Hiện nay, công nghệ nano là một lĩnh vực nghiên cứu rất rộng, bao gồm một số lĩnh vực vật lý, hóa học, sinh học, điện tử, y học và các ngành khoa học khác.
Kỷ nguyên “nano” sẽ đến vào giữa thế kỷ này
Tuy nhiên, bất chấp những thành tựu đáng kể, sự nhiệt tình của các nhà nghiên cứu, nguồn tài trợ ngày càng tăng trong lĩnh vực này và khung thời gian khá ngắn cho sự phát triển công nghiệp hiện đại của các phát triển khoa học ở các nước phát triển (10–15 năm), khó có thể mong đợi rằng kỷ nguyên của công nghệ nano sẽ xuất hiện trước giữa thế kỷ này. Mặc dù các phát triển riêng lẻ được sử dụng khá rộng rãi chắc chắn sẽ xuất hiện và đã có mặt trên thị trường.
Nếu nhìn vào thị trường sản phẩm nano hiện đại, chúng ta sẽ thấy rằng hơn 90% trong số đó là bột nano (chúng bắt đầu được sử dụng từ những năm 50 của thế kỷ trước, mặc dù trước khi có nanoboom chúng được gọi là siêu mịn), chất xúc tác nano và vật liệu nano xốp (bộ lọc). Tuy nhiên, những ứng dụng hấp dẫn và hứa hẹn nhất của công nghệ nano, thường được thảo luận khi nói về triển vọng nổi bật của lĩnh vực này, vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu cơ bản.
Điều này đề cập đến sự phát triển và sử dụng rộng rãi công nghệ nano (mặc dù khái niệm này chưa tồn tại) theo tinh thần bài giảng nổi tiếng của Feynman “Có rất nhiều không gian bên dưới: Lời mời đến một thế giới vật lý mới” (tháng 12 năm 1959).
Cách “sắp xếp” nguyên tử đúng cách
Các khối cơ bản để cấu tạo nên bất kỳ chất nào là các nguyên tử và phân tử. Một “sản phẩm” có kích thước nano có thể được “lắp ráp” từ chúng nếu các nguyên tử cần thiết được sắp xếp theo đúng thứ tự. Đồng thời, theo ý kiến của chúng tôi, công nghệ cụ thể của việc lắp ráp như vậy không quá quan trọng (đây có thể là sự tăng trưởng epiticular, khả năng tự tổ chức, phản ứng hóa học hoặc sinh hóa, v.v.). Quyết định ở đây là khả năng thiết kế “sản phẩm nano” với những đặc tính hoặc chức năng nhất định, việc sở hữu các công nghệ giúp sản xuất “sản phẩm” này với độ chính xác nguyên tử, cũng như các phương pháp chẩn đoán toàn diện, bao gồm giám sát trong quá trình sản xuất (tại chỗ). ). Và kiểm soát quá trình công nghệ dựa trên nó.
Công nghệ nano ở cấp độ này hiện chủ yếu chỉ có ở các phòng thí nghiệm khoa học riêng lẻ. Chúng dựa trên kết quả mới nhất của nghiên cứu cơ bản. Hơn nữa, cái sau đóng một vai trò quan trọng ở đây. Nghiên cứu các quá trình vật lý và hóa học trong công nghệ nano, phát triển các phương pháp thiết kế, chẩn đoán và nghiên cứu cấu trúc nano, vật liệu nano và thiết bị nano, nghiên cứu tính chất của chúng và các hiện tượng mới phát sinh ở cấp độ nano - phần lớn đang và sẽ vẫn là chủ đề của nghiên cứu cơ bản cơ bản hoặc định hướng trong một thời gian dài.
Vì vậy, nếu muốn sánh bước với các nước phát triển trong lĩnh vực công nghệ nano và công nghiệp nano thì trước hết phải tập trung vào nghiên cứu cơ bản. Chúng phải được trang bị và thực hiện ở mức độ hiện đại nhất. Nếu không, chúng ta có nguy cơ không chỉ đứng về phía con đường công nghệ nano dài mà còn sớm không còn hiểu biết đầy đủ về những thành tựu toàn cầu trong lĩnh vực này.
Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là những nỗ lực tổ chức sản xuất và phát triển thị trường cho những phát triển tiên tiến về mặt thực tiễn sẽ bị suy yếu.
Các nhà công nghệ nano tương lai: yêu cầu
Cần lưu ý rằng có một vấn đề quan trọng khác cần được giải quyết để phát triển thành công ngành công nghiệp nano. Thực tế là khi chuyển sang hệ thống có quy mô nanomet, các hiệu ứng lượng tử bắt đầu xuất hiện rõ ràng. Kết quả là, một tình huống mới về cơ bản nảy sinh khi các hiện tượng lượng tử (lượng tử hóa chiều, đường hầm, giao thoa của các trạng thái điện tử, v.v.) đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình vật lý trong các vật thể đó và trong hoạt động của các thiết bị dựa trên chúng.
Chúng cũng biểu hiện trong các quá trình công nghệ và phản ứng hóa học, vì tương tác giữa các nguyên tử có tính chất lượng tử. Do đó, các nhà công nghệ nano trong tương lai (và nghề này sẽ trở nên phổ biến cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp nano) sẽ được yêu cầu có khả năng suy nghĩ về các phạm trù cơ học lượng tử khác biệt đáng kể so với các khái niệm cổ điển thông thường. Điều này có nghĩa là giáo dục kỹ thuật sẽ yêu cầu tái cơ cấu đáng kể - nó sẽ được nắm vững bằng cách tập trung vào các nguyên tắc cơ bản.
Những quan niệm sai lầm về công nghệ nano
Nghiên cứu cơ bản và hỗ trợ vật chất cho nó có tầm quan trọng cơ bản đối với sự phát triển của công nghệ nano và ngành công nghiệp nano. Ngày nay quan điểm thường được bày tỏ là trong lĩnh vực công nghệ nano chúng ta có xuất phát điểm giống như các nước tiên tiến. Đây là một quan niệm sai lầm nguy hiểm! Mặc dù chúng tôi có nhân sự có trình độ cao và chiếm vị trí dẫn đầu trong một số lĩnh vực, việc thiếu thiết bị công nghệ, chẩn đoán và nghiên cứu hiện đại không cho phép chúng tôi phát huy đầy đủ năng lực hiện có.
Lần cuối cùng một cuộc đổi mới ít nhiều quy mô lớn của đội thiết bị khoa học được thực hiện là khoảng 20 năm trước trong quá trình thực hiện Chương trình Nhà nước Liên Xô “Siêu dẫn nhiệt độ cao”. Ngoài ra, nghiên cứu ở phương Tây trong nhiều lĩnh vực đã bắt đầu sớm hơn. Và họ đang được tiến hành trên một mặt trận rộng lớn hơn nhiều.
Có vẻ như bây giờ không còn gì phải lo lắng nữa. Trong những năm gần đây, lãnh đạo đất nước, nhận thấy nhu cầu thiết yếu cho sự phát triển của công nghệ nano, đã có những nỗ lực đáng kể để tổ chức công việc trong lĩnh vực này ở cấp tiểu bang. Hội đồng Công nghệ cao của Chính phủ và Tập đoàn Nhà nước "Rosnanotech" đã được thành lập và các nguồn tài chính đáng kể đã được phân bổ. Tuy nhiên, có vẻ như vai trò của nghiên cứu cơ bản trong việc phát triển công nghệ nano đang bị các cơ quan chính phủ đánh giá thấp.
Bộ Giáo dục và Khoa học thực tế không tài trợ cho nghiên cứu cơ bản. Nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực công nghệ nano được thực hiện với chi phí của các bộ phận liên quan. Vị trí trung tâm trong sự phát triển nghiên cứu cơ bản ở nước ta theo truyền thống thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học Nga.
Năm 2008, theo các chương trình nghiên cứu cơ bản của Đoàn chủ tịch và các Chi nhánh của Viện Hàn lâm Khoa học Nga, kinh phí cho các dự án công nghệ nano chỉ lên tới khoảng 100 triệu rúp (không tính kinh phí cơ bản cho tiền lương và hóa đơn điện nước). Nguồn tài trợ cũng được cung cấp thông qua các dự án của Quỹ Nghiên cứu Cơ bản Nga (RFBR) và các dự án quốc tế. Phân tích cho thấy nguồn tài trợ như vậy ít hơn gần hai bậc so với mức cần thiết để đảm bảo trình độ nghiên cứu cơ bản hiện đại và sự phát triển của nó cần thiết cho việc thành lập ngành công nghiệp nano trong nước. Để tham khảo: chỉ riêng trong Ngân sách Liên bang Hoa Kỳ năm 2007, khoảng 1,3 tỷ USD đã được phân bổ cho công việc được thực hiện trong khuôn khổ Sáng kiến Công nghệ nano Quốc gia. Trong số này, 401 triệu USD (khoảng 31%) được phân bổ cho nghiên cứu cơ bản về các hiện tượng và quy trình tại Hoa Kỳ. quy mô nano. , 250 triệu USD (20%) - dành cho nghiên cứu về vật liệu nano, 164 triệu USD (13%) - dành cho việc mua thiết bị nghiên cứu.
Chương trình nghiên cứu cơ bản quốc gia
Tình trạng này dường như hoàn toàn không thể chấp nhận được. Theo quan điểm của chúng tôi, Chương trình Quốc gia về Nghiên cứu Cơ bản trong lĩnh vực công nghệ nano nên được thành lập với nguồn tài trợ có mục tiêu từ ngân sách liên bang, tương đương với nguồn tài trợ của các chương trình tương ứng ở các nước phát triển và đầu tư vốn tương ứng. Chỉ trong trường hợp này, chúng ta mới có thể tin tưởng vào sự phát triển thành công và cạnh tranh của ngành công nghiệp nano trong nước.
Cho đến nay, Ủy ban Công nghệ nano RAS đã phát triển chương trình nghiên cứu cơ bản của Viện Hàn lâm Khoa học Nga “Công nghệ nano”, đã được Đại hội đồng RAS thông qua. Ngoài các thành viên của Ủy ban, các nhà khoa học tích cực làm việc trong lĩnh vực công nghệ nano cũng tham gia phát triển chương trình. Khoảng một nghìn đề xuất nhận được từ hơn 100 viện của Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã được xem xét. Phân tích các đề xuất nhận được cho thấy công việc trong lĩnh vực công nghệ nano tại RAS bao gồm rất nhiều vấn đề. Và trình độ của họ nhìn chung là khá cao.
Các phần của chương trình Công nghệ nano
Việc lựa chọn các lĩnh vực nghiên cứu chính khi hình thành chương trình dựa trên những thành tựu và xu hướng hiện đại trong sự phát triển của khoa học thế giới, tầm quan trọng của kết quả mong đợi và triển vọng ứng dụng thực tế. Và cũng có tính đến nền tảng sẵn có của các tổ chức khoa học Nga. Chương trình bao gồm sáu phần như vậy: “Vật lý của cấu trúc nano”, “Điện tử nano”, “Vật liệu nano”, “Công nghệ sinh học nano”, “Chẩn đoán nano” và “Giáo dục”.
Nó được lên kế hoạch với sự tham gia của khoảng 60 tổ chức phi học thuật, doanh nghiệp và trường đại học với tư cách là đồng thực hiện trong việc thực hiện Chương trình nghiên cứu cơ bản RAS. Về cơ bản, Chương trình được phát triển có thể làm cơ sở cho Chương trình quốc gia về nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực công nghệ nano.
Ước tính của chuyên gia về số tiền tài trợ cần thiết để thực hiện thành công Chương trình nghiên cứu cơ bản RAS “Công nghệ nano” cho thấy cần khoảng 12–13 tỷ rúp để thực hiện công việc nghiên cứu và phát triển. mỗi năm (hoặc khoảng 90 tỷ rúp cho toàn bộ thời gian thực hiện Chương trình cho đến năm 2015). Khối lượng vốn đầu tư cần thiết ước tính khoảng 55 tỷ rúp. Đối với Chương trình Quốc gia, số tiền này phải được điều chỉnh.
TsKP không giải quyết được vấn đề
Cần nhấn mạnh rằng mỗi nhóm khoa học hoạt động hiệu quả thực hiện một trong các dự án của chương trình phải được cung cấp các thiết bị hiện đại cần thiết, vì việc sử dụng nó cho các nghiên cứu cụ thể thường có tính chất cụ thể. Các trung tâm chia sẻ không giải quyết được vấn đề ở đây, mặc dù chúng rất hữu ích để thực hiện các phép đo tiêu chuẩn ít nhiều (ví dụ: để chẩn đoán và kiểm tra). Hoặc để làm việc trên các bản cài đặt độc đáo, cực kỳ đắt tiền được tạo thành từng bản sao.
Các nhà nghiên cứu, theo thông lệ ở đây và trên thế giới, nên sử dụng thiết bị thông thường tại nơi làm việc của họ, mặc dù thiết bị hiện đại thường đắt tiền. Một điều nữa là nó nên được sử dụng một cách hiệu quả nhất có thể.
Các chương trình nhà nước và nghiên cứu cơ bản
Năm nay, Chương trình mục tiêu liên bang rất cần thiết “Phát triển cơ sở hạ tầng công nghiệp nano ở Liên bang Nga giai đoạn 2008–2010” đã bắt đầu hoạt động. Mặc dù hầu hết các công việc trong lĩnh vực công nghệ nano và vật liệu nano ở nước ta đều được thực hiện tại Viện Hàn lâm Khoa học Nga nhưng chương trình này được phát triển mà không có sự tham gia của Viện Hàn lâm Khoa học Nga. Và Viện Hàn lâm Khoa học Nga không xuất hiện trong đó với tư cách là khách hàng nhà nước. Các bộ phận khác đang thực hiện công việc tương tự sẽ đảm nhận vai trò này.
Chúng tôi không biết lý do tại sao các tổ chức nghiên cứu của Viện Hàn lâm Khoa học Nga bị loại khỏi cơ sở hạ tầng của ngành công nghiệp nano Nga (chỉ có Viện Luyện kim của Viện Hàn lâm Khoa học Nga được đưa vào chương trình này). Tuy nhiên, quyết định này của ban tổ chức chương trình có vẻ kỳ lạ.
Ở giai đoạn hiện nay, nghiên cứu ứng dụng và phát triển thường (mặc dù không phải lúc nào cũng vậy) là sự tiếp nối tự nhiên của nghiên cứu cơ bản. Hơn nữa, không phải lúc nào cũng có thể vạch ra ranh giới giữa cái đầu tiên và cái cuối cùng. Theo cách diễn đạt tượng hình của nhà vật lý người Anh D. Porter, mọi nghiên cứu khoa học đều được áp dụng, chỉ một số đã tìm ra ứng dụng, còn một số sẽ tìm thấy chúng trong tương lai.
Chương trình do Ủy ban Công nghệ nano RAS phát triển trước hết là một chương trình nghiên cứu cơ bản. Đồng thời, nó cũng bao gồm các tác phẩm có tính chất ứng dụng, một số trong đó có thể được đưa vào sử dụng công nghiệp trong tương lai gần. Hiện tại, Ủy ban Công nghệ nano RAS đang xem xét một số dự án lớn “từ đầu đến cuối”, bao gồm tất cả các giai đoạn công việc - từ nghiên cứu cơ bản đến tổ chức sản xuất thử nghiệm.
Để thực hiện các dự án như vậy, người ta lên kế hoạch tạo ra các phòng thí nghiệm phân tán (ảo), công việc của mỗi phòng phụ thuộc vào một mục tiêu duy nhất và bao gồm toàn bộ chuỗi nghiên cứu và phát triển cho dự án (từ nghiên cứu cơ bản đến tổ chức sản xuất) . Đồng thời, các nhóm khoa học là một phần của các phòng thí nghiệm đó và thực hiện các nhiệm vụ cụ thể vẫn tiếp tục làm việc trong tổ chức của họ. Các phòng thí nghiệm loại này cũng dự kiến sẽ được thành lập để giải quyết các vấn đề khoa học lớn và thực hiện nghiên cứu liên ngành trong khuôn khổ Chương trình Công nghệ nano RAS.
“Hoàng tử công nghệ” và đèn LED
Tóm lại, đây là một số ví dụ về các kết quả cơ bản và ứng dụng mà các nhà khoa học và nhà phát triển Nga thu được trong những năm gần đây. Trong lĩnh vực vật lý cấu trúc nano và điện tử nano, chúng tôi lưu ý đến việc sản xuất các tấm graphene (lớp than chì đơn lớp) và nghiên cứu các tính chất điện tử của nó, cho thấy các hạt mang điện trong graphene có phổ điện tử giống neutrino (IPTM RAS).
Quan sát đáng tin cậy đầu tiên về sự ngưng tụ Bose-Einstein của các kích thích gián tiếp trong không gian trong cấu trúc nano giếng đôi (IPP RAS), sự phát triển của cái gọi là “công nghệ hoàng tử” và việc tạo ra một loại cấu trúc nano tuần hoàn mới cho các thiết bị lượng tử (IPP SB RAS), laser tiêm bán dẫn không có ngưỡng trên chấm lượng tử, laser bán dẫn có công suất kỷ lục dựa trên cấu trúc dị thể bất đối xứng và đèn LED ánh sáng trắng (Viện kỹ thuật vật lý Ioffe RAS), bộ tách sóng quang ma trận của bức xạ hồng ngoại và bóng bán dẫn hiệu ứng trường vi sóng (IPP SB RAS), cảm biến từ điện trở phạm vi rộng (IPM Ural Branch RAS).
Trong lĩnh vực vật liệu nano, người ta có thể kể tên sự phát triển của nhựa sợi carbon tài nguyên cao với các đặc tính đặc biệt chứa các hạt nano fullerene và astralene được chức năng hóa, việc sử dụng chúng trong máy bay chiến đấu thế hệ thứ năm sẽ làm tăng các đặc tính hiệu suất khác nhau lên 20-100% (VIAM , IPCP RAS, Viện Hóa học SB RAS). Việc phát triển chất xúc tác dựa trên các hạt nano vàng lắng đọng trên oxit nhôm được thực hiện để giải quyết vấn đề “khởi động nguội” của khí thải đốt sau của động cơ ô tô (IC SB RAS).
Trong lĩnh vực công nghệ sinh học nano và chẩn đoán y tế, việc phát triển và tạo ra loại vắc-xin nano cúm “cúm” đã được thực hiện (IBCh RAS, Viện Miễn dịch học của Trung tâm Khoa học Nhà nước FMBA, NPO Petrovax, State Unitary Enterprise Microgen), vào năm 2004-2007. 70 triệu người đã được tiêm chủng. Các phương pháp thu được hình ảnh khúc xạ tia X của mô mềm của con người đã được phát triển (RRC “Viện Kurchatov”).
Lưu ý rằng nhiều thành tựu khoa học và công nghệ hiện đại đều dựa trên kết quả nghiên cứu đã bắt đầu từ ba mươi năm trước hoặc thậm chí hơn. Hãy hy vọng rằng các cơ quan chính phủ cuối cùng sẽ đánh giá đúng đắn vai trò quyết định của nghiên cứu cơ bản đối với sự phát triển của ngành công nghiệp nano trong nước. Và trong lĩnh vực này, chúng tôi sẽ sánh bước cùng các nước phát triển.
Viện sĩ Zhores Alferov,
Người đoạt giải Nobel, Phó Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Nga,
Chủ tịch Ủy ban RAS về Công nghệ nano.
Công nghệ nano, theo đặc thù của nó, là một lĩnh vực khoa học ứng dụng liên ngành, tham gia nghiên cứu và tạo ra các phương pháp sáng tạo và đổi mới để sản xuất vật liệu mới với các đặc tính nhất định, sau đó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người hiện đại.
Nhìn chung, công nghệ nano hoạt động với các cấu trúc có giá trị từ 100 nm trở xuống, đồng thời sử dụng các thiết bị cũng như vật liệu có kích thước trên. Ngày nay, công nghệ nano vô cùng đa dạng và được sử dụng trong nhiều nghiên cứu khác nhau, từ việc tạo ra các thiết bị kỹ thuật mới đến nghiên cứu mới nhất liên quan đến nghiên cứu cấp độ nguyên tử phân tử.
Nguyên tắc cơ bản của công nghệ nano.
Phương pháp kính hiển vi lực nguyên tử.
Cần phải nói rằng một trong những công cụ chính được sử dụng để làm việc với các vi hạt là kính hiển vi, bởi vì nếu không có thiết bị này thì không chỉ có thể làm việc với các vi hạt mà còn có thể nghiên cứu thế giới vi mô. Sự gia tăng các tính năng phân giải của kính hiển vi hiện đại và việc tiếp thu ngày càng nhiều kiến thức mới về các hạt cơ bản ngày nay có mối liên hệ với nhau. Hiện tại, với sự trợ giúp của các thiết bị như kính hiển vi lực nguyên tử hoặc AFM và kính hiển vi điện tử quét, các nhà khoa học hiện đại không chỉ có thể quan sát từng nguyên tử mà thậm chí còn tìm cách tác động lên chúng, chẳng hạn như bằng cách quét các nguyên tử trên một bề mặt. Đồng thời, các nhà khoa học hiện đại đã tạo ra cái gọi là cấu trúc nano hai chiều trên các bề mặt bằng phương pháp tác động trên. Ví dụ, tại các trung tâm nghiên cứu của công ty nổi tiếng IBM, bằng cách trộn tuần tự các nguyên tử xenon trên bề mặt tinh thể nano niken, các nhà khoa học đã có thể tạo ra logo của công ty bao gồm 35 nguyên tử của chất này.
Trong khi thực hiện các công việc liên quan đến trộn lẫn các chất cũng như tách, kết hợp các chất, các nhà khoa học đã gặp phải một số khó khăn về mặt kỹ thuật. Để khắc phục điều này cần tạo điều kiện chân không siêu âm (10–11 torr), để làm mát chân đế và kính hiển vi đến nhiệt độ cực thấp từ 4 đến 10 K, trong khi bề mặt của chất nền này phải mịn và sạch ở cấp độ nguyên tử. Với mục đích này, các công nghệ chuyên dụng để xử lý cơ học và hóa học các sản phẩm được sử dụng và mục đích của quá trình xử lý này là làm giảm sự khuếch tán bề mặt của các nguyên tử lắng đọng, với sự trợ giúp của cơ sở được làm mát.
Hạt nano.
Đặc điểm phân biệt chính của vật liệu mới thu được trong quá trình sử dụng công nghệ nano, là việc thu được các đặc tính vật lý và kỹ thuật không thể đoán trước được của các vật liệu này. Nhờ đó, các nhà khoa học hiện đại có cơ hội thu được các đặc tính cơ lý lượng tử mới của các chất trong đó cấu trúc điện tử bị biến đổi, tự động thay đổi hình thức biểu hiện của các hợp chất này. Ví dụ, khả năng giảm kích thước hạt không phải trong mọi trường hợp đều có thể được xác định hoặc đo lường bằng các phép đo vĩ mô hoặc vi mô. Tuy nhiên, có thể thực hiện được phép đo nếu kích thước hạt nằm trong phạm vi milimicron. Cũng cần lưu ý rằng một số tính chất vật lý và cơ học nhất định sẽ thay đổi nếu kích thước của các phần tử thay đổi. Hiện nay, sự hiện diện của các tính chất cơ học bất thường trong vật liệu nano là chủ đề nghiên cứu của các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực cơ học nano. Đồng thời, một vị trí đặc biệt trong công nghệ nano hiện đại bị chiếm giữ bởi việc sản xuất các chất mới sử dụng nhiều chất xúc tác khác nhau ảnh hưởng đến hoạt động của vật liệu nano khi chúng tương tác với các vật liệu sinh học khác nhau.
Như chúng tôi đã nói trước đó, các hạt có kích thước từ 1 đến 100 nanomet được gọi là hạt nano và nghiên cứu đã chỉ ra rằng hạt nano của nhiều vật liệu có đặc tính hấp thụ và xúc tác cao. Các vật liệu khác cung cấp các tính chất quang học độc đáo. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã thu được vật liệu gốm trong suốt dựa trên bột nano có kích thước 2-28 nm, có đặc tính tốt hơn, chẳng hạn như mão răng. Các nhà khoa học cũng có thể thu được sự tương tác của các hạt nano được sản xuất nhân tạo với các vật thể tự nhiên có kích thước nano, chẳng hạn như với protein, axit nucleic, v.v. Ngoài ra, các hạt nano tinh khiết, do đặc tính độc đáo của chúng, có khả năng tích hợp vào các cấu trúc khác nhau . Những cấu trúc như vậy chứa các hạt nano có được các đặc tính và đặc điểm mà trước đây chúng chưa biết đến.
Ngày nay, tất cả các vật thể nano được chia thành ba lớp:
Loại thứ nhất bao gồm các hạt ba chiều thu được bằng cách làm nổ các dây dẫn, bằng cách tổng hợp plasma hoặc bằng cách khử các màng mỏng.
Lớp thứ hai bao gồm cái gọi là vật thể hai chiều, là các màng và thu được bằng cách sử dụng các phương pháp lắng đọng phân tử, ALD, CVD và ion.
Lớp thứ ba bao gồm râu hoặc các vật thể một chiều thu được bằng phương pháp phân lớp phân tử hoặc bằng cách đưa các chất khác nhau vào một vi cổng hình trụ.
Ngoài ra, còn có nanocomposite, thu được bằng cách đưa hạt nano vào các ma trận chuyên dụng. Cho đến nay, chỉ có phương pháp vi mô được sử dụng rộng rãi, giúp thu được các vật thể phẳng dạng đảo có kích thước từ 50nm trở lên trên bề mặt ma trận và được sử dụng trong các thiết bị điện tử hiện đại. Cũng cần lưu ý các phương pháp phân lớp phân tử và ion, vì sử dụng các phương pháp này có thể thu được các lớp phủ màng thực ở dạng đơn lớp.
Sự tự tổ chức của các hạt nano.
Một trong những thách thức lớn nhất mà công nghệ nano phải đối mặt là làm thế nào để buộc các nguyên tử và phân tử nhóm lại với nhau theo những cách cụ thể, cho phép chúng tự sửa chữa và tự phát triển, cuối cùng tạo ra các vật liệu hoặc thiết bị mới. Những vấn đề này được giải quyết bởi các nhà hóa học làm việc trong lĩnh vực hóa học siêu phân tử. Đồng thời, họ nghiên cứu không phải các phân tử riêng lẻ mà là sự tương tác giữa chúng, cũng như cách chúng được tổ chức dưới một tác động cụ thể và liệu chúng có khả năng hình thành các chất mới hay không. Nhiều nhà khoa học tin rằng thiên nhiên thực sự sở hữu những hệ thống như vậy và những quá trình như vậy diễn ra trong đó. Ví dụ, các polyme sinh học đã được biết đến là có thể được tổ chức thành các cấu trúc đặc biệt. Ngoài ra, các ví dụ tương tự được đưa ra về các protein, do đặc tính của chúng, không chỉ có thể gấp lại và thu được hình dạng hình cầu mà còn tạo thành toàn bộ phức hợp và cấu trúc chứa một số phân tử protein cùng một lúc. Ngày nay, các nhà khoa học đã có thể tạo ra một phương pháp tổng hợp sử dụng các đặc tính cụ thể mà phân tử DNA có.
Các khóa học giáo dục từ xa là một hình thức giáo dục bổ sung hiệu quả và đào tạo nâng cao hiện đại trong lĩnh vực đào tạo các chuyên gia phát triển các công nghệ hứa hẹn để sản xuất vật liệu chức năng và vật liệu nano. Đây là một trong những hình thức giáo dục hiện đại đầy hứa hẹn đang phát triển trên toàn thế giới. Hình thức tiếp thu kiến thức này đặc biệt phù hợp trong lĩnh vực liên ngành như vật liệu nano và công nghệ nano. Ưu điểm của các khóa học từ xa là khả năng tiếp cận, tính linh hoạt trong việc xây dựng lộ trình giáo dục, nâng cao hiệu suất và hiệu quả của quá trình tương tác với sinh viên, tiết kiệm chi phí so với các khóa học toàn thời gian, tuy nhiên, có thể kết hợp hài hòa với đào tạo từ xa. Trong lĩnh vực các nguyên tắc cơ bản của hóa học nano và vật liệu nano, các tài liệu video đã được Trung tâm Khoa học và Giáo dục Công nghệ nano của Đại học bang Moscow chuẩn bị:
- . Các khái niệm và định nghĩa cơ bản về khoa học hệ thống nano và công nghệ nano. Lịch sử xuất hiện của công nghệ nano và khoa học hệ thống nano. Liên ngành và đa ngành. Ví dụ về vật thể nano và hệ thống nano, tính năng và ứng dụng công nghệ của chúng. Đối tượng và phương pháp của công nghệ nano. Nguyên tắc và triển vọng phát triển của công nghệ nano.
- . Nguyên tắc cơ bản của sự hình thành hệ thống nano. Phương pháp vật lý và hóa học. Các quy trình thu được vật thể nano “từ trên xuống dưới”. Cổ điển, “mềm”, kính hiển vi, chùm ion (FIB), AFM - quang khắc và thụt nano. Kích hoạt cơ học và cơ học tổng hợp các vật thể nano. Các quy trình thu được vật thể nano “từ dưới lên”. Quá trình tạo mầm trong môi trường khí và ngưng tụ. Tạo mầm không đồng nhất, epit Wax và dị epit Wax. Sự phân rã spinodal. Tổng hợp các vật thể nano trong ma trận vô định hình (thủy tinh). Các phương pháp đồng hóa hóa học (đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, công nghệ đông lạnh, nhiệt phân khí dung, xử lý nhiệt dung môi, sấy siêu tới hạn). Phân loại hạt nano và vật thể nano. Kỹ thuật thu nhận và ổn định hạt nano. Tập hợp và phân rã các hạt nano. Tổng hợp vật liệu nano trong lò phản ứng nano một và hai chiều.
- . Vật lý thống kê của hệ thống nano. Đặc điểm chuyển pha trong hệ thống nhỏ. Các loại tương tác nội phân tử và liên phân tử. Tính kỵ nước và tính ưa nước. Tự lắp ráp và tự tổ chức. Sự hình thành Micelle Đơn lớp tự lắp ráp. phim Langmuir-Blodgett. Tổ chức siêu phân tử của phân tử. Nhận dạng phân tử. Các đại phân tử polyme, phương pháp điều chế chúng. Tự tổ chức trong các hệ thống polymer. Tách microphase của copolyme khối. Dendrimer, chổi polymer. Tự lắp ráp từng lớp của polyelectrolytes. Polyme siêu phân tử.
- . Chất, pha, vật liệu. Cấu trúc phân cấp của vật liệu. Vật liệu nano và phân loại của chúng. Vật liệu nano chức năng vô cơ và hữu cơ. Vật liệu lai (hữu cơ-vô cơ và vô cơ-hữu cơ). Khoáng hóa sinh học và gốm sinh học. Vật liệu 1D, 2D và 3D có cấu trúc nano. Vật liệu xốp. Sàng phân tử. Nanocomposite và tính chất hiệp đồng của chúng. Vật liệu nano cấu trúc.
- . Xúc tác và công nghệ nano. Các nguyên tắc và khái niệm cơ bản trong xúc tác dị thể. Ảnh hưởng của điều kiện chuẩn bị và hoạt hóa đến sự hình thành bề mặt hoạt động của chất xúc tác không đồng nhất. Phản ứng nhạy cảm với cấu trúc và phản ứng không nhạy cảm với cấu trúc. Tính đặc hiệu của các tính chất nhiệt động và động học của hạt nano. Xúc tác điện. Xúc tác trên zeolit và sàng phân tử. Xúc tác màng.
- . Polyme cho vật liệu kết cấu và hệ thống chức năng. Hệ thống polymer "thông minh" có khả năng thực hiện các chức năng phức tạp. Ví dụ về các hệ thống “thông minh” (chất lỏng polymer để sản xuất dầu, cửa sổ thông minh, màng cấu trúc nano cho pin nhiên liệu). Biopolyme là hệ thống “thông minh” nhất. Phương pháp mô phỏng sinh học. Thiết kế trình tự để tối ưu hóa các đặc tính của polyme thông minh. Các vấn đề về tiến hóa phân tử của các trình tự trong polyme sinh học.
- . Thực trạng và vấn đề tạo ra vật liệu mới cho nguồn năng lượng hóa học: pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) và pin lithium đang được xem xét. Các yếu tố cấu trúc chính được phân tích ảnh hưởng đến tính chất của các hợp chất vô cơ khác nhau, xác định khả năng sử dụng chúng làm vật liệu điện cực: perovskite phức tạp trong SOFC và các hợp chất kim loại chuyển tiếp (oxit phức tạp và phốt phát) trong pin lithium. Các vật liệu cực dương và cực âm chính được sử dụng trong pin lithium và được công nhận là có triển vọng được xem xét: ưu điểm và hạn chế của chúng, cũng như khả năng khắc phục các hạn chế bằng cách thay đổi trực tiếp cấu trúc nguyên tử và cấu trúc vi mô của vật liệu composite thông qua cấu trúc nano nhằm cải thiện các đặc tính của các nguồn hiện tại.
Các vấn đề được chọn sẽ được thảo luận trong các chương sách sau (Nhà xuất bản Binom):
Tài liệu minh họa về bề mặt hóa học nano, bề mặt tự lắp ráp và cấu trúc nano:
"Sách video" phổ biến về mặt khoa học:
Các chương chọn lọc của hóa học nano và vật liệu nano chức năng.
Công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ cơ bản và ứng dụng liên quan đến một tập hợp các cơ sở lý thuyết, các phương pháp nghiên cứu, phân tích và tổng hợp thực tế cũng như các phương pháp sản xuất và sử dụng các sản phẩm có cấu trúc nguyên tử nhất định thông qua thao tác có kiểm soát của từng cá thể. nguyên tử và phân tử.
Câu chuyện
Nhiều nguồn, chủ yếu bằng tiếng Anh, liên kết lần đầu tiên đề cập đến các phương pháp mà sau này được gọi là công nghệ nano với bài phát biểu nổi tiếng của Richard Feynman “Có rất nhiều chỗ ở phía dưới” do ông đưa ra vào năm 1959 tại Viện Công nghệ California trong cuộc họp thường niên của các trường đại học. Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Richard Feynman cho rằng có thể di chuyển cơ học các nguyên tử đơn lẻ bằng cách sử dụng một bộ điều khiển có kích thước thích hợp, ít nhất quá trình như vậy sẽ không mâu thuẫn với các định luật vật lý được biết đến ngày nay.
Ông đề nghị thực hiện thao tác này theo cách sau. Cần phải xây dựng một cơ chế có thể tạo ra một bản sao của chính nó, chỉ nhỏ hơn một bậc. Cơ chế nhỏ hơn được tạo ra lại phải tạo một bản sao của chính nó, lại nhỏ hơn một cấp độ lớn, v.v. cho đến khi kích thước của cơ chế tương xứng với kích thước cấp của một nguyên tử. Trong trường hợp này, cần phải thay đổi cấu trúc của cơ chế này, vì lực hấp dẫn tác dụng trong vũ trụ vĩ mô sẽ ngày càng ít ảnh hưởng, còn các lực tương tác giữa các phân tử và lực van der Waals sẽ ngày càng ảnh hưởng đến hoạt động của cơ chế.
Giai đoạn cuối cùng - cơ chế kết quả sẽ tập hợp bản sao của nó từ các nguyên tử riêng lẻ. Về nguyên tắc, số lượng bản sao như vậy là không giới hạn; có thể tạo ra số lượng máy như vậy tùy ý trong thời gian ngắn. Những cỗ máy này sẽ có thể lắp ráp những thứ vĩ mô theo cách tương tự, bằng cách lắp ráp nguyên tử. Điều này sẽ làm cho mọi thứ rẻ hơn nhiều - những robot như vậy (narobots) sẽ chỉ cần được cung cấp số lượng phân tử và năng lượng cần thiết, đồng thời viết chương trình để lắp ráp các vật phẩm cần thiết. Cho đến nay, chưa ai có thể bác bỏ khả năng này, nhưng cũng chưa có ai tạo ra được những cơ chế như vậy. Trong quá trình nghiên cứu lý thuyết về khả năng này, các kịch bản về ngày tận thế giả định đã xuất hiện, trong đó giả định rằng robot nano sẽ hấp thụ toàn bộ sinh khối của Trái đất, thực hiện chương trình tự sinh sản của chúng (cái gọi là “chất nhầy xám” hoặc “bùn xám”).
Những giả định đầu tiên về khả năng nghiên cứu các vật thể ở cấp độ nguyên tử có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Quang học” của Isaac Newton, xuất bản năm 1704. Trong cuốn sách, Newton bày tỏ hy vọng rằng một ngày nào đó kính hiển vi trong tương lai sẽ có thể khám phá “những bí ẩn của các tiểu thể”.
Thuật ngữ “công nghệ nano” được Norio Taniguchi sử dụng lần đầu tiên vào năm 1974. Ông sử dụng thuật ngữ này để mô tả việc sản xuất các sản phẩm có kích thước vài nanomet. Vào những năm 1980, thuật ngữ này đã được Eric K. Drexler sử dụng trong cuốn sách Động cơ sáng tạo: Kỷ nguyên sắp tới của công nghệ nano và hệ thống nano: Máy móc phân tử, sản xuất và tính toán.
Công nghệ nano có thể làm được gì?
Đây chỉ là một số lĩnh vực mà công nghệ nano hứa hẹn mang lại những bước đột phá:
Thuốc
Cảm biến nano sẽ mang lại tiến bộ trong việc chẩn đoán sớm bệnh tật. Điều này sẽ làm tăng cơ hội phục hồi của bạn. Chúng ta có thể đánh bại ung thư và các bệnh khác. Các loại thuốc điều trị ung thư cũ không chỉ phá hủy các tế bào bị bệnh mà còn cả các tế bào khỏe mạnh. Với sự trợ giúp của công nghệ nano, thuốc sẽ được đưa trực tiếp đến tế bào bệnh.
công nghệ nano ADN– sử dụng các bazơ cụ thể của phân tử DNA và axit nucleic để tạo ra các cấu trúc được xác định rõ ràng trên cơ sở của chúng. Tổng hợp công nghiệp các phân tử thuốc và chế phẩm dược lý ở dạng được xác định rõ ràng (bis‑peptide).
Vào đầu năm 2000, nhờ sự tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ chế tạo các hạt có kích thước nano, đã tạo động lực cho sự phát triển của một lĩnh vực công nghệ nano mới - nanoplasmonics. Hóa ra là có thể truyền bức xạ điện từ dọc theo chuỗi hạt nano kim loại bằng cách sử dụng sự kích thích dao động plasmon.
Sự thi công
Cảm biến nano của các cấu trúc tòa nhà sẽ theo dõi độ bền của chúng và phát hiện bất kỳ mối đe dọa nào đối với tính toàn vẹn của chúng. Các vật thể được chế tạo bằng công nghệ nano có thể tồn tại lâu hơn gấp 5 lần so với các cấu trúc hiện đại. Các ngôi nhà sẽ thích ứng với nhu cầu của cư dân, giữ mát vào mùa hè và giữ ấm vào mùa đông.
Năng lượng
Chúng ta sẽ ít phụ thuộc hơn vào dầu khí. Các tấm pin mặt trời hiện đại có hiệu suất khoảng 20%. Với việc sử dụng công nghệ nano, nó có thể tăng gấp 2-3 lần. Các màng nano mỏng trên mái và tường có thể cung cấp năng lượng cho toàn bộ ngôi nhà (tất nhiên là nếu có đủ ánh nắng mặt trời).
Kỹ thuật cơ khí
Mọi thiết bị cồng kềnh sẽ được thay thế bằng robot - thiết bị được điều khiển dễ dàng. Họ sẽ có thể tạo ra bất kỳ cơ chế nào ở cấp độ nguyên tử và phân tử. Để sản xuất máy móc, vật liệu nano mới sẽ được sử dụng để giảm ma sát, bảo vệ các bộ phận khỏi hư hỏng và tiết kiệm năng lượng. Đây không phải là tất cả các lĩnh vực mà công nghệ nano có thể (và sẽ!) được sử dụng. Các nhà khoa học tin rằng sự xuất hiện của công nghệ nano là sự khởi đầu cho một cuộc Cách mạng Khoa học và Kỹ thuật mới, sẽ làm thay đổi mạnh mẽ thế giới trong thế kỷ 21. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là công nghệ nano không được áp dụng vào thực tế một cách nhanh chóng. Không có nhiều thiết bị (chủ yếu là thiết bị điện tử) hoạt động “nano”. Điều này một phần là do giá công nghệ nano cao và lợi nhuận từ các sản phẩm công nghệ nano không cao.
Có lẽ, trong tương lai gần, với sự trợ giúp của công nghệ nano, các thiết bị công nghệ cao, di động, dễ điều khiển sẽ được tạo ra để thay thế thành công các thiết bị tự động nhưng khó quản lý và cồng kềnh ngày nay. Ví dụ, theo thời gian, robot sinh học được điều khiển bằng máy tính sẽ có thể thực hiện các chức năng của các trạm bơm cồng kềnh hiện nay.
- máy tính ADN– một hệ thống máy tính sử dụng khả năng tính toán của các phân tử DNA. Điện toán phân tử sinh học là tên gọi chung của nhiều kỹ thuật khác nhau liên quan theo cách này hay cách khác đến DNA hoặc RNA. Trong điện toán DNA, dữ liệu được biểu diễn không phải ở dạng số 0 và số 1 mà ở dạng cấu trúc phân tử được xây dựng trên cơ sở chuỗi xoắn DNA. Vai trò của phần mềm đọc, sao chép và quản lý dữ liệu được thực hiện bởi các enzyme đặc biệt.
- Kính hiển vi lực nguyên tử- kính hiển vi đầu dò quét có độ phân giải cao dựa trên sự tương tác của kim đúc hẫng (đầu dò) với bề mặt của mẫu đang nghiên cứu. Không giống như kính hiển vi quét đường hầm (STM), nó có thể kiểm tra cả bề mặt dẫn điện và không dẫn điện ngay cả khi thông qua một lớp chất lỏng, giúp nó có thể hoạt động với các phân tử hữu cơ (DNA). Độ phân giải không gian của kính hiển vi lực nguyên tử phụ thuộc vào kích thước của công xôn và độ cong của đầu của nó. Độ phân giải đạt tới mức nguyên tử theo chiều ngang và vượt xa đáng kể theo chiều dọc.
- Anten-dao động– Vào ngày 9 tháng 2 năm 2005, người ta đã thu được một bộ dao động ăng-ten có kích thước khoảng 1 micron trong phòng thí nghiệm của Đại học Boston. Thiết bị này có 5.000 triệu nguyên tử và có khả năng dao động ở tần số 1,49 gigahertz, cho phép nó truyền tải lượng thông tin khổng lồ.
10 công nghệ nano có tiềm năng đáng kinh ngạc
Cố gắng nhớ một số phát minh kinh điển. Có lẽ bây giờ ai đó đã tưởng tượng ra một chiếc bánh xe, ai đó là một chiếc máy bay và ai đó là một chiếc iPod. Có bao nhiêu bạn đã nghĩ tới việc phát minh ra một thế hệ hoàn toàn mới - công nghệ nano? Thế giới này ít được nghiên cứu nhưng có tiềm năng đáng kinh ngạc có thể mang đến cho chúng ta những điều thực sự tuyệt vời. Một điều đáng kinh ngạc: lĩnh vực công nghệ nano không tồn tại cho đến năm 1975, mặc dù các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực này sớm hơn nhiều.
Mắt thường của con người có thể nhận biết các vật thể có kích thước lên tới 0,1 mm. Hôm nay chúng ta sẽ nói về mười phát minh nhỏ hơn 100.000 lần.
Kim loại lỏng dẫn điện
Bằng cách sử dụng điện, một hợp kim kim loại lỏng đơn giản của gali, iridium và thiếc có thể được tạo ra để tạo thành các hình dạng phức tạp hoặc các vòng tròn gió bên trong đĩa Petri. Có thể nói với một mức độ xác suất nào đó rằng đây là vật liệu mà từ đó người máy nổi tiếng dòng T-1000, mà chúng ta có thể thấy trong Kẻ hủy diệt 2, đã được tạo ra.
“Hợp kim mềm hoạt động giống như một hình dạng thông minh, có khả năng tự biến dạng khi cần thiết, có tính đến sự thay đổi của không gian xung quanh mà nó di chuyển qua đó. Giống như một người máy trong một bộ phim khoa học viễn tưởng nổi tiếng có thể làm được,” Jin Li từ Đại học Thanh Hoa, một trong những nhà nghiên cứu tham gia dự án này, cho biết.
Kim loại này có tính chất mô phỏng sinh học, nghĩa là nó bắt chước các phản ứng sinh hóa, mặc dù bản thân nó không phải là một chất sinh học.
Kim loại này có thể được kiểm soát bằng cách phóng điện. Tuy nhiên, bản thân nó có khả năng di chuyển độc lập, do sự mất cân bằng tải đang nổi lên, được tạo ra bởi sự chênh lệch áp suất giữa mặt trước và mặt sau của mỗi giọt hợp kim kim loại này. Và mặc dù các nhà khoa học tin rằng quá trình này có thể là chìa khóa để chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng cơ học, vật liệu phân tử sẽ không sớm được sử dụng để chế tạo những người máy độc ác. Toàn bộ quá trình “kỳ diệu” chỉ có thể xảy ra trong dung dịch natri hydroxit hoặc dung dịch muối.
Vật liệu nano
Các nhà nghiên cứu từ Đại học York đang nghiên cứu phát triển các miếng dán đặc biệt được thiết kế để đưa tất cả các loại thuốc cần thiết vào bên trong cơ thể mà không cần sử dụng kim tiêm. Các miếng dán có kích thước khá bình thường, được dán vào tay bạn và cung cấp một lượng hạt nano thuốc nhất định (đủ nhỏ để xuyên qua các nang lông) vào bên trong cơ thể bạn. Các hạt nano (mỗi hạt có kích thước dưới 20 nanomet) sẽ tự tìm kiếm các tế bào có hại, tiêu diệt chúng và đào thải khỏi cơ thể cùng với các tế bào khác do quá trình tự nhiên.
Các nhà khoa học lưu ý rằng trong tương lai, những miếng dán nano như vậy có thể được sử dụng trong cuộc chiến chống lại một trong những căn bệnh khủng khiếp nhất trên Trái đất - ung thư. Không giống như hóa trị, thường là một phần không thể thiếu trong quá trình điều trị trong những trường hợp như vậy, các miếng dán nano sẽ có thể tìm và tiêu diệt từng tế bào ung thư trong khi không ảnh hưởng đến các tế bào khỏe mạnh. Dự án nanopatch được gọi là NanJect. Sự phát triển của nó đang được thực hiện bởi Atif Syed và Zakaria Hussain, những người vào năm 2013, khi vẫn còn là sinh viên, đã nhận được sự tài trợ cần thiết như một phần của chiến dịch huy động vốn từ cộng đồng để gây quỹ.
Bộ lọc nano cho nước
Khi màng này được sử dụng kết hợp với lưới thép không gỉ mịn, dầu sẽ bị đẩy lùi, khiến nước ở khu vực đó sạch nguyên sơ.
Điều thú vị là các nhà khoa học đã được truyền cảm hứng để tạo ra màng nano từ chính thiên nhiên. Lá sen hay còn gọi là hoa súng có đặc tính trái ngược với màng nano: thay vì dầu, chúng đẩy nước. Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học theo dõi những loài thực vật tuyệt vời này vì những đặc tính tuyệt vời không kém của chúng. Điều này dẫn đến việc tạo ra các vật liệu siêu kỵ nước vào năm 2003. Đối với màng nano, các nhà nghiên cứu đang cố gắng tạo ra một vật liệu mô phỏng bề mặt của hoa súng và làm giàu nó bằng các phân tử của chất làm sạch đặc biệt. Bản thân lớp phủ là vô hình đối với mắt người. Nó sẽ không tốn kém để sản xuất: khoảng 1 USD cho mỗi foot vuông.
Máy lọc không khí cho tàu ngầm
Hầu như không ai nghĩ đến việc các thủy thủ đoàn tàu ngầm phải thở như thế nào, ngoại trừ chính các thành viên phi hành đoàn. Trong khi đó, việc làm sạch không khí khỏi carbon dioxide phải được thực hiện ngay lập tức, vì trong một chuyến hành trình, cùng một lượng không khí phải đi qua các thủy thủ đoàn hạng nhẹ của tàu ngầm hàng trăm lần. Để làm sạch không khí khỏi carbon dioxide, người ta sử dụng các amin có mùi rất khó chịu. Để giải quyết vấn đề này, một công nghệ thanh lọc có tên SAMMS (từ viết tắt của Lớp đơn lớp tự lắp ráp trên Hỗ trợ Mesopious) đã được tạo ra. Cô đề xuất sử dụng các hạt nano đặc biệt được đặt bên trong các hạt gốm. Chất này có cấu trúc xốp, nhờ đó nó hấp thụ lượng carbon dioxide dư thừa. Các loại phương pháp lọc SAMMS khác nhau tương tác với các phân tử khác nhau trong không khí, nước và đất, nhưng tất cả các phương án lọc này đều cực kỳ hiệu quả. Chỉ cần một muỗng canh hạt gốm xốp này là đủ để làm sạch một diện tích bằng một sân bóng đá.
Chất dẫn nano
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Northwestern (Mỹ) đã tìm ra cách tạo ra chất dẫn điện ở cấp độ nano. Dây dẫn này là một hạt nano cứng và bền, có thể được cấu hình để truyền dòng điện theo nhiều hướng ngược nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng mỗi hạt nano như vậy có khả năng mô phỏng hoạt động của “bộ chỉnh lưu, công tắc và điốt hiện tại”. Mỗi hạt dày 5 nanomet được phủ một chất hóa học tích điện dương và được bao quanh bởi các nguyên tử tích điện âm. Việc phóng điện sẽ cấu hình lại các nguyên tử tích điện âm xung quanh các hạt nano.
