1. Основные понятия

Нанотехнология – это создание и использование устройств, материалов и технических систем, принцип работы которых определяется наноструктурой, то есть упорядоченными частицами размером от 1 до 100 нм.

Наночастица - аморфная или полукристаллическая структура, имеющая хотя бы один характерный размер в диапазоне 1-100 нм.

Термин относится к классификации ультрадисперсных частиц с одним из размеров в диапазоне 0,1-0,001 мкм (100-1 нм), которые могут иметь (демонстрировать) или не иметь свойства, обусловленные своими размерами (квантово-размерные эффекты).

В настоящее время термин «наночастица» остается предметом дискуссии относительно определения диапазона размеров и наличия размерных свойств частиц.

Согласно международной классификации (IUPAC) предельный размер наночастиц – 100 нм, хотя это формальный критерий. Понятие наночастиц связано не с их размером, а с проявлением у них в этом размерном диапазоне новых свойств, отличных от свойств объемной фазы того же материала. Частицы размером 1 – 5 нм содержат около 1000 атомов, диапазон частиц 5 – 100 нм включает в зависимости от типа вещества 10³ – 10⁸ атомов.

Нанотехнология - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба;

Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами.

Фуллерены — углеродные кластеры с чётным, более 20, количеством атомов углерода, образующих три связи друг с другом. Атомы в молекулах фуллеренов расположены на поверхности сферы или сфероида в вершинах гексагонов и пентагонов. Фуллерены с количеством атомов более 70 (например, C76, C78, C84) называют высшими фуллеренами.

Нанотрубка - протяженная цилиндрическая структура диаметром от одного до нескольких десятков нанометров. Известны различные типы нанотрубок, из которых наиболее распространенным являются углеродные нанотрубки: одно- и многостенные, состоящие из одной или нескольких гексагональных графитовых (графеновых) плоскостей, свернутых в кольцо. Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году. Современные технологии позволяют получать нанотрубки длиной до нескольких сантиметров.

Квантовая точка - пространственная неоднородность кристаллической структуры, обычно — на поверхности полупроводника или проводника. Характерный размер неоднородности d должен быть настолько малым (обычно — от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров), чтобы были существенны квантовые эффекты.

Плазмотрон - техническое устройство, в котором при протекании электрического тока через разрядный промежуток образуется плазма. Буквально, плазмотрон означает — генератор плазмы.

2. История развития нанотехнологии

Интенсивные исследования в области нанотехнологий, активизировавшиеся на рубеже XX—XXI вв., стали двигателем происходящих ныне кардинальных изменений в промышленном производстве, привели к качественному скачку в развитии методов и средств обработки информации, получения электрической энергии, синтеза новых материалов на основе передовых научных подходов к познанию материи. Еще до наступления «наноэры» люди сталкивались с наноразмерными объектами и протекающими на атомно-молекулярном уровне процессами, использовали их на практике. Например, на наноуровне происходят биохимические реакции между макромолекулами, из которых состоит все живое, катализ в химическом производстве, брожение, идущее при изготовлении вина, сыра, хлеба. Однако так называемая «интуитивная нанотехнология», которая первоначально развивалась стихийно, без надлежащего понимания природы происходящего, не могла быть надежным фундаментом в будущем. Поэтому все большую актуальность приобретают научные изыскания, расширяющие горизонты наномира и направленные на создание принципиально новых продуктов.

Системные исследования наноразмерных объектов берут свое начало в XIX в., когда в 1856—1857 гг. английский физик Майкл Фарадей впервые изучил свойства коллоидных растворов нанодисперсного золота и тонких пленок на его основе. В первой половине ХХ в. зародилась и получила развитие техника исследования нанообъектов.

В 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

В 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

В 1974 году японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии", которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона. Греческое слово "нанос" означает примерно "старичок".

1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.

1985 год. Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.

В 1986 году нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрк Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.

Нынешний период в развитии нанотехнологий характеризуется активизацией исследований и разработок в данной области, вложением в них существенных инвестиций. Особенно ярко эти тенденции проявляются в ведущих индустриальных странах мира.

США в данном направлении занимают лидирующие позиции. Страны Западной Европы начали проводить работы в области нанотехнологий в рамках соответствующих национальных программ. В ФРГ нанотехнологические изыскания поддерживаются в основном Министерством образования, науки, исследований и технологий. В Англии руководство этим направлением осуществляет Совет по физико-техническим исследованиям, а также Национальная физическая лаборатория. Во Франции стратегию развития нанотехнологий определяет Национальный центр научных исследований. Все больше внимания нанотехнологиям уделяется в Китае, Южной Корее, ряде других государств. Нанотехнологические изыскания начали осуществляться и в странах СНГ, в частности в России и Украине, как правило, в ходе проведения государственных научных программ.