В зону наномасштабов, где привычные законы мира "настоящих вещей" переплетаются и конфликтуют с зыбкой реальностью мира квантов, мы начинаем входить только сейчас. Предметы большего размера техника освоила давно, и шлифовка многотонной турбины с микронной точностью никого не удивляет. Но и предметами в миллион раз меньше нанометра, атомными ядрами и элементарными частицами человечество непринужденно оперирует уже много десятилетий, создавая ядерные бомбы, реакторы, большие и малые коллайдеры. В мире малых величин Приставка "нано" происходит от греческого "нанос" — "карлик" и означает миллиардную долю чего-нибудь. В контексте нанотехнологий — миллиардную долю метра, то есть нанометр. Представить этот масштаб помогают деньги: нанометр и метр соотносятся как копеечная монета и земной шар (а если каждый житель Земли даст по монетке, этого хватит, чтобы выложить цепочку вокруг экватора, даже если кое-кто, как обычно, пожадничает). Миллиметрами (тысячная доля метра) размечена школьная линейка, микрометры (они же микроны, миллионная доля метра) — размер того, что видно в хороший микроскоп (клетки, микробы и их органы), ну а в нанометрах измеряют вирусы, крупные молекулы, с недавних пор — транзисторы в компьютерных процессорах. Величина атомов — десятые доли нанометра. Если бы мы были ростом нанометр, то могли бы играть атомами в футбол. Чем же эта пограничная зона так поразила воображение мировых лидеров технологического прогресса, что они бросились вкладывать колоссальные средства в ее изучение и освоение? Дело в том, что очень многое и в технике, и в природе, и в повседневной жизни определяется именно процессами, идущими в наномасштабах. Они влияют на прочность домов и чистоту воздуха, быстродействие компьютеров и эффективность лекарств. Более того, жизнь любой бактерии, цветка или человека поддерживается непрерывной работой бесчисленных природных наномашин, которые управляют развитием и делением клеток: молекулы ДНК и РНК копируют и передают информацию, а особые органы клетки, рибосомы, на основе этой информации собирают белки из аминокислот-заготовок. Сбой в работе этих нанозаводов ведет к очень печальным последствиям. Вот почему более чем заманчиво было бы научиться управлять нанопроцессами, чинить испорченные наномашины и строить новые, которых никогда не было в природе. Все это было осознано давным-давно — впервые о таких перспективах сказал великий американский физик Ричард Фейнман в своей новогодней лекции 29 декабря 1959 года. В качестве дальнего рубежа он намечал даже изготовление заданных веществ путем прямой сборки из атомов, без химического синтеза. Инструменты, пригодные для столь точной работы в наномасштабах, действительно появились, но гораздо позже. В 1980-х годах были созданы сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп, позволяющие не только видеть отдельные атомы, но и собирать из них кое-какие конструкции, как из кубиков. Наномир впервые стал доступным не только для исследования, но и для преобразования. С тех пор разработан целый набор средств для создания нанометровых структур в самых различных материалах. До искусственных рибосом и замены химии на атомный конвейер еще далеко, но сделать действующий автомобильчик с колесами в одну молекулу или портрет нового президента США из 150 млн нанотрубок сегодня уже не научный подвиг, а просто нанотехнологичная шутка. Нанотехнологиями как раз и называют всевозможные способы создания материалов и конструкций с ценными, иногда просто удивительными свойствами, определяемыми их строением в диапазоне наномасштабов. Нанокапсулы для прямой доставки лекарств к пораженным клеткам и бумага из нанотрубок многократно прочнее стали, сверхмалые транзисторы на нанопроводах и солнечные элементы на гибких нанопленках — все это и многое другое уже существует как продукты нанотехнологий. Нанотехнологии изменят наш мир не меньше, чем изменили его компьютеры, интернет и мобильная связь в прошедшие десятилетия. Энергия измельчения Самый простой вид нанопродукции — наночастицы. Измельчение до частиц размером в десятки или сотни нанометров часто придает давно известным материалам новые полезные качества. Одна из причин в том, что суммарная поверхность частиц в таком нанопорошке становится огромной. Наночастица состоит всего лишь из нескольких тысяч или миллионов атомов, а это очень мало — ведь даже в невидимой простым глазом живой клетке атомов в миллионы раз больше. Поэтому материал в нанопорошке как бы выворачивается наизнанку, почти все атомы оказываются на поверхности, на границе с внешним миром и энергично с ним взаимодействуют. Например, серебро в форме наночастиц становится губительным для бактерий — это успешно применяется в современных ранозаживляющих повязках. Другой пример — нанорезина, нанопорошок из отработанных шин. Когда его добавляют в сырье для асфальта, дорога, покрытая таким асфальтом, служит в несколько раз дольше обычной. Нанопорошки глины в последние годы используют в изолирующих покрытиях силовых кабелей — такая изоляция очень плохо горит, и это повышает безопасность зданий. Наночастицы диоксида титана (основы всем известных титановых белил) помогли создать самоочищающееся стекло: их локальная химия не дает мелким частичкам грязи прилипать к стеклу. |
