ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Введение в нанотехнологию из "Наноструктурные материалы " Термин нанотехнология впервые был использован японским ученым К.Танигучи в 1974 г. при обсуждении проблем обработки хрупких материалов. Принципиальное значение малоразмерных объектов было подчеркнуто нобелевским лауреатом Р. Фейнманом в 1959 г. [15]. Его лекция с аллегорическим названием Внизу полным полно места приглашение в новый мир физики акцентировала внимание на важность работ в области сжатия информации, создания миниатюрных компьютеров, дизайна материалов и устройств методами молекулярной архитектуры с учетом особенностей биологических объектов. Большие надежды возлагались на химический синтез, причем отмечалось, что законы физики не запрешают конструирование материалов на атомно-молекулярном уровне. [c.5] Некоторые идеи Р. Фейнмана были развиты Э.Дрекслером (Массачусетский технологический институт, США). В 1986 г. выходит его книга Машины созидания пришествие эры нанотехнологии . Основываясь на биологических моделях, автор ввел представления о молекулярных робототехнических машинах. В противовес традиционному технологическому подходу сверху — вниз (типичный пример — измельчение) применительно к миниатюризации интегральных схем было обрашено внимание на стратегию снизу — вверх (имеется в виду атомная и молекулярная сборка, о чем ранее упоминал Р. Фейнман). [c.5] В 1990 г. в компании 1ВМ с помощью сканирующего туннельного микроскопа (см. прил. 3) была сложена аббревиатура 1ВМ из 35 ксеноновых атомов на грани (110) никелевого монокристалла, что блестяще подтвердило реальность идей атомной архитектуры и продемонстрировало возможности нанотехнологии. Общие сведения о нанотехнологии кратко изложены в пособии [4]. [c.5] Следует отметить, что изучение малоразмерных объектов (порошков, коллоидов, катализаторов, цеолитов, пигментов, пленок, кластеров и др.) и квантовых размерных явлений началось задолго до нанобума (см., например, [1, 2, 6—10, 14, 16—18]). Более того, археологические находки свидетельствуют о существовании рецептур приготовления коллоидных систем еще в античном мире. Китайские чернила , например, появились более четырех тысяч лет назад в Древнем Египте, а возраст биологических нанообъектов может исчисляться с момента возникновения жизни на Земле. [c.6] Во-первых, методы нанотехнологии позволяют получить принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития многих областей техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды, обороны и т.д. [c.7] Во-вторых, нанотехнология оказалась весьма щироким междисциплинарным направлением, объединяющим специалистов в области физики, химии, материаловедения, биологии, медицины, технологии, наук о Земле, компьютерной техники, экономики, социологии и др. Наконец, в-третьих, решение проблем нанотехнологии выявило много пробелов как в фундаментальных, так и в технологических знаниях, что опять-таки способствовало концентрации внимания научно-инженерного сообщества в этом направлении. [c.7] Во многих странах (США, Объединенная Европа, Япония, Клтай и др.) приняты национальные программы, предусматривающие интенсивное развитие нанотехнологических исследований и разработок. Большое внимание уделяется и подготовке кадров. [c.7] За прошедшие более двадцати лет идеи нанотехнологии и само содержание понятия наноматериалы получили дальнейшее развитие [1]. [c.8] Сведения о технологии, структуре, свойствах и применении наноматериалов и наноструктур изложены в нескольких монографиях (см., например, [3, 5 — 7, 11 — 13, 16, 18, 21]). Однако в этих монографиях в основном приведено лишь описание отдельных наноматериалов и не отражены в полной мере особенности современного наноструктурного материаловедения в целом. [c.8] К консолидированным наноматериалам относят компакты, пленки и покрытия из металлов, сплавов и соединений, получаемые методами порошковой технологии, интенсивной пластической деформации, контролируемой кристаллизации из аморфного состояния и разнообразными приемами нанесения пленок и покрытий. [c.8] Нанозерна (нанокристаллиты) этих материалов находятся не в изолированном (т. е. в виде отдельных образований) или слабосвязанном (например, наночастицы с защитными полимерными оболочками) виде, а в консолидированном состоянии. Прочность межзеренных прослоек в консолидированных наноматериалах довольно высока. [c.8] Объекты типа фуллеренов и нанотрубок наблюдались и ранее, подробно история их открытия и результаты изучения изложены в монографии [18]. [c.9] Таким образом, перечисленные виды наноматериалов весьма отличаются как по технологии изготовления, так и по функциональным признакам, их объединяет только характерный малый размер частиц, зерен, трубок, пор, определяющий структуру и свойства. Минимальный размер структурных элементов составляет (0,1 - 1,0)-10 нм, т.е. по существу отвечает размерам отдельных атомов и молекул, максимальный размер — 100 нм — установлен условно. [c.9] Иногда высказывается мнение, что верхний предел (максимальный размер элементов) нанокристаллического состояния должен быть связан с каким-либо характерным физическим параметром — длиной свободного пробега носителя, диаметром петли Франка—Рида для скольжения дислокаций, размером домена или доменной стенки и, наконец, длиной волны электрона де Бройля. Однако диапазон изменения этих характерных физических параметров, определяющих электрические, магнитные, деформационные и другие свойства применительно к разнообразным твердотельным объектам, весьма щирок и установить какой-либо единый верхний предел не представляется возможным. [c.9] Вернуться к основной статье