనల్ రీసెర్చ్ న్యూక్లియర్ యూనివర్సిటీ "MEPhI",

17. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సెయింట్ పీటర్స్‌బర్గ్ స్టేట్ పాలిటెక్నిక్ యూనివర్శిటీ",

18. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో ఎనర్జీ ఇన్స్టిట్యూట్ (టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ)",

19. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సెయింట్ పీటర్స్‌బర్గ్ స్టేట్ ఎలక్ట్రోటెక్నికల్ యూనివర్శిటీ "LETI" V.I. ఉలియానోవ్ (లెనిన్) పేరు పెట్టబడింది",

20. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సెయింట్ పీటర్స్‌బర్గ్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీస్, మెకానిక్స్ అండ్ ఆప్టిక్స్",

21. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "బెల్గోరోడ్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

22. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "రష్యన్ పీపుల్స్ ఫ్రెండ్‌షిప్ యూనివర్శిటీ",

23. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "A.M. గోర్కీ పేరు పెట్టబడిన ఉరల్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

24. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "N.G. చెర్నిషెవ్స్కీ పేరు పెట్టబడిన సరాటోవ్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

25. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "వ్లాదిమిర్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

26. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో స్టేట్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సివిల్ ఇంజనీరింగ్",

27. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "ఫార్ ఈస్టర్న్ స్టేట్ టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ (FEPI V.V. కుయిబిషెవ్ పేరు పెట్టబడింది)",

28. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "నోవోసిబిర్స్క్ స్టేట్ టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ",

29. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "సౌత్ ఉరల్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

30. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "పెర్మ్ స్టేట్ టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ",

31. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "A.N. టుపోలేవ్ పేరు పెట్టబడిన కజాన్ స్టేట్ టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ",

32. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "Ufa స్టేట్ ఏవియేషన్ టెక్నికల్ యూనివర్సిటీ",

33. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "ట్యుమెన్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

34. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "ఉరల్ స్టేట్ టెక్నికల్ యూనివర్శిటీ - UPI రష్యా మొదటి అధ్యక్షుడు B.N. యెల్ట్సిన్ పేరు పెట్టబడింది",

35. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "యాకుట్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ M.K. అమోసోవ్ పేరు పెట్టబడింది",

36. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "వ్యాట్కా స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

37. ఫెడరల్ స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "రష్యన్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ ఇమ్మాన్యుయేల్ కాంట్ పేరు పెట్టబడింది",

38. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "మాస్కో పెడగోగికల్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ",

39. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "I.M. గుబ్కిన్ పేరు పెట్టబడిన రష్యన్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ ఆయిల్ అండ్ గ్యాస్",

40. స్టేట్ ఎడ్యుకేషనల్ ఇన్స్టిట్యూషన్ ఆఫ్ హయ్యర్ ప్రొఫెషనల్ ఎడ్యుకేషన్ "టాంబోవ్ స్టేట్ యూనివర్శిటీ G.R. డెర్జావిన్ పేరు పెట్టబడింది".

సూచనలు

http://abitur.nica.ru/

http://www.med.umich.edu/opm/newspage/2005/nanoparticles.htm.

http://probes.invitrogen.com/servlets/photo?fileid=g002765&company=probes

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_tweezers.

http://www.nanometer.ru/2007/06/06/atomno_silovaa_mikroskopia_2609.html#

రష్యన్ ఫెడరేషన్ యొక్క విద్య మరియు విజ్ఞాన మంత్రిత్వ శాఖ

మున్సిపల్ విద్యా సంస్థ

సమగ్ర పాఠశాల – బోర్డింగ్ పాఠశాల నం. 1 సెకండరీ (పూర్తి)

టామ్స్క్‌లో సాధారణ విద్య

వియుక్త

అంశంపై: ఆధునిక ప్రపంచంలో నానోటెక్నాలజీ

పూర్తయింది: 8A తరగతి విద్యార్థి

సఖ్నెంకో మరియా

సూపర్‌వైజర్:పఖోరుకోవా డి.పి.

భౌతిక శాస్త్ర ఉపాధ్యాయుడు

టామ్స్క్ 2010

పరిచయం

ప్రస్తుతం, కొంతమందికి నానోటెక్నాలజీ అంటే ఏమిటో తెలుసు, అయినప్పటికీ భవిష్యత్తు ఈ శాస్త్రం వెనుక ఉంది. నానోటెక్నాలజీతో నాకు పరిచయం కావడమే నా పని యొక్క ప్రధాన లక్ష్యం. నేను వివిధ పరిశ్రమలలో ఈ శాస్త్రం యొక్క అనువర్తనాన్ని కనుగొనాలనుకుంటున్నాను మరియు నానోటెక్నాలజీ మానవులకు ప్రమాదకరంగా ఉంటుందో లేదో తెలుసుకోవాలనుకుంటున్నాను.

నానోటెక్నాలజీ అనే సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ రంగం సాపేక్షంగా ఇటీవల ఉద్భవించింది. ఈ శాస్త్రానికి అవకాశాలు అపారమైనవి. "నానో" అనే కణం అంటే పరిమాణంలో బిలియన్ వంతు. ఉదాహరణకు, నానోమీటర్ అనేది మీటరులో బిలియన్ వంతు. ఈ పరిమాణాలు అణువులు మరియు అణువుల పరిమాణాలను పోలి ఉంటాయి. నానోటెక్నాలజీ యొక్క ఖచ్చితమైన నిర్వచనం క్రింది విధంగా ఉంది: నానోటెక్నాలజీ అనేది అణువులు మరియు అణువుల స్థాయిలో పదార్థాన్ని మార్చే సాంకేతికత (అందుకే నానోటెక్నాలజీని మాలిక్యులర్ టెక్నాలజీ అని కూడా పిలుస్తారు). నానోటెక్నాలజీ అభివృద్ధికి ప్రేరణ రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ యొక్క ఉపన్యాసం, దీనిలో భౌతిక శాస్త్ర కోణం నుండి అణువుల నుండి నేరుగా వస్తువులను సృష్టించడానికి ఎటువంటి అడ్డంకులు లేవని అతను శాస్త్రీయంగా నిరూపించాడు. పరమాణువులను ప్రభావవంతంగా మార్చే సాధనాన్ని సూచించడానికి, అసెంబ్లర్ అనే భావన ప్రవేశపెట్టబడింది - ఏదైనా పరమాణు నిర్మాణాన్ని నిర్మించగల పరమాణు నానోమెషిన్. సహజ సమీకరణకు ఉదాహరణ రైబోజోమ్, ఇది జీవులలో ప్రోటీన్‌ను సంశ్లేషణ చేస్తుంది. సహజంగానే, నానోటెక్నాలజీ అనేది ఒక ప్రత్యేక విజ్ఞానం మాత్రమే కాదు, ఇది ప్రాథమిక శాస్త్రాలకు సంబంధించిన పెద్ద-స్థాయి, సమగ్ర పరిశోధనా రంగం. పాఠశాలలో చదివిన దాదాపు ఏదైనా విషయం ఒక విధంగా లేదా మరొక విధంగా భవిష్యత్ సాంకేతికతలకు సంబంధించినదని మేము చెప్పగలం. "నానో" మరియు ఫిజిక్స్, కెమిస్ట్రీ మరియు బయాలజీ మధ్య సంబంధం చాలా స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. స్పష్టంగా, సమీపిస్తున్న నానోటెక్నాలజికల్ విప్లవానికి సంబంధించి అభివృద్ధికి గొప్ప ప్రేరణనిచ్చే ఈ శాస్త్రాలు.

1. ఆధునిక ప్రపంచంలో నానోటెక్నాలజీ

1.1.నానోటెక్నాలజీ ఆవిర్భావం చరిత్ర

నానోటెక్నాలజీ యొక్క తాత గ్రీకు తత్వవేత్త డెమోక్రిటస్‌గా పరిగణించబడుతుంది. పదార్థంలోని అతి చిన్న కణాన్ని వివరించడానికి అతను మొదట "అణువు" అనే పదాన్ని ఉపయోగించాడు. ఇరవై శతాబ్దాలకు పైగా, ప్రజలు ఈ కణం యొక్క నిర్మాణం యొక్క రహస్యాన్ని చొచ్చుకుపోవడానికి ప్రయత్నించారు. ఈ సమస్యకు పరిష్కారం, అనేక తరాల భౌతిక శాస్త్రవేత్తలకు అసాధ్యం, ఇరవయ్యవ శతాబ్దం మొదటి భాగంలో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు మాక్స్ నోల్ మరియు ఎర్నెస్ట్ రుస్కా ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌ను రూపొందించిన తర్వాత సాధ్యమైంది, ఇది మొదటిసారిగా నానోబ్జెక్ట్‌లను అధ్యయనం చేయడం సాధ్యపడింది. .

అనేక మూలాధారాలు, ప్రధానంగా ఆంగ్ల భాషలో ఉన్నవి, నానోటెక్నాలజీ అని పిలవబడే పద్ధతుల యొక్క మొదటి ప్రస్తావనను రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ యొక్క ప్రసిద్ధ ప్రసంగం “దేర్స్ ప్లెంటీ ఆఫ్ రూ ఎట్ ది బాటమ్”తో 1959లో కాలిఫోర్నియా ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీలో వార్షిక సమావేశంలో అతను చేసిన అమెరికన్ ఫిజికల్ సొసైటీ. రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ తగిన పరిమాణంలోని మానిప్యులేటర్‌ని ఉపయోగించి ఒకే పరమాణువులను యాంత్రికంగా తరలించడం సాధ్యమవుతుందని, కనీసం అటువంటి ప్రక్రియ ఈరోజు తెలిసిన భౌతిక శాస్త్ర నియమాలకు విరుద్ధంగా ఉండదని సూచించారు.

ఈ మానిప్యులేటర్‌ని ఈ క్రింది విధంగా చేయాలని ఆయన సూచించారు. దాని యొక్క కాపీని సృష్టించే యంత్రాంగాన్ని నిర్మించడం అవసరం, పరిమాణం యొక్క చిన్న క్రమాన్ని మాత్రమే. సృష్టించబడిన చిన్న మెకానిజం మళ్లీ దాని యొక్క ప్రతిని సృష్టించాలి, మళ్లీ పరిమాణం యొక్క చిన్న క్రమాన్ని సృష్టించాలి మరియు మెకానిజం యొక్క కొలతలు ఒక అణువు యొక్క క్రమం యొక్క కొలతలతో సరిపోయే వరకు. ఈ సందర్భంలో, ఈ యంత్రాంగం యొక్క నిర్మాణంలో మార్పులు చేయడం అవసరం, ఎందుకంటే స్థూలంలో పనిచేసే గురుత్వాకర్షణ శక్తులు తక్కువ మరియు తక్కువ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ ఇంటరాక్షన్‌ల శక్తులు యంత్రాంగం యొక్క ఆపరేషన్‌ను ఎక్కువగా ప్రభావితం చేస్తాయి. చివరి దశ - ఫలిత యంత్రాంగం వ్యక్తిగత అణువుల నుండి దాని కాపీని సమీకరించుకుంటుంది. సూత్రప్రాయంగా, అటువంటి కాపీల సంఖ్య అపరిమితంగా ఉంటుంది, తక్కువ సమయంలో ఇటువంటి యంత్రాల యొక్క ఏకపక్ష సంఖ్యను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది. ఈ యంత్రాలు పరమాణు అసెంబ్లీ ద్వారా స్థూల వస్తువులను అదే విధంగా సమీకరించగలవు. ఇది వస్తువులను చాలా చౌకగా చేస్తుంది - అటువంటి రోబోట్‌లకు (నానోరోబోట్‌లు) అవసరమైన సంఖ్యలో అణువులు మరియు శక్తిని మాత్రమే ఇవ్వాలి మరియు అవసరమైన వస్తువులను సమీకరించడానికి ప్రోగ్రామ్‌ను వ్రాయాలి. ఇప్పటివరకు, ఈ అవకాశాన్ని ఎవరూ తిరస్కరించలేకపోయారు, కానీ ఎవరూ ఇంకా అలాంటి యంత్రాంగాలను రూపొందించలేకపోయారు. అటువంటి రోబోట్ యొక్క ప్రాథమిక ప్రతికూలత ఒక అణువు నుండి ఒక యంత్రాంగాన్ని సృష్టించడం అసంభవం.

R. ఫేన్‌మాన్ తన ఆరోపించిన మానిప్యులేటర్‌ని ఈ విధంగా వివరించాడు:

నేను ఆలోచిస్తున్నాను విద్యుత్ నియంత్రణ వ్యవస్థను సృష్టించడం , ఇది నాలుగు రెట్లు తగ్గిన ఆపరేటర్ యొక్క "చేతులు" కాపీల రూపంలో సాంప్రదాయకంగా తయారు చేయబడిన "సర్వీస్ రోబోట్‌లను" ఉపయోగిస్తుంది. ఇటువంటి సూక్ష్మ-మెకానిజమ్స్ తక్కువ స్థాయిలో కార్యకలాపాలను సులభంగా నిర్వహించగలవు. నేను సర్వో మోటార్లు మరియు చిన్న "చేతులు" అమర్చిన చిన్న రోబోట్‌ల గురించి మాట్లాడుతున్నాను, ఇవి సమానంగా చిన్న బోల్ట్‌లు మరియు గింజలను బిగించగలవు, చాలా చిన్న రంధ్రాలు వేయగలవు. ఇది చేయుటకు, వాస్తవానికి, అవసరమైన మెకానిజమ్స్, టూల్స్ మరియు మానిప్యులేటింగ్ ఆయుధాలను మొదట సాధారణ పరిమాణంలో నాల్గవ వంతుకు తయారు చేయాలి (వాస్తవానికి, దీని అర్థం అన్ని పరిచయ ఉపరితలాలను 16 కారకం ద్వారా తగ్గించడం అని స్పష్టమవుతుంది). చివరి దశలో, ఈ పరికరాలు సర్వో మోటార్లు (16 రెట్లు తగ్గిన శక్తితో) అమర్చబడి, సంప్రదాయ విద్యుత్ నియంత్రణ వ్యవస్థకు అనుసంధానించబడతాయి. దీని తర్వాత, మీరు 16 రెట్లు చిన్నదైన మానిప్యులేటర్ ఆయుధాలను ఉపయోగించగలరు! అటువంటి మైక్రోబోట్‌లు, అలాగే మైక్రోమషీన్‌ల అప్లికేషన్ యొక్క పరిధి చాలా విస్తృతంగా ఉంటుంది - శస్త్రచికిత్స ఆపరేషన్ల నుండి రేడియోధార్మిక పదార్థాల రవాణా మరియు ప్రాసెసింగ్ వరకు. ప్రతిపాదిత ప్రోగ్రామ్ యొక్క సూత్రం, అలాగే దానితో సంబంధం ఉన్న ఊహించని సమస్యలు మరియు ఉత్తేజకరమైన అవకాశాలు స్పష్టంగా ఉన్నాయని నేను ఆశిస్తున్నాను. అంతేకాకుండా, స్కేల్‌లో మరింత గణనీయమైన తగ్గింపు యొక్క అవకాశం గురించి మీరు ఆలోచించవచ్చు, దీనికి సహజంగానే, మరింత డిజైన్ మార్పులు మరియు మార్పులు అవసరం (మార్గం ద్వారా, ఒక నిర్దిష్ట దశలో, మీరు సాధారణ ఆకారం యొక్క “చేతులు” వదిలివేయవలసి ఉంటుంది. ), కానీ వివరించిన రకం యొక్క కొత్త, మరింత అధునాతన పరికరాలను ఉత్పత్తి చేయడం సాధ్యపడుతుంది. మెషీన్‌ల ప్లేస్‌మెంట్ లేదా వాటి మెటీరియల్ వినియోగానికి సంబంధించి ఎటువంటి పరిమితులు లేనందున, ఈ ప్రక్రియను కొనసాగించకుండా మరియు మీకు నచ్చినన్ని చిన్న చిన్న యంత్రాలను సృష్టించకుండా మిమ్మల్ని ఏదీ ఆపదు. వాటి వాల్యూమ్ ఎల్లప్పుడూ ప్రోటోటైప్ వాల్యూమ్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. 4000 రెట్లు తగ్గిన 1 మిలియన్ యంత్రాల మొత్తం వాల్యూమ్ (అందువలన తయారీకి ఉపయోగించే పదార్థాల ద్రవ్యరాశి) సాధారణ పరిమాణంలో ఉన్న సాంప్రదాయిక యంత్రం యొక్క వాల్యూమ్ మరియు బరువులో 2% కంటే తక్కువగా ఉంటుందని లెక్కించడం సులభం. ఇది పదార్థాల ధర యొక్క సమస్యను వెంటనే తొలగిస్తుందని స్పష్టమవుతుంది. సూత్రప్రాయంగా, లక్షలాది ఒకేలాంటి సూక్ష్మ కర్మాగారాలను నిర్వహించడం సాధ్యమవుతుంది, దీనిలో చిన్న యంత్రాలు నిరంతరంగా రంధ్రాలు, స్టాంప్ భాగాలు మొదలైనవాటిని రంధ్రం చేస్తాయి. జీవితంలో మీరు ఎదుర్కొనే ప్రతిదీ పెద్ద-స్థాయి కారకాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అదనంగా, ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ ఇంటరాక్షన్ ఫోర్స్ (వాన్ డెర్ వాల్స్ ఫోర్స్ అని పిలవబడే) ప్రభావంతో పదార్థాల "కలిసి అతుక్కోవడం" సమస్య కూడా ఉంది, ఇది మాక్రోస్కోపిక్ స్కేల్‌పై అసాధారణమైన ప్రభావాలకు దారితీస్తుంది. ఉదాహరణకు, ఒక గింజ ఒకసారి విప్పిన బోల్ట్ నుండి వేరు చేయబడదు మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో ఉపరితలంపై గట్టిగా "అంటుకుంటుంది" మొదలైనవి. మైక్రోస్కోపిక్ మెకానిజమ్‌లను రూపొందించేటప్పుడు మరియు నిర్మించేటప్పుడు ఈ రకమైన అనేక భౌతిక సమస్యలు గుర్తుంచుకోవాలి.

1.2 నానోటెక్నాలజీ అంటే ఏమిటి

ఇటీవల కనిపించిన తరువాత, నానోటెక్నాలజీ ఎక్కువగా శాస్త్రీయ పరిశోధన రంగంలోకి ప్రవేశిస్తోంది మరియు దాని నుండి - మన దైనందిన జీవితంలోకి. శాస్త్రవేత్తల అభివృద్ధి మైక్రోవరల్డ్, అణువులు, అణువులు మరియు పరమాణు గొలుసుల వస్తువులతో ఎక్కువగా వ్యవహరిస్తుంది. కృత్రిమంగా సృష్టించబడిన నానోబ్జెక్ట్‌లు పరిశోధకులను వారి లక్షణాలతో నిరంతరం ఆశ్చర్యపరుస్తాయి మరియు వారి అప్లికేషన్‌కు అత్యంత ఊహించని అవకాశాలను వాగ్దానం చేస్తాయి.

నానోటెక్నాలజీ పరిశోధనలో ప్రాథమిక కొలత యూనిట్ నానోమీటర్ - మీటరులో బిలియన్ వంతు. అణువులు మరియు వైరస్లు, మరియు ఇప్పుడు కొత్త తరం కంప్యూటర్ చిప్‌ల మూలకాలు, అటువంటి యూనిట్లలో కొలుస్తారు. నానోస్కేల్ వద్ద స్థూల పరస్పర చర్యలను నిర్ణయించే అన్ని ప్రాథమిక భౌతిక ప్రక్రియలు సంభవిస్తాయి.

ప్రకృతి స్వయంగా నానో వస్తువులను సృష్టించే ఆలోచనకు మనిషిని ప్రేరేపిస్తుంది. ఏదైనా బాక్టీరియం, వాస్తవానికి, నానోమెషీన్‌లతో కూడిన జీవి: DNA మరియు RNA కాపీ మరియు సమాచారాన్ని ప్రసారం చేస్తుంది, రైబోజోమ్‌లు అమైనో ఆమ్లాల నుండి ప్రోటీన్‌లను ఏర్పరుస్తాయి, మైటోకాండ్రియా శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. సహజంగానే, సైన్స్ అభివృద్ధి యొక్క ఈ దశలో, ఈ దృగ్విషయాలను కాపీ చేసి మెరుగుపరచడం శాస్త్రవేత్తలకు సంభవిస్తుంది.

Y. SVIDINENKO, ఇంజనీర్-భౌతిక శాస్త్రవేత్త

నానోస్ట్రక్చర్‌లు సాంప్రదాయ ట్రాన్సిస్టర్‌లను భర్తీ చేస్తాయి.

కాంపాక్ట్ ఎడ్యుకేషనల్ నానోటెక్నాలజికల్ ఇన్‌స్టాలేషన్ "UMKA" పరమాణువుల వ్యక్తిగత సమూహాలను మార్చటానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది.

"UMKA" సంస్థాపనను ఉపయోగించి, DVD యొక్క ఉపరితలాన్ని పరిశీలించడం సాధ్యమవుతుంది.

భవిష్యత్ నానోటెక్నాలజిస్టుల కోసం ఇప్పటికే ఒక పాఠ్యపుస్తకం ప్రచురించబడింది.

ఇరవయ్యవ శతాబ్దం చివరి త్రైమాసికంలో కనిపించిన నానోటెక్నాలజీ వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది. దాదాపు ప్రతి నెల కొత్త ప్రాజెక్ట్‌ల గురించి సందేశాలు ఒక సంవత్సరం లేదా రెండు సంవత్సరాల క్రితం సంపూర్ణ ఫాంటసీగా అనిపించాయి. ఈ ఫీల్డ్ యొక్క మార్గదర్శకుడు, ఎరిక్ డ్రెక్స్లర్ ఇచ్చిన నిర్వచనం ప్రకారం, నానోటెక్నాలజీ అనేది "ముందుగా నిర్ణయించిన పరమాణు నిర్మాణంతో పరికరాలు మరియు పదార్ధాల తక్కువ-ధర ఉత్పత్తిపై దృష్టి సారించే ఊహించిన ఉత్పత్తి సాంకేతికత." పరమాణు ఖచ్చితత్వంతో నిర్మాణాలను పొందేందుకు ఇది వ్యక్తిగత పరమాణువులపై పనిచేస్తుందని దీని అర్థం. నానోటెక్నాలజీ మరియు స్థూల-వస్తువులను మార్చే ఆధునిక "వాల్యూమెట్రిక్" బల్క్ టెక్నాలజీల మధ్య ఉన్న ప్రాథమిక వ్యత్యాసం ఇది.

నానో అనేది 10 -9ని సూచించే ఉపసర్గ అని పాఠకులకు గుర్తు చేద్దాం. ఎనిమిది ఆక్సిజన్ పరమాణువులు ఒక-నానోమీటర్-పొడవు సెగ్మెంట్‌లో ఉంటాయి.

నానోబ్జెక్ట్‌లు (ఉదాహరణకు, మెటల్ నానోపార్టికల్స్) సాధారణంగా భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి ఒకే పదార్థం యొక్క పెద్ద వస్తువుల నుండి మరియు వ్యక్తిగత అణువుల లక్షణాల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి. 5-10 nm పరిమాణంలో ఉన్న బంగారు కణాల ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత 1 సెం.మీ 3 పరిమాణంలో ఉన్న బంగారు ముక్క యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత కంటే వందల డిగ్రీలు తక్కువగా ఉంటుందని చెప్పండి.

నానోస్కేల్ శ్రేణిలో జరిగే పరిశోధనలు తరచుగా మెటీరియల్ సైన్స్ రంగంలో బయోటెక్నాలజీ, సాలిడ్ స్టేట్ ఫిజిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ రంగాలను ప్రభావితం చేస్తాయి.

నానోమెడిసిన్ రంగంలో ప్రపంచంలోని ప్రముఖ నిపుణుడు రాబర్ట్ ఫ్రీటాస్ ఇలా అన్నారు: “భవిష్యత్తులో నానోమెషీన్‌లు బిలియన్ల కొద్దీ అణువులను కలిగి ఉండాలి, కాబట్టి వాటి రూపకల్పన మరియు నిర్మాణానికి ప్రతి నానోరోబోట్ రూపకల్పనకు అనేక మంది నిపుణుల బృందం కృషి అవసరం పరిశోధనా బృందాలు, బోయింగ్ 777 విమానాన్ని ప్రపంచవ్యాప్తంగా అనేక బృందాలు రూపొందించాయి మరియు నిర్మించబడ్డాయి, ఇది మిలియన్ (లేదా అంతకంటే ఎక్కువ) పని చేసే భాగాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇది విమానం కంటే సరళమైనది కాదు.

మన చుట్టూ ఉన్న నానో ఉత్పత్తులు

నానోవరల్డ్ సంక్లిష్టమైనది మరియు ఇప్పటికీ చాలా తక్కువగా అధ్యయనం చేయబడింది, ఇంకా కొన్ని సంవత్సరాల క్రితం కనిపించినంత దూరంలో లేదు. మనలో చాలా మందికి తెలియకుండానే నానోటెక్నాలజీలో ఏదో ఒక అభివృద్ధిని క్రమం తప్పకుండా ఉపయోగిస్తుంటారు. ఉదాహరణకు, ఆధునిక మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ ఇకపై మైక్రో కాదు, కానీ నానో: నేడు ఉత్పత్తి చేయబడిన ట్రాన్సిస్టర్లు - అన్ని చిప్‌ల ఆధారంగా - 90 nm వరకు పరిధిలో ఉంటాయి. మరియు ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను 60, 45 మరియు 30 nmలకు మరింత సూక్ష్మీకరించడానికి ఇప్పటికే ప్రణాళిక చేయబడింది.

అంతేకాకుండా, హ్యూలెట్-ప్యాకర్డ్ కంపెనీ ప్రతినిధులు ఇటీవల ప్రకటించినట్లుగా, సాంప్రదాయ సాంకేతికతను ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన ట్రాన్సిస్టర్లు నానోస్ట్రక్చర్లచే భర్తీ చేయబడతాయి. అటువంటి మూలకం మూడు కండక్టర్లు అనేక నానోమీటర్ల వెడల్పు: వాటిలో రెండు సమాంతరంగా ఉంటాయి మరియు మూడవది వాటికి లంబ కోణంలో ఉంది. కండక్టర్లు తాకవు, కానీ వంతెనల వలె ఒకదానిపై ఒకటి దాటిపోతాయి. ఈ సందర్భంలో, వాటికి వర్తించే వోల్టేజ్ ప్రభావంతో నానోకండక్టర్ పదార్థం నుండి ఏర్పడిన పరమాణు గొలుసులు ఎగువ కండక్టర్ల నుండి దిగువ వాటికి దిగుతాయి. ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగించి నిర్మించిన సర్క్యూట్‌లు ఇప్పటికే డేటాను నిల్వ చేయగల సామర్థ్యాన్ని మరియు తార్కిక కార్యకలాపాలను నిర్వహించగల సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించాయి, అంటే ట్రాన్సిస్టర్‌లను భర్తీ చేయడం.

కొత్త సాంకేతికతతో, మైక్రో సర్క్యూట్ భాగాల కొలతలు 10-15 నానోమీటర్ల స్థాయి కంటే గణనీయంగా తగ్గుతాయి, సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ ట్రాన్సిస్టర్‌లు భౌతికంగా పనిచేయలేని స్థాయికి. బహుశా, ఇప్పటికే వచ్చే దశాబ్దం మొదటి సగంలో, సీరియల్ మైక్రో సర్క్యూట్లు (ఇప్పటికీ సాంప్రదాయ, సిలికాన్) కనిపిస్తాయి, వీటిలో కొత్త సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగించి సృష్టించబడిన నిర్దిష్ట సంఖ్యలో నానోఎలిమెంట్లు నిర్మించబడతాయి.

2004లో, కొడాక్ అల్టిమా ఇంక్‌జెట్ ప్రింటర్ల కోసం పేపర్‌ను విడుదల చేసింది. ఇందులో తొమ్మిది పొరలు ఉంటాయి. పై పొరలో సిరామిక్ నానోపార్టికల్స్ ఉంటాయి, ఇవి కాగితాన్ని దట్టంగా మరియు మెరిసేలా చేస్తాయి. లోపలి పొరలు 10 nm కొలిచే వర్ణద్రవ్యం నానోపార్టికల్స్‌ను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి ముద్రణ నాణ్యతను మెరుగుపరుస్తాయి. మరియు పెయింట్ యొక్క శీఘ్ర స్థిరీకరణ పూత కూర్పులో చేర్చబడిన పాలిమర్ నానోపార్టికల్స్ ద్వారా సులభతరం చేయబడుతుంది.

US ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ నానోటెక్నాలజీ డైరెక్టర్, చాడ్ మిర్కిన్, "నానోటెక్నాలజీ మొదటి నుండి అన్ని పదార్థాలను పునర్నిర్మిస్తుంది, ఎందుకంటే ఇప్పటి వరకు మానవాళికి నానోస్ట్రక్చర్లను అభివృద్ధి చేయడానికి మరియు ఉత్పత్తి చేయడానికి అవకాశం లేదు పరిశ్రమలో "ప్రకృతి మనకు ఏమి ఇస్తుంది. మేము చెట్ల నుండి బోర్డులను మరియు వాహక లోహం నుండి వైర్‌ను తయారు చేస్తాము. నానోటెక్నాలజికల్ విధానం ఏమిటంటే, మేము దాదాపు ఏదైనా సహజ వనరులను "బిల్డింగ్ బ్లాక్స్" అని పిలవబడే వాటిని ప్రాసెస్ చేస్తాము, అది భవిష్యత్తుకు ఆధారం అవుతుంది. పరిశ్రమ."

ఇప్పుడు మనం ఇప్పటికే నానోరెవల్యూషన్ యొక్క ప్రారంభాన్ని చూస్తున్నాము: ఇవి కొత్త కంప్యూటర్ చిప్‌లు మరియు మరక లేని కొత్త బట్టలు మరియు వైద్య విశ్లేషణలో నానోపార్టికల్స్ వాడకం (“సైన్స్ అండ్ లైఫ్” నం., 2005 కూడా చూడండి). సౌందర్య సాధనాల పరిశ్రమ కూడా నానో మెటీరియల్స్‌పై ఆసక్తి చూపుతుంది. వారు ఇంతకు ముందు లేని సౌందర్య సాధనాలలో అనేక కొత్త ప్రామాణికం కాని దిశలను సృష్టించగలరు.

నానోస్కేల్ పరిధిలో, దాదాపు ఏదైనా పదార్థం ప్రత్యేక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఉదాహరణకు, వెండి అయాన్లు క్రిమినాశక చర్యను కలిగి ఉన్నాయని తెలుసు. వెండి నానోపార్టికల్స్ యొక్క పరిష్కారం గణనీయంగా అధిక కార్యాచరణను కలిగి ఉంటుంది. మీరు ఈ ద్రావణంతో కట్టుకు చికిత్స చేసి, చీముతో కూడిన గాయానికి దరఖాస్తు చేస్తే, వాపు తగ్గిపోతుంది మరియు సాంప్రదాయిక యాంటిసెప్టిక్స్ను ఉపయోగించడం కంటే గాయం వేగంగా నయం అవుతుంది.

దేశీయ ఆందోళన నానోఇండస్ట్రీ వెండి నానోపార్టికల్స్ ఉత్పత్తికి సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేసింది, ఇవి ద్రావణాలలో మరియు శోషించబడిన స్థితిలో స్థిరంగా ఉంటాయి. ఫలితంగా మందులు యాంటీమైక్రోబయాల్ చర్య యొక్క విస్తృత స్పెక్ట్రం కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, ఇప్పటికే ఉన్న ఉత్పత్తుల తయారీదారులచే సాంకేతిక ప్రక్రియలో స్వల్ప మార్పులతో యాంటీమైక్రోబయల్ లక్షణాలతో మొత్తం శ్రేణి ఉత్పత్తులను సృష్టించడం సాధ్యమైంది.

సిల్వర్ నానోపార్టికల్స్‌ను సంప్రదాయంగా మార్చడానికి మరియు కొత్త పదార్థాలు, పూతలు, క్రిమిసంహారకాలు మరియు డిటర్జెంట్లు (టూత్‌పేస్ట్‌లు మరియు క్లీనింగ్ పేస్ట్‌లు, వాషింగ్ పౌడర్‌లు, సబ్బులు) మరియు సౌందర్య సాధనాలను రూపొందించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. వెండి నానోపార్టికల్స్‌తో సవరించిన పూతలు మరియు పదార్థాలు (మిశ్రమ, వస్త్ర, పెయింట్ మరియు వార్నిష్, కార్బన్ మరియు ఇతరులు) అంటువ్యాధుల వ్యాప్తి ప్రమాదం పెరిగే ప్రదేశాలలో నివారణ యాంటీమైక్రోబయాల్ రక్షణగా ఉపయోగించవచ్చు: రవాణాలో, పబ్లిక్ క్యాటరింగ్ సంస్థలలో, వ్యవసాయ మరియు పశువుల భవనాలు , పిల్లల, క్రీడలు మరియు వైద్య సంస్థలలో. సిల్వర్ నానోపార్టికల్స్ నీటిని శుద్ధి చేయడానికి మరియు ఎయిర్ కండిషనింగ్ సిస్టమ్ ఫిల్టర్‌లు, స్విమ్మింగ్ పూల్స్, షవర్స్ మరియు ఇతర సారూప్య బహిరంగ ప్రదేశాలలో వ్యాధికారక కణాలను చంపడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

ఇలాంటి ఉత్పత్తులు విదేశాలలో ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. దీర్ఘకాలిక మంట మరియు బహిరంగ గాయాల చికిత్స కోసం ఒక కంపెనీ వెండి నానోపార్టికల్స్‌తో పూతలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

మరొక రకమైన సూక్ష్మ పదార్ధాలు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు, ఇవి భారీ బలాన్ని కలిగి ఉంటాయి ("సైన్స్ అండ్ లైఫ్" నం. 5, 2002; నం. 6, 2003 చూడండి). ఇవి సుమారుగా సగం నానోమీటర్ వ్యాసం మరియు అనేక మైక్రోమీటర్ల పొడవు కలిగిన విచిత్రమైన స్థూపాకార పాలిమర్ అణువులు. ఫుల్లెరిన్ C60 యొక్క సంశ్లేషణ యొక్క ఉప-ఉత్పత్తులుగా అవి 10 సంవత్సరాల క్రితం కనుగొనబడ్డాయి. అయినప్పటికీ, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల ఆధారంగా నానోమీటర్-పరిమాణ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు ఇప్పటికే సృష్టించబడుతున్నాయి. రాబోయే కాలంలో ఆధునిక కంప్యూటర్‌లతో సహా వివిధ పరికరాల ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లలోని అనేక అంశాలను వారు భర్తీ చేస్తారని భావిస్తున్నారు.