Tiềm năng của công nghệ này, theo báo cáo của các nhà khoa học, là chưa từng có. Dựa vào đó, có thể tạo ra các vật liệu “có khả năng thay đổi độc lập để phù hợp với các tác vụ tính toán máy tính cụ thể”. Việc sử dụng vật liệu nano này thực sự sẽ “lập trình lại” các thiết bị điện tử trong tương lai. Nâng cấp phần cứng sẽ trở nên dễ dàng như nâng cấp phần mềm.
Bộ sạc công nghệ nano
Khi thứ này được tạo ra, bạn sẽ không cần sử dụng bất kỳ bộ sạc có dây nào nữa. Công nghệ nano mới hoạt động giống như một miếng bọt biển nhưng không hấp thụ chất lỏng. Nó hút động năng từ môi trường và truyền trực tiếp vào điện thoại thông minh của bạn. Công nghệ này dựa trên việc sử dụng vật liệu áp điện tạo ra điện khi chịu áp lực cơ học. Vật liệu này được ưu đãi với các lỗ chân lông có kích thước nano biến nó thành một miếng bọt biển linh hoạt.
Tên chính thức của thiết bị này là “máy phát điện nano”. Những máy phát điện nano như vậy một ngày nào đó có thể trở thành một phần của mọi điện thoại thông minh trên hành tinh, hoặc một phần của bảng điều khiển của mọi ô tô, và có lẽ là một phần của mọi túi quần áo - các thiết bị sẽ được sạc trực tiếp trong đó. Ngoài ra, công nghệ này còn có tiềm năng được sử dụng ở quy mô lớn hơn, chẳng hạn như trong thiết bị công nghiệp. Ít nhất đó là những gì các nhà nghiên cứu từ Đại học Wisconsin-Madison, người đã tạo ra miếng bọt biển nano tuyệt vời này, nghĩ.
Võng mạc nhân tạo
Công ty Nano Retina của Israel đang phát triển một giao diện kết nối trực tiếp với các tế bào thần kinh của mắt và truyền kết quả mô hình thần kinh đến não, thay thế võng mạc và khôi phục thị lực cho con người.
Một thí nghiệm trên một con gà mù đã cho thấy hy vọng thành công của dự án. Màng nano cho phép gà nhìn thấy ánh sáng. Đúng là giai đoạn cuối cùng của việc phát triển võng mạc nhân tạo để phục hồi thị lực cho con người vẫn còn rất xa, nhưng những tiến bộ theo hướng này không thể không vui mừng. Nano Retina không phải là công ty duy nhất tham gia vào những phát triển như vậy, nhưng chính công nghệ của họ hiện có vẻ là hứa hẹn, hiệu quả và thích ứng nhất. Điểm cuối cùng là quan trọng nhất, vì chúng ta đang nói về một sản phẩm sẽ được tích hợp vào mắt của ai đó. Sự phát triển tương tự đã chỉ ra rằng vật liệu rắn không phù hợp cho những mục đích như vậy.
Vì công nghệ này đang được phát triển ở cấp độ công nghệ nano nên nó loại bỏ việc sử dụng kim loại và dây điện, đồng thời tránh được độ phân giải thấp của hình ảnh mô phỏng.
Quần áo phát sáng
Các nhà khoa học Thượng Hải đã phát triển được sợi phản quang có thể sử dụng trong sản xuất quần áo. Cơ sở của mỗi sợi là một dây thép không gỉ rất mỏng, được phủ các hạt nano đặc biệt, một lớp polyme phát quang và lớp vỏ bảo vệ bằng ống nano trong suốt. Kết quả là các sợi rất nhẹ và linh hoạt có thể phát sáng dưới tác động của năng lượng điện hóa của chính chúng. Đồng thời, chúng hoạt động với công suất thấp hơn nhiều so với đèn LED thông thường.
Nhược điểm của công nghệ là “dự trữ ánh sáng” của sợi chỉ vẫn chỉ đủ dùng trong vài giờ. Tuy nhiên, các nhà phát triển tài liệu tin tưởng một cách lạc quan rằng họ sẽ có thể tăng “tài nguyên” cho sản phẩm của mình lên ít nhất một nghìn lần. Ngay cả khi họ thành công, giải pháp cho một thiếu sót khác vẫn còn là vấn đề. Rất có thể sẽ không thể giặt quần áo dựa trên những sợi nano như vậy.
Kim nano để phục hồi các cơ quan nội tạng
Các loại nhựa nano mà chúng ta nói đến ở trên được thiết kế đặc biệt để thay thế kim tiêm. Điều gì sẽ xảy ra nếu bản thân những chiếc kim này chỉ có kích thước vài nanomet? Nếu vậy, chúng có thể thay đổi hiểu biết của chúng ta về phẫu thuật, hoặc ít nhất là cải thiện đáng kể nó.
Gần đây hơn, các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm thành công trên chuột. Bằng cách sử dụng những chiếc kim nhỏ, các nhà nghiên cứu có thể đưa axit nucleic vào cơ thể loài gặm nhấm, thúc đẩy quá trình tái tạo các cơ quan và tế bào thần kinh và từ đó khôi phục lại khả năng hoạt động đã bị mất. Khi những chiếc kim thực hiện chức năng của mình, chúng vẫn tồn tại trong cơ thể và sau vài ngày chúng sẽ phân hủy hoàn toàn trong đó. Đồng thời, các nhà khoa học không tìm thấy bất kỳ tác dụng phụ nào trong quá trình phẫu thuật phục hồi mạch máu ở cơ lưng của loài gặm nhấm bằng cách sử dụng những chiếc kim nano đặc biệt này.
Nếu chúng ta tính đến trường hợp của con người, những chiếc kim nano như vậy có thể được sử dụng để đưa các loại thuốc cần thiết vào cơ thể con người, chẳng hạn như trong cấy ghép nội tạng. Các chất đặc biệt sẽ chuẩn bị cho các mô xung quanh cơ quan được cấy ghép để phục hồi nhanh chóng và loại bỏ khả năng đào thải.
in hóa học 3D
Nhà hóa học Martin Burke của Đại học Illinois là Willy Wonka của ngành hóa học. Bằng cách sử dụng một bộ sưu tập các phân tử “vật liệu xây dựng” cho nhiều mục đích khác nhau, anh ta có thể tạo ra một số lượng lớn các hóa chất khác nhau có đủ loại “đặc tính tự nhiên tuyệt vời và đồng thời”. Ví dụ, một chất như vậy là ratanin, chất này chỉ có thể tìm thấy trong một loại hoa rất hiếm ở Peru.
Tiềm năng tổng hợp các chất rất lớn đến mức nó có thể tạo ra các phân tử dùng trong y học, trong việc tạo ra điốt LED, pin mặt trời và các nguyên tố hóa học mà ngay cả các nhà hóa học giỏi nhất trên hành tinh cũng phải mất nhiều năm mới tổng hợp được.
Khả năng của máy in hóa học 3D nguyên mẫu hiện tại vẫn còn hạn chế. Anh ta chỉ có khả năng tạo ra loại thuốc mới. Tuy nhiên, Burke hy vọng rằng một ngày nào đó anh sẽ có thể tạo ra một phiên bản tiêu dùng cho thiết bị tuyệt vời của mình, phiên bản này sẽ có những khả năng lớn hơn nhiều. Rất có thể trong tương lai những chiếc máy in như vậy sẽ hoạt động như một loại dược phẩm tại nhà.
Công nghệ nano có gây ra mối đe dọa cho sức khỏe con người hoặc môi trường không?
Không có nhiều thông tin về tác động tiêu cực của hạt nano. Năm 2003, một nghiên cứu cho thấy ống nano carbon có thể làm hỏng phổi của chuột. Một nghiên cứu năm 2004 cho thấy fullerene có thể tích tụ và gây tổn thương não ở cá. Nhưng cả hai nghiên cứu đều sử dụng lượng lớn chất này trong những điều kiện bất thường. Theo một trong những chuyên gia, nhà hóa học Kristen Kulinowski (Mỹ), “nên hạn chế tiếp xúc với các hạt nano này, mặc dù thực tế là hiện tại không có thông tin nào về mối đe dọa của chúng đối với sức khỏe con người”.
Một số nhà bình luận cũng cho rằng việc sử dụng rộng rãi công nghệ nano có thể dẫn đến những rủi ro về mặt xã hội và đạo đức. Vì vậy, ví dụ, nếu việc sử dụng công nghệ nano khởi đầu một cuộc cách mạng công nghiệp mới, điều này sẽ dẫn đến mất việc làm. Hơn nữa, công nghệ nano có thể thay đổi quan niệm về con người, vì việc sử dụng nó sẽ giúp kéo dài tuổi thọ và tăng đáng kể khả năng phục hồi của cơ thể. Kristen Kulinowski nói: “Không ai có thể phủ nhận rằng việc sử dụng rộng rãi điện thoại di động và Internet đã mang lại những thay đổi to lớn trong xã hội”. “Ai dám nói rằng công nghệ nano sẽ không có tác động lớn hơn đến xã hội trong những năm tới?”
Vị trí của Nga trong số các nước phát triển và sản xuất công nghệ nano
Các nước dẫn đầu thế giới về tổng đầu tư vào công nghệ nano là các nước EU, Nhật Bản và Mỹ. Gần đây, Nga, Trung Quốc, Brazil và Ấn Độ đã tăng cường đầu tư đáng kể vào ngành này. Ở Nga, số tiền tài trợ cho chương trình “Phát triển cơ sở hạ tầng công nghiệp nano ở Liên bang Nga giai đoạn 2008–2010” sẽ lên tới 27,7 tỷ rúp.
Báo cáo mới nhất (2008) của công ty nghiên cứu Cientifica có trụ sở tại London, được gọi là Báo cáo Triển vọng Công nghệ Nano, nói nguyên văn về đầu tư của Nga: “Mặc dù EU vẫn đứng đầu về đầu tư, nhưng Trung Quốc và Nga đã vượt qua Hoa Kỳ”.
Có những lĩnh vực công nghệ nano mà các nhà khoa học Nga trở thành người đầu tiên trên thế giới thu được kết quả đặt nền móng cho sự phát triển của các xu hướng khoa học mới.
Trong số đó có việc sản xuất vật liệu nano siêu phân tán, thiết kế các thiết bị điện tử đơn, cũng như hoạt động trong lĩnh vực lực nguyên tử và kính hiển vi thăm dò quét. Chỉ tại một cuộc triển lãm đặc biệt được tổ chức trong khuôn khổ Diễn đàn Kinh tế St. Petersburg lần thứ XII (2008), 80 diễn biến cụ thể đã được trình bày cùng một lúc. Nga đã sản xuất một số sản phẩm nano có nhu cầu trên thị trường: màng nano, bột nano, ống nano. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, trong việc thương mại hóa các phát triển công nghệ nano, Nga vẫn tụt hậu so với Mỹ và các nước phát triển khác tới 10 năm.
Công nghệ nano trong nghệ thuật
Một số tác phẩm của nghệ sĩ người Mỹ Natasha Vita-Mor đề cập đến chủ đề công nghệ nano.
Trong nghệ thuật hiện đại, một hướng đi mới đã xuất hiện: “nanoart” (nanoart) - một loại hình nghệ thuật gắn liền với việc nghệ sĩ tạo ra các tác phẩm điêu khắc (sáng tác) có kích thước micro và nano (lần lượt là 10 −6 và 10 −9 m) dưới ảnh hưởng của các quá trình hóa học hoặc vật lý của quá trình xử lý vật liệu, chụp ảnh các hình ảnh nano thu được bằng kính hiển vi điện tử và xử lý ảnh đen trắng trong trình chỉnh sửa đồ họa.
Trong tác phẩm nổi tiếng của nhà văn Nga N. Leskov “Lefty” (1881) có một đoạn thú vị: “Nếu,” ông nói, “có một chiếc kính hiển vi tốt hơn, có thể phóng đại lên năm triệu, thì bạn sẽ xác định,” ông nói, "để thấy rằng trên mỗi chiếc móng ngựa có tên của người thợ thủ công: bậc thầy người Nga nào đã làm ra chiếc móng ngựa đó." Độ phóng đại 5.000.000 lần được cung cấp bởi kính hiển vi lực nguyên tử và điện tử hiện đại, được coi là công cụ chính của công nghệ nano. Như vậy, anh hùng văn học Lefty có thể coi là “nhà công nghệ nano” đầu tiên trong lịch sử.
Những ý tưởng được Feynman trình bày trong bài giảng năm 1959 “Có rất nhiều chỗ ở dưới đó” về cách chế tạo và sử dụng các máy điều khiển nano gần như trùng khớp về mặt văn bản với câu chuyện khoa học viễn tưởng “Mikrorukki” của nhà văn Liên Xô nổi tiếng Boris Zhitkov, xuất bản năm 1931. Một số hậu quả tiêu cực của sự phát triển không kiểm soát của công nghệ nano được mô tả trong các tác phẩm của M. Crichton (“The Swarm”), S. Lem (“Kiểm tra tại chỗ” và “Hòa bình trên Trái đất”), S. Lukyanenko (“Không có gì để Chia").
Nhân vật chính trong tiểu thuyết “Transman” của Nikitina là người đứng đầu một tập đoàn công nghệ nano và là người đầu tiên trải nghiệm tác dụng của robot nano y tế.
Trong loạt phim khoa học viễn tưởng Stargate SG-1 và Stargate Atlantis, một số chủng tộc có công nghệ tiên tiến nhất là hai chủng tộc “người sao chép”, nảy sinh do các thí nghiệm không thành công khi sử dụng và mô tả các ứng dụng khác nhau của công nghệ nano. Trong phim The Day the Earth Stood Still, với sự tham gia của Keanu Reeves, một nền văn minh ngoài hành tinh đã kết án tử hình loài người và gần như phá hủy mọi thứ trên hành tinh với sự trợ giúp của những con bọ nhân bản nano tự tái tạo, chúng nuốt chửng mọi thứ trên đường đi của chúng.
Giáo trình khóa học
| Báo số. | Tài liệu giáo dục |
| 17 | Bài giảng số 1.Điều gì ẩn đằng sau tiền tố “nano”? Khoa học nano và hóa học nano. Hiệu ứng chiều. Phân loại vật thể nano |
| 18 | (Eremin V.V., Drozdov A.A.) Bài giảng số 2. Phân loại các phương pháp tổng hợp hạt nano. Phương pháp tổng hợp hóa học (“từ dưới lên”). Các phương pháp trực quan hóa và nghiên cứu hạt nano.(Eremin V.V., Drozdov A.A.) |
| 19 | Bài giảng số 3. Công nghệ nano. Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng: Mối liên hệ giữa khoa học nano và công nghệ nano. Thiết bị nano cơ học. Vật liệu nano từ tính. Công nghệ nano trong y học. Sự phát triển của công nghệ nano.(Eremin V.V., Drozdov A.A.) |
| 20 | Bài kiểm tra số 1(ngày hết hạn: 25/11/2009) Bài giảng số 4. Vật liệu nano cacbon. |
| 21 | Các dạng cacbon đẳng hướng là “nano” và “không nano”. Kim cương nano. Fullerene và các dẫn xuất của chúng Ống nano, phân loại và tính chất của chúng. Tính chất chung của các dạng nano carbon.(Eremin V.V.) Bài giảng số 5. Vật liệu nano cacbon. |
| 22 | Vật liệu nano cho năng lượng. Các nguồn năng lượng truyền thống và thay thế. Vật liệu nano trong pin nhiên liệu. Vật liệu nano để lưu trữ hydro Bài giảng số 6. Xúc tác nano. Tính chất chung của chất xúc tác. Phân loại các phản ứng xúc tác. Nguyên tắc tuân thủ về cấu trúc và năng lượng. Xúc tác trên hạt nano và zeolit.(Eremin V.V.) |
| 23 | Bài kiểm tra số 2(ngày hết hạn: 30/12/2009) Bài giảng số 7. Hóa học nano trong các vấn đề Olympic. 1. Nhiệm vụ đơn giản. |
| 24 | Các phương pháp chế tạo hạt nano. Cấu trúc của hạt nano. Tính chất của hạt nano. Vật liệu nano cacbon. |
| (Eremin V.V.) Bài giảng số 8. Hóa học nano trong các vấn đề Olympic. 2. Nhiệm vụ kết hợp phức tạp. |
|
Công việc cuối cùng.
Báo cáo tóm tắt công việc cuối kỳ kèm theo giấy chứng nhận của cơ sở giáo dục phải gửi về Trường Đại học Sư phạm chậm nhất là ngày 28 tháng 2 năm 2010.
(Thông tin chi tiết về tác phẩm cuối cùng sẽ được công bố sau bài giảng số 8.)
V.V.EREMIN,
A.A.DROZDOV
Bài viết được xuất bản với sự hỗ trợ của Công ty phân phối sản phẩm Mozhe. Trong hơn 50 năm, Công ty Phân phối Sản phẩm Mozhe đã sản xuất các chế phẩm tiêm vi mô vào thân cây, phân bón cho cây và các sản phẩm phòng ngừa và điều trị sâu bệnh cho cây. Điều này góp phần nâng cao khả năng chống lại chấn thương và các điều kiện bất lợi của cây. Truy cập trang web chính thức của công ty http://mauget.ru và tìm hiểu thêm.
Các phương pháp sản xuất hạt nano do các nhà vật lý và hóa học đề xuất (xem bài giảng số 2) có thể so sánh với các phương pháp sản xuất amoniac hoặc axit sunfuric trong phòng thí nghiệm. Rõ ràng, sản xuất đặt ra những thách thức quy mô lớn hơn cho các nhà khoa học và công nghệ.
Hãy lấy một thiết bị nano không dây phát ra ánh sáng làm ví dụ. Nó bao gồm lớp bán dẫn mỏng nhất – gali nitrit – với độ dày chỉ 3 nm, tức là. chỉ bao gồm một chục lớp nguyên tử. Bên trên nó được áp dụng các ống nano - các phân tử fullerene đã được biến đổi, khi nhận electron sẽ phát ra ánh sáng. Nhiệm vụ hóa học ban đầu là thu được các chất ở trạng thái nano, nhưng nhiệm vụ công nghệ khó khăn hơn nhiều - tạo ra chúng để thu được một thiết bị và thiết bị này hoạt động.
Trong quá trình phát triển ý tưởng của chúng ta về thế giới nano, khái niệm công nghệ nano đã trải qua một số thay đổi. Thuật ngữ “công nghệ nano” lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1974 bởi kỹ sư người Nhật Norio Taniguchi, người đã định nghĩa nó là “công nghệ sản xuất cho phép đạt được độ chính xác cực cao và kích thước cực nhỏ...ở mức 1 nm”. Dưới ảnh hưởng của nhà khoa học người Mỹ K.E. Drexler, công nghệ nano đã được giới thiệu vào những năm 1980 và 1990. bắt đầu được gọi là việc tạo ra các thiết bị khác nhau từ các phân tử riêng lẻ. Ví dụ, triển vọng của công nghệ nano được mô tả như những robot nano tự động thu nhỏ được đưa vào cơ thể con người và trôi nổi trong hệ thống tuần hoàn, tìm thấy các cơ quan bị bệnh và sau đó “sửa chữa” chúng. Đồng thời, công nghệ nano được hiểu là một lĩnh vực khoa học. Tuy nhiên, định nghĩa về công nghệ nano do A. Franks đưa ra năm 1987 đã trở nên gần với sự thật hơn: “Công nghệ nano là
Thật vậy, trong khi các "máy phân tử" của Drexler được tạo ra bằng cách sử dụng các công thức và mô phỏng máy tính, thì đã có sự cải tiến ổn định trong các công nghệ truyền thống, do các đặc tính chính xác ngày càng tăng nên đã đi vào lĩnh vực công nghệ nano. Điều này được thể hiện rõ ràng nhất trong sự phát triển của vi điện tử: các vi mạch đã được sản xuất với độ chính xác dưới nanomet, kích thước đặc trưng của các phần tử điện tử hoạt động trong đó nhỏ hơn 100 nm. Các công nghệ vi điện tử cũng là cơ sở để tạo ra các thiết bị vi cơ điện tử, các yêu cầu về độ chính xác trong sản xuất đã vượt quá đáng kể ngưỡng 100 nm. Vì vậy, trong những năm gần đây, thuật ngữ “công nghệ nano” trước hết gắn liền với việc ứng dụng thực tế các vật thể trong thế giới nano.
Một định nghĩa rõ ràng về công nghệ nano đã được đưa ra bởi tập đoàn nhà nước Rosnanotech, nơi tài trợ cho các dự án đổi mới trong lĩnh vực công nghệ nano*:
Công nghệ nano là tập hợp các phương pháp và kỹ thuật được sử dụng trong nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và sử dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống, bao gồm kiểm soát mục tiêu và sửa đổi hình dạng, kích thước, tích hợp và tương tác của các phần tử cấu thành có kích thước nano (1–100 nm) để có được các vật thể có tính chất hóa học, vật lý, sinh học mới.
Có một số biểu thức chính trong định nghĩa dài này. Đầu tiên, quy mô của các nguyên tố nano được xác định - từ 1 đến 100 nm ở ít nhất một chiều. Thứ hai, người ta nhấn mạnh rằng các nguyên tố nano này phải cung cấp các tính chất mới so với các vật thể bao gồm một pha vĩ mô của một chất có cùng thành phần. Trên thực tế, bất kỳ chất nào cũng chứa cấu trúc nano nhưng không phải lúc nào chúng cũng quyết định tính chất của chất đó. Ví dụ, kích thước của các ô đơn vị của tinh thể fullerene vượt quá 1 nm và các cụm có kích thước nanomet tồn tại trong thành phần của nước lỏng thông thường; nhưng bột fullerene và nước không được xếp vào đối tượng của công nghệ nano.
Thứ ba, định nghĩa phản ánh tính chất liên ngành công nghệ nano - tất cả các ngành khoa học tự nhiên quan trọng, cũng như toán học và công nghệ thông tin, đều tham gia vào sự phát triển của nó. Nội dung khoa học của công nghệ nano được truyền tải bằng từ “nghiên cứu”.
Cuối cùng, định nghĩa nêu rõ các mục tiêu của công nghệ nano - thiết kế, sản xuất và sử dụng các cấu trúc nano.
Từ chính trong việc xác định mục tiêu là từ cuối cùng, “sử dụng”. Mục tiêu chính của công nghệ nano cũng như bất kỳ công nghệ nào khác là sản xuất hàng hóa và tiếp nhận giá trị thặng dư, do đó trạng thái và sự phát triển của công nghệ nano được xác định theo cơ chế thị trường. Trong bối cảnh công nghệ nano, từ “đổi mới” thường được sử dụng, có nghĩa là một khám phá khoa học được đưa vào ứng dụng thực tế. Con đường đổi mới bao gồm một số giai đoạn (sơ đồ).
Cơ chế
Về nguyên tắc, công nghệ nano bao gồm tất cả các giai đoạn của chuỗi này, từ đó kết hợp các khía cạnh khoa học, sản xuất và kinh tế của hoạt động.
Những thành tựu nào của khoa học nano đã được ứng dụng hoặc hứa hẹn sẽ có trong tương lai gần? Hãy xem xét một vài ví dụ từ các lĩnh vực khoa học khác nhau.
Thiết bị nano cơ học Một trong những cơ sở khoa học của công nghệ nano là cơ học nano , nghiên cứu tính chất cơ học của hệ thống nano. Để kiểm soát các đặc tính của thế giới nano, trước tiên người ta phải nắm vững chuyển động cơ học và học cách kiểm soát chuyển động của từng hạt nano - tịnh tiến hoặc quay. Một trong những vấn đề thú vị nhất của cơ học nano là việc tạo rađộng cơ nano – các thiết bị có khả năng chuyển đổi năng lượng nhiệt, điện hoặc ánh sáng thành chuyển động. Tên gọi khác của các thiết bị này là bộ truyền động(từ tiếng Anh
hành động
Dưới đây là một ví dụ về thiết bị truyền động nhân tạo chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành công cơ học. Hoạt động của nó dựa trên khả năng đồng phân hóa của azobenzen dưới tác động của ánh sáng.
Khi tiếp xúc với bức xạ UV, đồng phân trans được chuyển thành dạng cis và phản ứng ngược xảy ra khi đun nóng hoặc tiếp xúc với ánh sáng khả kiến (xanh):
Trong quá trình đồng phân hóa, một phần của phân tử quay tương đối với phần kia và công cơ học được thực hiện có thể được sử dụng trong động cơ nano. Các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra một động cơ nano từ một phân tử DNA nhỏ (31 cặp nucleotide) có gắn một số phân tử azobenzen. Khi được lắp ráp, cấu trúc này giống như một chiếc kẹp tóc (Hình 2, MỘT ). Dưới bức xạ UV, “kẹp tóc” mở ra do quá trình đồng phân hóa azobenzen (Hình 2, b ) và dưới tác động của ánh sáng khả kiến, quá trình biến đổi ngược lại xảy ra - chiếc kẹp tóc được lắp ráp. Khi được lắp ráp, kích thước của động cơ nano như vậy ( L ) và dưới tác động của ánh sáng khả kiến, quá trình biến đổi ngược lại xảy ra - chiếc kẹp tóc được lắp ráp. Khi được lắp ráp, kích thước của động cơ nano như vậy ( 1) nằm trong khoảng từ 2 đến 5 nm và ở trạng thái mở (
2) – 10–12nm. Hiệu quả của nó, tức là. mức độ chuyển đổi năng lượng ánh sáng đạt 40–50%. Động cơ nano hoạt động có thể đảo ngược trong điều kiện ôn hòa và không tạo ra chất thải.
Để theo dõi tiến trình của phản ứng, hai phân tử được gắn vào hai đầu của chuỗi nucleotide - một (nhãn huỳnh quang) có khả năng phát ra ánh sáng khi chiếu xạ, và phân tử còn lại (chất khử huỳnh quang) ngăn cản quá trình này. Khi đóng lại, chất khử và nhãn gần nhau nên không xảy ra huỳnh quang. Khi cấu trúc mở ra, chất khử và nhãn sẽ rời xa nhau và không còn tương tác với nhau nữa, dẫn đến phát huỳnh quang.
Các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra một mô hình nano tương tự của một động cơ điện thực sự. Nó bao gồm một tấm vàng nhỏ được đặt trên một “nanovale” - một ống nano carbon. Toàn bộ hệ thống này được bao quanh bởi các điện cực. Khi đặt một điện áp xoay chiều vào chúng, tấm bắt đầu quay - năng lượng điện từ được chuyển thành công cơ học. Chuyển động cơ học cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng năng lượng hóa học. Công việc của động cơ nano xúc tác, được tạo ra vào năm 2004, dựa trên điều này. Nó bao gồm các thanh hình trụ chứa các đoạn bạch kim và vàng có chiều dài 1 micron và đường kính 370 nm (Hình 3,
Các nhà khoa học cũng đã tạo ra nguyên mẫu phân tử của tàu thám hiểm mặt trăng - một phân tử có khả năng chuyển động thẳng trên bề mặt phẳng.
Tên hóa học của hợp chất này là 9,10-dithioanthracene:
Phân tử của nó chứa hai nguyên tử lưu huỳnh nhô ra khỏi khung tuần hoàn và hoạt động như “chân”. Hầu hết các phân tử khác di chuyển ngẫu nhiên trên bề mặt, tức là theo một hướng tùy ý, và phân tử này là một ngoại lệ.
Hai nguyên tử lưu huỳnh hoạt động giống như những chiếc chân, luân phiên bước qua chúng và di chuyển phân tử dọc theo chất nền theo một đường thẳng (Hình 4) mà không thay đổi hướng của nó. Những “phân tử biết đi” như vậy có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị lưu trữ dữ liệu phân tử mới với dung lượng cực cao. Nhưng chúng cũng có thể được sử dụng để vận chuyển các chất - các nhà khoa học đã cố gắng tải một phân tử biết đi bằng cách gắn hai phân tử CO 2 vào nó.
Gần đây, các “thiết bị tự hành” đã được tạo ra có hình dáng gần giống ô tô. Một phân tử hữu cơ đóng vai trò là phần thân của ô tô và fullerene C 60 đóng vai trò là bánh xe (Hình 5). Chiều rộng của một “car nano” như vậy lớn hơn một chút so với độ dày của phân tử DNA. Một mặt cắt ngang của sợi tóc con người có thể chứa được khoảng 20 nghìn ô tô nano! Bằng cách sử dụng kính hiển vi quét, các nhà khoa học đã xác định chính xác rằng ô tô nano không di chuyển mà lăn dọc theo bề mặt do sự quay của bánh xe fullerene. Bây giờ chúng được chuyển động bằng cách nung nóng một tấm vàng, tấm này đóng vai trò làm đường. Tuy nhiên, điều này thật bất tiện - vì hệ thống sưởi khiến tất cả ô tô chuyển động cùng một lúc.
Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu tạo ra ăng-ten cho phép máy móc nhận năng lượng ánh sáng từ bên ngoài.
Những chiếc máy có động cơ có nguyên lý hoạt động gợi nhớ đến máy hấp có mái chèo cũng đã được tạo ra. Vai trò của một bánh xe quay, đóng vai trò là động cơ, được thực hiện bởi một phân tử carborane, giống như một quả bóng có lưỡi dao. Động cơ “cánh quạt” như vậy chỉ có thể quay theo một hướng – các phân tử không cho phép “chuyển động ngược”.
Các hạt không có electron độc thân sẽ tạo thành các chất không có mô men từ riêng. Chúng chỉ bị từ hóa dưới tác dụng của từ trường bên ngoài. Khi một chất như vậy được đưa vào từ trường, trong mỗi nguyên tử của nó, do định luật cảm ứng điện từ, sẽ xuất hiện dòng điện tròn cảm ứng - chuyển động tròn của các electron xung quanh hướng của từ trường. Điều này dẫn đến hiện tượng một mômen từ cảm ứng xuất hiện trong mỗi nguyên tử, hướng vào từ trường bên ngoài. Hiện tượng được mô tả được gọi là tính nghịch từ, và các chất bị từ hóa theo cách này là vật liệu nghịch từ. Khi được đưa vào từ trường, một vật liệu nghịch từ được định hướng vuông góc với các đường sức, dẫn đến việc nó bị đẩy ra khỏi từ trường không đồng nhất.
Các nguyên tử có các electron độc thân có mô men từ riêng. Các chất chứa các nguyên tử như vậy bị từ hóa dưới tác dụng của từ trường bên ngoài và bị hút vào đó. Thuộc tính này được gọi là tính thuận từ và các chất – thuận từ. Các hạt tạo nên thuận từ (nguyên tử, phân tử, ion) có mômen từ riêng, nhưng khi không có từ trường bên ngoài, mômen của từng hạt được định hướng ngẫu nhiên, sao cho tổng của chúng bằng 0. Trong từ trường bên ngoài, mô men từ của các nguyên tử chất thuận từ được sắp xếp và định hướng chủ yếu dọc theo từ trường. Điều này tạo ra một tổng mômen từ nhỏ trong chất.
Trong một số chất và vật liệu, chẳng hạn như sắt, mô men từ của từng nguyên tử được định hướng theo cùng một hướng ngay cả khi không có từ trường bên ngoài. Thuộc tính này được gọi là tính chất sắt từ và các chất – chất sắt từ. Chúng bị thu hút bởi nam châm vĩnh cửu và có từ hóa tự phát. Chúng bao gồm một số kim loại (sắt, coban, niken, gadolinium), hợp kim, hợp chất liên kim loại (Fe 3 Al, Ni 3 Mn), cũng như các oxit (magnetit Fe 3 O 4).
Trong những năm gần đây, thay vì các nam châm khổng lồ được tạo ra bằng cách ép hoặc thiêu kết, các tấm từ tính, là hỗn hợp của bột từ tính và chất kết dính polymer, thường được sử dụng. Mọi người sử dụng phương tiện giao thông công cộng đều quen thuộc với các dải nhựa dẻo dán trên vé, được phủ một lớp từ tính mỏng từ tính hoặc ferrite. Những băng này được từ hóa trước, biến chúng thành vật mang thông tin, được người xác nhận đọc. Vật liệu từ tính cũng được sử dụng để lưu trữ thông tin trong các phần tử bộ nhớ máy tính. Cơ chế cơ bản để lưu trữ thông tin là từ hóa một vùng nhỏ vật liệu từ tính gọi là bit theo một hướng cụ thể. Lượng thông tin được lưu trữ thường được biểu thị bằng byte; một byte cho phép bạn lưu trữ 8 bit thông tin.
Với mật độ lưu trữ thông tin là 1 gigabit (tức là một tỷ bit) trên mỗi inch vuông (1 inch = 2,54 cm, 1 inch 2 = 6,45 cm 2), một bit chiếm một diện tích dài 45 nm và rộng 1 micron.
Kích thước của các hạt từ tính càng nhỏ thì mật độ thông tin có thể đạt được càng lớn. Các đĩa có mật độ ghi trên 20 Gbit trên mỗi inch vuông hiện đã được tạo. Điều này cho phép bạn lưu trữ khoảng 27 GB dữ liệu trên ổ cứng 3,5 inch, tức là hơn 25 nghìn cuốn sách bỏ túi hoặc 20 bộ phim được ghi với chất lượng cao. Thành công này có được nhờ sử dụng các hạt nano từ tính của hợp kim sắt-bạch kim. Để thu được chúng, các hợp chất của sắt và bạch kim đã được đun nóng với sự có mặt của chất khử. Để ổn định các hạt nano thu được, người ta đã sử dụng chất hoạt động bề mặt (chất hoạt động bề mặt) – axit oleic. Các phân tử axit oleic được hấp phụ trên bề mặt của các hạt nano hợp kim, ngăn chúng dính vào nhau và tạo thành các tập hợp lớn hơn. Một dung dịch chứa các hạt nano được bôi lên chất nền và làm bay hơi.
Trong trường hợp này, một màng mỏng bao gồm các hạt nano riêng lẻ được hình thành trên bề mặt. Nó được nung nóng để làm cứng nó. Kích thước của các hạt nano hợp kim tạo thành màng chỉ là 3 nanomet! Một loại vật liệu nano từ tính đặc biệt là vật liệu nghịch từ xốp, trong các khoảng trống có các hạt nano sắt từ. Một ví dụ sẽ là ferritin
 |
– một loại protein đặc biệt chịu trách nhiệm lưu trữ sắt trong cơ thể. Phân tử ferritin có dạng quả bóng có đường kính 12 nm, gồm 24 tiểu đơn vị - đoạn polypeptide (Hình 6). |
Bên trong quả bóng có một khoang có đường kính 8 nm chứa đầy các hạt nano sắt oxohydroxide FeOOH. Một phân tử ferritin chứa hơn 4000 nguyên tử sắt trong khoang của nó. Ferritin là nơi dự trữ sắt phổ biến trong cơ thể. Nếu cần thiết, thông qua các lỗ bên trong vỏ protein, các hạt nano sắt oxohydroxide có kích thước 5 nm đi ra và đi vào máu. Chúng được dành cho việc tổng hợp huyết sắc tố. Làm thế nào ferritin “biết” được nhu cầu giải phóng sắt vào máu vẫn chưa được xác định. Các nhà khoa học đang nghiên cứu tạo ra vật liệu nano nhân tạo trong đó các hạt sắt oxohydroxide hoặc magnetit là một phần của ma trận xốp. Chúng ta sẽ nói về triển vọng sử dụng hạt sắt từ trong y học ở phần tiếp theo. Cơm. 6. Ferritin.
Chất lỏng có bị nam châm hút không? Thoạt nhìn có vẻ như không. Xét cho cùng, chỉ có một số kim loại và hợp chất của chúng có tính sắt từ và chúng đều là chất rắn ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, chất lỏng sắt từ vẫn tồn tại. Chỉ có điều chúng không phải là các chất riêng lẻ mà là dung dịch keo trong đó các hạt sắt từ phân bố đều trong pha lỏng.
Thông thường các hạt nano magnetite Fe 3 O 4 hoặc ferrite được sử dụng. Và để chúng không lắng xuống đáy, các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ được gắn vào chúng. Kích thước của các hạt keo rất khác nhau - từ năm đến hàng chục nghìn nanomet. Nước, ethanol, cũng như các dung môi không phân cực – hydrocarbon và silicon – được sử dụng làm pha lỏng khi tạo ra chất lỏng từ tính.
Chất lỏng từ tính vẫn ổn định trong vài năm. Chúng không chỉ có đặc tính từ tính tốt mà còn có tính lưu động cao. Chất lỏng từ tính đã được sử dụng trong công nghệ. Với sự giúp đỡ của họ, có thể chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Nếu một ống chứa chất lỏng từ tính được đặt bên trong một cuộn dây cảm ứng nối với tụ điện, thì với mỗi rung động của ống, chất lỏng sẽ bị trộn lẫn và các hạt của nó sẽ nằm dọc theo từ trường. Năng lượng giải phóng trong trường hợp này có thể đủ để vận hành một chiếc radio nhỏ hoặc đồng hồ bỏ túi. Người ta đề xuất tạo ra các thiết bị dựa trên nguyên tắc này để chuyển đổi năng lượng của hạt mưa thành dòng điện. Và nếu chất lỏng từ tính được đưa qua các kênh đặc biệt đào trong lòng đất, thì các hạt của nó sẽ được định hướng dưới tác động của từ trường Trái đất, sau đó truyền năng lượng này vào cuộn dây. Đây là cách năng lượng của từ trường Trái đất được chuyển đổi thành năng lượng điện. Những hệ thống như vậy đã được sử dụng thành công để cung cấp điện cho từng ngôi nhà ở nông thôn.Để điều chế chất lỏng từ tính, cần thu được các hạt nano hoặc vi mô của chất từ tính tạo thành nó. Cả hai phương pháp vật lý (nghiền hoặc bay hơi bằng laser của kim loại) và phương pháp hóa học đều được sử dụng để thu được chúng. Trong phòng thí nghiệm của trường, bạn có thể tổng hợp chất lỏng từ tính, là dung dịch keo của magnetite trong nước. Đúng, các hạt từ tính thu được bằng phương pháp này có kích thước xấp xỉ một micron, tức là. 1000nm.
