Да ли сте икада замишљали материјал који би могао да учини да се кишобрани никада не поквасе, да роботи буду довољно мали да раде унутар крвних судова и да керамика буде неломљива као метал? Ово није научна фантастика; то је права револуција коју су донели наноматеријали.
Шта је нанометар? То је заправо јединица дужине; један нанометар је само милијардни део метра. Пречник људске длаке је отприлике 50.000 до 100.000 нанометара. Наноматеријали су материјали чија је величина у најмање једној димензији између 1 и 100 нанометара.
И. Зашто је „Смалл“ „Моћно“?
Када се материјали скупе на наноскалу, они више не прате позната правила физике, већ показују многа невероватна својства.
Прво, оптичка, електрична, магнетна и топлотна својства наноматеријала се значајно мењају. На пример, боја и боја емисије полупроводничког кадмијум сулфида мењају се из жуте у плаву како се величина честица смањује. То значи да не треба да мењамо састав материјала; једноставно мењање његове величине може створити нове материјале са потпуно другачијим својствима. Врсте материје су ограничене, али чини се да смо кроз нанотехнологију добили безброј „нових супстанци“.
Друго, наночестице поседују огромну површину. Један грам наноматеријала може имати површину величине фудбалског терена. То их чини високо ефикасним адсорбентима и катализаторима, са значајном применом у складиштењу енергије, хемијској производњи и заштити животне средине.
За производњу, наноматеријали значе „лакши, виши и јачи“.
Лакши: Уређаји направљени од наноматеријала могу бити знатно мањих димензија док одржавају или чак побољшавају перформансе. Узмите у обзир да су рани рачунари испуњавали читаве просторије, док су данашњи мобилни телефони далеко надмашили своју некадашњу рачунарску снагу-ово је чудо минијатуризације материјала.
Виши: наноматеријали често поседују супериорна оптичка, електрична и магнетна својства.
Јаче: Нанокерамика може да разбије традиционалну перцепцију керамике као крхке, показујући жилавост приближну оној метала.
[слика за поређење коју генерише АИ: лева страна приказује макроскопску структуру материјала, десна приказује структуру наноматеријала]
ИИ. Наноматеријали: већ у нашем свакодневном животу
Нанотехнологија звучи софистицирано, али неке од њених примена су већ ушле у свакодневни живот.
1. Нано-кабанице: вода-одбојне попут листова лотоса
Да ли сте икада завидели капљицама воде које се котрљају са листова лотоса? Нано{0}}кабанице користе сличан принцип. Облагањем површине тканине слојем честица силицијум диоксида у наноразмери, контактни угао између тканине и воде или уља се повећава, спречавајући продирање капљица воде и приморавајући их да се откотрљају.
Тренутно постоје две главне технологије: једна је еколошки прихватљива, али скупа технологија вакуумског премаза; друга је нижа-цена али потенцијално загађивање воде-технологија потапања. Балансирање перформанси, трошкова и заштите животне средине остаје изазов за производну индустрију.
[Линк за преузимање слике: слика високе-слике капљица воде на тканини - Лиценцирана слика 600336933 - Пхотостоцк.цн]
2. Нанороботи: Зора медицине будућности
Док су заиста наноразмјерни, програмабилни молекуларни роботи још увијек у лабораторијској фази, уређаји за манипулацију наноразмјерима се убрзано развијају. На пример, скенирајући тунелски микроскопи (СТМ) и микроскопи атомске силе (АФМ) имају сонде са врховима који досежу атомску скалу, способне да померају појединачне атоме.
Очекује се да ће у догледној будућности нанороботи бити у стању да циљају испоруку лекова, прецизно уклањају лезије, па чак и поправљају ћелије ин виво, револуционишући медицинско и здравствено поље. Њихов развој је парадигма интердисциплинарне сарадње између хемије, физике, биологије, медицине и науке о материјалима.
Амерички научници решили вековима-проблем: нанороботи се могу даљински контролисати у крвним судовима у реалном времену -- Пхоеник.цом концептуална слика наноробота који раде у крвним судовима
3. Наноспужве: магија чишћења
Можда сте користили бели „магични сунђер“ који уклања мрље без детерџента, једноставним квашењем. Ово је меламинска пена, позната и као наноспужва. Његова тродимензионална мрежаста структура-има изузетно високу порозност, стварајући јаке силе адсорпције током трења, уклањајући прљавштину попут ултра-финог брусног папира.
Овај материјал је стабилан,{0}}отпоран, отпоран на киселине и алкалије, па чак и за храну-, што га чини типичним примером успешне комерцијализације нанопорозних материјала.
Енергетска светлост: кинески-Британски истраживачки центар нано енергетских материјала – микроскопски универзум „супер сунђера“
ИИИ. Будућност је ту: како ће наноматеријали преобликовати производњу?
Потенцијал наноматеријала далеко превазилази ово. Његове будуће примене могу у потпуности да трансформишу више индустрија.
Наноелектронски уређаји: чине рачунаре мањим, бржим и енергетски ефикаснијим.
Ваздухопловство и истраживање: производња свемирских летелица са лакшим и јачим наноматеријалима, значајно смањење трошкова лансирања.
Животна средина и енергија: Развој високо ефикасних нанокатализатора и адсорбената за контролу загађења и производњу чисте енергије.
Узбудљив пример је у области биотехнологије. Знамо да ДНК има структуру двоструке спирале, са пречником од око десетине нанометара. Научници покушавају да користе луминисцентне полупроводничке честице величине неколико нанометара за означавање различитих делова ДНК. Ово је као да окачимо "фењере" на мрачну ДНК "пагоди", омогућавајући нам да јасно видимо њену структуру и промене, што је од великог значаја за истраживање гена и дијагнозу болести.
ИВ. Трезна перспектива: „Нано“ није лек за лек
Уз популарност нано концепта, такође морамо бити опрезни у погледу његове „вулгаризације“. Последњих година на тржишту су се појавили „нано фрижидери” и „нано веш машине”. Можда су додали неке наночестице, додајући неке антибактеријске или функције које се лако{2}}чисте-, али основни принцип рада производа се није променио. Ово је више маркетиншка тактика.
Тренутно је примена наноматеријала углавном још увек у почетној фази додавања праха, што није срж нанотехнологије. Права нанотехнологија се односи на прецизно манипулисање и коришћење нових својстава на наноразмери да би се дизајнирали потпуно нови производи. За производну индустрију, кључ пробоја лежи у трансформацији наноматеријала из пуких „адитива“ у „структурне материјале“ или „функционалне компоненте“ које носе основне функције.
Закључак: Свет наноматеријала је потпуно ново поље изграђено одоздо према горе, почевши од атома и молекула. Замагљује границе између физике, хемије, биологије и инжењерства, и ствара нову генерацију технолошке револуције.
За напредну производњу, прихватање нанотехнологије значи постизање квалитативног скока у перформансама производа, потрошњи енергије и интелигенцији. Међутим, то такође захтева континуирано основно истраживање, ригорозан развој процеса и рационална тржишна очекивања.
