От рубил до нанороботов. Мир на пути к эпохе самоуправляемых систем (История технологий и описание их будущего).
Глава 10. Нанотехнологии – путь к овладению микромиром
10.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАПРАВЛЕНИЯ
Определение и параметры. Хотя представления о нанотехнологиях появились сравнительно недавно, человечество активно их использует уже с давних пор. Свойства многих материалов, изготавливаемых в древности, таких как различные эмали, красящие материалы, дамасская сталь и т. п., теперь объясняют особенностью их наночастиц. Что такое нанотехнологии и какую роль они сыграют в грядущей кибернетической революции?
Нанотехнологии – широкое понятие, которое весьма условно можно определить как междисциплинарную область фундаментальной и прикладной науки и основанного на ней производства, разрабатывающую теорию и практические методы исследования, анализа и синтеза, а также производства наноматериалов путем контролируемого манипулирования атомами и молекулами. В отличие от химических реакций, в которых используется одновременно громадное количество частиц, в наноисследованиях работа ведется со сравнительно небольшим их количеством, вплоть до использования отдельных частиц. Из-за обширности понятия нанотехнологий возникает проблема не только их определения, но и классификации нанопродукции, для уточнения которой в Еврокомиссии даже была создана специальная группа.
Сейчас в техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее (ISO 2005):
– знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм в одном или более измерениях;
– использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.
Таким образом, главное в нанотехнологиях – использование частиц не больше определенного размера (до 100 нанометров в одном измерении; один нанометр равен одной миллиардной доле метра, или 10–9 м).
Почему популярность получили именно наночастицы? Оказалось, что на этом уровне ярко проявляется фундаментальное свойство материи – реализация в различных ее системах часто диаметрально противоположных свойств. Например, на макроуровне золото является проводником, а на наноуровне – изолятором. Частицы некоторых материалов размерами от 1 до 100 нанометров проявляют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства, другие материалы демонстрируют удивительные оптические свойства. На наноуровне изменяется отношение поверхности к объему, меняются свойства материи. В природе существуют наносистемы, например белки и нуклеиновые кислоты, которые способны организовываться в особые структуры, приобретая при этом новые сложные свойства.
