Nanoteknologi

Nanoteknologi  er et felt af grundlæggende og anvendt videnskab og teknologi , der beskæftiger sig med et sæt teoretiske begrundelser, praktiske metoder til forskning, analyse og syntese, samt metoder til produktion og brug af produkter med en given atomstruktur ved kontrolleret manipulation af individuelle atomer og molekyler .

Definitioner og terminologi

I dag (2018-2021) er der ingen enkelt standard i verden, der beskriver, hvad nanoteknologier og nanoprodukter er.

Blandt tilgangene til definitionen af ​​begrebet "nanoteknologi" er følgende:

1. I Teknisk Udvalg ISO /TC 229 refererer nanoteknologi til følgende: [1]
   1. viden og styring af processer, sædvanligvis i en skala på 1 nm , men ikke udelukkende en skala på mindre end 100 nm i en eller flere dimensioner, når indførelsen af ​​en størrelseseffekt (fænomen) fører til muligheden for nye anvendelser;
   2. ved at bruge egenskaberne af genstande og materialer på en nanometerskala, som adskiller sig fra frie atomers eller molekylers egenskaber, såvel som fra bulkegenskaberne af et stof bestående af disse atomer eller molekyler, til at skabe mere avancerede materialer, enheder, systemer, der implementere disse egenskaber.
2. På Den Russiske Føderations territorium er begrebet nanoteknologi etableret i GOST R 55416-2013 "Nanoteknologier. Del 1. Grundlæggende udtryk og definitioner " [2] , nemlig:

et sæt teknologiske metoder, der bruges til at studere, designe og fremstille materialer, enheder og systemer, herunder målrettet kontrol og styring af strukturen, den kemiske sammensætning og interaktionen af ​​deres individuelle elementer i nanoområdet .

1. Ifølge "Begrebet udvikling i Den Russiske Føderation af værker inden for nanoteknologi i perioden frem til 2010 " ( 2004  ) [3] defineres nanoteknologi som et sæt metoder og teknikker, der giver mulighed for at skabe og ændre objekter på en kontrolleret måde, herunder komponenter med størrelser mindre end 100 nm, i det mindste i én dimension, og som et resultat af dette har de fået fundamentalt nye kvaliteter , der gør det muligt at integrere dem i fuldt fungerende systemer i større skala.

Det praktiske aspekt af nanoteknologi involverer produktionen af ​​enheder og deres komponenter, der er nødvendige for at skabe, behandle og manipulere atomer , molekyler og nanopartikler . Det er underforstået, at et objekt ikke behøver at have mindst én lineær dimension mindre end 100 nm - det kan være makroobjekter, hvis atomare struktur styres til at blive skabt med en opløsning på niveau med individuelle atomer, eller indeholdende nano -objekter . I bredere forstand dækker dette udtryk også metoderne til diagnostik, karakterologi og forskning af sådanne objekter.

Nanoteknologier er kvalitativt forskellige fra traditionelle discipliner, da de sædvanlige makroskopiske teknologier til håndtering af stof på sådanne skalaer ofte er uanvendelige, og mikroskopiske fænomener, som er ubetydeligt svage på de sædvanlige skalaer, bliver meget mere betydningsfulde: egenskaberne og interaktionerne mellem individuelle atomer og molekyler eller aggregater af molekyler (for eksempel Vander Waals ), kvanteeffekter .

Nanoteknologi og i særdeleshed molekylær teknologi er nye, meget lidt udforskede discipliner. De vigtigste opdagelser, der er forudsagt i dette område, er endnu ikke gjort. Ikke desto mindre giver igangværende forskning allerede praktiske resultater. Brugen af ​​avancerede videnskabelige resultater inden for nanoteknologi gør det muligt at henvise det til højteknologier .

Udviklingen af ​​moderne elektronik er på vej til at reducere størrelsen af ​​enheder. På den anden side nærmer klassiske produktionsmetoder deres naturlige økonomiske og teknologiske barriere, hvor størrelsen af ​​enheden ikke falder meget, men de økonomiske omkostninger stiger eksponentielt . Nanoteknologi er det næste logiske skridt i udviklingen af ​​elektronik og andre videnskabsintensive industrier.

Historie

Mange kilder, primært på engelsk, forbinder den første omtale af metoder, der senere ville blive kaldt nanoteknologi, med Richard Feynmans berømte tale "There's plenty of room at the bottom" , som han holdt i 1959 på California Institute of Technology ved det årlige møde i American Physical Society. Richard Feynman foreslog, at det var muligt mekanisk at flytte enkelte atomer med en manipulator af passende størrelse, i det mindste ville en sådan proces ikke modsige de fysiske love, der kendes i dag.

Han foreslog at gøre denne manipulator på følgende måde. Det er nødvendigt at bygge en mekanisme, der ville skabe sin egen kopi, kun en størrelsesorden mindre. Den skabte mindre mekanisme skal igen skabe sin kopi, igen en størrelsesorden mindre, og så videre, indtil dimensionerne af mekanismen står mål med dimensionerne af størrelsesordenen af ​​et atom. Samtidig vil det være nødvendigt at foretage ændringer i strukturen af ​​denne mekanisme, da tyngdekræfterne , der virker i makrokosmos, vil have mindre og mindre indflydelse, og kræfterne fra intermolekylære interaktioner og van der Waals-kræfter vil i stigende grad påvirke mekanismens funktion. Den sidste fase - den resulterende mekanisme vil samle sin kopi fra individuelle atomer. I princippet er antallet af sådanne kopier ubegrænset, det vil være muligt at oprette et vilkårligt antal sådanne maskiner på kort tid. Disse maskiner vil være i stand til at samle makroting på samme måde, atom-for-atom samling. Dette vil gøre tingene en størrelsesorden billigere - sådanne robotter (nanorobotter) skal kun tildeles det nødvendige antal molekyler og energi og skrive et program til at samle de nødvendige emner. Indtil nu har ingen været i stand til at tilbagevise denne mulighed, men ingen har endnu formået at skabe sådanne mekanismer. Her er hvordan R. Feynman beskrev den manipulator, han foreslog:

Jeg tænker på at bygge et elektrisk styret system, der bruger specialfremstillede "servicerobotter" i form af fire gange mindre kopier af operatørens "hænder". Sådanne mikromekanismer vil nemt kunne udføre operationer i reduceret skala. Jeg taler om bittesmå robotter udstyret med servomotorer og små "arme", der kan dreje lige så små bolte og møtrikker, bore meget små huller osv. Kort sagt vil de kunne klare alt arbejdet i en skala fra 1: 4. For at gøre dette skal du selvfølgelig først lave de nødvendige mekanismer, værktøjer og manipulatorarme til en fjerdedel af den sædvanlige størrelse (faktisk er det klart, at det betyder en reduktion af alle kontaktflader med 16 gange). I sidste fase vil disse enheder være udstyret med servomotorer (med en effektreduktion på 16 gange) og forbundet til et konventionelt elektrisk styresystem. Herefter vil det være muligt at bruge manipulatorarme reduceret med 16 gange! Omfanget af sådanne mikrorobotter, såvel som mikromaskiner, kan være ret bredt - fra kirurgiske operationer til transport og behandling af radioaktive materialer. Jeg håber, at princippet i det foreslåede program, såvel som de uventede problemer og strålende muligheder forbundet med det, er klart. Desuden kan man tænke på muligheden for en yderligere væsentlig reduktion i skalaen, hvilket naturligvis vil kræve yderligere strukturelle ændringer og modifikationer (i øvrigt kan det på et bestemt tidspunkt være nødvendigt at opgive "hænder" på sædvanlig form), men det vil gøre det muligt at fremstille nye, meget mere avancerede anordninger. Intet forhindrer dig i at fortsætte denne proces og skabe så mange små maskiner, som du vil, da der ikke er nogen begrænsninger i forhold til placeringen af ​​maskiner eller deres materialeforbrug. Deres volumen vil altid være meget mindre end prototypens volumen. Det er let at beregne, at det samlede volumen på 1 million værktøjsmaskiner reduceret med en faktor 4000 (og følgelig massen af ​​materialer, der anvendes til fremstillingen) vil være mindre end 2 % af volumen og massen af ​​en konventionel værktøjsmaskine af normal størrelse. Det er klart, at dette øjeblikkeligt fjerner problemet med omkostningerne til materialer. I princippet kunne der organiseres millioner af identiske miniaturefabrikker, hvor bittesmå maskiner løbende ville bore huller, stempeldele osv. Efterhånden som vi mindskes i størrelse, vil vi konstant støde på meget usædvanlige fysiske fænomener. Alt, hvad du møder i livet, afhænger af storskalafaktorer. Derudover er der også problemet med at "klæbe sammen" af materialer under påvirkning af intermolekylære kræfter (de såkaldte van der Waals-kræfter), hvilket kan føre til effekter, der er usædvanlige for makroskopiske skalaer. For eksempel vil en møtrik ikke adskilles fra en bolt efter at være blevet løsnet, og i nogle tilfælde "klistre" tæt til overfladen osv. Der er flere fysiske problemer af denne type, man skal huske på, når man designer og bygger mikroskopiske mekanismer. [fire]

I løbet af en teoretisk undersøgelse af denne mulighed er der dukket hypotetiske dommedagsscenarier op, der tyder på, at nanorobotter vil absorbere hele jordens biomasse og udføre deres selvreproduktionsprogram (det såkaldte " grå smut " eller "grå smut" ).

De første antagelser om muligheden for at studere objekter på atomniveau kan findes i bogen "Opticks" af Isaac Newton , udgivet i 1704. I bogen udtrykker Newton håbet om, at fremtidens mikroskoper en dag vil være i stand til at udforske "legemernes hemmeligheder " [ 5] .

Udtrykket "nanoteknologi" blev første gang brugt af Norio Taniguchi i 1974. [6] Han kaldte dette udtryk for produktion af produkter med en størrelse på flere nanometer . I 1980'erne blev udtrykket brugt af Eric C. Drexler i hans bøger Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems : Molecular Machinery , Manufacturing, and Computation . Centralt i hans forskning var matematiske beregninger, hvormed det var muligt at analysere driften af ​​en enhed med dimensioner på flere nanometer.

Fundamentals

I 2009 fandt forskere fra University of Wisconsin-Madison ud af, at friktionslovene i makro- og nanoverdenen ligner hinanden [7] .

Nanopartikler

Den moderne tendens til miniaturisering har vist, at et stof kan få helt nye egenskaber, hvis man tager en meget lille partikel af dette stof. Partikler, der varierer i størrelse fra 1 til 100 nanometer , omtales almindeligvis som " nanopartikler ". For eksempel viste det sig, at nanopartikler af nogle materialer har meget gode katalytiske og adsorptionsegenskaber . Andre materialer viser fantastiske optiske egenskaber, såsom ultratynde film af organiske materialer, der bruges til at fremstille solceller . Sådanne batterier er, selvom de har en relativt lav kvanteeffektivitet , billigere og kan være mekanisk fleksible. Det er muligt at opnå vekselvirkningen mellem kunstige nanopartikler og naturlige genstande i nanostørrelse - proteiner , nukleinsyrer osv. Omhyggeligt oprensede nanopartikler kan selv tilpasse sig til visse strukturer. En sådan struktur indeholder strengt ordnede nanopartikler og udviser også ofte usædvanlige egenskaber.

Nanoobjekter er opdelt i 3 hovedklasser: tredimensionelle partikler opnået ved eksplosion af ledere, plasmasyntese, restaurering af tynde film osv.; todimensionelle objekter - film opnået ved molekylær aflejring, CVD , ALD, ionaflejring osv.; endimensionelle objekter - whiskers, disse objekter opnås ved metoden til molekylær lagdeling, indføring af stoffer i cylindriske mikroporer osv. Der er også nanokompositter - materialer opnået ved at indføre nanopartikler i enhver matrix. I øjeblikket er det kun mikrolitografimetoden, der har været udbredt, hvilket gør det muligt at opnå flade ø-objekter med en størrelse på 50 nm eller mere på overfladen af ​​matricer, den bruges i elektronik; CVD- og ALD-metoden bruges hovedsageligt til at skabe mikronfilm. Andre metoder bruges hovedsageligt til videnskabelige formål. Især skal metoderne til ionisk og molekylær lagdeling bemærkes, da det med deres hjælp er muligt at skabe rigtige monolag .

Organiske nanopartikler af både naturlig og kunstig oprindelse udgør en særlig klasse .

Da mange fysiske og kemiske egenskaber ved nanopartikler, i modsætning til bulkmaterialer, i høj grad afhænger af deres størrelse, har der i de senere år været stor interesse for metoder til måling af størrelsen af ​​nanopartikler i opløsninger: nanopartikelbaneanalyse , dynamisk lysspredning , sedimentationsanalyse , ultralyd . metoder .

Selvorganisering af nanopartikler og selvorganiserende processer

Et af de vigtigste spørgsmål, som nanoteknologien står over for, er, hvordan man får molekyler til at gruppere sig på en bestemt måde, til at organisere sig selv, for til sidst at få nye materialer eller enheder. Dette problem behandles af en gren af ​​kemi  - supramolekylær kemi . Det studerer ikke individuelle molekyler , men interaktioner mellem molekyler, der er i stand til at arrangere molekyler på en bestemt måde, hvilket skaber nye stoffer og materialer . Det er opmuntrende, at sådanne systemer virkelig eksisterer i naturen, og at sådanne processer udføres. Der kendes således biopolymerer , der kan organisere sig i specielle strukturer. Et eksempel er proteiner , som ikke kun kan foldes til en kugleform , men også kan danne komplekser - strukturer, der omfatter flere proteinmolekyler. Allerede nu findes der en syntesemetode, der bruger DNA- molekylets specifikke egenskaber . Komplementært DNA ( cDNA ) tages , et molekyle A eller B forbindes til en af ​​enderne. Vi har 2 stoffer: ----A og ----B, hvor ---- er et betinget billede af en enkelt DNA molekyle. Nu, hvis du blander disse 2 stoffer, dannes der hydrogenbindinger mellem de to enkeltstrenge af DNA, som vil tiltrække molekylerne A og B til hinanden. Lad os betinget skildre den resulterende forbindelse: ====AB. DNA-molekylet kan nemt fjernes efter afslutningen af ​​processen.

Fænomenerne med selvorganisering er dog ikke begrænset til den spontane rækkefølge af molekyler og/eller andre partikler som følge af deres interaktion. Der er andre processer, der er iboende i evnen til selvorganisering, som ikke er genstand for supramolekylær kemi. En af disse processer er den elektrokemiske anodiske oxidation ( anodisering ) af aluminium, nemlig den slags, der fører til dannelsen af ​​porøse anodiske oxidfilm (PAOP). PAO'er er kvasi-ordnede mesoporøse strukturer med porer placeret normalt på prøveoverfladen og med en diameter fra nogle få til hundreder af nanometer og en længde fra fraktioner til hundredvis af mikrometer. Der er processer, der gør det muligt markant at øge graden af ​​bestilling af arrangementet af porer og skabe nanostrukturerede en-, to- og tredimensionelle arrays baseret på PAHA.

Problemet med dannelsen af ​​agglomerater

Partikler i størrelsesordenen nanometer, eller nanopartikler , som de kaldes i videnskabelige kredse, har én egenskab, der i høj grad hindrer deres anvendelse. De kan danne agglomerater , dvs. klæbe sammen med hinanden. Da nanopartikler er lovende inden for keramik , metallurgi , skal dette problem løses. En mulig løsning er anvendelsen af ​​dispergeringsmidler såsom ammoniumcitrat (vandig opløsning), imidazolin , oliealkohol (uopløselig i vand). De kan tilsættes til et medium indeholdende nanopartikler. For mere om dette, se "Organic Additives And Ceramic Processing", DJ Shanefield, Kluwer Academic Publ., Boston.

Seneste præstationer

Nanomaterialer

• Grafen
• kulstof nanorør
• Fullerener
• Nanokrystaller
• Aerogels
• Aerografit
• Nanoakkumulatorer
• Lotus effekt overflader

Måder at opnå nanomaterialer på

Eksisterende metoder til opnåelse af nanomaterialer omfatter brugen af ​​en elektrisk lysbueudladning i et plasma mellem grafitelektroder for at opnå fullerener, kulstofnanorør, en gasfasemetode til opnåelse af fullerener ved høje temperaturer, nedbrydning af kulbrinter ved høje temperaturer og deltagelse af en katalysator , pulverteknologi , presning og deformationsmetoder , metoder fysisk og kemisk aflejring af filmbelægninger [8] .

Forskningsmetoder

På grund af det faktum, at nanoteknologi er en tværfaglig videnskab, bruges de samme metoder til at udføre videnskabelig forskning som "klassisk" biologi , kemi og fysik . En af de relativt nye forskningsmetoder inden for nanoteknologi er scanning probe mikroskopi . I øjeblikket bruger forskningslaboratorier ikke kun "klassiske" probemikroskoper , men også SPM i kombination med optiske og elektronmikroskoper , Raman- og fluorescensspektrometre , ultramikrotomer (for at opnå en tredimensionel struktur af materialer).

