Наноматериалы: на грани фантастики. Страница 1 из 5

То далекое время, когда наши предки додумались использовать простые предметы для добычи пропитания, стало Большим взрывом в развитии технологий. Сперва люди использовали «готовые» инструменты вроде палок и камней. Затем они научились превращать их во что-то более пригодное к применению. Потом научились выплавлять бронзу, а еще чуть позже стало ясно, что и она не идеальна. Начали использовать железо… С тех пор человечество открыло неисчислимое количество различных материалов, обладающих самыми разнообразными свойствами. Сегодня материаловедение переживает второе рождение: ученые разрабатывают собственные материалы в соответствии с желаемыми характеристиками.





Нанотехнологии
Пожалуй, все хотя бы раз в неделю слышат это слово. У широкой публики оно уже давно ассоциируется с чем-то средним между передовой наукой, волшебством и шарлатанством, а ученые продолжают добавлять магическую приставку «нано» с целью получить солидный грант. Давайте разберемся, что же представляют собой нанотехнологии и что они могут нам предложить в ближайшем и отдаленном будущем.



Прежде всего, нанометр (нм) — это одна миллиардная часть метра. Несколько фактов, чтобы ощутить масштаб: щетина растет со скоростью 5 нм в секунду, диаметр двойной спирали ДНК составляет примерно 2 нм, а толщина человеческого волоса — от 20 до 150 тысяч нм в зависимости от цвета. В то же время диаметр атома гелия — 0,1 нм. Таким образом, нанотехнологии подразумевают под собой создание и манипулирование многоатомными структурами, размеры которых хотя бы в одном измерении (длина, ширина или толщина) не превышают 100 нм.
Дело в том, что свойства вещества, состоящего из таких частиц, значительно отличаются от того же вещества в более привычном для нас (компактном) виде. С приближением к атомарному масштабу сильно возрастает удельная поверхность материалов (суммарная площадь поверхности, деленная на массу). Сильно возрастает роль квантово-механических эффектов. Зачастую именно они определяют новые удивительные и часто неожиданные свойства наноструктурированных материалов.
Для примера: в наноразмере существенно возрастает способность веществ вступать в химические реакции. В повседневной жизни алюминий — инертный металл, в фольге из которого можно спокойно запекать мясо в духовке. А вот наночастицы алюминия добавляют в качестве катализатора к твердому ракетному топливу, что сильно увеличивает его тепловыделение и эффективность.
Также значительно изменяются оптические свойства веществ. Например, ничем не примечательный в макромире полупроводник — селенид кадмия — в наномасштабе флуоресцирует всеми цветами радуги, причем цвет зависит лишь от диаметра частиц. Это свойство флуоресцентных наночастиц (так называемых квантовых точек) уже давно используется в лазерах и биологии, а также имеет хорошие шансы найти применение в производстве гибких цветных дисплеев и в медицинской диагностике.

  • 500
  • 04/07/2015


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое