Нанотехнологияның техникада қолданылуы

Аңдатпа

Мақалада нанотехнологияны пайдаланудың болашағы, нанотехнология және наножуйелер туралы негізгі түсініктер қарастырылған және наноматериалдар дамуының басым бағыттары мен жетісгіктеріне қатысты өзекті мәселелер талқыланған. Қазіргі таңда нанотехнологиялар үлкен сұранысқа ие болып отырған салалар қарастырылған. Нанотехнологиялардың көмегімен заманауи есептеуіш машиналар мен өндірісгік технологиялардың өндіріліп жатқаны көрсетілген. Нанотехнологияның әр ғылым саласындағы маңызды рөлі және оның жетістіктері нақтыланған.

Қазіргі кезде, нанотехнологиялық зерттеулермен дүниежүзінде 1600- ден асгам ғылыми-техникалық компаниялар мен фирмалар, зертханалар мен орталықтар айналысса, олардың 28% АҚШ-та, 24% Жапонияда, 10% Ұлыбританияда, 9% Алманияда, 5%, ал Ресей 14% құрайды. Осылардың ішінде қазақстандық ғалымдар еңбектерінің еңбегі аздығы бізді қынжылтады, жігерлендіреді, сонымен қатар үміттендіреді [1]. Нанотехнология деген сөзді өзіміздің қазақ тілінде түсіндіретін болсақ, «кішкентай өлшемді технология» дегенді білдіреді. Бұл жерде «нано» сөзі миллиардтың бір бөлшегі деген ұғымды білдіріп, басқа физикалық қасиеттерге ие болады. Міне осы заңдылық арқылы, яғни материяның бір күйден екіншісіне өту кезіндегі өзгерістер арқылы өмірге, бұрын ешкімге белгісіз басқа жаңа технология еніп жатыр. Қазіргі заманауи «сандық» технологиямен үйлесімді жұмыс істейтін электронды құрылғылар - осы нанотехнологияның жемістері десек қателеспейміз.

Нанотехнологиялар мен наноматериалдар әлемдегі барлық дамыған мемлекеттерде адамзат қызметінің маңызды салаларында, атап айтқанда: өнеркәсіп, ақпарат саласы, радиоэлектроника, энергетика, көлік тасымалы, биотехнология, медицинада қолданылуда. Олай болса, біздің ойымызша, нанотехнология ілімінің саласын дамыту арқылы генетика, медицина, машина жасау, электроника, өндіріске арналған жаңа материалдар алу, техника мен өндірістің барлық түрлерін жаңа сапа деңгейіне көтеру мәселелерін толығымен шешуге болады. «Нанотехнология» терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген [2]. Нанотехнологиямен айналысатын ғалымдардың бүгінде айқындап алған міндеттеріне:

  • біріншіден, атомдарды өз қалауымызша орналастырып, ерекше қасиетке ие материалдар жасау;
  • екіншіден, көлемдері белгілі, белсенді атомдар мен молекулалардан тұратын электрондық сызбанұсқалар өндірісін ұйымдастыру;
  • үшіншіден, көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар жасау.

XXI ғасыр ақпаратты технология мен биотехнологиядамуымен қатар нанотехнология ілімінің даму технологиясы болмақ. Нанотехнология әдісінде заттардың мөлшері 1-100 нм бөлігіндей кішкентай бөлшектермен ісінеді. Бір нанометр метрдің миллиардтай бөлігі (1 нм - IO'9 м). Осындай өлшемді заттарды табиғатта кездеспейтін абсолютты жаңа қасиеттер, энергияның, массаның, зарядтың дұрыс таралуына байланысты пайда болады екен деген болжам бар. Осыған байланысты нано біздің болжамымыз бойынша үш бағытта дамығаны байқалады:

  • элементтері бірнеше атомдардан тұратын электронды сызбанұсқалар дайындау;
  • молекула көлеміндей наномашина, робот немесе механизм жасау;
  • атомдардан жэне молекулалардан тұтынулық қажеттілікке бұйымдар дайындау. Осындай бағытта наноэлектроникаға, нанобиотехнология, молекулалы электроникаға, наноэлектромеханика, наноэнергетикаға, оптоэлектроникаға жаңа функционалды конструкциалды наноматериалдар, компьютерлі технологияға, экологияға, аэронавтикаға және басқада адамзат өміріне қажетті материалдар алу процесіне арналған[3].

Бүгінгі таңда нанотехнологияның дамуы мынандай негіздерге әсерін тигізеді: өте төзімді нанокристалды және аморфты материалдар алу; отқа төзімді полимерлер негізінде нанокомпозиттер синтездеу; наноэлектроникаға, нанопоктоникаға, жартылай өткізгішті транзистерлер, лазерлерге, фотодетекторларға, күн сәулесінен энергия алу элементтеріне, жұқа қабыршақты гетероқұрылымды микроэлектроника компоненттеріне, жұмсақ магнитті және қатты магнитті материалдар алу үшін; телекоммуникацияға, ақпараттық және есептеу технологиясы на, суперкомпьютер құрылымына, молекулалы электронды сызбанұсқаларға, наномеханика молекулярлы моторлар немесе наномоторлар, нанороботтан нанохимия жэне катализ, оның ішінде жану процесін зерттеу, зат беттерін бүркелеу, электрохимия нанотүтікті материалдар, әсіресе, мұнай өңдеу өндірісіне, фильтрлер авиацияға, космосқа, жану элементтеріне, электрлі аккумуляторлар және басқа да электр көзін алу үшін, фармацевтиканың дамуына, ағзаға дәрумендерді тасымалдау, биополимерлер, биологиялық талшықтарды қалпына келтіру процесінде, клиникалық және медициналық диагностика әдістерінде, жасанды сүйек тірі органдарды тасымалдау кезінде, биомеханикада, геномикада, биоинформатика салаларында қолданыс табуда. Бүгінгі таңда дүниежүзі бойынша 50 елде нанотехнология әдісімен айналысуда [4].

