Нанотехнологияның даму тарихы және оның жетістіктері. Нанотехнологияның тарихы

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе
Нанотехнологияның даму тарихы және оның жетістіктері

Нанотехнологияның тарихы
Нанотехнологияның қолдану аясы
Нанотүтікшілер

Даму мен болашақтағы мәселелері

Нанотехнологияның негізгі міндеттері
Нанотехнологияның пайдалану болашағы
Нанотехнологияны елімізде дамытудың алғашқы шарттары

Қорытынды

Колданылған әдебиеттер

Кіріспе

1974 жылы «Нанотехнология» терминін ең алғаш жапондық ғалым Нарио Танигучи ұсынған болатын. Жеке атомдардың манипуляциясы көмегімен жаңа объектілер және материалдар жасауға болатынын жариялады. Нанометр - бір метрдің бір миллиард бөлшегі.

Тіршілікпен қоғам пайда болғаннан бастап, адамзат өзінің өмірін жақсартуға, жеделдетуге тырысты. Алғашқы қауымдық құрылыс кезінде олар түрлі еңбек құралдарды пайдалана білді, уақыт өте келе адамзатқа пайдасы келетін жан-жануарларды қолға үйретті.

Тақырыпты бастамас бұрын ғылымның тарихына көз тастасақ, адамзат қоғамында көптеген революциялық өзгерістердің адамдардың көне идеяға жармасып, жаңа информацияны қабылдаудан бастарту қиындықтармен байланысты болғанын көрген болар едік. Солай батыс өркениеті жүз жылдар бойы жерді жазық деп келді. Бұл ақиқатқа жақын болмаса да, адамдардың карта қолдануына және онымен бағытұстауына кедергі болған жоқ. Галилейдің және басқа да ғалымдардың осы мәселе жөніндегі тұжырымдамалары оларға қымбатқа түсті. Соның ішінде Джордано Бруноны «діннен азған» деп, католик шіркеуінің әмірімен отқа жақты. Сонымен қоғамға бұл фактіні мойындау үшін 200 жылдай керек болды.

Солай 200 жыл бойы ең кішкентай шама атом екендігіне ешкімнің күмәні болмады. XX ғасырда ғылым ең кішкентай элементар бөлшектерді (электрон, протон, нейтрон) ашып, бұл барлық әлемнің негізгі түсініктерін өзгертті. Барлық ғылымның негізінің негізі Аристотель постулаты - объект бір мезгілде «А» немесе «А емес» болуы мүмкін емес дегенімен, ол жарықтың бірмезгілде бөлшектер ағыны және толқын болатындығын түсіндіре алмады.

Ньютон механикасы әлемнің барлық заңдылықтарын мінсіз түсіндіретін болғанды және салыстырмалы теорияның тууына еш себеп жоқ еді. Бірақ бұл теорияның ашылуы ғылымның түбірлі өзгерісіне әкелді. Өзінің таңғаларлық жұмысымен Энштейн Ньютон механикасынан толығымен бас тартқан жоқ, ол тек заңның қолдану шегін көрсетті.

Бір сөзбен айтқанда «бәрі ағады, бәрі өзгереді», енді міне, адамзат тағы да біздің үш ұйықтасақ түсімізге кірмеген жаңа революциялық төңкеріс пен технологиялық жаңалықтар табалдырығында тұрмыз. Болашақта өмір сүретіндер және оны жасайтындар, бүгін-ақ өзінің білімі мен өсуіне мән беріп, қолдаған шешімдеріне үлкен жауапкершілікпен қарау керек. Себебі XXI ғасырда білім мен мамандық ерекше белсенділікке ие. Біз оларға дайынбыз ба?

Жылдар өтті, заман өзгеріп отырды, үздіксіз дамып отырды, заманға қарай адамдардың қажеттіліктері де өзгеріп отырды Қазіргі таңда біздің көпшілігіміз күнделікті өмірімізді ғылыми жетістіктерсіз, техникасыз медицинасыз елестете алмаймыз. Ал ендігі дамудың жоғарғы, шырқау шегі ол «нанотехнология», өте-өте кіші көлемдегі және адамдар командасын орындауға қабілетті жүйе.

Қазіргі техникалық прогресс бұрынғыдан тиімді, әрі жылдам, көлем жағынан шағын машиналар жасауға бағытталған. Мұндай машиналардың соңғы шегін көлемі молекулалардай деп санасақ болады. Машиналар ковалентті байланыспен байланысқан атомдардан құралған, ол өте мықты, тез, әрі шағын, мұндай машиналарды жасаумен және басқарумен молекулалық нанотехнология айналысуда.