Scanning probe mikroskopi

En af de metoder, der bruges til at studere nano -objekter, er scanning probe mikroskopi . Inden for rammerne af scanning probe mikroskopi implementeres optiske teknikker.

Undersøgelser af overfladeegenskaber ved hjælp af et scanning probe mikroskop (SPM) udføres i luft ved atmosfærisk tryk, i vakuum og endda i en væske. Forskellige SPM-teknikker gør det muligt at studere både ledende og ikke-ledende objekter. Derudover understøtter SPM kombination med andre forskningsmetoder, såsom klassisk optisk mikroskopi og spektralmetoder.

Ved hjælp af et scanning probe mikroskop (SPM) kan man ikke kun se individuelle atomer, men også selektivt påvirke dem, især flytte atomer over overfladen. Forskere har allerede formået at skabe todimensionelle nanostrukturer på overfladen ved hjælp af denne metode. For eksempel ved IBMs forskningscenter , ved sekventielt at flytte xenonatomer på overfladen af ​​en nikkelenkeltkrystal, var medarbejderne i stand til at placere tre bogstaver i firmalogoet ( "IBM-atomer" ) ved hjælp af 35 xenonatomer [9 ] ] .

Når du udfører sådanne manipulationer, opstår der en række tekniske vanskeligheder. Især er det nødvendigt at skabe ultrahøjt vakuumforhold ( 10-11 torr), det er nødvendigt at afkøle substratet og mikroskopet til ultralave temperaturer (4-10 K), substratoverfladen skal være atomisk ren og atomisk glat, for hvilke specielle metoder til fremstilling der anvendes. Substratet afkøles for at reducere overfladediffusionen af ​​de aflejrede atomer, og mikroskopet afkøles for at eliminere termisk drift.

For at løse problemer relateret til nøjagtig måling af topografi, overfladeegenskaber og manipulation af nanoobjekter ved hjælp af sonden i et scanning atomic force mikroskop, blev en metode til feature-oriented scanning (FOS) foreslået. OOS-tilgangen gør det muligt automatisk at implementere bottom-up nanoteknologi, det vil sige teknologien til element-for-element samling af nanoenheder. Operationen udføres ved stuetemperatur, da CFE'en bestemmer drifthastigheden i realtid og kompenserer for offset forårsaget af driften. På multiprobe-instrumenter tillader FOS sekventielt at anvende et hvilket som helst antal analytiske og teknologiske prober til et nanoobjekt, hvilket gør det muligt at skabe komplekse nanoteknologiske processer bestående af et stort antal måle-, teknologi- og kontroloperationer.

Men i de fleste tilfælde er der ikke behov for at manipulere individuelle atomer eller nanopartikler, og almindelige laboratorieforhold er tilstrækkelige til at studere genstande af interesse.

Nanomedicin og kemisk industri

En retning i moderne medicin baseret på brugen af ​​de unikke egenskaber ved nanomaterialer og nanoobjekter til sporing, design og ændring af menneskelige biologiske systemer på nanomolekylært niveau.

• DNA-nanoteknologier bruger de specifikke baser af DNA-molekyler og nukleinsyrer til at skabe klart definerede strukturer på deres grundlag [10] .
• Industriel syntese af molekyler af lægemidler og farmakologiske præparater i en veldefineret form (bis-peptider).

Computere og mikroelektronik

• Centrale processorenheder -  Den 15. oktober 2007 annoncerede Intel udviklingen af ​​en ny prototypeprocessor indeholdende det mindste strukturelle element med dimensioner på cirka 45 nm . I fremtiden har virksomheden til hensigt at nå størrelsen af ​​strukturelle elementer op til 5 nm. Intels hovedkonkurrent, AMD , har også længe brugt nanoteknologiske processer udviklet sammen med IBM til produktionen af ​​sine processorer . En karakteristisk forskel fra Intels udvikling er brugen af ​​et ekstra isolerende lag SOI , som forhindrer strømlækage på grund af yderligere isolering af de strukturer, der danner transistoren. Der er allerede fungerende prøver af processorer med 14nm transistorer og prototyper på 10nm.
• Harddiske  - i 2007 modtog Peter Grünberg og Albert Ferth Nobelprisen i fysik for at opdage GMR-effekten , som gør det muligt at skrive data til harddiske med atomar informationstæthed.
• Et scanning probe mikroskop er et  højopløsningsmikroskop baseret på interaktionen af ​​en cantilever nål (probe) med overfladen af ​​prøven under undersøgelse. Normalt forstås interaktion som tiltrækning eller frastødning af cantileveren fra overfladen på grund af van der Waals-kræfter. Men ved brug af specielle cantilevers er det muligt at studere overfladens elektriske og magnetiske egenskaber. SPM'en kan sondere både ledende og ikke-ledende overflader selv gennem et lag væske, hvilket gør det muligt at arbejde med organiske molekyler ( DNA ). Den rumlige opløsning af scanningprobemikroskoper afhænger af de anvendte probers karakteristika. Opløsningen når atomare vandret og overstiger den lodret betydeligt.
• Nanoantenne [11]  - Den 9. februar 2005 blev en oscillatorantenne med dimensioner af størrelsesordenen 1 μm anskaffet i laboratoriet ved Boston University . Denne enhed har 5.000 millioner atomer og er i stand til at oscillere med en frekvens på 1,49 gigahertz , hvilket gør det muligt at transmittere enorme mængder information med dens hjælp.
• Plasmoner  er kollektive vibrationer af frie elektroner i et metal. Et karakteristisk træk ved excitation af plasmoner kan betragtes som den såkaldte plasmonresonans, først forudsagt af Mie i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Bølgelængden af ​​plasmonresonans er for eksempel for en sfærisk sølvpartikel med en diameter på 50 nm cirka 400 nm, hvilket indikerer muligheden for at registrere nanopartikler langt ud over diffraktionsgrænsen (strålingsbølgelængden er meget større end partikelstørrelsen). I begyndelsen af ​​2000 , på grund af de hurtige fremskridt inden for teknologien til fremstilling af partikler i nanostørrelse, blev der givet skub til udviklingen af ​​et nyt område inden for nanoteknologi - nanoplasmonik. Det viste sig at være muligt at transmittere elektromagnetisk stråling langs en kæde af metalnanopartikler ved excitation af plasmonoscillationer.

