Нанотехнология

Нанотехноло́гия (греч. nanos — «карлик» + «техно» — искусство, + «логос» — учение, понятие) — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, занимающаяся новаторскими методами (в сферах теоретического обоснования, экспериментальных методов исследования, анализа и синтеза, а также в области новых производств) получения новых материалов с заданными нужными свойствами.

Работа гипотетического редуктора, построенного из атомов и молекул. Слипнутся ли шарики, нужна ли водная среда как в живом организме, и т. д. и т. п. — [http://pubs.acs.org/cen/coverstory/8148/8148counterpoint.html дисскурсия Смайли-Дрекслера

Вообще нанотехнология (НТ) занимается структурами, которые не превышают значений 100 нм или меньших, и используют материалы или устройства в пределах тех размеров. Нанотехнология очень разнообразна, она распространяется в областях исследований, начиная с обычных физических устройств, включая полностью новые направления на молекулярно-атомном уровне. НТ развивает новые методы, технологии получения новых материалов с измерениями в нанометрических диапазонах (см. Нанометрология, Нанотехнология и нанометрология) с задачами возможности непосредственного управления технологиями даже в области атомарной физики.

В нанотехнологии применяют новейшие технологии манипулирования единичными атомами или молекулами (перемещение, перестановки, новые сочетания). Используются самые разные методы (механические, химические, электрохимические, электрические, биохимические, электроннолучевые, лазерные) для искусственной организации заданной атомарной и молекулярной структуры нанообъектов, для создания микроскопических устройств.

Изучение разнообразных свойств объектов и разработка технических устройств позволяет управлять элементами с размерами порядка нанометра (10^-9), отсюда и происходит название «нанотехнология».

Нанотехнология (далее — НТ) качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, так как в микромасштабах привычные макроскопические технологии обращения с материей неприменимы. Взаимодействия между микроскопическими элементами в макромире ничтожны по величине, но имеют высокие удельные показатели. На микроуровне явления, пренебрежительно слабые в обычных масштабах, становятся намного более значительными и непредсказуемыми: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул (или агрегатов молекул), квантовые эффекты принимают совершенно новый характер. Применение НТ позволяет искусственно связывать наночастицы с определёнными характеристиками, образующие микро- и макрообъекты, в которых определяющими становятся новые свойства и типы взаимодействия между отдельными атомами и молекулами, что определяет свойства получаемого в итоге вещества или объекта.

• Специфические функциональные характеристики в НТ достигаются способом связи между соответствующими свойствами и изменением (например, уменьшением) структурных размеров, характерных в случаях, если размеры объектов, в крайнем случае в плоскости, не превышают значений 100 нм.

Определения и терминология

Часто применяемое определение нанотехнологии, как комплекса методов работы с объектами размером менее 100 нанометров, недостаточно точно описывает как сам объект, так и отличие современных нанотехнологий от традиционных технических и научных дисциплин.

Объектом нанотехнологий на микроуровне являются:

• Наночастицы, нанопорошки — объекты, у которых три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм.

• Нанотрубки, нановолокна — объекты, у которых два характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм.

• Наноплёнки — объекты, у которых один характеристический размер находится в диапазоне до 100 нм.

С другой стороны, объектом НТ могут быть и макроскопические объекты, атомарная или молекулярная структура которых создаётся благодаря контролируемому запрограммированному распределению микрочастиц на уровне отдельных атомов или молекул.

На практике НТ — это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров. Однако сейчас нанотехнология находится в стадии интенсивного развития, и основные открытия, предсказываемые в этой области, ужé претворяются в жизнь. Проводимые исследования ужé дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.

При работе с объектами атомарно-молекулярнго уровня сильно проявляются квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных взаимодействий, такие как Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. НТ и, в особенности, молекулярная технология — относительно новые области, которые интенсивно развиваются. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств, приближаясь к величинам, на которых проявляются нано-эффекты. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, но при этом экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

История

Файл:Kubok Likurga +.JPG

Кубок Ликурга,IV век

Ещё в самых древних технологических процессах человечеством были освоены некоторые приёмы управления свойствами веществ, позволяющие использовать специфические свойства микро- и наноструктур, хотя, разумеется, на основе знаний того времени должного понимания механизмов этих процессов было невозможно. Так, древние римляне применяли сверхмалые частицы золота или серебра для придания различным стеклянным изделиям специфическую окраску. Например древний кубок (см. рис.1) имеет рубиновую окраску благодаря наночастицам коллоидного золота. Эффект достигнут за счёт введения в материал коллоидного золота, что придаёт стеклу благородный цвет рубина. Заметим, что полученный эффект нельзя отнести к осознанному управлению наночастицами. Этот процесс стеклодувы разработали эмпирически, развитием опыта, полученного в результате многовековой практики. То же самое относится к коллоидным с системам с частицами менее микрона (лекарственные препараты, красители и т. д.). Только к середине ХХ века появились объективные научные сведения относительно особых свойств весьма мелких частиц вещества, отличными от свойств тех же веществ, взятых в относительно больших количествах (макроразмеры).