Мен нанотехнология аймағында жарық көрген мақалалар мен теориялық материалдарды қарап шығып, зерттедім яғни әдебиеттік шолу жасадым. Бұл тақырып мені өзінің адамзат өмірін мүлде жаңа бір сатыға көтере алатын мүмкіндіктерімен қызықтырды. Менің теориялық ізденістерімнің мақсаты нанотехнология аймағындағы физикалық процестердің ерекшеліктерін зерттеу, сонымен қатар олардың адамзатқа ықпалын және таяу болашақта қолданысқа енетініне көзімді жеткізу болып табылады.

Нанотехнологияның тарихы

Әуестену, еліктеу, қиялға берілу секілді адами қалыптардың бірте-бірте ел сенгісіз жаңалықтарға бастайтыны әлмисақтан белгілі.

Аңыз-ертегілердегі аспанға ұшатын ағаш ат пен кілем, желаяқ етіктер, аста-төк дастархан, қияндағыны көз алдыңа алып келетін қол айна секілділер шындыққа айналып, дәл қазір "көне дүниелер" санала бастады. Нанотехнология да өмірге осындай қиял мен әуестік нәтижесінде келген еді. 1986 жылы студент Эрик Дрекслер өзінің "Жасампаз машина" аталатын футуристік эссесінде тұңгыш рет молекулярлы технология атауын қолданады. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларына өз қиял-болжамдарын қосақтай отырып, "Саналы тіршілік ортасының" жалпы бет-бейнесін жасап шығады. Осы болжамға сәйкес, XXI ғасырда нанороботтар әрбір заттың, әрбір адам ағзасының ішіне енгізіледі де, адамзат қоршаған әлеммен бірге тұтастай саналы компьютерге айналады. Мұндай идея Эссе Дрекслерден бұрынырақ пайда болған көрінеді. 1981 жылы ІВМ корпорациясының швейцариялық филиалындағы екі инженер, Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер мәнерлеп туннельдеуші микроскоп ойлап тауыпты. Микроскоптың құрылымы аса қарапайым: шамалы қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр шамасындағы қашықтықта материалдың үстімен жылжып отырады. Осы кезде инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электрондарды тесіп өткізеді де, соның нәтижесінде шамалы тоқ пайда болады, оның көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Осылайша материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдарды "ажыратуға" мүмкіндік туады. Бұл ғылымның пайда болуын 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты, АҚШ физигі Р. Фейнманның жеке атомдарды манипулятор көмегімен қозғалту мүмкіндіктері туралы жасаған баяндамасымен байланыстырады. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін басқа инженер ғылымдарданнано технологияның негізгі ерекшелігі, нанонысандар үшін кванттық және молекулааралық өзара әсерлесуінің күшті болуына байланысты. Нанотехнология саласындағы зерттеулер қазірдің өзінде практикалық маңызы зор нәтижелер беруде.

Нанотехнологияның қолдану аясы

Генетика, медицина, клондау, микроағзалардағы бактерияларға әсер ету және машина жасау, электроника, т. б. өндірістерге арналған жаңа материалдар алу, техника мен өндірістің барлық түрлерін жаңа сапа деңгейіне көтеру мәселелерін нанотехнологияны дамыту арқылы ғана шешуге болады. Қазақстанда наноқұрылымдарды зерттеу ҚР білім және ғылым министрлігінің іргелі ғылыми-зерттеулер бағдарламасы бойынша 2003 жылдан жүргізіле бастады. Нанотехнологиялық зерттеулерде белгілі жетістіктерге жеткен ғылым ұжымдарды топтастырып, олардың жұмыстарын үйлестіру мақсатында Алматы қаласы маңындағы Алатау кентіндегі Ақпараттық технологиялар бағы аймағына кіретін физика-техника институты жанынан ұлттық нанотехнология зертханасы ұйымдастырылған. Мұндағы ғылыми-зерттеулер нақты жобалардан тұратын бағдарламалар бойынша жүргізіледі.

Нанотүтікшілер

Соның бірайғағы фуллерендер аккумуляторлық батареяларды шығаруға қолданылуда. Оның өз «ағайындарынан» айырмашылығы - сыйымдылығы бес есе көп, салмағы өте аз, жоғары экологиялық сапасы мен санитарлық қауіпсіздігінде. Батареяның бұл түрін жеке компьютерлер мен дыбыс аппараттарының қоректену көзіне пайдаланады. Бірақ, оны жүзеге асыру оңай шаруа емес. Өйткені, америкалық «Carbon Nanotechnologies» тәулігіне 0, 5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Бұл ретте Жапония да белгілі бір мөлшерде табысқа жетті. Мұнда жылына 400 кг фуллерен шығаратын тәжірибе зауыты салынуда. Сонымен бірге, осы елде жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда.

