Как появились нанотехнологии?

Немного истории

Нанотехнологии появились не сиюминутно. Их использовали еще во времена Древнего Египта для «раскрашивания» стекла.
Известный кубок Ликурга (около IV в. н. э.) меняет свой цвет в зависимости от освещения от зелено-желтого до вишневого. Происходит это благодаря серебряным и золотым частицам размеров 50-100 нанометров.

Много позже люди также использовали наночастицы в работе с красками для стекол и росписи. Основной причиной манипуляций с такими материалами была долговечность и стойкость красящих веществ. Известная коллоидная химия, развитие которой пришлось на середину XIX века, тоже являлась работой с наноматериалами.

XX век для наночастиц был связан с новым подходом к науке: большие части раздроблялись на мелкие (top-down – англ. «сверху вниз»). Колоссальное влияние на работу наноуровня оказала лекция Ричарда Фейнмана «Там, внизу, еще полно места» в 1959 году. Именно на ней была озвучена суть такого подхода и преимущество работы с наночастицами при создании физических объектов.
С изобретением зондовых микроскопов ученые стали проводить операции с кластерами металлов. Создалась приборная база и оформилось само понятие «нанотехнологии».
Обращаясь к термину, заметим, что нанотехнологии — это манипуляции с новейшими материалами. Открытые в свое время аллотропные формы углерода также оказали сильное влияние на науку.

Проблема однородности

На данный момент уже существуют телевизоры с подсветкой на квантовых точках, называющихся нанокристаллами. Их свечение полностью зависит от тока. Такие квантовые точки являются прекрасной иллюстрацией нанотехнологий, получивших широкое распространение и дошедших до коммерциализации. Впервые они были открыты в 1982 году, но активно ими стали заниматься лишь десять-пятнадцать лет спустя. Стабильный коммерческий продукт появился спустя тридцать лет.

Затем специалисты стали заниматься материалами с памятью формы, различного вида сенсорами. Эта ниша весьма популярна сейчас на рынке, но все изобретения «доходят» до коммерческого продукта в течение пяти-десяти лет. Почему же процесс разработки продукта настолько долог?
Дело в том, что в манипуляциях на наноуровне одну из трудностей в работе представляет обеспечение повторяемости величин и форм структур. Так, один из проектов, связанный с работой на наноуровне, заключался в создании целого ряда вертикально ориентированных нанотрубок. Позже планировалось их использовать в создании плоского дисплея. Однако до сих пор проект остался не воплощенным в жизнь из-за трудоемкости работы. Создать даже две одинаковые вертикально ориентированные нанотрубки весьма сложно, поэтому о создании целого «леса» не приходится даже и говорить. К тому же, ряды нанотрубок должны быть одинаковые по высоте для уравнения напряженности. Но и это выполнить невозможно. В связи с неоднородностью напряженности кончики нанотрубки деградируют и нарушается работа прибора. Современные дисплеи созданы на квантовых точках, так как выполнять их получается лучше.

В разрешении этой проблемы существует и другой подход — выполнить такой прибор, в котором его итоговая макроразмерность нивелирует составные наночастицы. Для эффективной работы вместо «леса» продуктивнее будет создать сетку из нанотрубок и наностержней. Учитывая большой размер итогового прибора, размер самой сетки будет ничтожно мал и однороден.

Материал из отдельных атомов

Кроме подхода «от большего к меньшему» существует и подход «от меньшего к большему», именующийся bottom-up (англ. «снизу вверх»). Иллюстрацией такого подхода, например, является возможность создать материал поатомно, задавая конкретные свойства. В рамках одного продукта свойства в нужных местах могли бы быть разными, при этом сам продукт оставался бы единым.
Также возможно выработать композиционный материал на уровне отдельных атомов. Такой продукт обладал бы новыми, не доступными на данный момент, свойствами. Так, появилась бы возможность создать пиксели малой величины с зазором минимального размера между ними, что позволило бы выполнить дисплей сверхвысокого разрешения. Такие изобретения стали бы весьма актуальны в космической промышленности для создания материалов, стойких к радиации. На данный момент специалисты постепенно приближаются к достижению этой цели, уже сейчас создавая чипы величиной семь нанометров.

#ADVERTISING_INSERT#