Истинным первооткрывателем идеи создания нанотехнологий, впервые применившим понятия НТ был знаменитый физик Ричард Фейнман в докладе, который сделал доклад в американском Физическом Обществе, на встрече в Caltech 29 декабря 1959 года. Фейнман описал процесс, который способен управлять индивидуальными атомами и молекулами, который мог быть развит, используя один из наборов точных инструментов для создания другого набора с меньшими размерами и так далее — для управления другими пропорционально меньшими частицами. В ходе доклада Фейнман отметил, что в оценке задачи появления эффекта изменения величин различных физических состояний существует опасность НТ в вопросах влияния поверхностной напряженности создаваемых веществ и др.

Тем не менее, датой появления термина «нанотехнология» считают 1974 год, от заявления профессора университета Науки Токио Норайо Танигачи.

Нанотехнология главным образом состоит из обработки, разделения, консолидации и деформации материалов одним атомом или одной молекулой.

В 1980-ых годах основная идея этого определения исследовалась с намного большей глубиною доктором К. Эриком Дрекслером, который развил технологическое значение явлений нано-масштаба и устройств в своих устных выступлениях и в книгах: «Прибывающая Эра Нанотехнологии и Наносистем», «Молекулярные Машины», «Производство, и Вычисление». К этому времени уже появились новые материалы, микроскопическая структура которых определяла их существенно новые технологические свойства (керметы, ситаллы, композиционные материалы и композиционные покрытия, и др.). Однако началом эры нанотехнологии и нанонауки можно считать следующие события начала 1980-ых годов:

• рождение науки о нанопорошках;
• изобретение сканирующего туннельного микроскопа (STM).

Эти достижения, в частности, привели к открытию фуллеренов в 1986 году и углеродных нанотрубок несколько лет спустя. Затем были изучены синтез и свойства полупроводниковых нанокристаллов. Это приводило к быстрому прогрессу теоретических и прикладных исследований субмикроскопических частиц. Атомный силовой микроскоп был изобретен спустя шесть лет после того, как был создан STM.

В 2000 году была основана Национальная Инициатива Нанотехнологии Соединенных Штатов для координации тамошних общефедеральных научных исследований по нанотехнологии.

Появлению понятия «нанотехнология» предшествало много сценариев в области литературы, в мире фантастики и всевозможных СМИ. В последнее время параллеллно этому развивается мощная индустрия применения нанопроцессов в получении новых материалов. Различного рода гипотезы из мира фантастики становятся реальностью. Важно своевременно выйти из состояния мистики и переключиться на реальные действия. Как говорится, «пора перейти от простого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике». Получаемые первые выдающиеся результаты опровергают высказывания многих скептиков и фантазёров. Не случайно на развитие научно-технической базы нанотехнологий ведущие страны мирового сообщества выделяют огромные средства.

В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки НТ почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров — корпораций и фондов — пришлось примерно $6.6 млрд инвестиций, на долю государственных структур — около $3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объему капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых НТ на 126 % по сравнению с 2003 годом (общий объем инвестиций составил $4 млрд.), США — на 122 % ($3.4 млрд.). В настоящее время (2008 год) финансирование России на развитие нанотехнологий значительно увеличено, но по сравнению с уровнем США оно намного меньшее.

Образы нанотехнологии

Несколько иллюстраций из журнала Nano Letters

• Effects of Localized Electric Field on the Growth of Carbon Nanowalls. Yihong Wu and Bingjun Yang

• Biomimicry Patterning with Nanosphere Suspensions. Andrei P. Sommer and Ralf-Peter Franke

• Block-by-Block Growth of Single-Crystalline Si/SiGe Superlattice Nanowires. Yiying Wu, Rong Fan, and Peidong Yang

• ZnO Nanobridges and Nanonails. J. Y. Lao, J. Y. Huang, D. Z. Wang, and Z. F. Ren

• AFM Nanodissection Reveals Internal Structural Details of Single Collagen Fibrils. Chuck K. Wen and M. Cynthia Goh
  

Журнал Chemistry of Material

• Controlled Assembly of Nanoparticle-Containing Gold and Silica Microspheres and Silica/Gold Nanocomposite Spheroids with Complex Form. Alexander Kulak, Sean A. Davis, Erik Dujardin, and Stephen Mann ([1150x851)