Осы уақытта практикалық нанотехнологияның белгілі барлық жетістіктері қолданыстағы жіктемесіне сәйкес үш топқа бөлінеді: инкрементті, эволюциялық және радикалды. Инкрементті нанотехнология қазіргі наноқұрылымдар, сондай-ақ арнайы әсерлер мен феноменге атомдық және мезодеңгейлер арасындағы өту облысына тән қолданыстағы классикалық материалдарды едәуір жетілдіру мақсатында өнеркәсіптік қолдануды білдіреді. Әр түрлі қасиеттері бар композитті конструкциялық, қорғаныш өздік тазалынатын жабындылар, автохимияпрепараттары және кейбір басқа даматериалдарды алу саласында инкрементті нанотехнология кеңінен дамуыналды. Мысал ретінде нанотехнологияны тұрмыста қолданылатын көп функционады қасиеті бар "ақылды" бет жасайтынполирольді келтіруге болады.Ол тиімді қорғауды, қалпына келтіру және түсті жылтырлак-бояу жабындарының қамтамасыз ететін бразилия карнаубы және синтетикалық балауыздан, силикон және абразивті емес наноалмазданбірегей комбинацияны білдіреді. Жауһары ұялы құрылымды полироль қабықшаларын жоғары беріктігі, төзімтал, беттік адгезиясымен, фотохимиялық және химиялық тұрақтылығымен, қосымша жарқыл өздігімен тазару бетінің пайдалану кезінде наноөлшемді ал мазда р мүмкіндік алу жасайды. Автомобильді күрделі ауа райы мен климаттық жағдайларында пайдалану кезінде, мысалы, ылғалды және жаңбырлы ауа райында, қазақстанда бұл көрсеткіш бойынша лас жолда, сондай-ақ ыстық күні лак- бояу жабындыны жылу және ультракүлгін сәуледен қорғау үшін полироль тиімді.

Эволюциялық нанотехнология наномеханизмдермен байланысты. К.Э. Дрекслер идеясы бойынша әмбебап молекулалық роботтарды өздік жинау әдістерімен кез келген объектілерді(соның ішінде өзіне ұқсас) қолда бар молекулалар, фуллерен, нанотүтікшелер және басқа да ұқсас құрылымдармен қайтадан жаңғыртылуы мүмкін [5].

  • -3 суреттерде молекулалық динамика әдісгерімен есептелген және нанокомпоненттерден жиналған қарапйымнан өте күрделіге дейін механикалық конструкциялардың мысалы келтірілген.

Сурет 1. Қарапайым тісті берілістер Сурет 2. Подшипниктердің құралмалы бірліктері

Сурет 3. Наноманипулятор конструкцияларын жинау

Үйкеліс шығындары нөлге жақын болып табылатын микроскопиялық «мойынтіректерді» жапондық ғалымдар құрды. Осы бағытта қол жеткізген ең үлкен прогресс. «Мәңгі» мини мойынтіректер материалы ретінде синтетикалық молекулалар - фуллерен болды. Бұл жағдайда олар 60 көміртегі атомдарынан тұратын біргетұрақты бесбұрыш және алтыбұрыш түрінде ұйымдастырылған торды құрайды. Бұл айналмалы «шарлар» күрделі технологиялық процестен кейін графиттен жасалған екі ұзарту пластиналар қатарына қойылған. Тозбайтын мойынтіректің жұмыс істеу принцип! қарапайым схемасы 4-суретте көрсетілген.

Сурет 4. Фуллерен механизмнің схемасы.

Радикалды нанотехнология - бұл нанороботтар. Олар қоршаған ортада тасымалдауға және борттық жүйесімен жабдықгалған қабілетті болуы мүмкін [6]. Диагностикалау және емдеу аурулары, соның ішінде қартаюымен күрес, тапсырыс бойынша адам ағзасынқайтақұру, дайындалған өте берікті конструкциялардан "Жер - орбита"лифтке дейін нанороботтарды пайдалана алады.

 

Әдебиеттер тізімі:

  1. Нанотехнологии - основа инноваций XXI века // Наука и высшая школа Казахстана. 2006. 7. - С. 4-5.
  2. Третьяков Ю. Д. Проблема развития нанотехнологий в России и за рубежом http://nanometer/ru/2006/ll/17/5819225/html/.
  3. Пустовалов В. К. Нанотехнологии: состояние, проблемы, перспективы // Новости науки и технологий. 2006. 1 (4). - С. 186- 192.
  4. Тодорова Н. Нанотехнологии - прорыв в будущее // Казахстанская правда, 1 августа 2007.
  5. Деффейс К. Удивительные наноструктуры / К. Деффейс, С. Деффейс; редЛ.Н.Патрикеев. - M.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 206 с.: ил.
  6. Дьячков, П. Н. Электронные свойства и применение нанотрубок / M.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 488 с.: ил.
Жыл: 2018
Қала: Атырау