అయితే, నానోట్యూబ్‌లు ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో మాత్రమే ఉపయోగించబడవు. ట్విస్టింగ్‌ను పరిమితం చేయడానికి మరియు ఎక్కువ కొట్టే శక్తిని అందించడానికి కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో బలోపేతం చేయబడిన టెన్నిస్ రాకెట్‌లు ఇప్పటికే వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్నాయి. స్పోర్ట్స్ సైకిళ్లలో కొన్ని భాగాలలో కూడా వీటిని ఉపయోగిస్తారు.

నానోటెక్నాలజీ మార్కెట్‌లో రష్యా

దేశీయ కంపెనీ నానోటెక్నాలజీ న్యూస్ నెట్‌వర్క్ ఇటీవల రష్యాలో మరొక కొత్త ఉత్పత్తిని అందించింది - స్వీయ-క్లీనింగ్ నానోకోటింగ్‌లు. సిలికాన్ డయాక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్‌తో కూడిన ప్రత్యేక ద్రావణంతో కారు గ్లాస్‌ను పిచికారీ చేస్తే సరిపోతుంది మరియు ధూళి మరియు నీరు 50,000 కి.మీ. పారదర్శకమైన అతి-సన్నని పొర గాజుపై ఉంటుంది, దానిపై నీరు అతుక్కోవడానికి ఏమీ లేదు మరియు అది ధూళితో పాటు రోల్ చేస్తుంది. అన్నింటిలో మొదటిది, ఆకాశహర్మ్యాల యజమానులు కొత్త ఉత్పత్తిపై ఆసక్తి కనబరిచారు - ఈ భవనాల ముఖభాగాలను కడగడానికి భారీ మొత్తంలో డబ్బు ఖర్చు చేయబడుతుంది. పూత సెరామిక్స్, రాయి, కలప మరియు దుస్తులు కూడా అటువంటి కూర్పులు ఉన్నాయి.

కొన్ని రష్యన్ సంస్థలు ఇప్పటికే అంతర్జాతీయ నానోటెక్నాలజీ మార్కెట్లో విజయవంతంగా పని చేస్తున్నాయని చెప్పాలి.

ఉదాహరణకు, నానోఇండస్ట్రీ ఆందోళన దాని పోర్ట్‌ఫోలియోలో పరిశ్రమలోని వివిధ రంగాలలో వర్తించే అనేక నానోటెక్నాలజికల్ ఉత్పత్తులను కలిగి ఉంది. ఇవి బయోటెక్నాలజీ మరియు మెడిసిన్ కోసం "RVS" మరియు సిల్వర్ నానోపార్టికల్స్‌ను తగ్గించే కూర్పు, పారిశ్రామిక నానోటెక్నాలజికల్ ఇన్‌స్టాలేషన్ "LUCH-1,2" మరియు ఎడ్యుకేషనల్ నానోటెక్నాలజికల్ ఇన్‌స్టాలేషన్ "UMKA".

"RVS" కూర్పు, ఇది దుస్తులు ధరించకుండా రక్షించగలదు మరియు దాదాపు ఏదైనా రుద్దే మెటల్ ఉపరితలాలను పునరుద్ధరించగలదు, అనుకూల నానోపార్టికల్స్ ఆధారంగా తయారు చేయబడుతుంది. ఈ ఉత్పత్తి మీరు మెటల్ ఉపరితలాలు (ఉదాహరణకు, అంతర్గత దహన ఇంజిన్లలో ఘర్షణ జతలలో) తీవ్రమైన ఘర్షణ ప్రాంతాల్లో 0.1-1.5 మిమీ మందంతో సవరించిన అధిక-కార్బన్ ఇనుము సిలికేట్ రక్షిత పొరను సృష్టించడానికి అనుమతిస్తుంది. చమురు క్రాంక్కేస్లో అటువంటి కూర్పును పోయడం ద్వారా, మీరు చాలా కాలం పాటు ఇంజిన్ దుస్తులు యొక్క సమస్య గురించి మరచిపోవచ్చు. ఆపరేషన్ సమయంలో, రాపిడి నుండి యాంత్రిక భాగాలు వేడెక్కుతాయి, ఈ తాపన మెటల్ నానోపార్టికల్స్ దెబ్బతిన్న ప్రాంతాలకు కట్టుబడి ఉంటుంది. అధిక పెరుగుదల బలమైన వేడిని కలిగిస్తుంది మరియు నానోపార్టికల్స్ అటాచ్ చేసే సామర్థ్యాన్ని కోల్పోతాయి. అందువలన, సంతులనం నిరంతరంగా రుబ్బింగ్ యూనిట్లో నిర్వహించబడుతుంది, మరియు భాగాలు ఆచరణాత్మకంగా ధరించవు.

భౌతిక శాస్త్రం, రసాయన శాస్త్రం, జీవశాస్త్రం, వైద్యం, జన్యుశాస్త్రం మరియు ఇతర ప్రాథమిక మరియు అనువర్తిత శాస్త్రాల రంగంలో పరమాణు-పరమాణు స్థాయిలో ప్రదర్శన, పరిశోధన మరియు ప్రయోగశాల పనిని నిర్వహించడానికి ఉద్దేశించబడిన నానోటెక్నాలజికల్ పరికరాల UMKA సముదాయం ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగి ఉంది. ఉదాహరణకు, ఇది ఇటీవల 0.3 మైక్రాన్ల రిజల్యూషన్‌తో DVD యొక్క ఉపరితలాన్ని చిత్రీకరించింది మరియు ఇది పరిమితి కాదు. పికోఆంపియర్ కరెంట్‌ల వద్ద పనిచేసే ప్రత్యేకమైన సాంకేతికత ప్రాథమిక లోహ నిక్షేపణ లేకుండా బలహీనంగా వాహక జీవ నమూనాలను కూడా స్కాన్ చేయడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది (సాధారణంగా నమూనా యొక్క పై పొర వాహకంగా ఉండటం అవసరం). "UMKA" అధిక ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది పరమాణువుల యొక్క వ్యక్తిగత సమూహాలతో దీర్ఘకాలిక అవకతవకలను అనుమతిస్తుంది మరియు అధిక స్కానింగ్ వేగం, వేగవంతమైన ప్రక్రియల పరిశీలనను అనుమతిస్తుంది.

UMKA కాంప్లెక్స్ యొక్క అప్లికేషన్ యొక్క ప్రధాన ప్రాంతం నానో-పరిమాణ నిర్మాణాలతో పనిచేసే ఆధునిక ఆచరణాత్మక పద్ధతులలో శిక్షణ. UMKA కాంప్లెక్స్‌లో ఇవి ఉన్నాయి: టన్నెల్ మైక్రోస్కోప్, వైబ్రేషన్ ప్రొటెక్షన్ సిస్టమ్, టెస్ట్ శాంపిల్స్ సెట్, వినియోగ వస్తువులు మరియు సాధనాల సెట్లు. పరికరాలు ఒక చిన్న కేసులో సరిపోతాయి, గది పరిస్థితులలో పని చేస్తాయి మరియు 8 వేల డాలర్ల కంటే తక్కువ ఖర్చు అవుతుంది. మీరు సాధారణ వ్యక్తిగత కంప్యూటర్ నుండి ప్రయోగాలను నియంత్రించవచ్చు.

జనవరి 2005లో, నానోటెక్నాలజీ ఉత్పత్తులను విక్రయించే మొదటి రష్యన్ ఆన్‌లైన్ స్టోర్ ప్రారంభించబడింది. ఇంటర్నెట్‌లో స్టోర్ శాశ్వత చిరునామా www.nanobot.ru

భద్రతా సమస్యలు

ఫుల్లెరెన్స్ అని పిలువబడే గోళాకార C60 అణువులు తీవ్రమైన అనారోగ్యాన్ని కలిగిస్తాయి మరియు పర్యావరణానికి హాని కలిగిస్తాయని ఇటీవల కనుగొనబడింది. రైస్ మరియు జార్జియా విశ్వవిద్యాలయాల (USA) పరిశోధకులచే రెండు రకాల మానవ కణాలకు గురైనప్పుడు నీటిలో కరిగే ఫుల్లెరెన్‌ల విషపూరితం కనుగొనబడింది.

రైస్ యూనివర్శిటీకి చెందిన కెమిస్ట్రీ ప్రొఫెసర్ విక్కీ కొల్విన్ మరియు అతని సహచరులు ఫుల్లెరిన్‌లను నీటిలో కరిగించినప్పుడు, సి 60 కొల్లాయిడ్‌లు ఏర్పడతాయని, ఇవి మానవ చర్మ కణాలు మరియు కాలేయ క్యాన్సర్ కణాలకు గురైనప్పుడు వాటి మరణానికి కారణమవుతాయని కనుగొన్నారు. అదే సమయంలో, నీటిలో ఫుల్లెరెన్‌ల సాంద్రత చాలా తక్కువగా ఉంది: 1 బిలియన్ నీటి అణువులకు ~ 20 C 60 అణువులు. అదే సమయంలో, అణువుల విషపూరితం వాటి ఉపరితలం యొక్క మార్పుపై ఆధారపడి ఉంటుందని పరిశోధకులు చూపించారు.

సాధారణ C60 ఫుల్లెరెన్‌ల యొక్క విషపూరితం వాటి ఉపరితలం సూపర్ ఆక్సైడ్ అయాన్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలదని పరిశోధకులు సూచిస్తున్నారు. ఈ రాడికల్స్ కణ త్వచాలను దెబ్బతీస్తాయి మరియు కణాల మరణానికి దారితీస్తాయి.

కొల్విన్ మరియు అతని సహచరులు ఫుల్లెరెన్స్ యొక్క ఈ ప్రతికూల లక్షణాన్ని మంచి కోసం - క్యాన్సర్ కణితుల చికిత్స కోసం ఉపయోగించవచ్చని పేర్కొన్నారు. ఆక్సిజన్ రాడికల్స్ ఏర్పడే విధానాన్ని వివరంగా స్పష్టం చేయడం మాత్రమే అవసరం. సహజంగానే, ఫుల్లెరెన్స్ ఆధారంగా సూపర్-ఎఫెక్టివ్ యాంటీ బాక్టీరియల్ ఔషధాలను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది.

అదే సమయంలో, వినియోగదారు ఉత్పత్తులలో ఫుల్లెరెన్‌లను ఉపయోగించడం వల్ల కలిగే ప్రమాదం శాస్త్రవేత్తలకు చాలా వాస్తవమైనది.

స్పష్టంగా, అందుకే అమెరికన్ ఫుడ్ అండ్ డ్రగ్ సేఫ్టీ కమీషన్ (FDA) నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి మరియు నానో మెటీరియల్స్ మరియు నానోస్ట్రక్చర్‌లను ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన విస్తృత శ్రేణి ఉత్పత్తులకు (ఆహారం, సౌందర్య సాధనాలు, మందులు, పరికరాలు మరియు పశువైద్య ఔషధం) లైసెన్స్ మరియు నియంత్రణ అవసరాన్ని ఇటీవల ప్రకటించింది.

నానోటెక్నాలజీలకు ప్రభుత్వ మద్దతు అవసరం

దురదృష్టవశాత్తు, రష్యాలో ఇప్పటికీ నానోటెక్నాలజీ అభివృద్ధికి రాష్ట్ర కార్యక్రమం లేదు. (2005లో, US నానోటెక్నాలజీ ప్రోగ్రామ్, మార్గం ద్వారా, ఐదేళ్లకు చేరుకుంది.) నిస్సందేహంగా, నానోటెక్నాలజీ అభివృద్ధికి కేంద్రీకృత ప్రభుత్వ కార్యక్రమం ఉనికిలో ఉండటం పరిశోధన ఫలితాల ఆచరణాత్మక అమలులో గొప్పగా సహాయపడుతుంది. దురదృష్టవశాత్తు, దేశంలో నానోటెక్నాలజీ రంగంలో విజయవంతమైన పరిణామాలు ఉన్నాయని విదేశీ మూలాల నుండి మేము తెలుసుకున్నాము. ఉదాహరణకు, వేసవిలో US స్టాండర్డ్స్ ఇన్స్టిట్యూట్ ప్రపంచంలోనే అతి చిన్న అణు గడియారాన్ని రూపొందించినట్లు ప్రకటించింది. ఇది ముగిసినప్పుడు, ఒక రష్యన్ బృందం కూడా వారి సృష్టిపై పనిచేసింది.

రష్యాలో రాష్ట్ర కార్యక్రమం లేదు, కానీ పరిశోధకులు మరియు ఔత్సాహికులు ఉన్నారు: గత సంవత్సరంలో, యూత్ సైంటిఫిక్ సొసైటీ (YSS) 500 మందికి పైగా యువ శాస్త్రవేత్తలు, గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థులు మరియు అండర్ గ్రాడ్యుయేట్‌లను తమ దేశం యొక్క భవిష్యత్తు గురించి ఆలోచిస్తూ ఏకం చేసింది. నానోటెక్నాలజీ సమస్యలపై వివరణాత్మక అధ్యయనం కోసం, ఫిబ్రవరి 2004లో, ఇంటర్నేషనల్ సైంటిఫిక్ రీసెర్చ్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆధారంగా, "నానోటెక్నాలజీ న్యూస్ నెట్‌వర్క్ (NNN)" అనే విశ్లేషణాత్మక సంస్థ సృష్టించబడింది, ఇది ఈ ప్రాంతంలోని వందలాది బహిరంగ ప్రపంచ వనరులను పర్యవేక్షిస్తుంది మరియు ప్రస్తుతం ప్రాసెస్ చేయబడింది విదేశీ మరియు రష్యన్ మీడియా నుండి 4,500 సమాచార సందేశాలు, కథనాలు మరియు పత్రికా ప్రకటనలు మరియు నిపుణుల వ్యాఖ్యలు. www.mno.ru మరియు www.nanonewsnet.ru వెబ్‌సైట్‌లు సృష్టించబడ్డాయి, వీటిని రష్యా మరియు CIS యొక్క 170,000 కంటే ఎక్కువ మంది పౌరులు వీక్షించారు.

యూత్ ప్రాజెక్ట్స్ పోటీ

ఏప్రిల్ 2004లో, యునియాస్ట్రమ్ బ్యాంక్ మద్దతుతో నానోఇండస్ట్రీ ఆందోళనతో పాటు, దేశీయ మాలిక్యులర్ నానోటెక్నాలజీని రూపొందించడానికి యూత్ ప్రాజెక్ట్‌ల యొక్క మొదటి ఆల్-రష్యన్ పోటీ విజయవంతంగా నిర్వహించబడింది, ఇది రష్యన్ శాస్త్రవేత్తలలో తీవ్ర ఆసక్తిని రేకెత్తించింది.

పోటీలో విజేతలు అత్యుత్తమ పరిణామాలను అందించారు: రష్యన్ కెమికల్ టెక్నాలజీ విశ్వవిద్యాలయం నుండి యువ శాస్త్రవేత్తల బృందానికి మొదటి స్థానం లభించింది. ఆప్టికల్ నానోసెన్సర్లు, మాలిక్యులర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు బయోమెడిసిన్ కోసం బయోమిమెటిక్ (బయోమిమెటిక్స్ - ప్రకృతిలో ఉన్న నిర్మాణాల అనుకరణ) పదార్థాలను రూపొందించిన కెమికల్ సైన్సెస్ అభ్యర్థి గలీనా పోపోవా నేతృత్వంలో D.I. రెండవ స్థానాన్ని తాష్కెంట్ స్టేట్ పెడగోగికల్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి తీసుకున్నారు. నిజామీ మెరీనా ఫోమినా, వ్యాధిగ్రస్తులైన కణజాలాలకు మందులను లక్ష్యంగా డెలివరీ చేయడానికి ఒక వ్యవస్థను అభివృద్ధి చేసింది మరియు మూడవది టామ్స్క్ అలెక్సీ ఖాసనోవ్‌కు చెందిన పాఠశాల విద్యార్థి, ప్రత్యేక లక్షణాలతో నానోసెరామిక్ పదార్థాలను రూపొందించే సాంకేతికత రచయిత. విజేతలకు విలువైన బహుమతులు లభించాయి.

బ్యాంక్ మద్దతుతో, ప్రముఖ సైన్స్ పాఠ్యపుస్తకం "నానోటెక్నాలజీస్ ఫర్ ఎవ్రీవన్" అభివృద్ధి చేయబడింది మరియు ప్రచురణ కోసం సిద్ధం చేయబడింది, ఇది ప్రముఖ శాస్త్రవేత్తల నుండి అధిక ప్రశంసలను పొందింది.

NNN కంపెనీ, ఒక సంవత్సరంలోనే నానోటెక్నాలజీ రంగంలో ప్రముఖ విశ్లేషణాత్మక ఏజెన్సీగా అవతరించింది, డిసెంబర్ 2004లో యూత్ ప్రాజెక్ట్‌ల రెండవ ఆల్-రష్యన్ పోటీ ప్రారంభాన్ని ప్రకటించింది, దీని సాధారణ స్పాన్సర్ మళ్లీ యూనిస్ట్రమ్ బ్యాంక్, మొదటి పోటీ ఫలితాలు. అదనంగా, ఈసారి అంతరాయం లేని విద్యుత్ సరఫరాల అంతర్జాతీయ తయారీదారు పవర్‌కామ్ కూడా స్పాన్సర్‌గా మారింది. మ్యాగజైన్ "సైన్స్ అండ్ లైఫ్" పోటీ తయారీ మరియు కవరేజీలో చురుకుగా పాల్గొంటుంది.

ప్రతిభావంతులైన యువతను విదేశాల్లో కాకుండా తమ దేశంలో నానోటెక్నాలజీ అభివృద్ధికి ఆకర్షించడమే పోటీ ఉద్దేశం.

పోటీలో విజేత నానోటెక్నాలజీ ప్రయోగశాల "UMKA"ని అందుకుంటారు. రెండవ మరియు మూడవ స్థానాల విజేతలకు ఆధునిక ల్యాప్‌టాప్‌లు అందజేయబడతాయి; ఉత్తమ పాల్గొనేవారు సైన్స్ అండ్ లైఫ్ మ్యాగజైన్‌కు ఉచిత సభ్యత్వాన్ని అందుకుంటారు. బహుమతులలో నానోపార్టికల్స్ ఆధారంగా వాహనాలకు మరమ్మతులు మరియు పునరుద్ధరణ కిట్‌లు, యూనివర్సమ్ మ్యాగజైన్‌కు చందా మరియు నెలవారీ CDలు "ది వరల్డ్ ఆఫ్ నానోటెక్నాలజీస్" ఉన్నాయి.

ప్రాజెక్ట్‌ల దృష్టి చాలా వైవిధ్యమైనది: ఆటోమోటివ్ మరియు విమానయాన పరిశ్రమల కోసం నానో మెటీరియల్స్ నుండి ఇంప్లాంట్లు మరియు న్యూరోటెక్నాలజికల్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ల వరకు. పోటీ యొక్క వివరణాత్మక పదార్థాలు వెబ్‌సైట్ www.nanonewsnet.ruలో ఉన్నాయి.

డిసెంబర్ 2004లో, నానోటెక్నాలజీ యొక్క పారిశ్రామిక వినియోగానికి అంకితమైన మొదటి సమావేశం ఫ్రయాజినో (మాస్కో ప్రాంతం) నగరంలో జరిగింది, ఇక్కడ శాస్త్రవేత్తలు ఉత్పత్తిలో అమలు చేయడానికి సిద్ధంగా ఉన్న డజన్ల కొద్దీ అభివృద్ధిని ప్రదర్శించారు. వాటిలో నానోట్యూబ్‌లు, అల్ట్రా-స్ట్రాంగ్ కోటింగ్‌లు, యాంటీ ఫ్రిక్షన్ కాంపౌండ్‌లు, ఫ్లెక్సిబుల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం కండక్టింగ్ పాలిమర్‌లు, హై-కెపాసిటీ కెపాసిటర్లు మొదలైన వాటి ఆధారంగా కొత్త పదార్థాలు ఉన్నాయి.

రష్యాలో నానోటెక్నాలజీ ఊపందుకుంది. ఏదేమైనప్పటికీ, పరిశోధనను రాష్ట్రం లేదా సమగ్ర సమాఖ్య కార్యక్రమం సమన్వయం చేయకపోతే, ఏదీ మంచిగా మారదు. భవిష్యత్ నానోటెక్నాలజిస్టుల కోసం ఇప్పటికే ఒక పాఠ్యపుస్తకం ప్రచురించబడింది.

అంశం: ఆధునిక ప్రపంచంలో నానోటెక్నాలజీ 31.10

పాఠం లక్ష్యాలు

విద్యాపరమైన:

నానోటెక్నాలజీ యొక్క కొత్త భావనను పరిచయం చేయండి.

గమనించడానికి, తీర్మానాలు చేయడానికి మరియు ప్రధాన విషయాన్ని హైలైట్ చేయడానికి నైపుణ్యాలను అభివృద్ధి చేయడం కొనసాగించండి.

అభివృద్ధి:

పరిశీలన, శ్రద్ధ, ప్రసంగం, జ్ఞాపకశక్తిని అభివృద్ధి చేయండి.

పరిష్కరించబడిన సమస్యల ద్వారా ఆసక్తి మరియు తార్కిక ఆలోచనను అభివృద్ధి చేయండి.

ఇంటర్నెట్ ద్వారా అదనపు సమాచారం కోసం శోధించడంలో ఆసక్తిని పెంపొందించుకోండి.

విద్యాపరమైన:

విద్యార్థుల క్షితిజాలను అభివృద్ధి చేయడం కొనసాగించండి.

బృందంలో పని చేసే మరియు స్వతంత్ర కార్యకలాపాలను నిర్వహించే సామర్థ్యాన్ని అభివృద్ధి చేయండి.

పాఠం రకం: కొత్త మెటీరియల్ నేర్చుకోవడం

పాఠం రకం:పాఠం-సమావేశం

పాఠం పురోగతి

సంస్థాగత క్షణం

"Atom, Molecule" వ్యూహాన్ని ఉపయోగించి సహకార వాతావరణాన్ని సృష్టించడం

2. ప్రేరణ దశ

సమావేశ ప్రణాళికతో పరిచయం.

నానోటెక్నాలజీ చరిత్ర

నానోటెక్నాలజీ అంటే ఏమిటి?

అంతరిక్షంలో నానోటెక్నాలజీ

వైద్యంలో నానోటెక్నాలజీ

వ్యవసాయం మరియు పరిశ్రమలలో నానోటెక్నాలజీ

3. కొత్త మెటీరియల్ నేర్చుకోవడం

1 జత

1. నానోటెక్నాలజీ చరిత్ర

నానోటెక్నాలజీ యొక్క తాత గ్రీకు తత్వవేత్త డెమోక్రిటస్‌గా పరిగణించబడుతుంది. పదార్థంలోని అతి చిన్న కణాన్ని వివరించడానికి అతను మొదట "అణువు" అనే పదాన్ని ఉపయోగించాడు. ఇరవై శతాబ్దాలకు పైగా, ప్రజలు ఈ కణం యొక్క నిర్మాణం యొక్క రహస్యాన్ని చొచ్చుకుపోవడానికి ప్రయత్నించారు. ఈ సమస్యకు పరిష్కారం, అనేక తరాల భౌతిక శాస్త్రవేత్తలకు అసాధ్యం, ఇరవయ్యవ శతాబ్దం మొదటి భాగంలో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు మాక్స్ నోల్ మరియు ఎర్నెస్ట్ రుస్కా ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌ను రూపొందించిన తర్వాత సాధ్యమైంది, ఇది మొదటిసారిగా నానోబ్జెక్ట్‌లను అధ్యయనం చేయడం సాధ్యపడింది. .

అనేక మూలాధారాలు, ప్రధానంగా ఆంగ్ల భాషలో ఉన్నవి, నానోటెక్నాలజీ అని పిలవబడే పద్ధతుల యొక్క మొదటి ప్రస్తావనను రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ యొక్క ప్రసిద్ధ ప్రసంగం “దేర్స్ ప్లెంటీ ఆఫ్ రూ ఎట్ ది బాటమ్”తో 1959లో కాలిఫోర్నియా ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీలో వార్షిక సమావేశంలో అతను చేసిన అమెరికన్ ఫిజికల్ సొసైటీ. రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ తగిన పరిమాణంలోని మానిప్యులేటర్‌ని ఉపయోగించి ఒకే పరమాణువులను యాంత్రికంగా తరలించడం సాధ్యమవుతుందని, కనీసం అటువంటి ప్రక్రియ ఈరోజు తెలిసిన భౌతిక శాస్త్ర నియమాలకు విరుద్ధంగా ఉండదని సూచించారు.

ఈ మానిప్యులేటర్‌ని ఈ క్రింది విధంగా చేయాలని ఆయన సూచించారు. దాని యొక్క కాపీని సృష్టించే యంత్రాంగాన్ని నిర్మించడం అవసరం, పరిమాణం యొక్క చిన్న క్రమాన్ని మాత్రమే. సృష్టించబడిన చిన్న మెకానిజం మళ్లీ దాని యొక్క ప్రతిని సృష్టించాలి, మళ్లీ పరిమాణం యొక్క చిన్న క్రమాన్ని సృష్టించాలి మరియు మెకానిజం యొక్క కొలతలు ఒక అణువు యొక్క క్రమం యొక్క కొలతలతో సరిపోయే వరకు. ఈ సందర్భంలో, ఈ యంత్రాంగం యొక్క నిర్మాణంలో మార్పులు చేయడం అవసరం, ఎందుకంటే స్థూలంలో పనిచేసే గురుత్వాకర్షణ శక్తులు తక్కువ మరియు తక్కువ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ ఇంటరాక్షన్‌ల శక్తులు యంత్రాంగం యొక్క ఆపరేషన్‌ను ఎక్కువగా ప్రభావితం చేస్తాయి. చివరి దశ - ఫలిత యంత్రాంగం వ్యక్తిగత అణువుల నుండి దాని కాపీని సమీకరించుకుంటుంది. సూత్రప్రాయంగా, అటువంటి కాపీల సంఖ్య అపరిమితంగా ఉంటుంది, తక్కువ సమయంలో ఇటువంటి యంత్రాల యొక్క ఏకపక్ష సంఖ్యను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది. ఈ యంత్రాలు పరమాణు అసెంబ్లీ ద్వారా స్థూల వస్తువులను అదే విధంగా సమీకరించగలవు. ఇది వస్తువులను చాలా చౌకగా చేస్తుంది - అటువంటి రోబోట్‌లకు (నానోరోబోట్‌లు) అవసరమైన సంఖ్యలో అణువులు మరియు శక్తిని మాత్రమే ఇవ్వాలి మరియు అవసరమైన వస్తువులను సమీకరించడానికి ప్రోగ్రామ్‌ను వ్రాయాలి. ఇప్పటివరకు, ఈ అవకాశాన్ని ఎవరూ తిరస్కరించలేకపోయారు, కానీ ఎవరూ ఇంకా అలాంటి యంత్రాంగాలను రూపొందించలేకపోయారు. అటువంటి రోబోట్ యొక్క ప్రాథమిక ప్రతికూలత ఒక అణువు నుండి ఒక యంత్రాంగాన్ని సృష్టించడం అసంభవం.

2 జత

2. నానోటెక్నాలజీ అంటే ఏమిటి

ఇటీవల కనిపించిన తరువాత, నానోటెక్నాలజీ ఎక్కువగా శాస్త్రీయ పరిశోధన రంగంలోకి ప్రవేశిస్తోంది మరియు దాని నుండి - మన దైనందిన జీవితంలోకి. శాస్త్రవేత్తల అభివృద్ధి మైక్రోవరల్డ్, అణువులు, అణువులు మరియు పరమాణు గొలుసుల వస్తువులతో ఎక్కువగా వ్యవహరిస్తుంది. కృత్రిమంగా సృష్టించబడిన నానోబ్జెక్ట్‌లు పరిశోధకులను వారి లక్షణాలతో నిరంతరం ఆశ్చర్యపరుస్తాయి మరియు వారి అప్లికేషన్‌కు అత్యంత ఊహించని అవకాశాలను వాగ్దానం చేస్తాయి.

నానోటెక్నాలజీ పరిశోధనలో ప్రాథమిక కొలత యూనిట్ నానోమీటర్ - మీటరులో బిలియన్ వంతు. అణువులు మరియు వైరస్లు, మరియు ఇప్పుడు కొత్త తరం కంప్యూటర్ చిప్‌ల మూలకాలు, అటువంటి యూనిట్లలో కొలుస్తారు. నానోస్కేల్ వద్ద స్థూల పరస్పర చర్యలను నిర్ణయించే అన్ని ప్రాథమిక భౌతిక ప్రక్రియలు సంభవిస్తాయి.

1980లో స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోప్‌ను రూపొందించడం వల్ల శాస్త్రవేత్తలు వ్యక్తిగత పరమాణువులను వేరు చేయడానికి మాత్రమే కాకుండా, వాటిని తరలించడానికి మరియు వాటి నుండి నిర్మాణాలను సమీకరించడానికి కూడా అనుమతించారు, ప్రత్యేకించి, భవిష్యత్ నానోమెషీన్‌ల భాగాలు - మోటార్లు, మానిప్యులేటర్లు, విద్యుత్ సరఫరా, నియంత్రణలు. నానో క్యాప్సూల్స్ శరీరంలోకి నేరుగా డెలివరీ చేయడానికి, ఉక్కు కంటే 60 రెట్లు బలమైన నానోట్యూబ్‌లు, సౌకర్యవంతమైన సౌర ఘటాలు మరియు అనేక ఇతర అద్భుతమైన పరికరాల కోసం సృష్టించబడుతున్నాయి.

మరొక ప్రసిద్ధ నానో ఎలిమెంట్ కార్బన్ నానోట్యూబ్. ఇది అనేక నానోమీటర్ల వ్యాసం కలిగిన సిలిండర్‌లోకి చుట్టబడిన కార్బన్ యొక్క మోనాటమిక్ పొర. ఈ వస్తువులు మొదట 1952 లో పొందబడ్డాయి, కానీ 1991 లో మాత్రమే వారు శాస్త్రవేత్తల దృష్టిని ఆకర్షించారు. ఈ గొట్టాల బలం 2500 డిగ్రీల వరకు వేడెక్కడం మరియు వేలాది వాతావరణాల ఒత్తిడిని తట్టుకోగలదు. మరొక సూక్ష్మ పదార్ధం గ్రాఫేన్ - రెండు డైమెన్షనల్ కార్బన్ పొర, కార్బన్ అణువులతో కూడిన విమానం. ఈ పదార్ధం మొదట ఇంగ్లాండ్‌లో పనిచేస్తున్న రష్యన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలచే పొందబడింది. చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు ప్రత్యేకమైన లక్షణాలను కలిగి ఉన్న ఈ పదార్ధం భవిష్యత్తులో మైక్రోప్రాసెసర్ల ఆధారంగా మారుతుందని నమ్ముతారు, ఆధునిక సెమీకండక్టర్లను స్థానభ్రంశం చేస్తుంది. అదనంగా, ఈ పదార్థం కూడా చాలా మన్నికైనది.

ఈ నానో ఎలిమెంట్స్ అన్నీ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క వివిధ రంగాలలో ఎక్కువగా అనువర్తనాన్ని కనుగొంటున్నాయి - వైద్యం నుండి అంతరిక్ష పరిశోధన వరకు.

. 3 జత

3. అంతరిక్షంలో నానోటెక్నాలజీ

సూక్ష్మ ఉపగ్రహాల వ్యవస్థ సృష్టించబడింది; కక్ష్యలో అనేక వందల కిలోగ్రాములు లేదా టన్నుల బరువున్న కోలోసస్‌ను కాల్చివేయడం ఒక విషయం, వెంటనే అన్ని అంతరిక్ష సమాచారాలు లేదా నిఘాను నిలిపివేయడం మరియు కక్ష్యలో మొత్తం మైక్రోసాటిలైట్ల సమూహం ఉన్నప్పుడు మరొక విషయం. ఈ సందర్భంలో వాటిలో ఒకటి వైఫల్యం మొత్తం వ్యవస్థ యొక్క ఆపరేషన్కు అంతరాయం కలిగించదు. దీని ప్రకారం, ప్రతి ఉపగ్రహం యొక్క కార్యాచరణ విశ్వసనీయత కోసం అవసరాలను తగ్గించవచ్చు.

