Де і як застосовуються нанотехнології

«Від розміру частинок ліків залежить, наскільки добре вони проникатимуть через стінку судини та осідатимуть в органі-мішені. Оптимальний розмір – не менше 50 і не більше 100 нанометрів», – розповідає Оксана. Уявити частку такої величини для неї не проблема. Вона підраховує нанометри з тією ж легкістю, якою учасник золотої сотні Forbes підраховує свої мільйони. Для звичайної людини що мільярд доларів, що мільярд сто мільйонів - те саме, він не оперує такими сумами на практиці. А мільярдер відчуває різницю буквально шкірою. Так само і з нанометрами. У місто, яке за красу місцевих каналів називають португальською Венецією, Оксана Рибченко їздила не лише послухати, що розповідають інші вчені, а й представляла свою роботу з непростою назвою «Нанокристалізація аморфного сплаву Fe80B20 методом крутіння під високим тиском». Сама вона регулярно спускається у світ нано, щоб подивитися на результати своєї роботи.

Від металевого зразка, який щойно побував у спеціальній установці під страшним тиском та навантаженням, відокремлюються триміліметрові «млинці» завтовшки всього два десятки мікрометрів. Оксана переносить «млинець» на прилад розміром з великий стіл, що стоїть у кутку лабораторії. Усередині нього розташовуються іонні гармати, які вистрілюють з двох сторін на зразок аргонну плазму, яка шар за шаром забирає атоми зі зразка доти, доки не пропалюють у ньому. дірку.

Краї дірки – саме те, що зараз найбільше цікавить кандидата фізико-математичних наук. Матеріал цього краєчкунеправдоподібно тонкий – буквально лічені нанометри. Саме стільки і потрібно, щоб просвітити матеріал на електронному мікроскопі.

«Бачите ці структури? - Оксана показує мені фотографію, що нагадує розсипаний по темній підлозі світлий горох та ще й не дуже різко знятий. - Це наші нанокристали. Їх розмір – 5-10 нанометрів». У 10 разів менше вірусу грипу, прикидаю я, освоївшись із розмірами.

«Національна нанотехнологічна ініціатива», бюджет якої цього року сягнув 1,7 млрд. доларів. Ще однією країною – лідером у сфері нано вважається Німеччина. Україна, нагортаючи втрачене в 90-ті, намагається наздогнати «велику трійку». Оксана розповідає, що поява цих нанокристалів (а виникають вони в аморфних матеріалах, з якими працює Оксана, при великих тисках та деформаціях) різко змінює властивість матеріалу. Сплави алюмінію набувають міцності сталі, зберігаючи у своїй свою легкість. А сплави заліза, ще один предмет досліджень сильно змінюють свої магнітні властивості. Це перетворення може бути дуже корисним практично.

Нобелівську премію з фізики минулого року дали німцю Петеру Грюнбергу та французу Альберу Феру саме за дослідження магнітних властивостей наноструктур. Присудження премії - справа нешвидка, тому відкриттям Грюнберга і Фера ви швидше за все вже кілька років користуєтеся, навіть не підозрюючи про це. Воно дозволило зробити дуже чутливі головки для комп'ютерних жорстких дисків.

Диски, в яких використовується відкритий фізиками "гігантський магніторезистивний ефект", тобто майже все, що випускаються сьогодні, вміщують разів у 10 більше інформації, ніж пристрої попереднього покоління. Сам диск стало можливим зменшити до розміру п'ятирублевої монети та втиснути у музичний плеєр. Такщо деякі журналісти, не розібравшись, звідки дзвін, цілком серйозно писали, що Нобелівську премію фізикам дали за винахід iPod. Від того, як просуватимуться в інженерів та вчених справи в нанотехнологіях сьогодні, без перебільшення, залежить наш завтрашній день. Усі, мабуть, помітили, як швидко дорожчають продукти у магазинах. Це тому, що на іншому кінці Землі різко зростає споживання всього, і їжі в першу чергу.