Фундаментальные основы

Методы атомно-силовой микроскопии

Микроигла в консолях для сканирования в микроскопах

Осовным инструментм для работы в области микрочастиц на атомно-молекулярном уровне являются микроскопы. Исторически без микроскопа не возможно рассмотреть и познать микромир. Повышение разрешающей способности микроскопа и расширение знаний о элементарных частицах происходят одновременно. В настоящее время с помощью микроскопов: атомно-силового микроскопа (АСМ), cканирующего электронного микроскопа (СЭМ) можно не только увидеть отдельные атомы, но также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Учёным уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод. Например, в исследовательском центре компании IBM, последовательно перемещая атомы ксенонa на поверхности монокристалла никеля сотрудники смогли выложить три буквы логотипа компании, используя 35 атомов ксенона .

При выполнении указанных действий по перемещению, соединению или разъединению атомов или молекул возникает ряд технических трудностей. Для их преодоления, например, требуется создание условий сверхвысокого вакуума (10⁻¹¹ тор), необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур (4-10 К), поверхность подложки должна быть чистой и гладкой на атомарном уровне. Поэтому применяются специальные технологии её механико-химической обработки. С целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов производится охлаждение подложки.

Наночастицы

Применения наночастиц, покрытых биомолекулами, нужно сделать более биологически совместимыми с ними. en:Nanoparticle–biomolecule_conjugate

Наночастицы (англ. nanoparticle) — наночастицы — это частицы с размером между 1 и 100 нанометров. В нанотехнологии частицы определяются как небольшие объекты, которые ведут себя как единое целое, с учетом их транспортабельности и свойств. Частицы классифицируются в зависимости от диаметра. Сверхтонкие частицы такие же, как наночастицы, так и между размерами 1 и 100 нм. Крупные частицы покрывают диапазон от 2500 и 10 000 нанометров. Мелкие частицы имеют размер от 100 и 2500 нм.

В области исследований наночастиц в настоящее время — область интенсивного научного интереса из-за широкого спектра возможностей применения в медико-биологических, оптических и электронных полях.,,, В Национальных инициативах в области нанотехнологий привело к щедрым государственным финансированиям для исследования наночастиц особенно в Соединенных Штатах так и России (правда в меньших размерах).

Отличительная особенность новых материалов в прцессе применения нанотехнологий при их получении — это непредсказуемые получаемые физикотехническме характеристики, которые они приобретают. В связи с этим появляется возможность получения новых квантовых физикомеханических характеристик в веществах, у которых меняются обычные электронные структуры, что меняет обычную форму проявления в новых соединениях. Например, возможность уменьшения размера частицы не всегда поддаётся определению и замерам размеров элементарных частиц при помощи макро-микро измерений. Однако, это становится возможным, когда диапазон размеров наночастиц находится в зоне миллимикронов. Определенное количество физикомеханических свойств также изменяется с изменением размеров макроскопических элементов. В настоящее время новые необычные механические свойства наноматериалов — предмет исследования наномеханики. Особое место в нанотехнологиях получения новых веществ занимает применение катализаторов, влияющих на необычное поведение наноматериалов во взаимодействии с биоматериалами.

Частицы, размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют наночастицами. Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, получены прозрачные керамические материалы на основе нанопорошков размерами 2—28нм cо свойствами, лучшими, чем у крона (коэффициент преломления n=2,08 вместо n=1,52) и др. Получено взаимодействие искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также проявляет небывалые ранее важные свойства.

Нанообъекты делятся на 3 основных класса:

• трёхмерные частицы, получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок и т. д.;
• двумерные объекты — плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, CVD, ALD, методом ионного наслаивания и т. д.;
• одномерные объекты — вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т. д.

Также существуют нанокомпозиты — материалы, полученные введением наночастиц в какие либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, который применяется в электронике. В особенности следует отметить методы ионного и молекулярного наслаивания, поскольку с их помощью возможно создание реальных покрытий-плёнок (CVD, ALD) в виде монослоёв.

Самоорганизация наночастиц

Двойная спираль ДНК

Важнейшая задач, стоящая перед нанотехнологией — как заставить молекулы или атомы группироваться определенным способом, самоорганизовываться, саморемонтироваться чтобы в итоге получить новые материалы или устройства, выполняющие заданную функцию в определённом молекулярном окружении. Этой проблемой занимается раздел химии — супрамолекулярная химия. Она изучает не отдельные молекулы, а взаимодействия между молекулами, которые, организовываясь определенным способом, могут дать новые вещества. Возлагается надежда на то, что природа действительно имеет подобные системы и в ней осуществляются подобные процессы. Так, известны биополимеры, способные организовываться в особые структуры. Один из примеров — белки, которые не только могут сворачиваться в глобулярную форму, но и образовывать комплексы — структуры, включающие несколько молекул протеинов (белков). Уже сейчас существует метод синтеза, использующий специфические свойства молекулы ДНК. Берется комплементарная ДНК, к одному из концов подсоединяется молекула А или Б. Имеем 2 вещества: ----А и ----Б, где ---- — условное изображение одинарной молекулы ДНК. Теперь, если смешать эти 2 вещества, между двумя одинарными цепочками ДНК образуются водородные связи, которые притянут молекулы А и Б друг к другу. Условно изобразим полученное соединение: ====АБ. Молекула ДНК может быть легко удалена после окончания процесса.