Trộn 3 ml dung dịch sắt(II) sunfat 5% mới chuẩn bị và 4 ml dung dịch sắt(III) sunfat 5%. Thêm một vài giọt dung dịch natri oleate (hoặc chất hoạt động bề mặt khác, chẳng hạn như một giọt chất tẩy rửa Fairy), sau đó thêm dung dịch amoniac vào hỗn hợp thu được.
Đặt bình chứa dung dịch keo thu được lên một nam châm vĩnh cửu (tốt hơn là lấy nam châm vòng từ loa), để trong vài giờ, sau đó xả lớp trên cùng, giữ khối dày bằng nam châm. Khối lượng thu được là một chất lỏng từ tính.
Đổ một lớp chất lỏng từ tính mỏng vào một chiếc cốc phẳng và giữ một nam châm gần nó để các đường sức từ đi vào theo phương thẳng đứng.
Trong cuốn sách “Động cơ sáng tạo”, C. E. Drexler dự đoán rằng công nghệ nano sẽ dẫn đến những khám phá cơ bản và những thay đổi căn bản trong y học. Lưu ý rằng các bác sĩ của thế kỷ XX. chủ yếu dựa vào phẫu thuật và thuốc, Drexler viết: “Từ việc khâu vết thương và cắt bỏ các cơ quan, các bác sĩ phẫu thuật đã chuyển sang một trình độ cao hơn - họ học cách khôi phục chức năng tim và gắn lại các chi. Sử dụng kính hiển vi và các dụng cụ vi mô chính xác, chúng kết nối các mạch máu và dây thần kinh mỏng manh. Nhưng ngay cả bác sĩ vi phẫu lành nghề nhất cũng không thể cắt và khâu các cấu trúc mô mịn hơn.
Những con dao mổ và vật liệu khâu hiện đại quá thô để có thể thao tác trên các mao mạch, tế bào và phân tử... Từ quan điểm của tế bào, ngay cả những ca phẫu thuật tinh tế nhất, được thực hiện bằng kỹ năng và những dụng cụ tốt nhất, cũng là công việc của một người bán thịt. Việc chữa lành chỉ có thể thực hiện được thông qua khả năng loại bỏ tế bào chết, tập hợp lại và nhân lên của tế bào.
Trong thế kỷ 21 Nanomedicine sẽ trang bị cho bác sĩ những phương tiện kỹ thuật mới nhất. Họ sẽ tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình điều trị và tăng đáng kể hiệu quả, hiệu quả và độ chính xác của nó.
Tuy nhiên, thực hành lâm sàng sẽ vẫn có tính chất cổ điển. Như trước đây, nó sẽ bao gồm sáu giai đoạn truyền thống:
Sự khảo sát;
Chẩn đoán;
Dự báo;
Điều trị (liệu pháp);
Đánh giá hiệu quả điều trị;
Phòng ngừa.
Cho đến nay, y học nano đã có tác động lớn nhất đến việc chẩn đoán và điều trị một số bệnh. Trong những thập kỷ gần đây, các công cụ chẩn đoán quan trọng nhất đã trở thành cộng hưởng từ Và chụp cắt lớp vi tính
. Công nghệ nano giúp tăng đáng kể ngưỡng nhạy cảm của các phương pháp này, đưa nó đến cấp độ tế bào hoặc thậm chí dưới tế bào và nhờ đó phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm nhất. Do đó, bằng cách đưa các hạt nano sắt từ tính vào máu, do kích thước của chúng, chúng di chuyển tự do qua hệ thống tuần hoàn và bạch huyết, có thể phát hiện các khu vực có lưu lượng máu bị suy giảm, chẳng hạn như di căn, bằng cách sử dụng cộng hưởng từ.
|
Bản chất của phương pháp này như sau: các hạt nano sắt được tiêm tĩnh mạch vào cơ thể, cơ thể phản ứng với sự hiện diện của chúng như một vật thể lạ và các đại thực bào (tế bào của hệ thống miễn dịch) cố gắng “ăn” nó. Trong trường hợp này, về bản chất, đại thực bào được dán nhãn sắt. Tiếp theo, các đại thực bào lưu thông qua hệ bạch huyết, đi vào máu vào tĩnh mạch cảnh và từ đó vào di căn (Hình 7), nơi chúng được tìm thấy.
|
Cơm. 7. Phát hiện di căn sử dụng hạt nano từ tính Các hạt khác, ví dụ.
Trong lĩnh vực trị liệu, hứa hẹn lớn nhất của y học nano nằm ở khả năng phân phối thuốc.
Điều này chủ yếu áp dụng cho thuốc chống ung thư. Đối với một số loại ung thư, các công nghệ đã được tạo ra để đưa các loại thuốc truyền thống ở dạng viên nang nano trực tiếp đến tế bào khối u.
Thế hệ thuốc mới hiện đang được phát triển sẽ xâm nhập trực tiếp vào các tế bào bị ảnh hưởng và tiêu diệt chúng.
Các nhà nghiên cứu đến từ Hàn Quốc đã đề xuất phương pháp phát hiện và tiêu diệt tế bào ung thư bằng cách sử dụng các hạt nano vàng rỗng. Các kháng thể được gắn vào bề mặt của các hạt nano, cho phép chúng bám vào các tế bào ung thư. Chúng cũng chứa gadolinium, hoạt động như một chất tương phản để chụp ảnh cộng hưởng từ và cho phép nhìn thấy các tế bào bị ảnh hưởng. Khi các hạt nano được chiếu xạ bằng tia laser hồng ngoại, chúng nóng lên và nhiệt sẽ phá hủy các tế bào ung thư xung quanh. Các cấu trúc nano như vậy không có nhược điểm của các chất tương phản dựa trên oxit sắt thông thường. Sắt gây nhiễu và tác động tương phản tiêu cực, dẫn đến sai sót trong chẩn đoán. Thiết kế hạt nano vàng cung cấp tín hiệu rõ ràng hơn và chẩn đoán chính xác hơn. Phương pháp mới có thể có hiệu quả ở giai đoạn đầu của bệnh vì không giống như hóa trị, ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể, nó liên quan đến việc điều trị từng vùng riêng lẻ. Một phương pháp đầy hứa hẹn khác dựa trên việc sử dụng các hạt nano siêu phân tử*** được thiết kế đặc biệt, cốt lõi của nó là dendrimer).
Các phân tử axit folic được gắn vào một số nhóm này. Tế bào khối u liên kết axit folic chặt chẽ hơn nhiều so với tế bào khỏe mạnh. Và với các nhóm chức năng khác của dendrimer, các phân tử của chất chống ung thư được kết nối và khi tế bào bị ảnh hưởng hấp thụ dendrimer với axit folic, nó cũng sử dụng một loại thuốc gây tử vong cho chính nó. Ngoài ra, thuốc, giống như dạng viên nang, cũng có thể nằm trong khoảng trống giữa các chuỗi dendrimer (còn gọi là quả cầu bên trong). Khi vào bên trong khối u, phân tử dendrimer thay đổi cấu trúc của chuỗi và thuốc được giải phóng. Các thí nghiệm trên chuột cho thấy việc sử dụng các loại thuốc siêu phân tử này hiệu quả hơn nhiều so với hóa trị liệu truyền thống. Các thử nghiệm lâm sàng trên người sẽ sớm bắt đầu và việc sử dụng rộng rãi loại thuốc này dự kiến sẽ không sớm hơn 10 năm nữa.
Những thành tựu của y học nano vẫn còn khá khiêm tốn. Tuy nhiên, những khoản đầu tư lớn vào lĩnh vực đầy hứa hẹn này chắc chắn sẽ dẫn đến thực tế là trong vài thập kỷ nữa, sẽ không thể tưởng tượng được y học nếu không có công nghệ nano như hiện nay nếu không có xét nghiệm máu hoặc máy chụp X-quang.
Phát triển công nghệ nano
Chúng tôi chỉ xem xét kết quả của một phần nhỏ nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học nano và công nghệ nano. Một số thành tựu khác liên quan chặt chẽ đến hóa học nano sẽ được trình bày ở các bài giảng tiếp theo. Số lượng công trình trong lĩnh vực “nano” đang tăng mạnh hàng năm.
Sự phụ thuộc của phản ứng của xã hội đối với sự xuất hiện của các công nghệ mới đúng lúc luôn giống nhau: sự tăng trưởng nhanh chóng của những kỳ vọng không chính đáng được thay thế bằng sự thất vọng nhanh chóng tương tự, sau đó là một thời gian dài ổn định, làm việc có hệ thống và phát triển tiến hóa (Hình 9) . Hiện tại, chúng ta đang ở gần đỉnh điểm của những kỳ vọng vô lý, mặc dù vẫn chưa rõ bên nào - trái hay phải.
Triển vọng phát triển của công nghệ nano sẽ được xác định bởi nhiều yếu tố và không thể dự đoán được tổng tác động của chúng.
Tuy nhiên, một số tuyên bố liên quan đến tương lai của công nghệ nano dường như không gây tranh cãi.
1. Khối lượng kiến thức về khoa học nano không ngừng tăng lên.
Một phần nhỏ kiến thức này có thể được chuyển hóa thành công nghệ, phần còn lại là thành tựu của khoa học cơ bản.
2. Tăng trưởng kinh tế và phát triển công nghệ chủ yếu được xác định bởi giáo dục là quá trình tiếp thu và vận dụng kiến thức trong các lĩnh vực khác nhau.
3. Công nghệ nano dựa trên nền tảng khoa học tự nhiên: vật lý, hóa học, sinh học và toán học.
1. Vì vậy, sự phát triển của công nghệ nano sẽ đòi hỏi xã hội phải phổ biến và ủng hộ lối tư duy khoa học tự nhiên. Điều này sẽ ảnh hưởng đến hệ thống giáo dục và dẫn đến giảm bớt vai trò của nhân văn, vốn chiếm ưu thế trong xã hội hiện đại so với khoa học tự nhiên.
2. Chúng tôi, với tư cách là những giáo viên hóa học, thực sự mong muốn hy vọng vào vai trò của bộ môn khoa học ngày càng được nâng cao trong xã hội nói chung và trong trường học nói riêng. Công nghệ nano hứa hẹn sẽ giúp ích được điều này.
3. Câu hỏi
4. Giải thích sự khác biệt giữa khoa học nano và công nghệ nano.
5. Chuỗi đổi mới bao gồm những giai đoạn nào?
6. Điều gì có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng cho động cơ nano?
7. Cho một ví dụ về động cơ nano tự nhiên.
Mô tả thiết kế của một động cơ nano chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành công cơ học.
8. Điều gì khiến ô tô nano di chuyển trên một bề mặt?
9. Chọn từ các chất liệt kê dưới đây: a) chất nghịch từ; b) vật liệu thuận từ; c) chất sắt từ.
10. Oxy, sắt, natri, carbon monoxide (IV), nhôm, oxit sắt (II, III).
11. ferritin là gì? Nó có vai trò gì trong cơ thể?
Định nghĩa y học nano.
1. Theo bạn, lợi thế của y học nano so với y học cổ truyền là gì? Bạn có tin vào tương lai của công nghệ nano?
2. Văn học. Kỹ thuật phân tử: Một cách tiếp cận để phát triển các khả năng chung về thao tác phân tử. Proc. Natl. Học viện. Khoa học. Hoa Kỳ, 1981, v. 78, số 9, tr. 5275–5278.
3. Franks A. Công nghệ nano. J. Vật lý. E: Khoa học. Nhạc cụ, 1987, v. 20, tr.
13. 1442–1451. Yong Taik Limđ. Một.
Cấu trúc nano vàng thuận từ cho hình ảnh sinh học phương thức kép và liệu pháp quang học của tế bào ung thư. Chem. Cộng đồng, 2008, tr. 4930.
**Định nghĩa của Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH).