Оглавление

Лекция : Введение в курс. Нанотехнологии - основа современного этапа НТР

Лекция : Сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы – «глаза» и «пальцы» нанотехнологии

Лекция : Нанокластеры и квантовые точки.

Лекция : Магнитные кластеры и нанослои

Лекция : Фуллерены и нанотрубки.

Лекция : Фотонные кристаллы – оптические сверхрешетки.

Лекция : Наноэлектроника

Лекция : Наноматериалы

Лекция : Ассемблер. МЭМС и НЭМС. Наномоторы

Лекция : Нанотехнология

Лекция : Нанотехнология в быту. «Умная» одежда и обувь

Лекция : Нанотехнология в военном деле. Костюмы солдата, спасателя, космонавта.

Лекция : Перспективы и проблемы нанотехнологии.

Лекция : Введение в курс. Нанотехнологии - основа современного этапа НТР.

Первая и вторая научно-технические революции

В течение тысячелетий человек использовал в быту и технике макроскопические тела, состоящие из большого числа атомов, будь это каменный топор или авиалайнер. Первая научно-техническая революция - индустриальная, или энергетическая, - условно отсчитывается с получения Дж. Уаттом в 1769 г. основного патента на усовершенствованный паровой двигатель, который привел к резкому увеличению производительности труда во всех видах производства, добыче ископаемых, в сельском хозяйстве и на транспорте. До этого источником энергии была энергия ветра, падающей воды и (очень часто) просто мышечная сила животных и людей.

С началом развития микроэлектроники в 1960-х гг. началась вторая научно-техническая революция - информационная. Автомобили и другие средства пере­движения, станки и приборы оставались макроскопическими телами, так как единицей масштаба служат размеры человеческого тела, но управляющие элементы, устройства для передачи и приема информации становились все сложнее, а составляющие их единицы (транзисторы, конденсаторы, сопротивления) все миниатюрнее. Эмпирический закон Мура (удвоение плотности чипов каждые полтора-два года) оказался достаточно универсальным и уже 40 лет выполняется в ряде областей, основанных на так называемых «критических» технологиях. Экстраполяция этих результатов на наше время неизбежно приводит электронику от микроструктур к наноструктурам: транзисторы и другие элементы вскоре должны будут состоять из считанного числа атомов.

Третья научно-техническая революция

Появление и развитие нанотехнологии означали начало третьей научно-технической революции, которая на наших глазах постепенно охватывает все области цивилизации: технику, медицину, экологию, освоение космоса и т. п. и, по мнению специалистов, изменит облик мира уже к концу первого - началу второго десятилетия XXI в.

Приставка «нано» означает одну миллиардную, 10^-9. На греческом языке «нано» означает «карлик». Нанометр (10^-9 м), видимо, впервые ввел А. Эйнштейн при рассмотрении размеров молекулы сахара. В низкомолекулярных твердых телах (металлах, ковалентных кристаллах типа алмаза, ионных кристаллах) расстояние между атомами составляет десятые доли нанометра: на отрезке длиной 1 нм уложится несколько атомов. По принятому международному определению наноструктуры могут иметь размеры от 1 до 100 нм хотя бы в одном направлении (сверхтонкие пленки и поверхности), или только в двух (нанонити и нанотрубки), или по всем трем направлениям (кластеры) и в целом содер­жать большое число атомов, но их свойства все равно принципиально отличаются от обычных макроскопических тел.

Наноматериалами называются макроскопические материалы, если элементами их структуры являются наноструктуры, наноразмерные элементы.

Свойства наночастиц изучает нанонаука, находя­щаяся на границе физики, химии, биологии и информатики. Нанотехнология разрабатывает пути получе­ния и использования наноструктур, однако фактически этот международный термин понимается шире, чем русский термин «технология».

Технологией (technology) в англоязычных странах обозначают умение, систему знаний, процессов, средств создания и применения продуктов труда. Само понятие «нанотехнология» было введено в 1974 г. японским исследователем Норио Танигучи примени­тельно к точности обработки деталей.