Атомно-молекулярная нанотехнология

Наноединица сервисного тумана

Молекулярная НТ, иногда называемая молекулярным производством, рассмативает вопросы проектирования наносистем (машин), работающих и управляющих наночастицами на атомно-молекулярном уровне. Это особенно важно для создания машин, способных производить другие машины, позволяющие воспроизводить нужную последующую систему, более приспособленную к новым требованиям. Производство должно размежеваться от обычных технологий, например, изготовления углеродных наноматериалов типа фуллеренов и др.

Проблема образования агломератов

Применение наночастиц и наноматериалов становятся во многих отраслях производства (керамика, металлургия) всё более эффективным. В настоящее время исследование наноматериалов стало одним из главных направлений работы многих научных коллективов.

Частицы малых размеров (атомы, молекулы и наночастицы, с размероми несколько нанометров, обладают склонностью к агрегации и слипанию, что мешает их использованию. Они часто образуют агломераты под действием сил поверхностного натяжения, электростатического взаимодействия (электризация). Возможный путь решения проблемы — использование веществ—дисперсантов, таких как цитрат аммония (водный раствор), имидазолин, олеиновый спирт (нерастворимых в воде). Их можно добавлять в среду, содержащую наночастицы. Подробнее см. "Organic Additives And Ceramic Processing, «, D. J. Shanefield, Kluwer Academic Publ., Boston (англ.).

Текущие вопросы исследований

Наноматериалы

В плане первоочередных задач разработок являются исследования в области наночастиц, имеющих уникальные свойства и соизмеримы при помощи достигнутых средств измерения:

• Интерфейс и коллоидная наука — ветвь химии, имеющей дело с коллоидами, гетерогенными системами, состоящих из механической смеси микрочастиц в интервале 1 нм — 1000 нм (интервал наночастиц 1 нм — 100 нм), расспределённых в непрерывной среде.

Интерфейс и коллоидная наука имеет свои напрвления в химической промышленности, фармацевтических препаратах, биотехнологии, керамике, полезных ископаемых, нанотехнологии, а также в других областях.

Характер будущих исследований

Цель будущих исследований

Целью будущих исследований — стремление создания меньших компонентов и их объединение в более сложные соединения. Нанотехнология, например, ДНК использует специфику растяжения «мышц» Уотсона, чтобы строить чёткие структуры из ДНК и других нуклеиновых кислот. Подходы начиная от классического химического синтеза к стремлению проектирования молекулы с чёткой формой (например, пептид решают много сложнейших проблем.

Если более шире, то в молекулярной технологии стремятся использовать понятия надмолекулярной химии, и молекулярного саморегулирования. Например, необходимо заставлять компоненты единственной молекулы автоматически встраиваться в определённом полезном сосочетании наночастиц объекта.

Переход от большего к меньшему

Файл:Svercu vnis snisu vverch.JPG

Рис.2,Получение размеров биологических наноструктур сверху-вниз и снизу-вверх

Из приведенного выше определения НТ не является совершенно новым явлением. Наночастицы известны давно и ими, например, занимаются специалисты коллоидной химии. Но более научнообоснованные и точные определения не возможны без доступа ко всем компонентам наночастиц. И рассматривать вопросы наномолекулярного синтеза следут производить в направлении вектора развития НТ „снизу-вверх“, когда нанообразования создавались бы на базе синтеза атомов или молекул в более крупные и сложные структуры. При этом сохраняя данный подход и развивая в дальнейшем нанотехнологию принимается принцип, объединяющий разные методики нанотехнологий, с ограничением и сакращением различных характкристик с вектором развития НТ „сверху-вниз“ — принцип уменьшения размеров от макро через микро до наноразмеров. Когда стремишься создать меньшие устройства при использовании больших, чтобы их использовать в нужных решениях. На приере (см. Рис.2) показаны типичные размеры нанобилогических объектов, создаваемые по принципам: „сверху-вниз“ и „снизу-вверх“.