ఇతర విషయాలతోపాటు, ఆప్టిక్స్, కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్, పెద్ద మొత్తంలో సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయడం, స్వీకరించడం మరియు ప్రాసెస్ చేసే పద్ధతులు వంటి వాటిలో కొత్త సాంకేతికతలను సృష్టించడం ఉపగ్రహ మైక్రోమినియేటరైజేషన్ యొక్క ముఖ్య సమస్యలు అని యువ శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు. మేము నానోటెక్నాలజీలు మరియు సూక్ష్మ పదార్ధాల గురించి మాట్లాడుతున్నాము, ఇది రెండు ఆర్డర్‌ల పరిమాణంతో అంతరిక్షంలోకి ప్రారంభించబడిన పరికరాల ద్రవ్యరాశి మరియు పరిమాణాలను తగ్గించడం సాధ్యం చేస్తుంది. ఉదాహరణకు, నానోనికెల్ యొక్క బలం సాంప్రదాయిక నికెల్ కంటే 6 రెట్లు ఎక్కువ, ఇది రాకెట్ ఇంజిన్లలో ఉపయోగించినప్పుడు నాజిల్ యొక్క ద్రవ్యరాశిని 20-30% తగ్గించడం సాధ్యం చేస్తుంది. అంతరిక్ష సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క ద్రవ్యరాశిని తగ్గించడం అనేక సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది: ఇది అంతరిక్షంలో పరికరం యొక్క జీవితాన్ని పొడిగిస్తుంది, ఇది మరింత ఎగరడానికి మరియు పరిశోధన కోసం మరింత ఉపయోగకరమైన పరికరాలను తీసుకువెళ్లడానికి అనుమతిస్తుంది. అదే సమయంలో, శక్తి సరఫరా సమస్య పరిష్కరించబడుతుంది. సూక్ష్మ పరికరాలు త్వరలో అనేక దృగ్విషయాలను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి, ఉదాహరణకు, భూమిపై మరియు భూమికి సమీపంలో ఉన్న ప్రదేశంలో ప్రక్రియలపై సౌర కిరణాల ప్రభావం.

నేడు, అంతరిక్షం అన్యదేశమైనది కాదు మరియు దాని అన్వేషణ ప్రతిష్టకు సంబంధించిన విషయం మాత్రమే కాదు. అన్నింటిలో మొదటిది, ఇది మన రాష్ట్ర జాతీయ భద్రత మరియు జాతీయ పోటీతత్వానికి సంబంధించిన విషయం. ఇది దేశానికి జాతీయ ప్రయోజనంగా మారగల అత్యంత సంక్లిష్టమైన నానోసిస్టమ్‌ల అభివృద్ధి. నానోటెక్నాలజీ వలె, సౌర వ్యవస్థలోని వివిధ గ్రహాలకు మనుషులతో కూడిన విమానాల గురించి తీవ్రంగా మాట్లాడటానికి సూక్ష్మ పదార్ధాలు మాకు అవకాశాన్ని ఇస్తాయి. నానో మెటీరియల్స్ మరియు నానోమెకానిజమ్‌ల ఉపయోగం అంగారక గ్రహానికి మనుషులతో కూడిన విమానాలను మరియు చంద్రుని ఉపరితలం యొక్క అన్వేషణను వాస్తవంగా చేయగలదు. మైక్రోసాటిలైట్ అభివృద్ధిలో మరొక అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన ప్రాంతం ఎర్త్ రిమోట్ సెన్సింగ్ (ERS) సృష్టి. రాడార్ పరిధిలో 1 మీ మరియు ఆప్టికల్ పరిధిలో 1 మీ కంటే తక్కువ స్పేస్ ఇమేజ్‌ల రిజల్యూషన్‌తో సమాచార వినియోగదారుల కోసం మార్కెట్ ఏర్పడటం ప్రారంభమైంది (ప్రధానంగా ఇటువంటి డేటా కార్టోగ్రఫీలో ఉపయోగించబడుతుంది).

ఇప్పటికే 2025 లో నానోటెక్నాలజీ ఆధారంగా సృష్టించబడిన మొదటి అసెంబ్లర్లు కనిపిస్తాయని భావిస్తున్నారు. వారు సిద్ధంగా ఉన్న పరమాణువుల నుండి ఏదైనా వస్తువును నిర్మించగలగడం సిద్ధాంతపరంగా సాధ్యమే. కంప్యూటర్‌లో ఏదైనా ఉత్పత్తిని రూపొందించడానికి ఇది సరిపోతుంది మరియు ఇది నానోరోబోట్‌ల అసెంబ్లీ కాంప్లెక్స్‌తో సమావేశమై గుణించబడుతుంది. కానీ ఇవి ఇప్పటికీ నానోటెక్నాలజీ యొక్క సరళమైన అవకాశాలు. రాకెట్ ఇంజన్లు మోడ్‌ను బట్టి వాటి ఆకారాన్ని మార్చగలిగితే అవి ఉత్తమంగా పనిచేస్తాయని సిద్ధాంతం నుండి తెలుసు. నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించడం ద్వారా మాత్రమే ఇది నిజం అవుతుంది. ఉక్కు కంటే బలమైన నిర్మాణం, కలప కంటే తేలికైనది, విస్తరించడం, కుదించడం మరియు వంగడం, ట్రాక్షన్ యొక్క శక్తి మరియు దిశను మార్చగలదు. అంతరిక్ష నౌక దాదాపు గంటలో రూపాంతరం చెందుతుంది. నానోటెక్నాలజీ ఒక స్పేస్ సూట్‌లో నిర్మించబడింది మరియు పదార్ధాల ప్రసరణను నిర్ధారిస్తుంది, ఒక వ్యక్తి అపరిమిత సమయం వరకు దానిలో ఉండటానికి అనుమతిస్తుంది. నానోరోబోట్‌లు ఇతర గ్రహాల వలసల గురించి సైన్స్ ఫిక్షన్ రచయితల కలను సాకారం చేయగలవు; కక్ష్య వ్యవస్థలను, ప్రపంచ మహాసముద్రాలలో, భూమి యొక్క ఉపరితలంపై మరియు గాలిలో ఏదైనా నిర్మాణాలను స్వయంచాలకంగా నిర్మించడం సాధ్యమవుతుంది (నిపుణులు దీనిని 2025 నాటికి అంచనా వేస్తున్నారు).

4 జత

4. వైద్యంలో నానోటెక్నాలజీ

నానోటెక్నాలజీలో ఇటీవలి పురోగతులు, శాస్త్రవేత్తల ప్రకారం, క్యాన్సర్‌కు వ్యతిరేకంగా పోరాటంలో చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటాయి. క్యాన్సర్ నిరోధక ఔషధం నేరుగా లక్ష్యానికి అభివృద్ధి చేయబడింది - ప్రాణాంతక కణితి ద్వారా ప్రభావితమైన కణాలలోకి. బయోసిలికాన్ అని పిలువబడే పదార్థం ఆధారంగా కొత్త వ్యవస్థ. నానోసిలికాన్ ఒక పోరస్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంది (వ్యాసంలో పది అణువులు), దీనిలో మందులు, ప్రోటీన్లు మరియు రేడియోన్యూక్లైడ్‌లను ప్రవేశపెట్టడం సౌకర్యంగా ఉంటుంది. లక్ష్యాన్ని చేరుకున్న తరువాత, బయోసిలికాన్ విచ్ఛిన్నం కావడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు అది అందించే మందులు పనిచేయడం ప్రారంభిస్తాయి. అంతేకాకుండా, డెవలపర్ల ప్రకారం, కొత్త వ్యవస్థ ఔషధం యొక్క మోతాదును నియంత్రించడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది.

గత సంవత్సరాలుగా, సెంటర్ ఫర్ బయోలాజికల్ నానోటెక్నాలజీస్ ఉద్యోగులు శరీరంలోని క్యాన్సర్ కణాలను గుర్తించడానికి మరియు ఈ భయంకరమైన వ్యాధిని ఎదుర్కోవడానికి ఉపయోగించే మైక్రోసెన్సర్ల సృష్టిపై పని చేస్తున్నారు.

క్యాన్సర్ కణాలను గుర్తించే కొత్త టెక్నిక్ డెన్డ్రైమర్స్ (గ్రీకు డెండ్రాన్ - కలప నుండి) అని పిలువబడే సింథటిక్ పాలిమర్‌లతో తయారు చేయబడిన చిన్న గోళాకార రిజర్వాయర్‌లను మానవ శరీరంలోకి అమర్చడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ పాలిమర్‌లు గత దశాబ్దంలో సంశ్లేషణ చేయబడ్డాయి మరియు ప్రాథమికంగా కొత్త, ఘన-రహిత నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి, ఇది పగడపు లేదా కలప నిర్మాణాన్ని పోలి ఉంటుంది.

శరీరంలోకి ప్రవేశించిన తర్వాత, ఈ చిన్న సెన్సార్‌లు లింఫోసైట్‌లలోకి చొచ్చుకుపోతాయి - తెల్ల రక్త కణాలు సంక్రమణ మరియు ఇతర వ్యాధి-కారణ కారకాలకు వ్యతిరేకంగా శరీరం యొక్క రక్షణ ప్రతిస్పందనను అందిస్తాయి. ఒక నిర్దిష్ట వ్యాధి లేదా పర్యావరణ స్థితికి లింఫోయిడ్ కణాల రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన సమయంలో - జలుబు లేదా రేడియేషన్‌కు గురికావడం, ఉదాహరణకు - సెల్ యొక్క ప్రోటీన్ నిర్మాణం మారుతుంది. ప్రతి నానోసెన్సర్, ప్రత్యేక రసాయన కారకాలతో పూత, అటువంటి మార్పులతో మెరుస్తూ ఉంటుంది.

ఈ కాంతిని చూసేందుకు శాస్త్రవేత్తలు కంటి రెటీనాను స్కాన్ చేసే ప్రత్యేక పరికరాన్ని రూపొందించనున్నారు. అటువంటి పరికరం యొక్క లేజర్ లింఫోసైట్లు ఒకదాని తరువాత ఒకటి, ఫండస్ యొక్క ఇరుకైన కేశనాళికల గుండా వెళుతున్నప్పుడు వాటి గ్లోను గుర్తించాలి. లింఫోసైట్‌లలో తగినంత లేబుల్ సెన్సార్లు ఉంటే, సెల్ డ్యామేజ్‌ను గుర్తించడానికి 15 సెకన్ల స్కాన్ అవసరమని శాస్త్రవేత్తలు అంటున్నారు.

కడగడం. ఈ రోజు వరకు, ఒక ఆదిమ వాకింగ్ DNA రోబోట్ మాత్రమే సృష్టించబడింది.

నానోమెడిసిన్ క్రింది అవకాశాల ద్వారా సూచించబడుతుంది:

1. చిప్‌లోని ల్యాబ్‌లు, శరీరంలోని ఔషధాల లక్ష్య డెలివరీ.

2. DNA చిప్స్ (వ్యక్తిగత ఔషధాల సృష్టి).

3. కృత్రిమ ఎంజైములు మరియు ప్రతిరోధకాలు.

4. కృత్రిమ అవయవాలు, కృత్రిమ ఫంక్షనల్ పాలిమర్లు (సేంద్రీయ కణజాల ప్రత్యామ్నాయాలు). ఈ దిశ కృత్రిమ జీవితం యొక్క ఆలోచనతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది మరియు భవిష్యత్తులో కృత్రిమ స్పృహతో మరియు పరమాణు స్థాయిలో స్వీయ-స్వస్థతతో కూడిన రోబోట్‌ల సృష్టికి దారితీస్తుంది. ఆర్గానిక్‌కి మించిన జీవితం అనే భావన విస్తరించడం దీనికి కారణం

5. నానోరోబోట్ సర్జన్లు (బయోమెకానిజమ్స్ మార్పులు మరియు అవసరమైన వైద్య చర్యలు, క్యాన్సర్ కణాల గుర్తింపు మరియు నాశనం). మెడిసిన్‌లో నానోటెక్నాలజీ యొక్క అత్యంత తీవ్రమైన అప్లికేషన్ ఇది - అంటువ్యాధులు మరియు క్యాన్సర్ కణితులను నాశనం చేయగల పరమాణు నానోరోబోట్‌ల సృష్టి, దెబ్బతిన్న DNA, కణజాలాలు మరియు అవయవాలను రిపేర్ చేయడం, శరీరం యొక్క మొత్తం లైఫ్ సపోర్ట్ సిస్టమ్‌లను నకిలీ చేయడం మరియు శరీరం యొక్క లక్షణాలను మార్చడం.

ఒకే పరమాణువును బిల్డింగ్ బ్లాక్ లేదా "భాగం"గా పరిగణిస్తూ, నానోటెక్నాలజీ ఈ భాగాల నుండి పేర్కొన్న లక్షణాలతో పదార్థాలను నిర్మించడానికి ఆచరణాత్మక మార్గాలను వెతుకుతోంది. అణువులు మరియు అణువులను నిర్దిష్ట నిర్మాణాలలో ఎలా సమీకరించాలో చాలా కంపెనీలకు ఇప్పటికే తెలుసు.

భవిష్యత్తులో, ఏదైనా అణువులు పిల్లల నిర్మాణ సమితి వలె సమావేశమవుతాయి. దీని కోసం నానోరోబోట్‌లను (నానోబోట్‌లు) ఉపయోగించాలని యోచిస్తున్నారు. వర్ణించగల ఏదైనా రసాయనికంగా స్థిరమైన నిర్మాణాన్ని నిజానికి నిర్మించవచ్చు. ఏదైనా నిర్మాణాన్ని నిర్మించడానికి నానోబోట్ ప్రోగ్రామ్ చేయబడవచ్చు, ప్రత్యేకించి మరొక నానోబోట్‌ను నిర్మించడానికి, అవి చాలా చౌకగా ఉంటాయి. భారీ సమూహాలలో పని చేయడం, నానోబోట్‌లు తక్కువ ధర మరియు అధిక ఖచ్చితత్వంతో ఏదైనా వస్తువులను సృష్టించగలవు. వైద్యంలో, నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించడంలో సమస్య పరమాణు స్థాయిలో సెల్ యొక్క నిర్మాణాన్ని మార్చాల్సిన అవసరం ఉంది, అనగా. నానోబోట్లను ఉపయోగించి "మాలిక్యులర్ సర్జరీ" నిర్వహించండి. ఇది మానవ శరీరం లోపల "జీవించగల" పరమాణు రోబోట్ వైద్యులను సృష్టించాలని, సంభవించే అన్ని నష్టాలను తొలగిస్తుందని లేదా అలాంటివి జరగకుండా నిరోధించాలని భావిస్తున్నారు. వ్యక్తిగత అణువులు మరియు అణువులను మార్చడం ద్వారా, నానోబోట్‌లు కణాలను రిపేర్ చేయగలవు. రోబోట్ వైద్యుల సృష్టికి అంచనా వేసిన కాలం, 21వ శతాబ్దం మొదటి సగం.

ప్రస్తుత పరిస్థితి ఉన్నప్పటికీ, వృద్ధాప్య సమస్యకు ప్రాథమిక పరిష్కారంగా నానోటెక్నాలజీ ఆశాజనకంగా ఉంది.

5 జత

5. వ్యవసాయం మరియు పరిశ్రమలలో నానోటెక్నాలజీ

నానోటెక్నాలజీ వ్యవసాయంలో విప్లవాత్మక మార్పులు తెచ్చే అవకాశం ఉంది. మాలిక్యులర్ రోబోలు ఆహారాన్ని ఉత్పత్తి చేయగలవు, దీని నుండి మొక్కలు మరియు జంతువులను "విముక్తి" చేయగలవు. ఈ ప్రయోజనం కోసం, వారు ఏదైనా “ముడి పదార్థాలను” ఉపయోగిస్తారు: నీరు మరియు గాలి, ఇందులో ప్రధాన అవసరమైన అంశాలు - కార్బన్, ఆక్సిజన్, నత్రజని, హైడ్రోజన్, అల్యూమినియం మరియు సిలికాన్ మరియు మిగిలినవి “సాధారణ” జీవుల కోసం, సూక్ష్మ పరిమాణంలో అవసరం అవుతుంది. ఉదాహరణకు, గడ్డి నుండి నేరుగా పాలను ఉత్పత్తి చేయడం సిద్ధాంతపరంగా సాధ్యమవుతుంది, ఇంటర్మీడియట్ లింక్‌ను దాటవేస్తుంది - ఒక ఆవు. ఒక వ్యక్తి వేయించిన చికెన్ లేదా పొగబెట్టిన పందికొవ్వు ముక్కను ఆస్వాదించడానికి జంతువులను చంపాల్సిన అవసరం లేదు. వినియోగ వస్తువులు "నేరుగా ఇంట్లో" ఉత్పత్తి చేయబడతాయి

