Нанотехнологии - что это такое?

Нанотехнологии - что это такое?

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз

Нанотехнологии - что это такое?

Сообщение автор Dmitry в Вт 13 Сен 2011 - 3:40



Что такое нанотехнологии?

Нанотехнологии – это технологии изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи. Название происходит от слова "нанометр" - миллионная часть метра. Нанотехнологии обеспечивают возможность создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, принципиально нового качества. Ценность таких систем состоит в том, что возможна их интеграция в полноценно функционирующие системы макромасштаба.

Строго говоря, нанотехнология, как научное направление, не является чем-то новым. Системы, объекты которых имеют подобные размеры типичны в живой природе. Важной отличительной особенностью нанометрового масштаба является способность молекул самоорганизовываться в структуры различного функционального назначения, а также порождать структуры, себе подобные. Методами так называемого механосинтеза реализуются новые, не имеющие аналогов, молекулярные соединения. Проведены эксперименты, в которых тысячи и десятки тысяч молекул соединяются в кристаллы, обладающие наперед заданными свойствами, которые не встречаются у природных материалов.
Качественная характеристика нанотехнологии заключается в практическом использовании нового уровня знаний и понимания физико-химических свойств материи.

Известен целый ряд органических молекулярных групп, которые могут функционировать как выпрямитель, проводящая шина или запоминающее устройство. Для хранения одного бита информации теоретически нужна всего одна молекула. Изготовленный таким образом накопитель на жестком диске мог бы во много раз превзойти по емкости сегодняшние аналоги.

Существует и потенциальная нанотехнологическая альтернатива энергоресурсам. Это особенно актуально в эпоху экстремально высоких мировых цен на нефть. Нефть вполне может заменить солнечная энергия. Ученые убеждены, что при определенном использовании нанотехнологий, эффективность сбора солнечной энергии вырастет настолько, что про нефть и уголь все просто забудут. Энергия Солнца в равной степени доступна всем государствам на планете, и трудно придумать, как одна страна перекроет другой доступ к этому источнику. Следовательно, одной причиной для войн и конфликтов благодаря нанотехнологиям может стать меньше.

Итак, нанотехнологии оперируют величинами порядка нанометра. Нанометр – это величина, которая ничтожно мала. Размер нанометра можно сравнить разве что с атомом. Получается, что нанотехнологии работают уже не с веществом, а с его составными частицами – атомами. Нанотехнологии развиваются на сегодняшний день в трех основных направлениях: во-первых, в сторону изготовления электронных схем размером с молекулу или атом, во-вторых, в сторону изготовления механизмов таких же размеров. И, наконец, третье направление нанотехнологий – сборка предметов из молекул и атомов.
Фундаментальные исследования явлений, происходящих в структурах с размерами менее 100 нм, дали начало развитию новой области знаний, которая, безусловно внесет революционные изменения в технологии XXI века.

Общемировые затраты на нанотехнологические проекты сейчас превышают 9 миллиардов долларов в год. На долю США приходится примерно треть всех мировых инвестиций в нанотехнологии. Другие главные инвесторы на рынке нанотехнологий - Европейский Союз и Япония. Прогнозы показывают, что к 2015 году общая численность персонала различных отраслей нанотехнологической промышленности может дойти до 2 миллионов человек, а суммарная стоимость товаров, производимых с использованием наноматериалов может приблизится к 1 триллиону долларов.

Оригинал статьи на сайте MIKROMIR.RU - http://www.mikromir.ru/articles.shtml
avatar
Dmitry
Administrator

Сообщения : 4298
Очки : 13520
Репутация : 8881
Дата регистрации : 2011-07-09
Откуда : Россия, Санкт-Петербург

http://www.art-cafe.info

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Нанотехнологии - что это такое?

Сообщение автор Juris в Чт 27 Ноя 2014 - 1:57

Материалы, со стоимостью около 20 млрд. €, что мы знаем о них?