На очах збувається бородатий анекдот: що буде, якщо в Азії перейдуть з паличок на виделки? Нафта, яка колись та скінчиться навіть у нас у країні, дорожчає ще швидше за продукти: люди по всьому світу хочуть краще жити, їздити на автомобілях і літати на літаках. "Нанотехнології - єдиний спосіб забезпечити щось, схоже на життєві стандарти першого світу, для всіх людей", - зауважив з цього приводу Стефен Джіллет, вчений з американського Інституту прогнозів у Пало-Альто. Дешеві сонячні батареї, якими можна буде покривати стіни як фарбою; ємні акумулятори та «суперконденсатори», які запасатимуть енергію в автомобілях та вітряних електростанціях; ефективні паливні елементи, а разом з ними і вся воднева енергетика – прогрес у всіх цих сферах залежить від успіху в нанотехнологіях.

Майже півстоліття тому великий фізик, нобелівський лауреат та відомий донжуан та джазовий барабанщик Річард Фейнман мріяв про мікроскопічні роботи, які на замовлення людини могли б збирати нанорозмірні структури. «Такі роботи давно відомі, - посміхається старший науковий співробітник Інституту молекулярної біології РАН, доктор фізико-математичних наук Юрій Нечипоренко. - Тільки на відміну від роботів, зібраних інженерами, ці працюють за не завжди відомими нам правилами. Але ми вчимося нимикерувати».

Не дивно, що всі розвинені країни виділяють на розвиток нанотехнологій мільярдні бюджети. Гонка почалася 2000 року, коли в США звернули увагу на величезні держвитрати Японії в цій галузі. Відповіддю японцям стала «Національна нанотехнологічна ініціатива», бюджет якої цього року досяг 1,7 млрд доларів. Ще однією країною – лідером у сфері нано вважається Німеччина. Україна, нагортаючи втрачене в 90-ті, намагається наздогнати «велику трійку».

На розвиток нанотехнологій нашій країні сім років виділено близько 260 млрд. рублів. Приблизно половина цієї суми посідає фінансування наукових програм – цю діяльність координує український науковий центр «Курчатівський інститут». Друга половина, 130 млрд. рублів, виділяється те що, щоб прискорити впровадження наукових розробок у промисловість. Для цього створена державна корпорація «Роснанотех», діяльність якої нагадує роботу інвестбанку, тільки дуже спеціалізованого.

А ось нанорідини для автоскла і навіть наноноски, як не дивно, не тільки існують, але й мають заявлений ефект: вбивають бактерії і разом з ними - неприємний запах. Це відбувається завдяки наночасткам срібла, закріпленим на волокнах тканини. Ось тільки шкарпетки шкарпеткам різниця. Вчені з університету Арізони кілька місяців невтомно стирали наноноски різних виробників, щоб переконатися: на одних виробах наночастки сидять міцно, а з інших змиваються легко і можуть проявити свої бактерицидні властивості там, де не треба, наприклад в природних водоймах.

Щоб споживач міг розібратися в нанопродукції та зрозуміти, наскільки вона безпечна, в Україні зараз створюється система добровільної сертифікації товарів, які претендують носити на собі приставку."нано". Ну а поки система тільки в проекті, залишається сподіватися на здоровий глузд і купувати продукцію відомих виробників, які не ризикуватимуть своєю репутацією заради модного слова.

Який розмір має значення? Спробуємо уявити всю нікчемність нанометрових масштабів. Подивіться на волосся - воно завтовшки приблизно 0,1 міліметра, або 100 мікрометрів. Діаметр еритроциту, який переносить кисень у нас у крові, в 10 разів менше товщини волосся - приблизно 10 мікрометрів. Спускаємося ще на сходинку донизу: 1 мікрометр, або 1 тис. нанометрів, – розмір бактерії кишкової палички. Ділимо ще на 10, от і дісталися: 100 нанометрів – розмір вірусу грипу та верхня межа світу «нано».

Інженери та вчені домовилися вважати нанотехнологіями все те, що людина свідомо робить зі структурами менше 100 нанометрів. Причому те щоб цей розмір визначав основні характеристики цих структур. Саме тому до нанотехнологій не належать, наприклад, процесор, який працює у вашому комп'ютері. Хоча транзистори в цьому процесорі швидше за все не більше сотні нанометрів, технологія їх виробництва - пряма спадкоємиця колишнього, грубішого процесу. А ось майбутні покоління процесорів, які працюватимуть на квантових ефектах (нинішнім ці ефекти лише заважають), можна буде законно зарахувати до «нано».

Написати статтю у відповідь