నానోఫుడ్ అనేది కొత్త పదం, అస్పష్టంగా మరియు వికారమైనది. నానో వ్యక్తులకు ఆహారం? చాలా చిన్న భాగాలు? నానో ఫ్యాక్టరీలలో తయారయ్యే ఆహారం? అయితే కాదు. కానీ ఇప్పటికీ, ఇది ఆహార పరిశ్రమలో ఆసక్తికరమైన దిశ. నానోఫుడ్ అనేది పరిశ్రమలో అమలు మరియు అనువర్తన మార్గంలో ఇప్పటికే ఉన్న శాస్త్రీయ ఆలోచనల యొక్క మొత్తం సెట్ అని తేలింది. ముందుగా, ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో నేరుగా ఉత్పత్తుల నాణ్యత మరియు భద్రతపై పూర్తి నిజ-సమయ పర్యవేక్షణ కోసం నానోటెక్నాలజీ ఆహార ఉత్పత్తిదారులకు ప్రత్యేకమైన అవకాశాలను అందిస్తుంది. మేము వివిధ నానోసెన్సర్‌లు లేదా క్వాంటం డాట్‌లు అని పిలవబడే రోగనిర్ధారణ యంత్రాల గురించి మాట్లాడుతున్నాము, ఉత్పత్తులలో అతిచిన్న రసాయన కలుషితాలు లేదా ప్రమాదకరమైన జీవసంబంధ ఏజెంట్‌లను త్వరగా మరియు విశ్వసనీయంగా గుర్తించగలవు. ఆహార ఉత్పత్తి, రవాణా మరియు నిల్వ పద్ధతులు అన్నీ నానోటెక్నాలజీ పరిశ్రమ నుండి ఉపయోగకరమైన ఆవిష్కరణలలో తమ వాటాను పొందవచ్చు. శాస్త్రవేత్తల ప్రకారం, ఈ రకమైన మొదటి ఉత్పత్తి యంత్రాలు రాబోయే నాలుగేళ్లలో భారీ ఆహార ఉత్పత్తిలో కనిపిస్తాయి. అయితే మరింత రాడికల్ ఆలోచనలు కూడా ఎజెండాలో ఉన్నాయి. మీరు చూడలేని నానోపార్టికల్స్‌ను మింగడానికి సిద్ధంగా ఉన్నారా? ఉపయోగకరమైన పదార్ధాలు మరియు ఔషధాలను శరీరంలోని ఖచ్చితంగా ఎంచుకున్న భాగాలకు పంపిణీ చేయడానికి నానోపార్టికల్స్ ప్రత్యేకంగా ఉపయోగించినట్లయితే? అలాంటి నానో క్యాప్సూల్స్‌ను ఆహార ఉత్పత్తులలో ప్రవేశపెట్టగలిగితే? ఇంకా ఎవరూ నానోఫుడ్‌ని ఉపయోగించలేదు, అయితే ప్రాథమిక అభివృద్ధి ఇప్పటికే జరుగుతోంది. నిపుణులు తినదగిన నానోపార్టికల్స్‌ను సిలికాన్, సిరామిక్స్ లేదా పాలిమర్‌ల నుండి తయారు చేయవచ్చని అంటున్నారు. మరియు వాస్తవానికి - సేంద్రీయ పదార్థాలు. "మృదువైన" కణాలు అని పిలవబడే భద్రతకు సంబంధించి ప్రతిదీ స్పష్టంగా ఉంటే, నిర్మాణం మరియు కూర్పులో జీవ పదార్థాలతో సమానంగా ఉంటుంది, అప్పుడు అకర్బన పదార్థాలతో కూడిన "కఠినమైన" కణాలు రెండు భూభాగాల కూడలిలో పెద్ద ఖాళీ ప్రదేశం - నానోటెక్నాలజీ మరియు జీవశాస్త్రం. . అటువంటి కణాలు శరీరంలో ఏ మార్గాల్లో ప్రయాణిస్తాయని మరియు అవి ఎక్కడ ముగుస్తాయో శాస్త్రవేత్తలు ఇంకా చెప్పలేరు. ఇది చూడాల్సి ఉంది. కానీ కొంతమంది నిపుణులు ఇప్పటికే నానోఈటర్ల ప్రయోజనాల గురించి భవిష్యత్తు చిత్రాలను గీస్తున్నారు. విలువైన పోషకాలను సరైన కణాలకు అందించడంతో పాటు. ఆలోచన ఇది: ప్రతి ఒక్కరూ ఒకే పానీయాన్ని కొనుగోలు చేస్తారు, కానీ అప్పుడు వినియోగదారుడు నానోపార్టికల్స్‌ను నియంత్రించగలుగుతారు, తద్వారా పానీయం యొక్క రుచి, రంగు, వాసన మరియు ఏకాగ్రత అతని కళ్ళ ముందు మారుతుంది.

4. కొత్త పదార్థం యొక్క ఏకీకరణ

ప్రాజెక్ట్ సృష్టి “మా నానోవరల్డ్!”

ప్రతిబింబం

మూడు M వ్యూహాన్ని ఉపయోగించడం

నానోటెక్నాలజీ అనేది ప్రాథమిక మరియు అనువర్తిత శాస్త్రం మరియు సాంకేతిక రంగం, ఇది సైద్ధాంతిక సమర్థన, పరిశోధన యొక్క ఆచరణాత్మక పద్ధతులు, విశ్లేషణ మరియు సంశ్లేషణ, అలాగే వ్యక్తి యొక్క నియంత్రిత తారుమారు ద్వారా ఇచ్చిన పరమాణు నిర్మాణంతో ఉత్పత్తుల ఉత్పత్తి మరియు ఉపయోగం కోసం పద్ధతులతో వ్యవహరిస్తుంది. అణువులు మరియు అణువులు.

కథ

అనేక మూలాలు, ప్రాథమికంగా ఆంగ్లంలో, రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ యొక్క ప్రసిద్ధ ప్రసంగం "దేర్స్ ప్లెంటీ ఆఫ్ రూమ్ ఎట్ ది బాటమ్"తో 1959లో కాలిఫోర్నియా ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీలో వార్షిక సమావేశంలో చేసిన పద్దతుల గురించిన మొదటి ప్రస్తావనను నానోటెక్నాలజీ అని పిలుస్తారు. అమెరికన్ ఫిజికల్ సొసైటీ. రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ తగిన పరిమాణంలోని మానిప్యులేటర్‌ని ఉపయోగించి ఒకే పరమాణువులను యాంత్రికంగా తరలించడం సాధ్యమవుతుందని, కనీసం అటువంటి ప్రక్రియ ఈరోజు తెలిసిన భౌతిక శాస్త్ర నియమాలకు విరుద్ధంగా ఉండదని సూచించారు.

ఈ మానిప్యులేటర్‌ని ఈ క్రింది విధంగా చేయాలని ఆయన సూచించారు. దాని యొక్క కాపీని సృష్టించే యంత్రాంగాన్ని నిర్మించడం అవసరం, పరిమాణం యొక్క చిన్న క్రమాన్ని మాత్రమే. సృష్టించబడిన చిన్న మెకానిజం మళ్లీ దాని యొక్క ప్రతిని సృష్టించాలి, మళ్లీ పరిమాణం యొక్క చిన్న క్రమాన్ని సృష్టించాలి మరియు మెకానిజం యొక్క కొలతలు ఒక అణువు యొక్క క్రమం యొక్క కొలతలతో సరిపోయే వరకు. ఈ సందర్భంలో, ఈ మెకానిజం యొక్క నిర్మాణంలో మార్పులు చేయడం అవసరం, ఎందుకంటే స్థూలంలో పనిచేసే గురుత్వాకర్షణ శక్తులు తక్కువ మరియు తక్కువ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ ఇంటరాక్షన్స్ మరియు వాన్ డెర్ వాల్స్ శక్తులు ఆపరేషన్‌ను ఎక్కువగా ప్రభావితం చేస్తాయి. యంత్రాంగం.

చివరి దశ - ఫలిత యంత్రాంగం వ్యక్తిగత అణువుల నుండి దాని కాపీని సమీకరించుకుంటుంది. సూత్రప్రాయంగా, అటువంటి కాపీల సంఖ్య అపరిమితంగా ఉంటుంది, తక్కువ సమయంలో ఇటువంటి యంత్రాల యొక్క ఏకపక్ష సంఖ్యను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది. ఈ యంత్రాలు పరమాణు అసెంబ్లీ ద్వారా స్థూల వస్తువులను అదే విధంగా సమీకరించగలవు. ఇది వస్తువులను చాలా చౌకగా చేస్తుంది - అటువంటి రోబోట్‌లకు (నానోరోబోట్‌లు) అవసరమైన సంఖ్యలో అణువులు మరియు శక్తిని మాత్రమే ఇవ్వాలి మరియు అవసరమైన వస్తువులను సమీకరించడానికి ప్రోగ్రామ్‌ను వ్రాయాలి. ఇప్పటివరకు, ఈ అవకాశాన్ని ఎవరూ తిరస్కరించలేకపోయారు, కానీ ఎవరూ ఇంకా అలాంటి యంత్రాంగాలను రూపొందించలేకపోయారు. ఈ అవకాశం యొక్క సైద్ధాంతిక అధ్యయనం సమయంలో, ఊహాజనిత డూమ్స్‌డే దృశ్యాలు ఉద్భవించాయి, ఇది నానోరోబోట్‌లు భూమి యొక్క మొత్తం జీవపదార్ధాలను గ్రహించి, వాటి స్వీయ-పునరుత్పత్తి కార్యక్రమాన్ని ("గ్రే గూ" లేదా "గ్రే స్లర్రీ" అని పిలవబడేవి) నిర్వహిస్తాయని ఊహిస్తుంది.

అణు స్థాయిలో వస్తువులను అధ్యయనం చేసే అవకాశం గురించి మొదటి అంచనాలు 1704 లో ప్రచురించబడిన ఐజాక్ న్యూటన్ రాసిన "ఆప్టిక్స్" పుస్తకంలో చూడవచ్చు. పుస్తకంలో, న్యూటన్ భవిష్యత్తులో మైక్రోస్కోప్‌లు ఏదో ఒక రోజు "శవాల రహస్యాలను" అన్వేషించగలవని ఆశాభావం వ్యక్తం చేశాడు.

"నానోటెక్నాలజీ" అనే పదాన్ని మొట్టమొదట 1974లో నోరియో టానిగుచి ఉపయోగించారు. అతను అనేక నానోమీటర్ల పరిమాణంలో ఉత్పత్తుల ఉత్పత్తిని వివరించడానికి ఈ పదాన్ని ఉపయోగించాడు. 1980లలో, ఈ పదాన్ని ఎరిక్ కె. డ్రెక్స్లర్ తన ఇంజన్స్ ఆఫ్ క్రియేషన్: ది కమింగ్ ఎరా ఆఫ్ నానోటెక్నాలజీ అండ్ నానోసిస్టమ్స్: మాలిక్యులర్ మెషినరీ, మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్, అండ్ కంప్యూటేషన్ అనే పుస్తకాల్లో ఉపయోగించారు.

నానోటెక్నాలజీ ఏమి చేయగలదు?

నానోటెక్నాలజీ పురోగతిని వాగ్దానం చేసే కొన్ని రంగాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి:

మందు

నానోసెన్సర్లు వ్యాధుల ప్రారంభ రోగ నిర్ధారణలో పురోగతిని అందిస్తాయి. ఇది మీ కోలుకునే అవకాశాలను పెంచుతుంది. మేము క్యాన్సర్ మరియు ఇతర వ్యాధులను ఓడించగలము. పాత క్యాన్సర్ మందులు వ్యాధి కణాలను మాత్రమే కాకుండా, ఆరోగ్యకరమైన వాటిని కూడా నాశనం చేశాయి. నానోటెక్నాలజీ సహాయంతో, ఔషధం నేరుగా వ్యాధిగ్రస్తుల కణానికి పంపిణీ చేయబడుతుంది.

DNA నానోటెక్నాలజీ- DNA మరియు న్యూక్లియిక్ యాసిడ్ అణువుల యొక్క నిర్దిష్ట స్థావరాలు వాటి ఆధారంగా స్పష్టంగా నిర్వచించబడిన నిర్మాణాలను రూపొందించడానికి ఉపయోగించండి. ఔషధ అణువుల పారిశ్రామిక సంశ్లేషణ మరియు స్పష్టంగా నిర్వచించబడిన రూపం (బిస్-పెప్టైడ్స్) యొక్క ఫార్మకోలాజికల్ సన్నాహాలు.

2000 ప్రారంభంలో, నానో-పరిమాణ కణాల తయారీ సాంకేతికతలో వేగవంతమైన పురోగతికి ధన్యవాదాలు, నానోటెక్నాలజీ యొక్క కొత్త రంగం అభివృద్ధికి ప్రేరణ ఇవ్వబడింది - నానోప్లాస్మోనిక్స్. ప్లాస్మోన్ డోలనాల ఉత్తేజాన్ని ఉపయోగించి లోహ నానోపార్టికల్స్ గొలుసుతో పాటు విద్యుదయస్కాంత వికిరణాన్ని ప్రసారం చేయడం సాధ్యమవుతుందని తేలింది.

నిర్మాణం

భవన నిర్మాణాల యొక్క నానోసెన్సర్లు వాటి బలాన్ని పర్యవేక్షిస్తాయి మరియు వాటి సమగ్రతకు ఏవైనా ముప్పులను గుర్తిస్తాయి. నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి నిర్మించిన వస్తువులు ఆధునిక నిర్మాణాల కంటే ఐదు రెట్లు ఎక్కువ కాలం ఉంటాయి. గృహాలు నివాసితుల అవసరాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి, వేసవిలో వాటిని చల్లగా ఉంచుతాయి మరియు శీతాకాలంలో వాటిని వెచ్చగా ఉంచుతాయి.

శక్తి

మేము చమురు మరియు గ్యాస్‌పై తక్కువ ఆధారపడతాము. ఆధునిక సౌర ఫలకాలు దాదాపు 20% సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించడంతో, ఇది 2-3 రెట్లు పెరుగుతుంది. పైకప్పు మరియు గోడలపై సన్నని నానోఫిల్మ్‌లు మొత్తం ఇంటికి శక్తిని అందించగలవు (అయితే, తగినంత సూర్యుడు ఉంటే).

మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్

అన్ని భారీ పరికరాలు రోబోట్‌ల ద్వారా భర్తీ చేయబడతాయి - సులభంగా నియంత్రించబడే పరికరాలు. వారు అణువులు మరియు అణువుల స్థాయిలో ఏదైనా యంత్రాంగాన్ని సృష్టించగలరు. యంత్రాల ఉత్పత్తి కోసం, కొత్త సూక్ష్మ పదార్ధాలు ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి ఘర్షణను తగ్గించగలవు, భాగాలను దెబ్బతినకుండా రక్షించగలవు మరియు శక్తిని ఆదా చేయగలవు. ఇవి నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించగల (మరియు ఉంటుంది!) అన్ని రంగాలు కాదు. నానోటెక్నాలజీ ఆవిర్భావం కొత్త శాస్త్రీయ మరియు సాంకేతిక విప్లవానికి నాంది అని శాస్త్రవేత్తలు విశ్వసిస్తున్నారు, ఇది 21వ శతాబ్దంలో ప్రపంచాన్ని గొప్పగా మారుస్తుంది. ఏది ఏమైనప్పటికీ, నానోటెక్నాలజీ నిజమైన ఆచరణలో చాలా త్వరగా ప్రవేశించదని గమనించాలి. చాలా పరికరాలు (ఎక్కువగా ఎలక్ట్రానిక్స్) "నానో" పని చేయవు. నానోటెక్నాలజీ యొక్క అధిక ధర మరియు నానోటెక్నాలజీ ఉత్పత్తులపై చాలా ఎక్కువ రాబడి లేకపోవడం దీనికి కారణం.

బహుశా, సమీప భవిష్యత్తులో, నానోటెక్నాలజీ సహాయంతో, హైటెక్, మొబైల్, సులభంగా నియంత్రించగల పరికరాలు సృష్టించబడతాయి, ఇవి ఆటోమేటెడ్, కానీ నిర్వహించడం కష్టం మరియు నేటి గజిబిజిగా ఉన్న పరికరాలను విజయవంతంగా భర్తీ చేస్తాయి. ఉదాహరణకు, కాలక్రమేణా, కంప్యూటర్-నియంత్రిత బయోరోబోట్‌లు ప్రస్తుత స్థూలమైన పంపింగ్ స్టేషన్‌ల విధులను నిర్వహించగలవు.

• DNA కంప్యూటర్- DNA అణువుల కంప్యూటింగ్ సామర్థ్యాలను ఉపయోగించే కంప్యూటింగ్ సిస్టమ్. బయోమోలిక్యులర్ కంప్యూటింగ్ అనేది DNA లేదా RNAకి సంబంధించిన వివిధ పద్ధతులకు ఒక సమిష్టి పేరు. DNA కంప్యూటింగ్‌లో, డేటా సున్నాలు మరియు వాటి రూపంలో కాకుండా DNA హెలిక్స్ ఆధారంగా నిర్మించిన పరమాణు నిర్మాణం రూపంలో సూచించబడుతుంది. డేటాను చదవడం, కాపీ చేయడం మరియు నిర్వహించడం కోసం సాఫ్ట్‌వేర్ పాత్ర ప్రత్యేక ఎంజైమ్‌లచే నిర్వహించబడుతుంది.
• అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్- అధ్యయనంలో ఉన్న నమూనా యొక్క ఉపరితలంతో కాంటిలివర్ సూది (ప్రోబ్) యొక్క పరస్పర చర్య ఆధారంగా అధిక-రిజల్యూషన్ స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోప్. స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోప్ (STM) వలె కాకుండా, ఇది ద్రవ పొర ద్వారా కూడా వాహక మరియు నాన్-కండక్టింగ్ ఉపరితలాలను పరిశీలించగలదు, ఇది సేంద్రీయ అణువులతో (DNA) పని చేయడం సాధ్యపడుతుంది. అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్ యొక్క ప్రాదేశిక స్పష్టత కాంటిలివర్ పరిమాణం మరియు దాని కొన వంపుపై ఆధారపడి ఉంటుంది. రిజల్యూషన్ పరమాణు క్షితిజ సమాంతరానికి చేరుకుంటుంది మరియు నిలువుగా గణనీయంగా మించిపోతుంది.
• యాంటెన్నా-ఓసిలేటర్– ఫిబ్రవరి 9, 2005న, బోస్టన్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క ప్రయోగశాలలో సుమారు 1 మైక్రాన్ కొలతలు కలిగిన యాంటెన్నా-ఓసిలేటర్ పొందబడింది. ఈ పరికరం 5,000 మిలియన్ అణువులను కలిగి ఉంది మరియు 1.49 గిగాహెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీలో డోలనం చేయగలదు, ఇది భారీ మొత్తంలో సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.