В голубом свете светящиеся жидкие наночастицы

Невооружённым глазом невидимая частица Nano (миллиардная часть метра) в природе существует с незапамятных времен, когда только земля сформировалась, но, в конце концов, наука нанотехнологий нашла им применение в различных областях человеческой деятельности – в медицине, фармацевтике, электронике, косметике, текстильной промышленности и даже в пищевой.
Отмечено что материалы на нано уровне имеют совершенно различное поведение и могут добавить неестественных свойств. Однако там, где открываются новые возможности, всегда прячется определенный риск.

Вопрос токсичности поднят совсем недавно

Тема, использования человеком наночастиц в производстве различных изделий, рассматривалась неделю назад на выставке “Эко Логика” в ходе которой неправительственная организация Балтийский экологический форум (БЭФ) провела дискуссию для школьников.
Им рассказали, что источников наноматериалов предостаточно в природе -  например, после извержений вулканов, лесных пожаров и песчаных бурь в природу выбрасываются миллиарды мельчайших наноразмерных  частиц. Такие же частицы “производятся” и некоторыми источниками человеческой деятельности – такими как сигаретный дым или выхлопные газы автомобилей.
Наверное, быстрее всего развивающаяся область применения нано частиц  - это промышленность: косметика, лекарства, спорттовары, видеотехника, текстиль, упаковки пище продуктов, и т.д.
Например, в текстильной промышленности, наночастицы серебра могут быть использованы для обеспечения антибактериальных свойств, а углеродные нанотрубки спортивному инвентарю добавляют прочности и легкости.
Несмотря на то, что о наночастицах начали говорить аж с 1985 года, отдельные статьи о негативных последствиях и их токсичности появились в прессе в 1996-1998 годах, а с 2004 года начали по-настоящему говорить о токсикологии. Если наночастицы характерны отличными характеристиками, то попавшие в живые организмы тоже имеют различное воздействие. Всегда ли этот эффект бывает хорошим и откуда возникает риск, сегодня и поговорим.
Нанотехнологии преемственность технологий, сочетают в себе физику и химию, а также биологию, потому изучая эту область нужен комплексный подход на изучение наночастиц и их применении.
Оценивая воздействие на здоровье, следует учитывать всевозможное воздействие – химическое, физическое, и биологические свойства.

Самая большая проблема - отсутствие исследований

В тело человека наночастицы могут попасть различными способами, если используются косметические средства, содержащие наночастицы, мы мажем их на кожу, и наночастицы легко попадаю в кровь. Если наночастицы используются в пищевых упаковках, они в организм легко попадают через пищеварительный тракт. Наночастицы можно вдохнуть через легкие. Первые исследования показали что наночастицы попавшие с пищей почти 98% удаляются организмом, но если они попали в кровь то 80% остаются в печени.
Эксперименты с животными показали, что биоаккумуляционные вещества (имеющие свойство накапливаться) освобождаются из легких от нескольких месяцев до нескольких год, так как обычные крупные частицы мы откашливаем гораздо быстрее.
Вдыхаемые наночастицы после семи дней были обнаружены в печени, селезенке, мозге, почках, сердце и костном мозге. Таким образом, вдыхаемые частицы разносятся по всему телу. В настоящее время считается, (потому что нет никаких точных доказательств), что неорганические частицы не участвуют в обмене веществ, а органические могут – есть подозрения, поэтому проводятся исследования. В настоящее время самая большая проблема в изучении наночастиц на организм человека, является отсутствие долгосрочных исследований.
Мы говорим, что это очень важно, когда имеем примеры использования опасных веществ в прошлом (например, когда началось широкое использование пластификаторов для снижения горючести веществ, а позже узнали о негативных последствиях этого материала на здоровье – начали жёстко регламентировать использование). Еще до широкого применения надо изучить все долгосрочные последствия и выбрать только безопасное использование. Нельзя обобщить все наночастиц и их использование во всех областях.

