Нанотехнологияны пайдаланудың болашағы өңдеу
Нанотехнология деген не?
Нанотехнология — көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіріп, олардың қасиеттерін алдын ала жоспарлау арқылы белгілі бір құрылымды құрастыру үшін жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру тәсілдері мен мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым. Ол кеңістіктің нанометрлік аймағында жеке атомдарға, молекулаларға және молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар және материалдар алуға бағытталады.
Нанометр — бір метрдің миллиардтан бір бөлігі: 1 нм = 10-9 м. Нанотехнология дәл осы ауқымдағы өлшемдермен жұмыс істейді.
Қиялдан ғылымға дейінгі жол
Әуестену, еліктеу және қиялға берілу секілді адамға тән құбылыстардың уақыт өте келе сенгісіз жаңалықтарға ұласатыны бұрыннан белгілі. Ертегілердегі аспанға ұшатын кілем, желаяқ етіктер немесе қияндағыны көз алдыңа әкелетін айна тәрізді бейнелер бүгінде «көне дүниелерге» айналып барады. Нанотехнология да дәл осындай қиял мен ізденістің тоғысынан туған бағыт ретінде қарастырылады.
Дрекслер және «молекулалық технология»
1986 жылы студент Эрик Дрекслер «Жасампаз машина» атты футуристік эссесінде алғаш рет «молекулалық технология» атауын қолданды. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларын өз болжамдарымен ұштастырып, «саналы тіршілік ортасының» ықтимал бейнесін сипаттайды: XXI ғасырда нанороботтар заттардың ішіне және адам ағзасына енгізіліп, адамзат қоршаған ортамен бірге тұтастай «саналы компьютерлік» жүйеге ұласуы мүмкін деген ой айтылады.
Атомдарды «көруге» жол ашқан құрал
Нанодүниемен жұмыс істеуге мүмкіндік берген маңызды қадамдардың бірі — 1981 жылы ІВМ корпорациясының Швейцариядағы филиалында инженерлер Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер жасаған туннельдеуші микроскоп. Оның жұмыс принципі салыстырмалы түрде қарапайым: аса жіңішке ине материал бетімен шамамен бір нанометр қашықтықта қозғалып өтеді.
Қалай жұмыс істейді?
Ине ұшы мен беткі қабат арасындағы қашықтыққа тәуелді өте әлсіз ток пайда болады. Осы сигнал арқылы материалдың беткі қабаты атомдық дәлдікпен сипатталады.
Нені өзгертті?
Жекелеген атомдарды «көрумен» қатар, оларға әсер ету мүмкіндігі туды: қарапайым тілмен айтқанда, атомды «іліп алып», қажетті орынға қондыруға жол ашылды.
Нанотехнологияның қалыптасуын 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты, АҚШ физигі Ричард Фейнманның жеке атомдарды манипулятор көмегімен қозғалту мүмкіндігі туралы баяндамасымен де байланыстырады. Ал «нанотехнология» терминін 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути ғылыми қолданысқа енгізген.
Негізгі ерекшелік: наномасштабтағы заңдылықтар
Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін дәстүрлі инженерлік ғылымдармен салыстырғанда, нанотехнологияның басты ерекшелігі — нанонысандарда кванттық құбылыстар мен молекулааралық өзара әрекеттесулердің айрықша күшті байқалуы. Дәл осы факторлар жаңа, күтпеген физика-химиялық қасиеттері бар материалдар мен құрылғылар алуға мүмкіндік береді.
Қолдану аясы
Нанотехнология саласындағы зерттеулер қазірдің өзінде практикалық маңызы жоғары нәтижелер беріп келеді. Нанотехнологияны дамыту арқылы жаңа материалдар алу, техника мен өндірістің көптеген түрін жаңа сапа деңгейіне көтеру секілді міндеттерді шешуге болады.
Негізгі бағыттар
- Генетика және медицина
- Клондау және биотехнология
- Микроағзалар мен бактерияларға әсер ету
- Машина жасау және электроника
- Өнеркәсіпке арналған жаңа материалдар
- Өндіріс тиімділігін арттыру
Қазақстандағы зерттеулер
Қазақстанда наноқұрылымдарды зерттеу ҚР Білім және ғылым министрлігінің іргелі ғылыми-зерттеулер бағдарламасы аясында 2003 жылдан бастап жүргізіле бастады. Нанотехнологиялық зерттеулерде белгілі жетістіктерге жеткен ғылыми ұжымдарды топтастырып, олардың жұмыстарын үйлестіру мақсатында Алматы маңындағы Алатау кентіндегі Ақпараттық технологиялар паркінің аумағында Физика-техника институты жанынан ұлттық нанотехнология зертханасы ұйымдастырылды. Мұндағы жұмыстар нақты жобаларға негізделген бағдарламалар бойынша іске асырылады.
Болашағы: нанороботтар және нано түтікшелер
Нанотехнологияның болашағы туралы болжамдар кейде ғылыми фантастикаға ұқсап көрінуі мүмкін. Дегенмен саладағы идеялар мен прототиптер жаңа мүмкіндіктерге жол ашып отыр.
Медициналық мини-құрылғылар
Кей болжамдар бойынша, көлемі пошта маркасындай құрылғы жарақат орнына қойылғанда, қан құрамын талдап, қажет дәріні анықтап, оны қанға өздігінен енгізе алады.
«Атомнан құрастыру» идеясы
Атомдарды кірпіш секілді тізіп, қажетті затты құрастыру — нанотехнологияның ең батыл мақсаттарының бірі ретінде сипатталады.
Экология және өндіріс
Болашақ өндірістер қалдықты азайтып, ал кей сценарийлерде наножүйелер ескі қалдықтарды жоюға қатысады деген болжамдар айтылады.
Туннельдеуші микроскоптың артықшылықтарының бірі — атомдарды тек бейнелеу емес, оларға әсер ету арқылы беткі қабаттағы күйді өзгертуге мүмкіндік беруі. Осы құралдар наноәлемді «бақылаудан» «құрастыруға» қарай жақындатады.