అద్భుతమైన సంభావ్యతతో 10 నానోటెక్నాలజీలు

కొన్ని కానానికల్ ఆవిష్కరణలను గుర్తుంచుకోవడానికి ప్రయత్నించండి. బహుశా, ఎవరైనా ఇప్పుడు ఒక చక్రం, ఎవరైనా ఒక విమానం మరియు ఎవరైనా ఐపాడ్‌ని ఊహించారు. పూర్తిగా కొత్త తరం - నానోటెక్నాలజీ ఆవిష్కరణ గురించి మీలో ఎంతమంది ఆలోచించారు? ఈ ప్రపంచం చాలా తక్కువగా అధ్యయనం చేయబడింది, కానీ మనకు నిజంగా అద్భుతమైన విషయాలను అందించగల అద్భుతమైన సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. ఒక అద్భుతమైన విషయం: శాస్త్రవేత్తలు చాలా ముందుగానే ఈ ప్రాంతంలో పనిచేయడం ప్రారంభించినప్పటికీ, నానోటెక్నాలజీ రంగం 1975 వరకు ఉనికిలో లేదు.

మానవ నగ్న కన్ను 0.1 మిల్లీమీటర్ల పరిమాణంలో ఉన్న వస్తువులను గుర్తించగలదు. ఈ రోజు మనం 100,000 రెట్లు తక్కువగా ఉన్న పది ఆవిష్కరణల గురించి మాట్లాడుతాము.

విద్యుత్ వాహక ద్రవ లోహం

విద్యుత్తును ఉపయోగించి, పెట్రి డిష్ లోపల సంక్లిష్టమైన ఆకారాలు లేదా గాలి వలయాలను రూపొందించడానికి గాలియం, ఇరిడియం మరియు టిన్ యొక్క సాధారణ ద్రవ లోహ మిశ్రమాన్ని తయారు చేయవచ్చు. టెర్మినేటర్ 2లో మనం చూడగలిగే ప్రసిద్ధ T-1000 సిరీస్ సైబోర్గ్ సృష్టించబడిన పదార్థం ఇదే అని కొంత సంభావ్యతతో చెప్పవచ్చు.

“మృదువుగా ఉండే మిశ్రమం స్మార్ట్ ఆకారంలా ప్రవర్తిస్తుంది, అవసరమైనప్పుడు తనను తాను వికృతీకరించుకోగలదు, అది కదిలే పరిసర స్థలాన్ని పరిగణలోకి తీసుకుంటుంది. జనాదరణ పొందిన సైన్స్ ఫిక్షన్ సినిమా నుండి సైబోర్గ్ చేయగలిగినట్లే, ”అని ఈ ప్రాజెక్ట్‌లో పాల్గొన్న పరిశోధకులలో ఒకరైన సింఘువా విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన జిన్ లీ చెప్పారు.

ఈ లోహం బయోమిమెటిక్, అంటే ఇది జీవరసాయన ప్రతిచర్యలను అనుకరిస్తుంది, అయినప్పటికీ ఇది జీవ పదార్ధం కాదు.

ఈ లోహాన్ని ఎలక్ట్రికల్ డిశ్చార్జెస్ ద్వారా నియంత్రించవచ్చు. ఏది ఏమయినప్పటికీ, ఉద్భవిస్తున్న లోడ్ అసమతుల్యత కారణంగా ఇది స్వతంత్రంగా కదిలే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఈ లోహ మిశ్రమం యొక్క ప్రతి డ్రాప్ యొక్క ముందు మరియు వెనుక మధ్య ఒత్తిడిలో వ్యత్యాసం ద్వారా సృష్టించబడుతుంది. రసాయన శక్తిని యాంత్రిక శక్తిగా మార్చడానికి ఈ ప్రక్రియ కీలకమని శాస్త్రవేత్తలు విశ్వసిస్తున్నప్పటికీ, పరమాణు పదార్థం ఎప్పుడైనా చెడు సైబోర్గ్‌లను నిర్మించడానికి ఉపయోగించబడదు. మొత్తం "మేజిక్" ప్రక్రియ సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణం లేదా సెలైన్ ద్రావణంలో మాత్రమే జరుగుతుంది.

నానోప్లాస్టీలు

యార్క్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన పరిశోధకులు ప్రత్యేక ప్యాచ్‌లను అభివృద్ధి చేయడంలో పని చేస్తున్నారు, ఇవి సూదులు మరియు సిరంజిలను ఉపయోగించకుండా శరీరంలోకి అవసరమైన అన్ని మందులను పంపిణీ చేయడానికి రూపొందించబడ్డాయి. పరిమాణంలో చాలా సాధారణమైన పాచెస్, మీ చేతికి అతుక్కొని, మీ శరీరం లోపల ఔషధ నానోపార్టికల్స్ (వెంట్రుకల కుదుళ్లలోకి చొచ్చుకుపోయేంత చిన్నవి) యొక్క నిర్దిష్ట మోతాదును అందిస్తాయి. నానోపార్టికల్స్ (ఒక్కొక్కటి 20 నానోమీటర్ల కంటే తక్కువ పరిమాణంలో) హానికరమైన కణాలను స్వయంగా కనుగొంటాయి, వాటిని చంపుతాయి మరియు సహజ ప్రక్రియల ఫలితంగా ఇతర కణాలతో పాటు శరీరం నుండి తొలగించబడతాయి.

భవిష్యత్తులో ఇటువంటి నానోప్యాచ్‌లు భూమిపై అత్యంత భయంకరమైన వ్యాధులలో ఒకటైన క్యాన్సర్‌కు వ్యతిరేకంగా పోరాటంలో ఉపయోగించవచ్చని శాస్త్రవేత్తలు గమనించారు. కీమోథెరపీ వలె కాకుండా, అటువంటి సందర్భాలలో తరచుగా చికిత్సలో అంతర్భాగంగా ఉంటుంది, ఆరోగ్యకరమైన కణాలను తాకకుండా వదిలివేసేటప్పుడు నానోప్యాచ్‌లు క్యాన్సర్ కణాలను వ్యక్తిగతంగా కనుగొని నాశనం చేయగలవు. నానోప్యాచ్ ప్రాజెక్ట్‌ను నాన్‌జెక్ట్ అంటారు. దీని అభివృద్ధిని అతిఫ్ సయ్యద్ మరియు జకారియా హుస్సేన్ నిర్వహిస్తున్నారు, వీరు 2013లో విద్యార్ధులుగా ఉన్నప్పుడు, నిధుల సేకరణ కోసం క్రౌడ్‌సోర్సింగ్ ప్రచారంలో భాగంగా అవసరమైన స్పాన్సర్‌షిప్‌ను పొందారు.

నీటి కోసం నానోఫిల్టర్

ఈ ఫిల్మ్‌ను చక్కటి స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ మెష్‌తో కలిపి ఉపయోగించినప్పుడు, చమురు తిప్పికొట్టబడుతుంది, ఆ ప్రాంతంలోని నీటిని సహజంగా శుభ్రంగా ఉంచుతుంది.

ఆసక్తికరంగా, శాస్త్రవేత్తలు ప్రకృతి ద్వారానే నానోఫిల్మ్‌ను రూపొందించడానికి ప్రేరేపించబడ్డారు. వాటర్ లిల్లీస్ అని కూడా పిలువబడే లోటస్ ఆకులు నానోఫిల్మ్ యొక్క వ్యతిరేక లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి: నూనెకు బదులుగా, అవి నీటిని తిప్పికొట్టాయి. శాస్త్రవేత్తలు ఈ అద్భుతమైన మొక్కలపై వారి సమానమైన అద్భుతమైన లక్షణాల కోసం గూఢచర్యం చేయడం ఇదే మొదటిసారి కాదు. దీని ఫలితంగా, ఉదాహరణకు, 2003లో సూపర్‌హైడ్రోఫోబిక్ పదార్థాల సృష్టి జరిగింది. నానోఫిల్మ్ విషయానికొస్తే, పరిశోధకులు నీటి లిల్లీల ఉపరితలాన్ని అనుకరించే పదార్థాన్ని రూపొందించడానికి ప్రయత్నిస్తున్నారు మరియు ప్రత్యేక శుభ్రపరిచే ఏజెంట్ యొక్క అణువులతో దానిని సుసంపన్నం చేస్తారు. పూత మానవ కంటికి కనిపించదు. ఇది ఉత్పత్తి చేయడానికి చౌకగా ఉంటుంది: చదరపు అడుగుకి సుమారు $1.

జలాంతర్గాములకు ఎయిర్ ప్యూరిఫైయర్

సిబ్బందికి తప్ప, జలాంతర్గామి సిబ్బంది ఎలాంటి గాలి పీల్చుకోవాలి అనే దాని గురించి ఎవరైనా ఆలోచించే అవకాశం లేదు. ఇంతలో, కార్బన్ డయాక్సైడ్ నుండి గాలిని శుభ్రపరచడం తక్షణమే చేయాలి, ఎందుకంటే ఒక సముద్రయానంలో అదే గాలి జలాంతర్గామి యొక్క తేలికపాటి సిబ్బంది గుండా వందల సార్లు వెళ్ళవలసి ఉంటుంది. కార్బన్ డయాక్సైడ్ నుండి గాలిని శుభ్రం చేయడానికి, అమైన్లు ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి చాలా అసహ్యకరమైన వాసన కలిగి ఉంటాయి. ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, SAMMS (మెసోపోరస్ సపోర్ట్స్‌పై సెల్ఫ్-అసెంబుల్డ్ మోనోలేయర్స్‌కు సంక్షిప్త రూపం) అనే ప్యూరిఫికేషన్ టెక్నాలజీ సృష్టించబడింది. సిరామిక్ కణికల లోపల ఉంచిన ప్రత్యేక నానోపార్టికల్స్‌ను ఉపయోగించాలని ఆమె ప్రతిపాదించింది. పదార్ధం పోరస్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంది, దీని కారణంగా ఇది అదనపు కార్బన్ డయాక్సైడ్ను గ్రహిస్తుంది. వివిధ రకాల SAMMS శుద్దీకరణ గాలి, నీరు మరియు నేలలోని వివిధ అణువులతో సంకర్షణ చెందుతుంది, అయితే ఈ శుద్దీకరణ ఎంపికలన్నీ చాలా ప్రభావవంతంగా ఉంటాయి. ఒక ఫుట్‌బాల్ మైదానానికి సమానమైన ప్రాంతాన్ని శుభ్రం చేయడానికి ఈ పోరస్ సిరామిక్ గ్రాన్యూల్స్ కేవలం ఒక టేబుల్ స్పూన్ సరిపోతుంది.

నానోకండక్టర్స్

నార్త్‌వెస్టర్న్ యూనివర్శిటీ (USA) పరిశోధకులు నానోస్కేల్‌లో ఎలక్ట్రికల్ కండక్టర్‌ను ఎలా సృష్టించాలో కనుగొన్నారు. ఈ కండక్టర్ ఒక కఠినమైన మరియు మన్నికైన నానోపార్టికల్, దీనిని వివిధ వ్యతిరేక దిశలలో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ప్రసారం చేయడానికి కాన్ఫిగర్ చేయవచ్చు. అటువంటి ప్రతి నానోపార్టికల్ "ప్రస్తుత రెక్టిఫైయర్‌లు, స్విచ్‌లు మరియు డయోడ్‌ల" ఆపరేషన్‌ను అనుకరించగలదని అధ్యయనం చూపిస్తుంది. ప్రతి 5-నానోమీటర్-మందపాటి కణం ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన రసాయనంతో కప్పబడి ఉంటుంది మరియు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అణువులతో చుట్టబడి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రికల్ డిశ్చార్జిని వర్తింపజేయడం వలన నానోపార్టికల్స్ చుట్టూ ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన పరమాణువులు పునఃనిర్మించబడతాయి.

సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క సంభావ్యత, శాస్త్రవేత్తలు నివేదించినట్లుగా, అపూర్వమైనది. దాని ఆధారంగా, "నిర్దిష్ట కంప్యూటర్ కంప్యూటింగ్ పనులకు అనుగుణంగా స్వతంత్రంగా మార్చగల సామర్థ్యం" గల పదార్థాలను సృష్టించడం సాధ్యమవుతుంది. ఈ సూక్ష్మ పదార్ధం యొక్క ఉపయోగం వాస్తవానికి భవిష్యత్తులో ఎలక్ట్రానిక్స్‌ను "రీప్రోగ్రామ్" చేస్తుంది. హార్డ్‌వేర్ అప్‌గ్రేడ్‌లు సాఫ్ట్‌వేర్ అప్‌గ్రేడ్‌ల వలె సులభంగా మారతాయి.

నానోటెక్ ఛార్జర్

ఈ విషయం సృష్టించబడినప్పుడు, మీరు ఇకపై ఎలాంటి వైర్డు ఛార్జర్‌లను ఉపయోగించాల్సిన అవసరం ఉండదు. కొత్త నానోటెక్నాలజీ స్పాంజ్ లాగా పనిచేస్తుంది, కానీ అది ద్రవాన్ని గ్రహించదు. ఇది పర్యావరణం నుండి గతి శక్తిని పీల్చుకుంటుంది మరియు దానిని నేరుగా మీ స్మార్ట్‌ఫోన్‌లోకి మళ్లిస్తుంది. సాంకేతికత యాంత్రిక ఒత్తిడిలో ఉన్నప్పుడు విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేసే పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాన్ని ఉపయోగించడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. పదార్థం నానోస్కోపిక్ రంధ్రాలతో ఉంటుంది, అది సౌకర్యవంతమైన స్పాంజిగా మారుతుంది.

ఈ పరికరం యొక్క అధికారిక పేరు "నానోజెనరేటర్". అలాంటి నానోజెనరేటర్లు ఒక రోజు గ్రహం మీద ఉన్న ప్రతి స్మార్ట్‌ఫోన్‌లో భాగంగా మారవచ్చు లేదా ప్రతి కారు డాష్‌బోర్డ్‌లో భాగం కావచ్చు మరియు బహుశా ప్రతి బట్టల జేబులో కొంత భాగం - గాడ్జెట్‌లు నేరుగా దానిలో ఛార్జ్ చేయబడతాయి. అదనంగా, సాంకేతికత పారిశ్రామిక పరికరాలలో వంటి పెద్ద ఎత్తున ఉపయోగించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. కనీసం ఈ అద్భుతమైన నానోస్పాంజ్‌ను రూపొందించిన విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ విశ్వవిద్యాలయం పరిశోధకులు ఏమనుకుంటున్నారు.

కృత్రిమ రెటీనా

ఇజ్రాయెల్ కంపెనీ నానో రెటినా ఇంటర్‌ఫేస్‌ను అభివృద్ధి చేస్తోంది, ఇది కంటిలోని న్యూరాన్‌లకు నేరుగా కనెక్ట్ అవుతుంది మరియు న్యూరల్ మోడలింగ్ ఫలితాన్ని మెదడుకు ప్రసారం చేస్తుంది, రెటీనాను భర్తీ చేస్తుంది మరియు ప్రజలకు దృష్టిని పునరుద్ధరిస్తుంది.

గుడ్డి కోడిపై చేసిన ప్రయోగం ప్రాజెక్ట్ విజయంపై ఆశ చూపింది. నానోఫిల్మ్ కోడిని కాంతిని చూడటానికి అనుమతించింది. నిజమే, ప్రజల దృష్టిని పునరుద్ధరించడానికి కృత్రిమ రెటీనాను అభివృద్ధి చేసే చివరి దశ ఇప్పటికీ చాలా దూరంలో ఉంది, కానీ ఈ దిశలో పురోగతి సంతోషించదు. నానో రెటినా అటువంటి అభివృద్ధిలో నిమగ్నమై ఉన్న ఏకైక సంస్థ కాదు, కానీ వారి సాంకేతికత ప్రస్తుతం అత్యంత ఆశాజనకంగా, ప్రభావవంతంగా మరియు అనుకూలమైనదిగా కనిపిస్తోంది. చివరి పాయింట్ చాలా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే మేము ఒకరి దృష్టిలో కలిసిపోయే ఉత్పత్తి గురించి మాట్లాడుతున్నాము. ఘన పదార్థాలు అటువంటి ప్రయోజనాలకు పనికిరావు అని ఇలాంటి పరిణామాలు చూపించాయి.