Robotics

• Molekylære rotorer  er syntetiske nanoskalamotorer, der kan generere drejningsmoment, når der tilføres nok energi til dem.
• Nanorobotter  er robotter skabt af nanomaterialer og sammenlignelige i størrelse med et molekyle, der besidder funktionerne bevægelse, behandling og transmission af information , udførelse af programmer. Nanorobotter, der er i stand til at skabe kopier af sig selv, det vil sige selvreproduktion , kaldes replikatorer. Muligheden for at skabe nanorobotter blev overvejet i hans bog Machines of Creation (1986) af den amerikanske videnskabsmand Eric Drexler . Spørgsmål i forbindelse med udviklingen af ​​nanorobotter og deres komponenter diskuteres på relevante internationale konferencer [12] [13] .
• Molekylære propeller  er molekyler i nanostørrelse i form af en skrue, der er i stand til at udføre rotationsbevægelser på grund af deres specielle form, svarende til formen af ​​en makroskopisk skrue.
• Siden 2006 er der som en del af RoboCup-projektet (et fodboldmesterskab blandt robotter) dukket Nanogram Competition-nomineringen op, hvor spillefeltet er en firkant med en side på 2,5 mm. Den maksimale spillerstørrelse er begrænset til 300 µm.

Konceptenheder

• Nokia Morph  er et fremtidens mobiltelefonprojekt skabt i fællesskab af Nokia R&D og University of Cambridge ved hjælp af nanoteknologiske materialer.

Industri

I 2004 blev de globale investeringer i udvikling af nanoteknologi næsten fordoblet i forhold til 2003 og nåede op på 10 milliarder dollars. Private donorer – selskaber og fonde – tegnede sig for omkring 6,6 milliarder dollars i investeringer, og statsstrukturer – omkring 3,3 milliarder dollars. USAogJapan . Japan øgede omkostningerne ved at udvikle nye nanoteknologier med 126% sammenlignet med 2003 (samlet investering beløb sig til $4 milliarder), USA - med 122% ($3,4 milliarder). Mængden af ​​verdensmarkedet for nanomaterialer var i 2001 555 millioner dollars, og i 2005 udgjorde den mere end 900 millioner dollars [14] .

Samfundets holdning til nanoteknologier

Fremskridt inden for nanoteknologi har forårsaget en vis offentlig ramaskrig.

Samfundets holdning til nanoteknologier blev undersøgt af VTsIOM [15] [16] [17] [18] og den europæiske tjeneste "Eurobarometer" [19] .

En række forskere peger på, at den negative holdning til nanoteknologi blandt ikke-specialister kan være forbundet med religiøsitet [20] , samt frygt forbundet med nanomaterialers toksicitet [21] . Dette gælder især for det meget omtalte kolloide sølv , hvis egenskaber og sikkerhed er i høj grad i tvivl.

Verdenssamfundets reaktion på udviklingen af ​​nanoteknologi

Siden 2005 har en international arbejdsgruppe organiseret af CRN fungeret , som undersøger de sociale konsekvenser af udviklingen af ​​nanoteknologier [22] .

I oktober 2006 udsendte Det Internationale Nanoteknologiråd en oversigtsartikel , som især talte om behovet for at begrænse udbredelsen af ​​information om nanoteknologisk forskning af sikkerhedsmæssige årsager. De første videnskabelige artikler om nanopartiklers sikkerhed udkom først i 2001 [23] . I 2008 blev en international nanotoksikologisk organisation (International Alliance for NanoEHS Harmonization) etableret for at etablere protokoller for reproducerbar toksikologisk testning af nanomaterialer på celler og levende organismer. [24]

I 2004 etablerede Estonian Institute of Physical Chemistry en forskningsgruppe for økotoksikologiske undersøgelser af metalnanooxider , som allerede har modtaget international anerkendelse. I 2011 blev den estiske statspris tildelt lederen af ​​denne gruppe, Dr. Anna Kahru [25] for en række værker om nanotoksikologi [26] .

Greenpeace kræver ikke et fuldstændigt forbud mod forskning inden for nanoteknologi, men udtrykker bekymring over farerne ved "nanopartikler", hvormed det tilsyneladende betyder " gray goo " [27] .

Temaet om konsekvenserne af udviklingen af ​​nanoteknologier bliver genstand for filosofisk forskning. Således blev perspektiverne for udviklingen af ​​nanoteknologier diskuteret på den internationale fremtidskonference Transvision afholdt i 2007 , arrangeret af WTA [28] [29] .

Det russiske samfunds reaktion på udviklingen af ​​nanoteknologi

Den 26. april 2007 kaldte den russiske præsident Vladimir Putin i sin tale til Forbundsforsamlingen nanoteknologi for "den mest prioriterede retning i udviklingen af ​​videnskab og teknologi" [30] . Han foreslog, at for størstedelen af ​​russerne er nanoteknologi i dag "en slags abstraktion som atomenergi i 30'erne" [30] .

Så erklærer en række russiske offentlige organisationer behovet for at udvikle nanoteknologier.

Den 8. oktober 2008 blev "Ruslands nanoteknologiske samfund", hvis opgaver omfatter "at uddanne det russiske samfund inden for nanoteknologi og danne en positiv offentlig mening til fordel for landets nanoteknologiske udvikling" [31]

Den 6. oktober 2009 sagde præsident Dmitry Medvedev ved åbningen af ​​International Nanotechnology Forum i Moskva: "Det vigtigste er, at det velkendte scenarie ikke sker - verdensøkonomien begynder at vokse, eksportpotentialet stiger, og ingen nanoteknologier er nødvendige, og du kan fortsætte med at sælge energibærere. Dette scenarie ville simpelthen være katastrofalt for vores land. Vi skal alle sørge for, at nanoteknologi bliver en af ​​de mest magtfulde grene af økonomien. Jeg opfordrer jer til dette udviklingsscenarie,” understregede Dmitry Medvedev og henvendte sig til forumdeltagerne. Samtidig understregede præsidenten, at "selv om denne (statslige) støtte (af erhvervslivet) er skødesløs, mens vi ikke har været i stand til at fatte essensen af ​​dette arbejde, er vi nødt til at organisere dette arbejde." D. Medvedev understregede også, at Rosnano i 2015 ville afsætte 318 milliarder rubler til disse formål. D. Medvedev foreslog, at Undervisnings- og Videnskabsministeriet øgede antallet af specialer i forbindelse med det stigende behov for kvalificeret personale til nanoteknologi, samt oprettede en statslig ordre for innovation og åbne en "grøn korridor" for eksport af høj- tekniske varer. [en]

Nanoteknologi i kunsten

En række værker af den amerikanske kunstner Natasha Vita-Mor omhandler nanoteknologiske emner [32] [33] .

I samtidskunsten er der opstået en ny retning " nanoart " (nanoart) - en type kunst forbundet med kunstnerens skabelse af skulpturer (kompositioner) af mikro- og nanostørrelser (hhv. 10 −6 og 10 −9 m). ) under påvirkning af kemiske eller fysiske processer af bearbejdning af materialer, fotografering af de opnåede nanobilleder ved hjælp af et elektronmikroskop og behandling af sort-hvide fotografier i en grafisk editor.

I det velkendte værk af den russiske forfatter N. Leskov "Lefty" ( 1881 ) er der et mærkeligt fragment:

Hvis, - siger han, - der var et bedre smallscope, som forstørrer det til fem millioner, så ville du fortjene, - siger han, - for at se, at på hver hestesko står mesterens navn: hvilken russisk mester lavede den hesteskoN. Leskov " Lefty "

En stigning på 5.000.000 gange leveres af moderne elektron- og atomkraftmikroskoper , som betragtes som nanoteknologiens vigtigste værktøjer. Den litterære helt Lefty kan således betragtes som den første "nanoteknolog" i historien [34] .

Feynmans foredrag fra 1959 "Der er meget plads nedenfor" ideer om, hvordan man skaber og bruger nanomanipulatorer, falder næsten tekstmæssigt sammen med den fantastiske historie " Mikrohænder " af den berømte sovjetiske forfatter Boris Zhitkov , udgivet i 1931 .

Nogle af de negative konsekvenser af den ukontrollerede udvikling af nanoteknologi er beskrevet i værker af M. Crichton ("Sværm"), S. Lem ("Inspektion på stedet" og " Fred på jorden "), S. Lukyanenko ("Intet" . at dele") .

Hovedpersonen i romanen " Transhuman " af Y. Nikitin  er leder af et nanoteknologiselskab og den første person, der har oplevet medicinske nanorobotters handlinger .

I sci-fi-serien Stargate SG-1 og Stargate Atlantis er et af de mest teknisk avancerede racer to racer af "replikatorer", der er opstået som et resultat af mislykkede eksperimenter med brug og beskrivelse af forskellige anvendelser af nanoteknologi. I filmen " The Day the Earth Stood Still " med Keanu Reeves i hovedrollen afsiger en fremmed civilisation en dødsdom over menneskeheden og ødelægger næsten alt på planeten ved hjælp af selvreplikerende nano-replikante biller, der fortærer alt på dens vej .

Fora og udstillinger

Det første i Rusland International Nanotechnology Forum Rusnanotech blev afholdt i 2008, som senere blev en årlig begivenhed. Arbejdet med tilrettelæggelsen af ​​International Nanotechnology Forum blev udført i overensstemmelse med konceptet godkendt af tilsynsrådet for statsselskabet " Rosnanotech " den 31. januar 2008 og ordre fra den russiske føderations regering nr. 1169-r dateret 12. august 2008. Moskva på Central Exhibition Complex "Expocentre". Forummets program bestod af forretningsdelen, videnskabelige og teknologiske sektioner, posterpræsentationer, rapporter fra deltagere i den internationale konkurrence om videnskabelige værker af unge forskere inden for nanoteknologi og en udstilling.

I alt deltog 9024 deltagere og besøgende fra Rusland og 32 udlandet i Forum-arrangementerne, herunder:

• 4048 deltagere i kongresdelen af ​​forummet,
• 4212 udstillingsbesøgende,
• 559 standpasser,
• 205 medierepræsentanter dækkede forummets arbejde.

I 2009 deltog 10.191 mennesker fra 75 regioner i Den Russiske Føderation og 38 andre lande i forumbegivenhederne, herunder:

• 4022 deltagere i kongresdelen af ​​forummet,
• 9240 udstillingsbesøgende,
• 951 standbetjent,
• 409 medierepræsentanter dækkede forummets arbejde.

I 2010 deltog næsten 7.200 mennesker i forummet. Blandt de besøgende på de udflugter, der er specielt arrangeret af RUSNANO Forum Foundation for skolebørn, var deltagere af den all-russiske internet nanoteknologiolympiade og skolebørn, som for første gang befandt sig i centrum for en stor nanoteknologibegivenhed. Skolebørn fra Cheboksary, Tula, Rostov-on-Don kom specielt for at deltage i forummet. Guiderne var kandidatstuderende fra Moscow State University. Lomonosov , inkluderet i processen med at forberede nanoteknologi-olympiaden. [35]

Kritik af nanoteknologi

Kritikken af ​​nanoteknologi har hovedsageligt fokuseret i to retninger:

• dække over med udtrykket "nanoteknologi"-organisationer, der er involveret i underslæb af budgetmidler [36] [37] [38] [39] ;
• teknologiske begrænsninger, der forhindrer brugen af ​​nanoteknologi i industrien.

Se også

• Edleman biocomputer
• kvantecomputer
• kvante nanoteknologi
• kvanteprikker
• Shapiros ultimative bioautomat
• molekylær computer
• Nanobioteknologi
• Top-down nanoteknologi
• Bottom-up nanoteknologi
• Nanokemi
• Spinhenge@home
• " Rosnanotech "
• Udforskning af virkningen af ​​nanoteknologi
• Programmerbar materie

Noter

1. ↑ ISO - Tekniske udvalg - TC 229 - Nanoteknologier . Hentet 15. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 3. juli 2010. (ubestemt)
2. ↑ National Standard for Den Russiske Føderation. Nanoteknologier. Del 1. Grundlæggende udtryk og definitioner. GOST R 55416-2013 / ISO / TS 80004-1: 2010 Gruppe T00 . Hentet 1. juni 2015. Arkiveret fra originalen 4. juni 2016. (ubestemt)
3. ↑ Definition af nanoteknologi i henhold til "Koncept for udvikling af arbejde inden for nanoteknologi i Den Russiske Føderation for perioden frem til 2010" . Dato for adgang: 7. maj 2012. Arkiveret fra originalen 22. marts 2013. (ubestemt)
4. ↑ Arkiveret kopi . Hentet 6. april 2007. Arkiveret fra originalen 17. juli 2006. (ubestemt)
5. ↑ James E. McClellan III, Harold Dorn. Videnskab og teknologi i verdenshistorien. anden version. Johns Hopkins university press, 2006. s.263
6. ↑ Popov Mikhail Evgenievich. Taniguchi, Norio "A Dictionary of Nanotechnology and Nanotechnology-Related Terms" . Rosnano . Hentet 25. november 2011. Arkiveret fra originalen 4. februar 2012. (ubestemt)
7. ↑ Friktionslovene i makro- og nanoverdenen viste sig at være ens . Lenta.Ru (26.02.2009, 16:01:01). "Forskere fra University of Wisconsin-Madison har været i stand til at bevise, at friktionslovene for nanostrukturer ikke adskiller sig fra de klassiske love." Hentet 17. maj 2010. Arkiveret fra originalen 12. juli 2010. (Russisk)
8. ↑ Nanoteknologi. Science of the Future, 2009 , s. 70.
9. ↑ D. M. Eigler, E. K. Schweizer, Nature, bd. 344, s. 666, 1990 . Hentet 1. oktober 2007. Arkiveret fra originalen 12. oktober 2007. (ubestemt)
10. ↑ DNA-nanoteknologi (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 31. oktober 2012. Arkiveret fra originalen den 20. december 2013. (ubestemt) 
11. ↑ Slyusar, V.I. Nanoantenner: tilgange og udsigter. - C. 58 - 65. . Elektronik: videnskab, teknologi, forretning. - 2009. - Nr. 2. C. 58 - 65 (2009). Hentet 26. november 2018. Arkiveret fra originalen 3. juni 2021. (ubestemt)
12. ↑ Workshop "Trends i nanomekanik og nanoteknik" . Hentet 15. april 2009. Arkiveret fra originalen 23. juli 2012. (ubestemt)
13. ↑ Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Hentet 15. april 2009. Arkiveret fra originalen 17. april 2009. (ubestemt) 
14. ↑ Nanoteknologi. Science of the Future, 2009 , s. 37.
15. ↑ International Forum on Nanotechnology Arkiveret  15. juli 2010 på Wayback  Machine
16. ↑ NANOTEKNOLOGIER: HVAD ER DET, OG HVORFOR ER DET NØDVENDIGT? Arkiveret 15. juli  2010 på Wayback  Machine _
17. ↑ Den russiske befolkning og nanoindustrien: tro mod logik Arkivkopi af 15. juli 2010  på Wayback Machine  
18. ↑ Nanomiracles forsinket Arkiveret 15. juli 2010  på Wayback  Machine
19. ↑ Fem præstationer, der ændrede verden i det 20. århundrede. Runet opinion Arkivkopi af 15. juli 2010 på Wayback Machine  (utilgængeligt link fra 22/05/2013 [3451 dage] - historie ,  kopi )
20. ↑ Dmitry Tselikov Religion and Nanotechnology Arkivkopi af 2. marts 2009 på Wayback Machine den 9. december 2008
21. ↑ Toksicitet af nanomaterialer . Dato for adgang: 22. marts 2009. Arkiveret fra originalen 1. februar 2009. (ubestemt)
22. ↑ Center for Ansvarlig Nanoteknologi Arkiveret 2. februar 2016 på Wayback Machine 
23. ↑ Nanobioteknologi . Hentet 18. juli 2022. Arkiveret fra originalen 8. marts 2022. (ubestemt)
24. ↑ International Alliance for NanoEHS Harmonization (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 25. juni 2011. Arkiveret fra originalen 16. august 2010. (ubestemt) 
25. ↑ Anne Kahru CV Arkiveret 21. december 2013 på Wayback Machine  (på estisk)
26. ↑ Akademikerne Khizhnyakov og Lille blev belønnet for deres bidrag til videnskaben . Dato for adgang: 25. juni 2011. Arkiveret fra originalen 21. december 2013. (ubestemt)
27. ↑ Greenpeace officielle synspunkt (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 18. december 2012. Arkiveret fra originalen 19. januar 2013. (ubestemt) 
28. ↑ The Choice is Yours anden uge klumme af Gregor Wolbring Arkiveret 25. oktober  2008 på Wayback  Machine 
29. ↑ Danielle Egan Death special: The plan for eternal life Arkiveret 13. maj 2008 på Wayback Machine 13. oktober 2007 
30. ↑ 1 2 Putin: Nanoteknologier angår alle og kan forene CIS  (utilgængeligt link)
31. ↑ Nanoteknologisk samfund dannet i Rusland . Dato for adgang: 15. januar 2009. Arkiveret fra originalen den 22. juli 2010. (ubestemt)
32. ↑ Nanomedicine Art Gallery Værk af Natasha Vita - More Arkiveret 8. januar 2009  på Wayback  Machine 
33. ↑ C. Wilson Droid Rage Arkiveret 13. oktober 2017 på Wayback Machine New York Times 21/10/2007 
34. ↑ http://az.lib.ru/l/leskow_n_s/text_0246.shtml Arkiveksemplar af 4. september 2011 på Wayback Machine N. S. Leskov. Venstre
35. ↑ Rusnanotech 2010 - Tredje internationale nanoteknologiforum 1.-3. november 2010 . Hentet 19. november 2010. Arkiveret fra originalen 2. december 2010. (ubestemt)
36. ↑ Nanostorm: Sandheden bag nanoteknologiens eufori . Hentet 27. november 2010. Arkiveret fra originalen 23. oktober 2008. (ubestemt)
37. ↑ Sergey Ivanov advarede folket mod forkerte nanoteknologier (2007) . Dato for adgang: 15. januar 2009. Arkiveret fra originalen 24. april 2008. (ubestemt)
38. ↑ Fursenko frygter vanhelligelsen af ​​begrebet "nanoteknologi" (2007) . Dato for adgang: 15. januar 2009. Arkiveret fra originalen 30. september 2009. (ubestemt)
39. ↑ Nanogennembrud eller "nanofeeder" for embedsmænd? ( 2007) Arkiveret  11. januar 2010 på Wayback  Machine

Litteratur

• Alfimova M.M. Underholdende nanoteknologi. — M. : Binom, 2011. — S. 96.
• Golovin Yu.I. Nanoworld uden formler. - M. : Binom, 2012. - S. 543.
• Gudilin E.A. osv . Nanoverdenens rigdom. Foto essay fra dybden af ​​materien. — M. : Binom, 2009. — S. 176.
• Deffeys K., Deffeys S. Fantastiske nanostrukturer / pr. fra engelsk. - M . : Binom, 2011. - S. 206.
• Drexler E. , Minsky M. Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. - 2. udg. - 2007. - ISBN 0-385-19973-2 .
• C. Joaquim, L. Plewer. Nanovidenskab. Usynlig revolution. - M .: Hummingbird, 2009. Kapitel fra bogen
• Malinetsky G. G. Nanoteknologier. Fra alkymi til kemi og videre // Integral. 2007, nr. 5, s.4-5.
• Mark Ratner, Daniel Ratner. Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea = Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea. - M . : "Williams" , 2006. - S. 240. - ISBN 0-13-101400-5 .
• Rybalkina M. Nanoteknologier for alle. Stort i småt . www.nanonewsnet.ru — S. 436. Arkiveret 21. oktober 2013 på Wayback Machine
• Hartmann U. Charmen ved nanoteknologi / overs. med ham. - 2. udg. - M . : Binom, 2010. - S. 173.
• Erlich G. Små genstande - store ideer. Et bredt syn på nanoteknologi .. - M . : Binom, 2011. - S. 254.
• Balabanov V. I. Nanoteknologier. Fremtidens Videnskab. - M . : Eksmo, 2009. - 256 s. - ISBN 978-5-699-30976-4 .

Links

• Nanoteknologier i Rusland og i verden
• Nanoteknologi fællesskab
• "RusNanoNet" informations- og analytisk portal for det russiske nationale nanoteknologiske netværk.
• Videnskabeligt og pædagogisk center "Nanoteknologier" FGBOU VPO MGSU
• Nanotechnological Society of Russia (NOR)
• Føderal internetportal "Nanoteknologier og nanomaterialer"
• "Nanomir" Russian Society for Scanning Probe Microscopy and Nanotechnology
• Nano Digest

• Ingeniørtidsskrift "Nanotechnika" er et russisk tidsskrift (udgivet siden 2004) dedikeret til praktisk brug af nanoteknologi
• Videnskabeligt og teknisk tidsskrift "Nanoengineering"
• Nanosystemer: fysik, kemi, matematik
• Journal of Nanotechnology
• Nano Letters magasin på engelsk

• Nanoteknologier, nanomedicin, nanofarmakologi: i praktisk medicin. Video foredrag
• Nanoteknologier, kort bibliografisk indeks
• Forkortet oversættelse af foredraget "Der er masser af plads dernede" (1959)
• Meninger om "Nano" Video om moderne nanoteknologi: hvad det er, hvor det bruges, hvorfor det udvikles.
• Dokumentar "The Strange New World of Nano-Science"  (utilgængeligt link) .

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Britannica (online) Universalis Universalis
I bibliografiske kataloger BNE : XX548159 BNF : 12304410b GND : 4327470-5 J9U : 987007551471305171 LCCN : sh91001490 NDL : 00907854 NKC : ph123164