1. Что такое нанотехнология
Термин технология происходит от греческого слова «techno» - искусство, мастерство, умение + «logos» - наука; как совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния (свойство, формы) первоначального сырья, материала в процессе производства конечной продукции.
Задача технологии состоит в том, чтобы использование законов природы шло на благо человека. Существуют различные отрасли технологии - технологии машиностроения, технологии химической очистки воды, информационные технологии и другие.
Технологии различаются лишь природой исходного сырья, материала. Именно значительная разница между такими видами сырья, как информация и металлические конструкции, определяют и существенные различия в методах их обработки и преобразования [4, 14, 18].
Любая наука обладает собственной системой терминов и понятий. Теперь перейдем непосредственно к терминологии. Само слово «нанотехнология» ? это по сути междисциплинарная область науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств с базовыми структурными элементами размерами в несколько десятков нанометров. В макроскопическом представлении физико-химические свойства вещества инвариантны относительно его количества или размера. Нанотехнология призвана сверхточно манипулировать индивидуальными атомами и молекулами. Она кардинально изменит наш окружающий мир, чем мы можем себе это представить [ 2, 14].
В последнее время термин «нанотехнология» (НТ) стал очень популярным. Он объединяет разнородные представления и подходы, а так же разные методы воздействия на вещество. Следует отметить что термин «нанотехнологии» имеет приставку «нано», означающая изменение масштаба в 10-9 (миллиард) раз, т.е. 1 нанометр = 1 нм = 10-9 м, что составляет одну миллионную привычного нам миллиметра [5, 16]. Примерно таковы размеры молекул (поэтому часто нанотехнологию называют также молекулярной технологией). Для сравнения, человеческий волос приблизительно в 60 тысяч раз толще одной молекулы [14]. Разумеется, человеческое воображение, используемые термины, образы и слова почти не способны в полной степени описать «окружающий мир» со столь крошечными объектами. При этом образующие систему наночастицы по своим свойствам отличаются как от объемной фазы вещества, так и от атомов или молекул, их составляющих. В основе качественно новых достижений в научно-технических разработках на наноуровне лежит использование новых, ранее неизвестных свойств и функциональных возможностей материальных систем при переходе к наномасщтабам [2, 8]. Классические представления о закономерностях природы начинают нарушаться при размерах составляющих десятые доли микрометра. За этой гранью начинается территория, подчиненная квантовым законам, в которых проявляет себя волновая природа электрона и системы микрочастиц. Все природные материалы и системы построены из нанообъектов. Природа «программирует» основные характеристики веществ, явлений и процессов именно в интервале наноразмеров (на молекулярном уровне). Нанотехнологический подход означает такое же, но целенаправленное регулирование свойств объектов на молекулярном уровне, определяющем фундаментальные параметры вещества. Поэтому, к примеру, такие проекты, как производство самовоспроизводящихся роботов, с одной стороны, и клеточных роторных моторчиков, - с другой, не кажутся ни фантастическими, ни осуществимыми.
Специфичность свойств вещества в нанометровом масштабе и связанные с этим новые физические явления обусловлены тем, что характерные размеры элементов структуры нанообъектов лежат в диапазоне, соответствующем средним размерам атомов и молекул в обычных материалах. С этой точки зрения следовало бы рассматривать наноструктуры в качестве особого фазового и стабильного состояния вещества. Свойства веществ и материалов, образованных структурными элементами с размерами в нанометровом интервале, в объемной фазе не определяются однозначно. Это вызвано тем, что изменения характеристик обусловлены не только уменьшением размеров структурных элементов, но и проявлением квантовомеханических эффектов, волновой природой процессов переноса и доминирующей ролью поверхностей раздела. Управляя размерами и формой наноструктур, таким материалам можно придавать совершенно новые функциональные характеристики, резко отличающиеся от характеристик обычных материалов. К числу уже известных наноструктур относятся - углеродные нанотрубки, белки, ДНК и работающие при комнатных температурах «одноэлектронные» транзисторы. Рациональный подход к производству таких материалов и устройств знаменовал бы революцию в науке и технике, если бы удалось выявить и полностью использовать закономерности и принципы, определяющие структуру и свойства таких нанообъектов.
На сегодняшний день, основной проблемой нанотехнологии является то, что исследователи еще почти ничего не знают о фундаментальных закономерностях поведения отдельных частиц, структур и целых систем в этом нанометровом пространственном масштабе. Наночастицы одновременно и слишком малы и слишком велики (для квантовомеханических расчетов, которые в нанообласти оказываются весьма приближенными).
Исследователи пока не умеют достаточно точно моделировать поведение наночастиц, поскольку их характеристики непрерывно изменяются во времени и пространстве, а число объединяющихся в наносистемы частиц все еще недостаточно велико, чтобы рассматривать эти системы в качестве статистических ансамблей.
Поэтому для реального прогресса в производстве наноструктурных материалов и наноустройств предстоит значительно углубить фундаментальные представления о поведении наночастиц и разработать надежные методики расчета их свойств [7, 10, 12].