సాంకేతికత నానోటెక్నాలజికల్ స్థాయిలో అభివృద్ధి చేయబడుతోంది కాబట్టి, ఇది మెటల్ మరియు వైర్ల వినియోగాన్ని తొలగిస్తుంది మరియు అనుకరణ చిత్రం యొక్క తక్కువ రిజల్యూషన్‌ను కూడా నివారిస్తుంది.

మెరుస్తున్న బట్టలు

షాంఘై శాస్త్రవేత్తలు దుస్తుల ఉత్పత్తిలో ఉపయోగించే రిఫ్లెక్టివ్ థ్రెడ్‌లను అభివృద్ధి చేశారు. ప్రతి థ్రెడ్ యొక్క ఆధారం చాలా సన్నని స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ వైర్, ఇది ప్రత్యేక నానోపార్టికల్స్, ఎలక్ట్రోల్యూమినిసెంట్ పాలిమర్ పొర మరియు పారదర్శక నానోట్యూబ్‌ల రక్షిత షెల్‌తో కప్పబడి ఉంటుంది. ఫలితంగా చాలా తేలికైన మరియు సౌకర్యవంతమైన థ్రెడ్‌లు వారి స్వంత ఎలక్ట్రోకెమికల్ శక్తి ప్రభావంతో మెరుస్తాయి. అదే సమయంలో, వారు సంప్రదాయ LED లతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ శక్తితో పనిచేస్తారు.

సాంకేతికత యొక్క ప్రతికూలత ఏమిటంటే, థ్రెడ్ల యొక్క "లైట్ రిజర్వ్" ఇప్పటికీ కొన్ని గంటలు మాత్రమే సరిపోతుంది. అయినప్పటికీ, మెటీరియల్ డెవలపర్లు తమ ఉత్పత్తి యొక్క "వనరు"ని కనీసం వెయ్యి రెట్లు పెంచుకోగలరని ఆశాజనకంగా నమ్ముతారు. అవి విజయం సాధించినా, మరో లోటుకు పరిష్కారం ప్రశ్నార్థకంగానే ఉంటుంది. అటువంటి నానోథ్రెడ్‌ల ఆధారంగా బట్టలు ఉతకడం చాలా మటుకు అసాధ్యం.

అంతర్గత అవయవాల పునరుద్ధరణకు నానోనెడిల్స్

మేము పైన మాట్లాడిన నానోప్లాస్టర్లు సూదులు భర్తీ చేయడానికి ప్రత్యేకంగా రూపొందించబడ్డాయి. సూదులు కొన్ని నానోమీటర్ల పరిమాణంలో ఉంటే ఏమి చేయాలి? అలా అయితే, వారు శస్త్రచికిత్సపై మన అవగాహనను మార్చవచ్చు లేదా కనీసం దానిని గణనీయంగా మెరుగుపరచవచ్చు.

ఇటీవల, శాస్త్రవేత్తలు ఎలుకలపై విజయవంతమైన ప్రయోగశాల పరీక్షలు నిర్వహించారు. చిన్న సూదులను ఉపయోగించి, పరిశోధకులు ఎలుకల శరీరంలోకి న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలను ప్రవేశపెట్టగలిగారు, అవయవాలు మరియు నరాల కణాల పునరుత్పత్తిని ప్రోత్సహిస్తారు మరియు తద్వారా కోల్పోయిన పనితీరును పునరుద్ధరించారు. సూదులు తమ పనితీరును నిర్వహించినప్పుడు, అవి శరీరంలోనే ఉంటాయి మరియు కొన్ని రోజుల తర్వాత అవి పూర్తిగా కుళ్ళిపోతాయి. అదే సమయంలో, ఈ ప్రత్యేక నానోనెడిల్స్‌ను ఉపయోగించి ఎలుకల వెనుక కండరాలలో రక్త నాళాలను పునరుద్ధరించడానికి ఆపరేషన్ల సమయంలో శాస్త్రవేత్తలు ఎటువంటి దుష్ప్రభావాలను కనుగొనలేదు.

మేము మానవ కేసులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, అటువంటి నానోనెడిల్స్ మానవ శరీరంలోకి అవసరమైన మందులను పంపిణీ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, ఉదాహరణకు, అవయవ మార్పిడిలో. ప్రత్యేక పదార్ధాలు మార్పిడి చేసిన అవయవం చుట్టూ ఉన్న కణజాలాలను వేగంగా కోలుకోవడానికి సిద్ధం చేస్తాయి మరియు తిరస్కరణ అవకాశాన్ని తొలగిస్తాయి.

3D రసాయన ముద్రణ

యూనివర్శిటీ ఆఫ్ ఇల్లినాయిస్ రసాయన శాస్త్రవేత్త మార్టిన్ బుర్కే కెమిస్ట్రీకి చెందిన విల్లీ వోంకా. వివిధ ప్రయోజనాల కోసం “నిర్మాణ సామగ్రి” అణువుల సేకరణను ఉపయోగించి, అతను అన్ని రకాల “అద్భుతమైన మరియు అదే సమయంలో సహజ లక్షణాలతో” భారీ సంఖ్యలో విభిన్న రసాయనాలను సృష్టించగలడు. ఉదాహరణకు, అటువంటి పదార్ధం రాటానిన్, ఇది చాలా అరుదైన పెరువియన్ పువ్వులో మాత్రమే కనుగొనబడుతుంది.

పదార్థాలను సంశ్లేషణ చేసే సామర్థ్యం చాలా అపారమైనది, ఇది ఔషధంలో ఉపయోగించే అణువులను ఉత్పత్తి చేయడం సాధ్యపడుతుంది, LED డయోడ్‌లు, సౌర బ్యాటరీ ఘటాలు మరియు గ్రహం మీద అత్యుత్తమ రసాయన శాస్త్రవేత్తలు కూడా సంశ్లేషణ చేయడానికి సంవత్సరాలు పట్టే రసాయన మూలకాల సృష్టిలో.

ప్రస్తుత ప్రోటోటైప్ 3D కెమికల్ ప్రింటర్ సామర్థ్యాలు ఇప్పటికీ పరిమితంగానే ఉన్నాయి. అతను కొత్త మందులను మాత్రమే సృష్టించగలడు. అయినప్పటికీ, ఒక రోజు అతను తన అద్భుతమైన పరికరం యొక్క వినియోగదారు సంస్కరణను సృష్టించగలడని బర్క్ ఆశిస్తున్నాడు, ఇది చాలా ఎక్కువ సామర్థ్యాలను కలిగి ఉంటుంది. భవిష్యత్తులో ఇటువంటి ప్రింటర్లు ఒక రకమైన హోమ్ ఫార్మసిస్ట్‌లుగా పని చేసే అవకాశం ఉంది.

నానోటెక్నాలజీ మానవ ఆరోగ్యానికి లేదా పర్యావరణానికి ముప్పు కలిగిస్తుందా?

నానోపార్టికల్స్ యొక్క ప్రతికూల ప్రభావాల గురించి చాలా సమాచారం లేదు. 2003లో, ఒక అధ్యయనంలో కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు ఎలుకలు మరియు ఎలుకల ఊపిరితిత్తులను దెబ్బతీస్తాయని తేలింది. 2004లో జరిపిన ఒక అధ్యయనంలో చేపలలో ఫుల్లెరెన్స్ పేరుకుపోయి మెదడు దెబ్బతింటుందని కనుగొంది. కానీ రెండు అధ్యయనాలు అసాధారణ పరిస్థితులలో పెద్ద మొత్తంలో పదార్థాన్ని ఉపయోగించాయి. నిపుణులలో ఒకరైన, రసాయన శాస్త్రవేత్త క్రిస్టెన్ కులినోవ్స్కీ (USA) ప్రకారం, "ఈ నానోపార్టికల్స్‌కు బహిర్గతం చేయడాన్ని పరిమితం చేయడం మంచిది, అయినప్పటికీ మానవ ఆరోగ్యానికి వాటి ముప్పు గురించి ప్రస్తుతం ఎటువంటి సమాచారం లేదు."

నానోటెక్నాలజీని విస్తృతంగా ఉపయోగించడం సామాజిక మరియు నైతిక ప్రమాదాలకు దారితీయవచ్చని కొందరు వ్యాఖ్యాతలు సూచించారు. కాబట్టి, ఉదాహరణకు, నానోటెక్నాలజీ వినియోగం కొత్త పారిశ్రామిక విప్లవాన్ని ప్రారంభిస్తే, ఇది ఉద్యోగ నష్టాలకు దారి తీస్తుంది. అంతేకాకుండా, నానోటెక్నాలజీ ఒక వ్యక్తి యొక్క భావనను మార్చగలదు, ఎందుకంటే దాని ఉపయోగం జీవితాన్ని పొడిగించడానికి మరియు శరీరం యొక్క స్థితిస్థాపకతను గణనీయంగా పెంచుతుంది. "మొబైల్ ఫోన్లు మరియు ఇంటర్నెట్ యొక్క విస్తృతమైన స్వీకరణ సమాజంలో అపారమైన మార్పులను తీసుకువచ్చిందని ఎవరూ కాదనలేరు" అని క్రిస్టెన్ కులినోవ్స్కీ చెప్పారు. "రాబోయే సంవత్సరాల్లో నానోటెక్నాలజీ సమాజంపై ఎక్కువ ప్రభావం చూపదని చెప్పే ధైర్యం ఎవరు?"

నానోటెక్నాలజీలను అభివృద్ధి చేస్తున్న మరియు ఉత్పత్తి చేస్తున్న దేశాలలో రష్యా స్థానం

నానోటెక్నాలజీలో మొత్తం పెట్టుబడి పరంగా ప్రపంచ నాయకులు EU దేశాలు, జపాన్ మరియు USA. ఇటీవల, రష్యా, చైనా, బ్రెజిల్ మరియు భారతదేశం ఈ పరిశ్రమలో పెట్టుబడులను గణనీయంగా పెంచాయి. రష్యాలో, "2008-2010లో రష్యన్ ఫెడరేషన్‌లో నానోఇండస్ట్రీ మౌలిక సదుపాయాల అభివృద్ధి" కార్యక్రమం కింద నిధుల మొత్తం 27.7 బిలియన్ రూబిళ్లు.

నానోటెక్నాలజీ ఔట్‌లుక్ రిపోర్ట్ అని పిలువబడే లండన్ ఆధారిత పరిశోధనా సంస్థ Cientifica నుండి వచ్చిన తాజా (2008) నివేదిక రష్యన్ పెట్టుబడి గురించి యథాతథంగా చెప్పింది: "EU ఇప్పటికీ పెట్టుబడి పరంగా మొదటి స్థానంలో ఉన్నప్పటికీ, చైనా మరియు రష్యా ఇప్పటికే యునైటెడ్ స్టేట్స్‌ను అధిగమించాయి."

నానోటెక్నాలజీలో కొత్త శాస్త్రీయ పోకడల అభివృద్ధికి పునాది వేసిన ఫలితాలను పొందిన రష్యన్ శాస్త్రవేత్తలు ప్రపంచంలోనే మొదటి స్థానంలో నిలిచారు.

వాటిలో అల్ట్రాడిస్పెర్స్ నానోమెటీరియల్స్ ఉత్పత్తి, సింగిల్-ఎలక్ట్రాన్ పరికరాల రూపకల్పన, అలాగే అటామిక్ ఫోర్స్ మరియు స్కానింగ్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోపీ రంగంలో పని. XII సెయింట్ పీటర్స్‌బర్గ్ ఎకనామిక్ ఫోరమ్ (2008) ఫ్రేమ్‌వర్క్‌లో జరిగిన ప్రత్యేక ప్రదర్శనలో మాత్రమే, 80 నిర్దిష్ట పరిణామాలు ఒకేసారి ప్రదర్శించబడ్డాయి. రష్యా ఇప్పటికే మార్కెట్లో డిమాండ్ ఉన్న అనేక నానో ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది: నానోమెంబ్రేన్లు, నానోపౌడర్లు, నానోట్యూబ్లు. అయితే, నిపుణుల అభిప్రాయం ప్రకారం, నానోటెక్నాలజికల్ అభివృద్ధి యొక్క వాణిజ్యీకరణలో రష్యా యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు ఇతర అభివృద్ధి చెందిన దేశాల కంటే పదేళ్ల వెనుకబడి ఉంది.

కళలో నానోటెక్నాలజీ

అమెరికన్ కళాకారిణి నటాషా వీటా-మోర్ యొక్క అనేక రచనలు నానోటెక్నాలజీ అంశాలకు సంబంధించినవి.

ఆధునిక కళలో, ఒక కొత్త దిశ ఉద్భవించింది: "నానోఆర్ట్" (నానోఆర్ట్) - సూక్ష్మ మరియు నానో-పరిమాణాల (వరుసగా 10 -6 మరియు 10 -9 మీ) శిల్పాలను (కూర్పులను) కళాకారుడు సృష్టించడంతో అనుబంధించబడిన ఒక రకమైన కళ. ప్రాసెసింగ్ పదార్థాల రసాయన లేదా భౌతిక ప్రక్రియల ప్రభావంతో, ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి నానో-ఇమేజ్‌లను ఫోటో తీయడం మరియు గ్రాఫిక్స్ ఎడిటర్‌లో నలుపు మరియు తెలుపు ఛాయాచిత్రాలను ప్రాసెస్ చేయడం.

రష్యన్ రచయిత ఎన్. లెస్కోవ్ “లెఫ్టీ” (1881) యొక్క ప్రసిద్ధ రచనలో ఒక ఆసక్తికరమైన భాగం ఉంది: “ఐదు మిలియన్లను పెంచే మంచి మైక్రోస్కోప్ ఉంటే, మీరు గౌరవిస్తారు,” అని అతను చెప్పాడు. అతను చెప్పాడు, "ప్రతి గుర్రపుడెక్కపై హస్తకళాకారుడి పేరు ప్రదర్శించబడిందని చూడటానికి: ఆ గుర్రపుడెక్కను ఏ రష్యన్ మాస్టర్ తయారు చేసాడు." నానోటెక్నాలజీ యొక్క ప్రధాన సాధనాలుగా పరిగణించబడే ఆధునిక ఎలక్ట్రాన్ మరియు అటామిక్ ఫోర్స్ మైక్రోస్కోప్‌ల ద్వారా 5,000,000 రెట్లు మాగ్నిఫికేషన్ అందించబడుతుంది. అందువలన, సాహిత్య హీరో లెఫ్టీ చరిత్రలో మొదటి "నానోటెక్నాలజిస్ట్" గా పరిగణించబడుతుంది.

నానోమానిప్యులేటర్‌లను ఎలా సృష్టించాలి మరియు ఎలా ఉపయోగించాలి అనే దాని గురించి ఫేన్‌మాన్ తన 1959 ఉపన్యాసం “దేర్ ఈజ్ ఎ లాట్ రూమ్ డౌన్ దేర్”లో అందించిన ఆలోచనలు 1931లో ప్రచురితమైన ప్రసిద్ధ సోవియట్ రచయిత బోరిస్ జిట్‌కోవ్ రచించిన “మిక్రోరుక్కి” అనే సైన్స్ ఫిక్షన్ కథతో దాదాపు వచనపరంగా సమానంగా ఉంటాయి. నానోటెక్నాలజీ యొక్క అనియంత్రిత అభివృద్ధి యొక్క కొన్ని ప్రతికూల పరిణామాలు M. క్రిచ్టన్ ("ది స్వార్మ్"), S. లెమ్ ("ఆన్-సైట్ ఇన్స్పెక్షన్" మరియు "పీస్ ఆన్ ఎర్త్"), S. లుక్యానెంకో ("నథింగ్ టు" రచనలలో వివరించబడ్డాయి. విభజించు").

నికిటినా నవల "ట్రాన్స్‌మన్" యొక్క ప్రధాన పాత్ర నానోటెక్నాలజీ కార్పొరేషన్ యొక్క అధిపతి మరియు వైద్య నానోరోబోట్‌ల ప్రభావాలను అనుభవించిన మొదటి వ్యక్తి.

సైన్స్ ఫిక్షన్ సిరీస్ స్టార్‌గేట్ SG-1 మరియు స్టార్‌గేట్ అట్లాంటిస్‌లో, సాంకేతికంగా అభివృద్ధి చెందిన కొన్ని జాతులు "రెప్లికేటర్స్" యొక్క రెండు జాతులు, ఇది నానోటెక్నాలజీ యొక్క వివిధ అనువర్తనాలను ఉపయోగించి మరియు వివరించే విఫల ప్రయోగాల ఫలితంగా ఉద్భవించింది. కీను రీవ్స్ నటించిన ది డే ది ఎర్త్ స్టాడ్ స్టిల్‌లో, ఒక గ్రహాంతర నాగరికత మానవాళికి మరణశిక్ష విధించింది మరియు వారి మార్గంలోని ప్రతిదానిని మ్రింగివేసే నానోరెప్లికాంట్ బగ్‌ల సహాయంతో గ్రహం మీద ఉన్న ప్రతిదాన్ని దాదాపు నాశనం చేస్తుంది.