Много технологий начиная от обычных методов применения кремния как твердого тела в настоящее время при изготовлении микропроцессоров теперь способны выполнять функции, присущие элементам меньших чем 100 нанометров, благодаря новым нанотехнологиям. Гигантские накопители на жестких дисках на основе магнитосопротивления уже заменяются мологабиритными устройствами и при изготовлении и работе используются нанотехнологии от большего к меньшему с использованием метода смещение атомного слоя (ALD). Питер Грзаджк 0кснберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по Физике за открытия Гигантского магнитосопротивления и вкладов в область спинтронники в 2007 году.

Методы твердого тела могут также использоваться при создании устройств, известные как nanoelectromechanical системы или NEMS, которые связаны с микроэлектромеханическими системами или MEMS.

Субмикронная литография

‎Разрешение современных атомных силовых микроскопов позволяют внести химикат на поверхность в желательном образце в процессе, названном Субмикронная литография Ручки падения (ТВЕРДОСТЬ ПО ВИККЕРСУ)(то есть техника литографии исследования просмотра, где используется атомный наконечник микроскопа силы, чтобы передать молекулы поверхности через растворитель мениск. Эта техника позволяет копирование поверхности с размерами в до 100 нм). Это сочетается с нарастаюшим большим внедрением субмикронной литографии. Например, сосредоточенные лучи иона могут непосредственно удалить материал, или внести материал, когда подходящий предшественник газ применен одновременно. Например, эта техника используется для создания 100 разновидностей нитрометана — материала для анализа в микроскопии взаимодейстаия электрона.

Достижения нанотехнологии в настящее время

Наноматериалы

Это устройство передачи энергии от nano-тонких слоев квантовых колодцев к нанокристаллам выше них, заставляя нанокристаллы испустить видимый свет.

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

• Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графитовых плоскостей гексагональной структуры (графенов) и заканчиваются обычно полусферической головкой.
• Фуллерены — углеродные сструктуры, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит). Представляют собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

• Графен — монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как датчик молекул (NO₂), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре. Как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, графен может стать перспективным материалом, который заменит кремний в интегральных микросхемах.

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

Наномедицина и химическая промышленность

Направление в современной медицине основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне, создания новых лекарственных средств.

• ДНК — используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур.
• Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды).

Компьютеры, микроскопы и микроэлектроника

• Центральные процессоры — 15 октября 2007 года компания Intel заявила о разработке нового прототипа процессора, содержащего наименьший структурный элемент размерами примерно 45 нм. В дальнейшем компания намерена достичь размеров структурных элементов до 5 нм. Основной конкурент Intel, компания AMD, также давно использует для производства своих процессоров НТ процессы, разработанные совместно с компанией IBM. Характерным отличием от разработок Intel является применение дополнительного изолирующего слоя SOI, препятствующего утечке тока за счет дополнительной изоляции структур, формирующих транзистор. Уже существуют рабочие образцы процессоров с транзисторами размером 45 нм и опытные образцы на 32 нм.

• Жесткие диски — в 2007 году Питер Грюнберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике за открытие GMR-эффекта, позволяющего производить запись данных на жестких дисках с атомарной плотностью информации.
• Оптический сканирующий зондовый микроскоп.
• Атомно-силовой микроскоп — Сканирующий электронный микроскоп — Флюоресцентный наноскоп.
  • Атомно-силовой микроскоп — микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. Обычно под взаимодействием понимается притяжение или отталкивание кантилевера от поверхности из-за сил Ван-дер Ваальса. Но при использованиии специальных кантилеверов можно изучать электрические и магнитные свойства поверхности. В отличие от сканирующего туннельного микроскопа cканирующий атомно-силовой микроскоп, может исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности даже через слой жидкости, что позволяет работать с органическими молекулами (ДНК). Пространственное разрешение атомно-силового микроскопа зависит от размера кантилевера и кривизны его острия. Разрешение достигает атомарного по горизонтали и существенно превышает его по вертикали. Сканирующий атомно-силовой микроскоп применяется для фотографированя профиля поверхности и для изменения её рельефа, а также для манипулирования: перемещения, добавления, удаления микроэлементов (атомов и молекул) на поверхности объекта.
  • Сканирующий электронный микроскоп — (СЭМ) — микроскоп, отличающиийся возможностью получать сильно увеличенное изображение объектов, используя для их освещения электроны.Электрон обладая свойствами не только частицы, но и волны, позволяет использовать, как опорное электронное излучение в микроскопии. Длина волны электронного излучения зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V — разность потенциалов, проходимая электроном, e — заряд электрона. Длины волн электронного излучения при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет разрешение порядка 0,1 нанометра.
  • Флюоресцентный наноскоп — (микроскоп) (греч. μικρός — маленький и σκοπέω — смотрю) — лабораторная оптическая система для получения увеличенных изображений малых объектов с целью рассмотрения, изучения и применения на практике с разрешающей способностью 10-30 нм, использующий эффект флюоресцентии — свечения покрашенных микроэлементов под действием лазерного облучения живых клеток организма и микроэлементов с выдачей оцифрованных цветных стереизображений 3D на экране монитора.
• Антенна-осциллятор — 9 февраля 2005 года в лаборатории Бостонского университета была получена антенна-осциллятор размерами порядка 1 мкм. Это устройство насчитывает 5000 миллионов атомов и способно осциллировать с частотой 1,49 гигагерц, что позволяет передавать с ее помощью огромные объемы информации.
• Плазмоны — коллективные колебания свободных электронов в металле. Характерной особенностью возбуждения плазмонов можно считать так называемый плазмонный резонанс, впервые предсказанный Ми в начале XX века. Длина волны плазмонного резонанса, например, для сферической частицы серебра диаметром 50 нм составляет примерно 400 нм, что указывает на возможность регистрации наночастиц далеко за границами дифракционного предела (длина волны излучения много больше размеров частицы). В начале 2000-го года, благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии — наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазмонных колебаний.

Робототехника

• Молекулярные роторы — синтетические наноразмерные двигатели, способные генерировать крутящий момент при приложении к ним достаточного количества энергии.

• Нанороботы(на данный момент (2009) фантастика) — роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге „Машины создания“ американский учёный Эрик Дрекслер.

• Молекулярные пропеллеры — наноразмерные молекулы в форме винта, способные совершать вращательные движения благодаря своей специальной форме, аналогичной форме макроскопического винта.

• С 2006 года в рамках проекта RoboCup (по футболу среди роботов) появилась номинация „Nanogram Competition“, в которой игровое поле представляет из себя квадрат со стороной 2.5 мм. Максимальный размер игрока ограничен 300 мкм.

Концептуальные устройства

• Nokia Morph — проект сотового телефона будущего, созданный совместно научно-исследовательским подразделением Nokia и Кембриджским университетом на основе использования нанотехнологических материалов.

Востребованность и значение нанотехнологии

На 21 августа, 2008, согласно проекту на новые НТ оценивается более чем в 800 идентифицированных изготовителями нанотехнологических продуктов, которые достижими с новыми качествами, удивляющими рынок в темпе 3-4 новых вида нанопродукто в неделю. Большинство заявок ограничено использованием первого поколения пассивных наноматериалов, которые включют:

• диоксид титана в солнцезащитный крем;
• косметику и немного продовольственных продуктов;
• углерод allotropes имел обыкновение производить ленту геккона;
• серебро в упаковке пищи, одежде, дезинфицирующих средствах и бытовой технике;
• цинковая окись в солнцезащитных кремах и косметике, поверхностных покрытиях, красках и наружных лаков мебели; и др.

Дальнейшие заявки, которые требуют соглосования и договоренности о видах компонентов. Их ждут далльнейшие исследования.

Например, следует назвать полученный продукт как Нано-мембраны, которые являются портативными и легко-очищаемыми системами, очищающие, детоксифицирующие и опресняющие воду. Это означает, что страны третьего мира смогли получить чистую воду, решая много связанных с водой проблем здоровья (цитата необходимая).

Или нанотехнология в оптике, когда наносреда из электромагнитно-двойных пар золотых точек в линзах вызывает новый эффект прохождения электромагнитных волн, например, в нанооптике.

Нанооптика

Эффект взамодействия «видимых» электромагнитных волн

Наносреда из электромагнитно-двойных пар золотых точек

В наносозданной среде получен эффект взамодействия электромагнитных волн с сильным магнитным ответом в зоне видимого спектра электромагнитных волн („видимых-легких частот“), включая полосу с отрицательным магнетизмом. Среда сделана из электромагнитночувствительных двойных пар золотых точек с геометрией и симметрией, тщательно разработанной на нанометрическом уровне. Возникающий магнитный ответ получен в зоне частот 600—700 ТГц (10¹² Гц), в диапазоне зелёный — часть фиолетового цветов получается благодаря возбуждению антисимметричного плазменного резонанса. Высокочастотная проходимость проявляет себя качественно с новым эффектом оптического взаимодействия в данных условиях применения нанотехнологий. Это впервые показывает возможность применения электромагнетизма в зоне видимых частот и прокладывает путь в видимой оптике для получения оптической системы с лучшими показателями преломления, прозрачности к определённым лучам света.

Оптика преломления ренгеновских лучей

Линза из кремния для преломления Х-лучей

Рентгеновская оптика преломления — оптика, отличаются новыми свойствами и характкристиками, обеспечивающая преломление и фокусировку Х-лучей аналогично тонким линзам на базе преломляющих линз, фокусирующих оптических элементов, на базе киноформных преломляющих профилей и оптических элементов призм, полученных из кремния на базе применения новых нанопоршковых материалов.

