Нанотехнологии

В последние двадцать лет в научную лексику стремительно «ворвались» в ряд новых слов с префиксом «нано»: наноструктура, нанотехнология, наноматериал, нанокластер, нанохимия, наноразмерный материал, наноколлоиды, нанореактор и т.п [1]. Но есть объекты, которых по существу не было в арсенале исследователей еще 20 лет назад и без которых сегодня уже невозможно представить современное развитие науки – это наночастицы во всем их многообразии начиная от фуллеренов, нанотрубок, нанопроводов до квантовых точек и квантовых корралов.
Активный интерес к наноматериалам обусловлен тем, что при переходе в наноразмерное состояние происходит изменение ряда фундаментальных свойств вещества. Основным фактором, определяющим уникальные физико – химические характеристики наноразмерных объектов, является высокое отношение площади их поверхности к объѐму, что обеспечивает еѐ высокую реакционную способность [2, 3, 4].
В развитии нанотехнологий значимую роль играют исследования наночастиц (НЧ) металлов. Повышенный интерес к НЧ обусловлен, прежде всего, широким спектром возможностей их практического применения, в которых используются специфические свойства как самих наночастиц, так и модифицированных ими материалов.

Полупроводниковые и металлические наночастицы находятся в центре внимания научных исследований, их особенность заключается в том, что их размер определяетэлектронные и оптические свойства[1,2]. При размере частиц меньше 10 нм физические свойства вещества определяются квантово-механическими эффектами. Поэтому, эти свойства кардинально отличаются от свойств макроскопического вещества.
Пространственное ограничение частицы уменьшает длину волны де Бройля электрона. Этот эффект называется квантовым конфайнментом или квантово размерным эффектом, который описан квантово-механической задачей о частице в ящике. На этом основывается приближение эффективных масс, которое используется для описания электронной структуры наночастиц [3-7]. Второй эффект, который важен для малых наночатсиц, это влияние
поверхности. При относительно большом отношении площади поверхности к общему объему частицы, квантовые точки становятся подвержены значительному влиянию неидеально пассивированных поверхностей, что приводит к образованию локализованных состояний.

В настоящее время нанотехнологии являются причиной сильнейшего прорыва во многих сферах науки. Сегодня нанотехнологии применяют также в производстве строительных материалов. В Японии, США, Китае и странах Европы, порядка 20% строительных компаний используют материалы, в производстве которых применяли нанотехнологии. Получены конструкционные композиционные материалы с высокими прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, высокопрочные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла.

Использование наночастиц в биомедицине, науке о материалах и в электронике одна из наиболее интенсивно развивающихся областей нанотехнологии [1]. Например, в биомедицине наноразмерные материалы активно используются для диагностики, переноса генов и доставки лекарств [2]. Особая роль принадлежит металлическим наночастицам, имеющим характерные свойства, сильно отличающие их от сыпучих материалов [3]. Для синтеза металлических наночастиц используются различные физические и химические процессы, включая облучение материала ультрафиолетом, аэрозольные технологии, литографию, лазерную абляцию, ультразвуковые поля, фотохимическое восстановление. Однако эти методы дорогостоящие, в них часто используются ядовитые реагенты. В связи с этим особое внимание уделяется альтернативным, экологически безопасным и дешевым методам. К их числу относятся, в частности «зеленая химия» и применение биологических процессов для получения наночастиц. Биологические методы синтеза наночастиц с использованием микроорганизмов [2-4], ферментов [5], грибков, [6], и растений или растительных экстрактов [7-10] были предложены как более экологичная альтернатива химическим и физическим методам.

Нанотехнология - технология с атомарной точностью - обладает революционным потенциалом для решения важнейших научно-технических задач. Но нанотехнологию в связи с её мультдисциплинарностью некорректно выделять в отдельную отрасль, а необходимо принять её как новый уровень в развитии различных отраслей промышленности и народного хозяйства.

Яндекс.Метрика