Нанотехнологии

Протуберанец длиной примерно 109 м над поверх-ностью Солнца.

Наномир населён мельчайшими объектами, размер которых хотя бы в одном из измерений не превышает примерно 100 нанометров. Один нанометр (нм) — это одна миллиардная часть метра, или 1 · 10–9 м. 

Слово «нанометр» произошло от греческих слов «нанос» — карлик и «метро» — мера. В одном нанометре помещается всего от трёх до шести атомов.Любые целенаправленные преобразования вещества на нанометровом уровне составляют фундамент нанотехнологий (термин впервые использовал в 1974 г. японский учёный Норио Танигучи). Материалы с заранее заданными составами, размерами и структурой, которые получают с использованием нанотехнологий и свойства которых существенно зависят от входящих в их состав нано-объектов, называются наноматериалами.

Изучает устройство наномира так называемая нанонаука — междисциплинарная область знаний, объединяющая физику, химию, биологию, медицину, материаловедение, электронную и компьютерную технику. 

Таким образом, нанонаука — это совокупность всех знаний о свойствах вещества на нанометровом уровне. Выделяют также наноинженерию, занимающуюся поиском эффективных методов использования наноматериалов. 

Именно нанонаука, наряду с информатикой и молекулярной биологией, является важнейшим направлением развития науки и технологии XXI в. Организаторы российской научной конференции в 2007 г. очень точно назвали её «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии».

Впервые получение наноразмерных объектов, тогда неосознанное, случайное, люди предприняли много лет назад, когда в Древнем Египте стали окрашивать волосы в чёрный цвет, научились выплавлять дамасскую сталь и получать цветные стёкла, успокаивать штормящее море вылитым на него жиром, получать под воз-действием света изображение на фотоплёнке и фотобумаге. Наиболее выдающиеся примеры использования наноразмерных частиц в древности — кубок Ликурга, хранящийся в Британском музее, и средневековые храмовые витражи. В стекле кубка (так называемой диатреты) — мельчайшие частицы золота и серебра размером не более 100 нм, использованные античными мастерами в соотношении 3 : 7. Если эту зеленоватую чашу осветить изнутри, она становится красной .

Аналогично получали и великолепное витражное стекло. Так же, как и в кубке Ликурга, его делали цветным наночастицы металлов. 

Недавно учёные доказали: витражное стекло выполняло в древности (и даже сейчас!) также функции очистителя среды от грязи благодаря тому, что на солнце мельчайшие частицы золота и других металлов превращаются в катализатор для очистки!

Осмысление наномира началось в 1857 г., когда гениальный Майкл Фарадей сформулировал вопрос: что происходит со свойствами обычного металла (например, золота) при его сильном измельчении и можно ли добиться такого измельчения, при котором металл вообще потерял бы свои известные свойства?

Фарадею удалось получить такие частицы золота, которые ни по внешнему виду, ни по своим свойствам уже ничем не напоминали металл (они, как выяснилось позже, имели размер от нескольких десятков до тысяч ангстрем (10–10 м) и содержали от нескольких тысяч до миллиона атомов металла). Годом позже Юлиус Плюккер сумел получить тонкие металлические плёнки из наночастиц при испарении металлического катода в разреженных газах, а в 1880 г. Томас Эдисон получил их же, но уже в вакууме. 

Много лет спустя, в середине XX в., были случайно открыты такие необычные нанообъекты, как нитевидные кристаллы, и изучены их свойства.

Литература:

Познаём наномир. Простые эксперименты.

На сайте методической службы издательства «БИНОМ. Лаборатория знаний» (metodist.Lbz.ru) организован лекторий В. А. Озерянского (в меню Лекторий), в котором авторы размещают дополнительные материалы и отвечают на вопросы учителей, учащихся и родителей.