Прогнозы и цифры развития НТ

Обзор прогнозов и цифр развития НТ
Объём продаж на мировом рынке (год)	Вид продукта	Источник информации
493 млн долларов США (2000) 900 млн долларов США (2005)	Неорганические наночвстицы и порошки (SiO2,TiO2,металлы, и т. д.)	1)-BCC (2002)
40 млрд.долларов США (2002)	Синтетические наночастицы как полуфабрикаты	2)-BASF (2002)
23 млрд.долларов США (2003) 73 млрд.долларов США (2003)	Наноматериалы Инструменты:компоненты нанотехнологии	3)-Deutsche Bank (2003)
54 млрд евро (2001) 100 млрд евро (2005)	НТ продукты (по убывающей): наноматериалы, нанослои, наноаналитические препараты, сверхточеая обработкаповерхности, латеральные наноструктуры	4)-VDI, 5)-DG Bank(2001)
66 млрд долларов США (2005) 148 млрд долларов США (2005)	НТ продукты	Mitsubishi Research Institute 6)-(2002)
до 200 млрд евро (2005)	НТ продукты	Sal. Oppenheim 7)-(2001)
225 млрд долларов США (2005) 700 млрд долларов США (2008)	НТ продукты	NanoBusiness Alliance 8)(2001)
1 триллион долларов США (2015)	НТ продукты вообще	8)NSF (2001)

Нанотехнология и общество

Прогресс и быстрое развитие в области нанотехнологий вызвал определенный общественный резонанс.

Отношение общества к нанотехнологиям изучалось ВЦИОМ и европейской службой «Евробарометр».

Ряд исследователей указывают на то, что негативное отношение к нанотехнологии у неспециалистов может быть связано с религиозностью, а также из-за опасений связанных с токсичностью наноматериалов.

Мировое сообщества и развитие нанотехнологий

C 2005 года функционирует организованная CRN международная рабочая группа, изучающая социальные последствия развития нанотехнологий.

В октябре 2006 года Международным Советом по нанотехнологиям выпущена обзорная статья, в которой говорилось о необходимости ограничения распространения информации по нанотехнологическим исследованиям в целях безопасности.

Организация «Гринпис» требует полного запрета исследований в области нанотехнологий.

Тема последствий развития нанотехнологий становится объектом философских исследований. Так, о перспективах развития нанотехнологий говорилось на прошедшей в 2007 году международной футурологической конференции Transvision, организованной WTA.

В 2007 г. инвестиции на развитие НТ в мире составили 13,5 млрд. долларов, около 36% из них сделаны в США; инвестиции в Юго-восточном регионе (Япония, Корея, Китай, Индия) - около 33%; инвестиции в Евросоюзе - около 28%.

Российское общество и развитие нанотехнологий

26 апреля 2007 года Президент России Владимир Путин в послании Федеральному Собранию назвал нанотехнологии «наиболее приоритетным направлением развития науки и техники».

По его мнению, для большинства россиян нанотехнологии сегодня — «некая абстракция вроде атомной энергии в 30-е годы». Приставка «нано-», по мнению первого вице-премьера Сергея Иванова, все чаще используется «ушлыми торговцами» в рекламных целях . О риске использования «популярной» терминологии для получения дополнительных финансовых средств некоторыми компаниями также говорил мининстр образования и науки А. Фурсенко .

О необходимости развития нанотехнологий заявляет ряд российских общественных организаций.

По сообщениям СМИ, представители Российского трансгуманистического движения акцентировали внимание на развитии нанотехнологического производства на круглом столе «Влияние науки на политическую ситуацию в России. Взгляд в будущее», состоявшегося 21 марта 2007 года в Государственной Думе РФ.

8 октября 2008 года было создано «Нанотехнологическое общество России», в задачи которого входит «просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны»

Нанотехнологии активно внедряются в быт простых россиян

Федеральным законом РФ № 139-ФЗ от 19 июля 2007 года «для реализации государственной политики в сфере НТ, развития инновационной инфраструктуры в сфере НТ, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии» была учреждена «Российская корпорация нанотехнологий». В 2007 году правительство России выделило на деятельность этой корпорации 130 млрд рублей.

Одновременно НТ активно используются для политического PR, как оправдание выделения громадных бюджетных средств на невнятные цели. Проводятся параллели между советским атомным и российским НТ проектами. Обоснованность этих параллелей вызывает серьёзные сомнения.

