Нанонаука і нанотехнології

Нанонаука (Nanoscience) вивчає фізичні, фізико-хімічні, біологічні властивості наночастинок розміром до 100 нм, можливість їх синтезу за допомогою нанотехнологій та застосування в різних галузях народного господарства, клінічній медицині, біології. Цей новий напрям науки виник у результаті поєднання фундаментальних досліджень з фізики, хімії, фізико-хімії, математики, матеріалознавства, біології, генетики, медицини, а також, на основі сучасних технічних досягнень їх визначення розміру наночастинок і їх синтезу різними методами. Тому нанонауку слід розглядати як один із важливих аспектів цивілізаційного розвитку, що охоплює широке коло проблем техніки, енергетики, біології, охорони здоров'я, навколишнього середовища.

Нанотехнологія (Nanotechnology) сукупність наукових знань, способів і засобів, спрямованого, регульованого складання (синтезу) із окремих атомів і молекул різних речовин, матеріалів і виробів із лінійним розміром елементів структури до 100 нм (1 нм = 10^{-9 м; 1 нм = 10 Å) [6, 7].}

Широке впровадження нанотехнологій у різні сфери людської діяльності, на думку фахівців, перевершить такі досягнення людства, як освоєння космосу, комп'ютеризація, створення мережі Інтернет і мобільного зв'язку.

Розвиток нанотехнологій та впровадження їхніх результатів буде зосереджено в майбутньому переважно на таких напрямках:

1. Розроблення нових методів синтезу наноматеріалів.

2. Створення нових наноматеріалів для промисловості, авіації, космічної техніки та інших галузей народного господарства.

3. Упровадження наноматеріалів для інформаційних технологій, електроніки, комп'ютеризації виробництва та медицини.

4. Розроблення нанобіотехнологій та впровадження отриманих нанобіосенсорів, нанореактивів у біологічні лабораторні дослідження.

На сьогодні розроблено і освоєно декілька методів синтезу наноматеріалів: газофазовий і плазмохімічний синтез, електронно-променева технологія – молекулярні пучки, осадження з колоїдних розчинів, термічне розкладання та відновлення, механосинтез, детонаційний синтез і електровибух, синтез високодисперсних оксидів у рідких металах, високотемпературній синтез та інші.

На сучасному етапі перед ученими світу постало завдання розробити високопродуктивні, економічно вигідні та безпечні для зовнішнього середовища технології отримання наноматеріалів. Зокрема, розроблення принципово нових лікарських засобів для профілактики та лікування різних захворювань науковці вважають одним із актуальних завдань медичної практики.

Останніми роками проведено дослідження фізичних, фізико-хімічних, квантово-хімічних властивостей малих атомних агрегацій (кластерів, наночастинок, ізольованих нанокристалів), що сприятиме активнішому впровадженню продуктів нанотехнологій у практичну діяльність людини. Дослідники з'ясували, що велика площа поверхні наночастинок і відповідна поверхнева енергія роблять суттєвий внесок у їхні різнобічні властивості. Насамперед це відбивається на термодинамічних умовах фазових перетворень. У наночастинках виникають фази, які не існують у цій речовині звичайного, ненанового стану. Зі зменшенням розміру частинки поверхнева енергія збільшується. Метали нанорозмірів виявляють інші властивості, що проявляється зміною механічних, фізичних, фізико-хімічних параметрів. Перехід від макророзмірів до наночастинок супроводжується зміною міжатомних відстаней та періодів кристалічної решітки, що зумовлює виникнення своєрідних властивостей наноструктур. Зміни функції розподілу частот атомних коливань (функція розподілу частот) впливають на термодинамічні характеристики нанокристалів, зокрема на їхню теплоємність. У нано металів виявляються особливі магнітні властивості таких наночастинок, які зумовлені дискретністю їхніх електронних та фонових станів. Змінюються оптичні властивості наночастинок: відрізняється розсіювання і поглинання світла наночастинок порівняно з макроскопічними розмірами цього матеріалу.

Таким чином, нанотехнології – міждисциплінарні технології, які розробленні для об'єктів розмірами менш як один мікрон і дають змогу проводити дослідження, маніпуляції та обробку речовин у діапазоні розмірів від 0,1 до 100 нанометрів.

Доцільність використання наноматеріалі, які виготовляються із застосуванням нанотехнологій, зумовлена тим, що у таких розмірах об'єктів речовина має властивості, які не притаманні її макрокількості.

У найближчі десять років саме розвиток нанотехнологій та виготовлення нових наноматеріалів стане одним з основних рушіїв стимулювання істотних змін у таких галузях промисловості, як машинобудування, мікроелектроніка, автомобільна промисловість, а також сільське господарство, медицина та екологія.

Для ефективного застосування результатів нанотехнологій майже в усіх країнах світу створюють нові спеціальні лабораторії, центри, інститути, комітети та інші установи (як державні так і приватні), у яких проводять дослідження з різних напрямів нанонауки.

В Україні також активно проводять дослідження в галузі нанонауки. У Національній академії наук у межах спеціальної програми "Наноструктурні системи, наноматеріали, нанотехнології" здійснюють дослідження з фізики металів і сплавів, хімії поверхні, порошкових технологій, мікроелектроніки, колоїдних нанорозчинів, сорбентів, лікарських засобів, в основу яких покладено нанотехнології. Розроблена також державна цільова науково-технічна програма "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010–2014 роки.

Контрольні запитання

1. Дайте визначеня поняття «нанонаука».

2. Дайте визначення поняття «нанотехнологія».

3. Основні напрямки розвитку нанотехнологій.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 77; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!