Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Нанотехнологии без тайн (Уильямс), 2010, c.362

Эта книга предназначена для всех, кого интересует наномасштаб

ный мир и кто хочет больше узнать об этой увлекательной области

науки. Она будет понятна школьникам, студентам и всем любозна

тельным читателям. Материал излагается последовательно, его мож

но легко усвоить, если читать книгу от начала до конца. Однако если

вас интересуют только отдельные темы, например квантовые точки,

наноэлектроника, «лаборатория на чипе» и т. п., соответствующие

главы можно читать независимо от других.

В ходе повествования автор упоминает важнейшие теории и до

стижения ученых и инженеров в данной области. Эти сведения при

водятся, чтобы показать, как вопросы и яркие идеи любознательных

людей порой способствовали развитию всего человечества.

Наука основана на любопытстве и желании разобраться в проис

ходящем. Лауреаты Нобелевской премии когда то были студентами,

искавшими новые пути в науке. Они верили, что на самые трудные

вопросы должны существовать ответы, и упорно пытались найти их.

Ежегодно кинематографистам вручают «Оскары» за выдающиеся до

стижения в кино, а ученым — Нобелевские премии; с 1901 г. их по

лучили более 750 ученых. Самым молодым лауреатом Нобелевской

премии (25 лет) стал физик В. Лоуренс Брэгг (W. Lawrence Bragg)

в 1915 г.

Альфред Нобель (Alfred Nobel, 1833–1896) получил 355 патен

тов за свои изобретения. Он завещал, чтобы после его смерти из

оставленных им денег выплачивали премии в пяти областях (химия,

физика, физиология и медицина, литература и укрепление мира)

«тем, кто в предыдущий год сделал наибольший вклад в процветание

человечества». В 1968 г. была учреждена Нобелевская премия по

экономике.

Нобель хотел обеспечить признание новаторов и достойное воз

награждение творческого мышления в поисках новых знаний. Автор

надеется, что описание открытий, которые изменили понимание сути

многих вещей и процессов, послужит для читателя толчком к кон

13

центрации собственной творческой энергии для решения важнейших

проблем в науке и технике.

В этой книге предлагается общий обзор нанотехнологий с опи

санием некоторых наиболее важных областей науки, где читатели

смогут встретиться с ними. В начале книги объясняются основные

термины, понятия, концепции и инструменты, которые чаще всего

используются учеными и инженерами для описания нанотехноло

гий. Все сведения сопровождаются ссылками на полезные интернет

ресурсы, содержащие новейшую информацию о методах и получен

ных результатах.

В книге приводится большое количество иллюстраций, которые

помогут читателям представить себе все, что происходит на «нано

технологическом фронте». Кроме того, здесь предлагаются задания

и вопросы, которые могут встретиться на экзамене, с несколькими

вариантами ответа. В конце каждой главы предлагаются несложные

контрольные вопросы. Чтобы ответить на них, можно вернуться к

содержанию главы, освежить полученные знания и проверить себя.

Ответы с правильными решениями находятся в конце книги.

Книга состоит из четырех частей. В конце каждой части пред

лагается пройти проверочный тест, но теперь уже без помощи кни

ги. Вопросы теста не сложнее вопросов в конце каждой главы. Они

предназначены только для того, чтобы подытожить полученные зна

ния. Автор постарался сделать их достаточно интересными и необыч

ными, чтобы позабавить читателей. Если вы дадите более 75% пра

вильных ответов, считайте, что хорошо усвоили материал. Помните,

ответы на все вопросы собраны в конце книги.

Вам предлагается финальный экзамен, который содержит более

легкие вопросы, чем в конце каждой главы и части. Его рекомендует

ся пройти после выполнения заданий всех тестов. Хорошим резуль

татом экзамена можно считать правильные ответы на 75% вопросов.

После выполнения тестов и финального экзамена поручите своим

друзьям проверить правильность ответов. В таком случае вы не буде

те знать, на какие именно вопросы дали неправильные ответы, смо

жете повторить пройденный материал и еще раз попытаться пройти

тест. Только после повторного прохождения следует сделать работу

над ошибками и попытаться определить пробелы в знаниях.

Книгу рекомендуется читать по одной главе в неделю, либо по

одному часу в день, чтобы постепенно перерабатывать полученную

информацию. Спешить не стоит, лучше заниматься меньше, но ре

14

гулярно. Освоение нанотехнологий достаточно просто, но для обду

Глава 1

Открытие фуллерена

Иногда (раз в сто или даже тысячу лет) человечество открывает

или создает нечто, меняющее все вокруг. Пещерные жители почуяли

новый для них запах дыма и решили исследовать (видимо, после

долгого производственного совещания) его источник. Открытие огня

перевернуло мир: на смену суши пришли барбекю и шашлыки.

Позже их потомки открыли инструменты из железа, которые

были гораздо долговечнее, чем каменные наконечники. Оружие из

железа стало предпосылкой завоевания окружающего мира.

Затем были открыты канализация, электричество, автомобили

и антибиотики, которые стали неотъемлемой частью жизни боль

шинства развитых стран. Внезапно человечество осознало, что если

настойчиво стремиться к какой то мечте, то ее вполне можно осуще

ствить (если не посвящать в эту мечту бюрократию). Наука и техни

ка совершили такие прорывы, которые считались фантастикой еще

несколько десятилетий назад.

Наконец наступила эра высоких технологий: цветное телевидение,

компьютеры… Девизом современной науки и техники стало высказы

вание: «Меньше, быстрее, легче и умнее». Чем больше мы знаем, тем

больше хотим узнать. Жажда знаний неутолима, а любопытство без

гранично. Все — от квазаров до ДНК — вызывает жгучий интерес.

В настоящее время поиск знаний достиг невероятного накала. Во

многом это объясняется открытиями в совершенно новой фантасти

ческой области знаний, которую стали называть нанотехнологией.

Благодаря нанотехнологиям появилась возможность создавать

более быстрые и легкие компьютеры, улучшенные теннисные мячи,

прочную ткань, прозрачные солнцезащитные экраны, молекулярные

сенсоры и клеточные методы лечения рака. Сейчас нанотехнологии

используются в сотнях рыночных продуктов. Многие из них ста

ли результатом улучшения уже существующих технологий, напри

мер антивандальные поверхности, антиприлипающие покрытия, но

19

зике «В знак признания заслуг в области теоретических и экспе

риментальных исследований проводимости электричества в газах».

Позже ученые выяснили, что электрон имеет массу 9,1×10–31 кг и за

ряд 1,6×10–19 К.

ЯДРО

Сравнительно недавно ученые установили, что атом является не

одним сплошным объектом, а состоит из множества крошечных ча

20

стичек и более крупного ядра.

Рис. 1.1. Модель атома Резерфорда

21

Таблица 1.1. Массы субатомных частиц

Частица

Обозначение

Масса

Электрон

e–

9,110 × 10–28 г

Протон

p+

1,675 × 10–24 г

Нейтрон

n

1,675 × 10–24 г

МОЛЕКУЛЫ

Многие вещества, например дерево, камень или мыло, на ощупь

22

кажутся твердыми, но они состоят из множества пустотелых атомов.