Тем не менее в настоящее время в России отмечается всё возрастающее внимаие НТ и вопросам НТ придают большое значение в развитии академических дисциплин и программам образования, но только на уровне понимания.

Национальная безопасность

В настоящее время нанотехнологию (НТ) представляют русскому народу как дикарям, не способным и не имеющим право задавать вопросы:

• Каким образом НТ может быть использована против русского народа?
• То что, сейчас называется "нанотехнология" является действительно нанотехнологией, или это "квази-нанотехнология" - средство нейтрализации и кретинизации потенциала России в области технологий?
• Почему во главе НТ поставлен еврей А.Чубайс - который причастен к массовому геноциду предпринимателького класса России (по некоторым оценкам уничтожено порядка 100 тыс. русских предпринимателй), ограбления накоплений русского народа в Сбербанке, наличности, раздаче экономики СССР гражданам еврейской национальности и т.д.?
• Какой этап НТ сейчас:
  • Могущественными игроками международного масштаба определены рамки и правила игры заведомо проигрышные для России;

В кругах Запада, держащих в тайне знание, зорко следят за тем, как образуются определенные вещи, приводящие при любох обстоятельствах к господству Запада над Востоком. Люди могут сегодня в своем сознании держать все, что им захочется, но в мире есть стремление основать касту господ на Западе и хозяйственную касту рабов на Востоке, который начинается от Рейна и простирается далеее в Азию. "Энциклопедии духовной науки. Опыт энциклопедического изложения духовной науки Рудольфа Штайнера." Составитель Г.А. Бондарев в двух томах. Москва 2000 [4:1265]

• Запреты
  • Исключены ли полностью из НТ и поставлены под запрет все радикальные энергетические технологии?
  • Исключены ли полностью и поставлены под запрет все концепции витализма?
  • Будет ли введена в оборот молекулярная философия Н.Н. Страхова?
  • Будут ли публиковаться в России фундаментальные труды по НТ? (Сравни: Wiley)
  • Будут ли введены в научный оборот рассовые данные полученные НТ?
  • Какая политика НТ реализуется в отношении русского генофонда - полное уничтожение и растворение другими рассами?
    
• Ликвидации
  • Возможен ли сейчас в России крупный научный лидер - или же он будет моментально уничтожен?
    • Юрий Анатольевич Овчинников
    • Борис Василиевич Баталов
    • биопроцессор
    • Ликвидация учёных

• • Какие были нано-био-войны и какие русские ученые были ликвидированы, для полного подавления НТ в России (см. ликвидация ученых)?
  • Смысл нанотехнологии - новая эра человечества, будут преобразованы материальные основы бытия человека: биология, предметный мир. Неимоверно возрастут объемы и потоки информации. А какая русская информация будет в наносистемах: Русская статья? (см. База знаний)
    
• Является ли нанотехнология исключительно попыткой продолжения жизни чубайсовских миллиардеров? (повторение попыток продолжения жизни руководителей террора и геноцида русского народа после 1917 г) (см. Словарь Томберга. Кристаллизация) Тут не должно быть сомнений о единой связи: ритуальное убийство Андрюши Ющинского, ликвидации русских кадров Андроповым, форсирование Андроповым Чубайса, лобирование партией Чубайса (СПС) педофилии, связи СПС с трансплантологией, технологии вампиризма/людоедства под маркой "нанотехнологиии", высокой положение Чубайса в black nobility.

Русские визионеры нанотехнологии

Думается, что в России придёт время, когда как в известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» (1881 год) повторится 1881 год:

	Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал
Н. Лесков «Левша»

. Микроскопопы такие уже сделаны и что всё же появятся в России новые «Левши», но не с разговорами, а кропотливыми делами.

См. также

• Наночастицы
• Наномедицина
• Нанокристалл
• Нанопорошковые керамические материалы
• Прозрачные керамические материалы
• Керамика
• Адсорбция
• Нанотехнологии в политике
• Нанодесу
• холодный термоядерный синтез
• Эксперимент
• Нанометрология
• Нанотехнология и нанометрология
• Персональная нанофабрика
• Машина творения

Примечания

• Научно-образовательный центр "Наноматериалы и нанотехнологии" ФГБОУ ВПО МГСУ
• Эволюция технологий или новая история времени. Что за нанорубежом? В. Ф. Дорфман Классический текст 1990 г. на уровне Фейнмана и Дрекслера.
• ИИ_НАНО Проеки «Искусственный интеллект и нанотехнология контексте Русской Идеи».
• Нанотехнологии на сайте polit.ru
• Механическая рука вплотную приблизилась к квантовому пределу
• Наногенераторы будут вырабатывать ток из крови
• Полное представление о нанотехнологии можно получить из каталога издательства Wiley
• нанотрубки запомнят биты на миллиард лет