1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр-нанотүтікшені байқаған. Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден косманавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшенің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) өзгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағандаэкологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді. Ал машиналарға ауыр баллондарды салу олардың жылдамдығын азайтатын еді. Мүмкін болашақта автомобилдерге сутегімен толған қолданатын шығар.

Нанотехнология жетістігінің мысалы ретінде IBM фирмасының лабораториясында алғаш Бихи мен Рорер жасаған сканерлейтін тунелді микроскопты (СТМ) айтуға болады. Бұл микроскоптың көмегімен алғаш алтын, сосын кремний бетінің атом деңгейіндегі суретін алған. Сканерлейтін тунелді микроскоптің жұмыс органы тоқ еткізетін металдық ине тәрізді - зонд. Зонд зерттелетін үлгі бетіне ете жақын ара қашықтықта (Н"0, 5 нм) қойылады, нәтижесінде зонд пен үлгі арасында беттің күйіне байланысты езгеріп отыратын тунелдік ток пайда болады. Осылайша, тунелдік тоқтың өзгеру шамасын өлшей отырып немесе керісінше оны тұрақты етіп (зондтың төмен жоғары қозғалта отырып) беттің сканерлеп, компьютерде оның суретін алуға болады. Бұл әдіс тек атомдық құрылымдарды зертеумен шектелмей, денелердің физикалық қаситеттерін зерттеуге мүмкіндік береді. Тіпті қазіргі сканерлейтін тунелді микроскопты жеке атомдарды алып, оларды жаңа орынға тасуға, атомдық жинақ жасауға мүмкіндік береді.

Нанотехнологияның негізгі міндеттері

Қазір ғалымдар тұсауы жаңа кесілген 'нанотехнологияның үш негізгі міндеттерін айқындап алды:

Біріншіден, осының көмегіне сүйене отырып, атомдарды өз қалауымызша тікелей орналастыру жүзеге асырылады, яғни ерекше қасиеттерге ие болған материалдар жасалады.
Екіншіден, көлемдері жекелеген молекулаларға немесе атомдарға тең белсенді элементтері бар электрондық схемалардың өндірісін ұйымдастыру көзделіп отыр.
Үшіншіден, ғалымдар көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар, яғни наномашина жасауды көздеуде.

Бұл әрине, енді ғана қолға алына бастаған, тәжірибе жүзінде сынақтан өткен алғашқы қадамдар ғана. Бірақ ғылымы мен білімі дамыған бірқатар елдерде соның алғашқы үлгілері қолданысқа енгізіле бастады. Мәселен, Массачусетс технологиялық институтында қазір көлемі бақыр ақшадай өрмекші-роботтың алғашқы үлгісі жасалынды, ол бір минутта 1-ға дейін әртүрлі қозғалыстарға келтіріледі. Бірақ көлемі үлкен болғандықтан, оны нағыз наноробот деуге ертерек секілді. Ресей ғалымдары да америкалық әріптестерінен қалысар емес. Олар нанотехнологияны медицина саласына жұмыс істету жолында ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізуде.

Таяудағы жылдары адамның тіндері бойымен өз бетінше қозғалып жүретін және биологиялық заттардың орналасқан әрі шоғырланған жерін анықтауға мүмкіндік беретін молекулалық құрылымдар жасауымыз мүмкін, - дейді Ресей ғылым академиясының академигі, профессор Юрий Евдокимов. Егер осыған қол жетсе, онда биохимиялық зертханалар мен медицина-клиникалық диагностикада аса ауқымды мүмкіндіктер ашылып, адам ағзасындағы дертті дәл анықтауға және толық емдеуге мүмкіндік туады.

Осындай молекулярлы машина өткен жылы Мичиган университетінде сынақтан өткізіліпті. Нанороботтар үш бөліктен тұрған екен: тасымалдағыш-молекулалар, қатерлі ісік жасушаларын барлап білетін-молекулалар (ДНҚ фрагменттері бар) және люминофер-молекулалар. Осындай құрылымды ағзаға енгізген кезде олар ісік жайлаған жерге орналасып, люминесценцияның көмегімен соны нақты көрсеткен. Дәл осындай амалмен ауру жайлаған жерге дәрі жіберуге болатыны да күмәнсіз.

Қалай дегенмен де ғалымдар адам өмірі үшін күресті одан әрі жалғастыруда. Олардың сөзіне сенсек, таяудағы жылдары қолдан жасалған ДНҚ-молекуланың негізінде адам ағзасын микробтардан тазартуға немесе енді тамыр жая бастаған қатерлі ісік жасушасын жоюға жол ашылатыны сөзсіз.

Нанотехнологияның пайдалану болашағы

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.