Манипуляция атомами и молекулами

Например, компания “Baltic Nano Technologies” применяет нанотехнологии для защиты поверхности различных материалов. Потребителям предоставляются некоторые вещества и их композиции для покрытия нужных поверхностей таких как: бетон, дерево, текстиль, стекло, керамика. Люди могут защитить разные поверхности от воздействия окружающей среды, легко их чистить и сохранять.
Нетехнологичные импрегнанты отличаются от обычных тем, что нанесенные на поверхность совершенно не меняют ни цвет ни воздухопроницаемость ни другие характеристики, только делают поверхность водонепроницаемой. Некоторые продукты могут сделать поверхность олеофобной, а это значит, что к такой поверхности не прилипнет грязь, масла, смазочные материалы, краски.
Спросив химиков о потенциальных рисках, связанных с нанотехнологиями, отвечают, что они в значительной степени зависят от того, какой из материалов, используются для достижения желаемой цели, и где это будет использовано.
Каждая область применения имеет свои риски. Вообще цель науки нанотехнологий, извлечение желаемых свойств материала, работая с материалом на нано уровне (1-100 нм), т.е. манипулируя атомами, молекулами или группами молекул, для получения структур с определенными свойствами.

Один из рисков - нерастворимость в воде


Капли воды на обработанной поверхности

Химик, чтобы проиллюстрировать, как использование наночастиц в продукции может дать им как положительные, так и отрицательные характеристики, дает пример с косметической продукцией.
В косметике используются такие образования как мицеллы, которые из-за своей схожести с мембранами клеток могут проникать в них и переносить полезные вещества, такие как коллаген, витамины и прочие. Без мицелий можем намазывать лицо чем только хотим, в клетки молекулы коллагена и витаминов не попадут, они не пройдут через барьер клеточной мембраны, и естественно кожа не получит необходимые питательные вещества.  Но всегда, в любой области есть свои плюсы и минусы. Вместе с витаминами в клетку попадают и совершенно ненужные и даже вредные вещества (например, консерванты).
В еще одном примере, где могут быть использованы в нанотехнологии, химики называют фармацевтику. Примером может быть продление действия препаратов, лекарств: выпиваем таблетку, которая содержит всю необходимую суточную дозу, но лекарство попадает в организм не сразу, а освобождается постепенно, медленно.
Представительница компании раскрывает секрет, что одним из рисков, связанных с наночастицами это нерастворимость в воде. Попавшие в организм 1-100nm наночастицы могут проникать очень глубоко, а потому что не растворяются в воде, там и остаются.


Керамическая черепица и капли воды

Приходилось слышать, что одни из первых, кто работали с наночастицами серебра и не очень охранявшие себя ученые ходили почерневшими руками, потому что проникшие в кожу нано частицы серебра оставались там на очень продолжительное время.

О реальной или воображаемой опасности

Чтобы лучше представить обычному человеку как действуют маленькие кусочки материи на нано уровне, ученые дают такой пример. Бросьте крупные кристаллы соли в стакан воды, а в другой стакан воды насыпьте измельчённую соль. В котором стакане соль быстрее растворится?
Так и с частицами – чем мельче, тем активнее. То, что обычно неопасно на микроуровне становится опасным в нано уровне. В косметике, например, в лаке для ногтей наночастицы придают лаку твердости и долговечности, здесь вреда организму нет, но если наночастицы используются в кремах, риск им попасть в организм и вызвать проблемы со здоровьем является реальным.
В некоторых продуктах для достижения желаемого эффекта, например, для покрытий  используются в небольшом количестве наночастицы аморфного кремния. В общем, диоксид кремния является относительно инертным материалом (песок) и в аморфной форме (не кристальной) наночастицы диоксида кремния столь же опасны, как опасна обычная пыль.
В нашем случае частицы диоксида кремния в покрытиях остаются связанные и в воздухе в виде пыли не летают.  Другие наши продукты опасны настолько, насколько опасны их составляющие химические вещества. Придерживаясь указанных норм безопасности, опасности для здоровья нет. Нанотехнологический процесс, при котором формируются структуры с нужными свойствами, происходит уже на покрытой поверхности. После покрытия через несколько минут, происходит химическая реакция, и образовавшиеся покрытие становится нетоксичным, примерно как краска или лак.

Маркировка NANO появится и на продуктах питания

Посчитано что за год в мировом рынке циркулирует около 11 млн. тонн наноматериалов, с рыночной стоимостью около 20 млрд. евро. Большую часть рынка нано продуктов на сегодня составляют черный уголь и аморфный диоксид кремния. Эти и ряд других наноматериалов на рынке циркулируют уже десятилетия и используются в различных целях.
В настоящее время становятся популярными: диоксид нано титана, оксид нано цинка, нано трубки углерода и нано серебро. Наноматериалы используются в электронике, в производстве солнечных панелей, в продуктах биомедицины, в том числе для диагностики и терапии опухолей. Наноматериалы помогают спасать человеческую жизнь, улучшают функциональность потребительских товаров.
Натурально существующие наночастицы можно обнаружить во всей человеческой среде обитания, о их существовании и поведению по существу известно всё. Тем не менее, недостаточно  данных о техногенных наночастицах в рабочей среде человека. Наблюдая за их существованием, сталкиваемся с техническими трудностями, которые возникают из-за небольшого размера наночастиц и низким уровнем концентрации.
Наночастицы могут быть использованы в пищевых продуктах, но есть требование, чтобы все ингредиенты с искусственными наночастицами должны быть четко указаны в списке ингредиентов. После таких ингредиентов в скобках должно быть слово "нано". (В Европе с декабря 2014г.)
В настоящее время из всех нано материалов дозволено  контактировать  в процессе производства пищевых продуктов только – нитриду титана, и то с ограничением, наночастицы нитрида титана недолжны свободно выделятся.
Применяя новые технологии, создаются такие материалы, где размер наночастиц существенно определяет различные физические и химические характеристики. Эти различные свойства могут определять и различные токсикологические свойства, следовательно, Европейское ведомство по безопасности пищевых продуктов, эти вещества должны оценивать в каждом конкретном случае на возможный риск до получения дополнительной информации об этих новых технологиях.

Интенсивно подготавливается каталог наноматериалов

Наноматериалы могут быть использованы, как уже упоминалось ранее, в косметических продуктах. Для их использования требования уже определены в Европейском парламенте и в Совете Европы.
Тем не менее, в том же документе, есть примечание, что настоящее время не достаточно информации о рисках, связанных с наноматериалами.
Перед поставкой на рынок косметической продукции с наноматериалами, необходимо по определенной форме, за 6 месяцев представить подробную информацию совету Европы, об используемых наноматериалах (например, идентификация наноматериала, свойства, токсикологические данные). СЕ рассматривает данные и, если есть какие-либо сомнения относительно безопасности наноматериала, требуют представления дополнительных данных. Если СЕ устанавливает, что использование наноматериалов в косметической продукции не представляет опасности для здоровья, такому косметическому продукту снимаются все препятствия попасть на рынок. Если косметический продукт с наночастицами попал на рынок, придерживаясь всех формальностей, значит, его безопасность не вызывает сомнений. В настоящее время в Европейской комиссии создана рабочая группа, интенсивно работает над подготовкой каталога наноматериалов, который, как ожидается, утвердят до конца этого года. Когда появится такой каталог, в нём будет учеными подтверждённый список наноматериалов, которые не оставляют сомнений о безопасности человеческому здоровью.




Перевод Juris
По материалам: http://delfi.lt/grynas/
avatar
Juris
Moderator

Сообщения : 1164
Очки : 3965
Репутация : 2805
Дата регистрации : 2011-07-15
Возраст : 47
Откуда : Lithuania, Pasvalys

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Нанотехнологии - что это такое?

Сообщение автор medvezhonok umka в Вс 12 Июл 2015 - 13:38

Интересный сайт о нанотехнологиях - http://www.nanonewsnet.ru . Много информации о современной науке и технике. При беглом осмотре сразу попались статьи на разные темы раздела, о Дне рождения уважаемого Николы Теслы и полете на планету Марс. Пусть как можно скорее развиваются нанотехнологии в области медицины, чтобы безболезненно и быстро лечить людей и животных!

avatar
medvezhonok umka
Art-Master

Сообщения : 133
Очки : 504
Репутация : 371
Дата регистрации : 2012-04-30

Вернуться к началу Перейти вниз

Предыдущая тема Следующая тема Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru