Nanotechnologijos [Mokslo populiarinimo konkursas]

Matas Vyšniauskas atsiuntė dar vieną darbą. Šį kartą – apie nanotechnologijas, jų istoriją ir taikymo sritis. Jau dvyliktąjį konkurso darbą skaitykite po kirpsniuku, o perskaitę pagalvokite ir apie dalyvavimą.

Nanotechnologijos

Matas Vyšniauskas

Nanotechnologijos yra tarpdisciplininė taikomojo mokslo ir technologijų šaka, apimanti darbą su mažomis medžiagų dalelėmis – nanodalelėmis, matuojamomis nanometrais (viena milijardinė metro dalis) bei jų pritaikymą technologijose. Nanotechnologijos apima medžiagas ir objektus ne didesnius nei apytiksliai 100 nm.

Istorija

Nanotechnologijos gimimo momentu laikoma garsi Nobelio premijos laureato Richardo Feynmano paskaita ironišku pabadinimu „Apačioje daugybė vietos“, ją 1959 metais jis skaitė Amerikos fizikų draugijai. Šioje kalboje jis svarstė, kaip galėtų atrodyti mažiausio dydžio mašinos, atitinkančios žinomus fizikos dėsnius. Jis suprato, kad mašinų dydžiai bus vis mažinami, kol pasieks atominius atstumus, o paskui atomai gali būti naudojami kitoms mašinoms sukurti. Jis padarė išvadą, kad paprasčiausios atominės mašinos, tokios kaip, pavyzdžiui, skridinys, svirtis ir ratas, atitinka fizikos dėsnius, tačiau jas pagaminti yra ypač sunku.

Daugelį metų nanotechnologijos slypėjo užmarštyje, nes tuometinės technologijos neturėjo galimybių manipuliuoti individualiais atomais. Tačiau 1981 metais įvyko didžiulis atradimas- Ciuricho IBM laboratorijoje dirbantys mokslininkai Gerdas Binningas ir Heinrichas Rohreris išrado skenuojantį tunelinį mikroskopą, už kurį vėliau buvo skirta Nobelio premija fizikos srityje.

Netikėtai fizikai įgijo galimybę gauti stulbinamus pavienių atomų „atvaizdus“, kurie suformuodavo tinklines struktūras, visiškai panašias į vaizdinius chemijos knygose. Kadaise atomo teorijos kritikai manė, kad tai neįmanoma. Dabar tapo įmanoma daryti puikias kristalo arba metalo gardelėje išsirikiavusių atomų fotografijas. Mokslininkų naudojamas chemijos formules, kuriomis jie siekė atvaizduoti sudėtingas molekules sudarančių atomų sekas, dabar tapo įmanoma pamatyti plika akimi. Be to, skenuojantis tunelinis mikroskopas suteikė galimybę valdyti pavienius atomus. Jo išradėjai iš paskirų atomų net išklojo raides IBM ir moksliniame pasaulyje sukėlė didžiulę sensaciją. Mokslininkai daugiau nebebuvo akli pavienių atomų pasaulyje, jie įgijo galimybę juos matyti, žaisti ir dirbti su jais.

 

Panaudojimas

1. Kasdienėje buityje

Galbūt daugelis tik pirmą kartą girdi šią sąvoką, tačiau jų nuostabai ši mokslo šaka dabar mus lydi vos ne kiekviename žingsnyje.  Nanotechnologijos naudojamos daugelyje sričių, bet aš išskirsiu tik keletą iš jų.

Šiandien nanotechnologijos labiausiai padeda žmonėms tokioje paprastoje ir buitiškoje srityje, kaip švaros palaikymas. Nanodalelėmis padengtas paviršius turi daugybę smulkių iškilumų, kurie yra daug mažesni už vandens molekulę, todėl vanduo ant tokio paviršiaus neužsilaiko ir tiesiog nuteka juo, kartu nusinešdamas ir bet kokius nešvarumus. Šiuo principu „veikia“ ir lotoso lapai – vandens lašeliai jais teka lyg stiklo karoliukai.

Šiandien jau gaminamos tokios nanodangos, skirtos įvairiems paviršiams: užpurškus tokios medžiagos ant vonios ar veidrodžio, kalkės ir nešvarumai paprasčiausiai negalės užsilaikyti ant paviršiaus, tad jo nereikės valyti ir naudoti jokių chemikalų. Tačiau tai tik laikina priemonė, todėl inžinieriai ir mokslininkai dirba ties naujomis gamybos technologijomis, kurios padėtų kuo pigiau ir paprasčiau išraižyti bet kokį paviršių tokiais nanonelygumais. Įsivaizduokime miestą, kuriame niekada nereikia plauti gatvių šviestuvų, dangoraižių stiklų, o vairuotojams nereikia rūpintis savo automobilio švara.

Kita pramonės sritis, kurioje nanotechnologijos šiandien naudojamos ypač intensyviai, yra kosmetikos gamyba. Pavyzdžiui, į kremus nuo saulės dažniausiai dedama iki nanodalelių susmulkinto cinko oksido arba titano dioksido – šios medžiagos labai gerai sugeria ultravioletinę spinduliuotę. Kitos nanomedžiagos naudojamos norimam kosmetikos atspalviui išgauti, be to, mažos dalelės geriau įsigeria į odą, todėl pagerėjo kremų efektyvumas.

Kosmetikos pramonė išties mato perspektyvų nanotechnologijų srityje. Pavyzdžiui, kosmetikos gamintoja „L’Oreal“ šiandien yra investavusi daugiau nei 600 mln. dolerių į tyrimus, susijusius su nanotechnologijomis. Tiesa, vis dar pasigirsta mokslininkų abejonių dėl nanodalelių saugumo kosmetikoje – juk jos gali gan giliai įsiskverbti į žmogaus kūną.

2.Medicinoje

Labai daug dėmesio pastaruoju metu skiriama nanotechnologijų galimybėms medicinos srityje. Naudo­jantis nanotechnologijomis kuriamas naujas požiūris į mediciną, keliamos idėjos, kaip išgydyti iki šiol neišgy­domas ligas, kaip paprasčiausiai pratęsti žmonių gyve­nimo trukmę. Svarbi nauja kryptis – nanorobotų kūri­mas. Tokie nanorobotai būtų paleidžiami į organizmą, atpažinę ligos pažeistas ląsteles, prisikabintų prie jų ir jas sunaikintų arba prisikabinę įsiskverbtų į jų vidų, iš­leistų reikalingus medikamentus, kurie atkurtų ląste­lės funkcijas arba jas sunaikintų. Taip būtų užtikrinama, kad reikalingi vaistai būtų pristatyti tik į pažeistas ląste­les, o ne pasklistų visame organizme. Tai perkeltų patį medicinos mokslą į kitą lygmenį – pacientas būtų gydo­mas su minimalia invazija į organizmą. Štai kaip galėtų atrodyti nanorobotas (1 pav.).

1 pav. Nanorobotas

Kita svarbi nanomedicinos šaka yra organų regeneravimas. Taikant šios mokslo šakos metodus butų galima išauginti bet kokį organą mėgintuvėlyje ar kito donoro organizme.

3. Kosmose

Šiandien žmonija susiduria su daugybę problemų, susijusių su tarpžvaigždinėm kelionėm. Visų pirmą žmogus negalėtų ištverti ilgos kelionės nesvarumo būsenoje, o kur dar Saulės vėjo poveikis, galaktikų spinduliuotė, mikrometeoritai. Antra, siųsti didžiulius erdvėlaivius į kosmosą yra brangus „malonumas“ žvelgiant iš ekonominės pusės.

Perspektyvus pasiūlymas į tarpžvaigždinę kelionę išsiųsti automatiškai valdomus zondus, sukonstruotus nanotechnologijų pagrindu.  Ateityje nanotechnologijos pasieks tokį aukštą lygį, kad bus įmanoma konstruoti atomo ar molekulės dydžio mašinų varomus mikroskopinius erdvėlaivius.  Vietoj didžiulių reaktyvinių raketų į kosmosą galima išsiųsti tokius nanozondus, kurie judėtų beveik šviesos greičiu elektromagnetinių laukų pagrindu.  Tai reiškia, kad jonizavus nanorobotą ir įdėjus jį į elektromagnetinį lauką, jį galima būtų lengvai įgreitinti iki šviesos greičio ir paleisti į kosmosą. Paskui nanorobotas pats galės keliauti į žvaigždes, nes kosmose nėra jokios trinties. Taip būtų galima išspręsti daugelį problemų, kurios yra neišvengiamai susijusios su didesniais erdvėlaiviais. Šie automatiškai valdomi protingieji nanoerdvėlaiviai galėtų sugebėti nukeliauti į artimąsias žvaigždžių sistemas, ir visa tai kainuotų tik dalelę pastato ar didžiulio tarpžvaigždinio erdvėlaivio su žmonių komanda paleidimo vertės.

4. Architektūroje ir statybose

Nanotechnologijų svarba statybų pramonei taip pat la­bai didelė. Naudojantis naujausiomis nanotechnologijo­mis bus galima kurti naujo tipo medžiagas įvairiems ar­chitektūriniams sprendimams įgyvendinti, jos išsiskirs naujomis ypatybėmis, patvarumu, atsparumu aplinkos poveikiui ir kt. Nanotechnologai taip pat nuolat orien­tuojasi į daiktų funkcionalumą, siekdami, kad vienas daiktas turėtų ne tik pagrindines jam būtinas ypaty­bes, tačiau ir šalutinių duomenų, suteikiančių medžia­goms papildomų pranašumų. Pavyzdžiui, iš išorės ne­permatomas stiklas, kuris, žiūrint iš vidinės pusės, yra visiškai skaidrus.

Nanotechnologijos taip pat svarbios kuriant tvirtesnes medžiagas, tai svarbu ne tik statybų, bet ir gamybos pramonėje. Naudojantis nanotechnologijomis, buvo su­kurta medžiaga, šimtus kartų stipresnė už plieną. Ji su­daryta iš anglies nanovamzdelių. Nors nanovamzdeliai yra vos kelių nanometrų pločio, jie išsiskiria tvirtumu, kurį lemia tai, jog anglies atomai tarpusavyje sujung­ti specialia nanovamzdelių struktūra.

Taigi ši sritis nestovi vietoje ir sparčiai juda į priekį, kas gali žinoti ko dar sulauksime ateityje.

 

Šaltiniai

http://www.technologijos.lt/n/mokslas/fizika/S-23047/straipsnis/Nanotechnologijos—nuo-istorijos-iki-perspektyvu?l=2&p=1

http://www.spec.lt/get.php?f.15125

Michio Kaku. Neįmanomybių fizika

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *