<<
>>

Примеры уникальных свойств некоторых наночастиц

  Серебро

Как уже отмечалось, свойства у наночастицы серебра на самом деле уникальные.

Во-первых, это феноменальная бактерицидная и антивирусная активность. Об антимикробных свойствах, присущих ионам серебра, человечеству известно уже очень давно.

Наверняка большинство читателей слышали о целительных способностях церковной “святой воды”, получаемой путем прогонки обычной воды сквозь серебряный фильтр. Такая вода не содержит многих болезнетворных бактерий, которые могут присутствовать в обычной воде. Поэтому она может храниться годами, не портясь и не “зацветая”.

Кроме того, такая вода содержит некоторую концентрацию ионов серебра, способных нейтрализовать вредные бактерии и микроорганизмы, чем и объясняется ее благотворное влияние на здоровье человека.

Установлено, что наночастицы серебра в тысячи раз эффективнее борются с бактериями и

только вредоносные вирусы, но и пораженные ими клетки, действие наночастиц очень избирательно: они действуют только на вирусы, клетка при этом не повреждается! Дело в том, что оболочка микроорганизмов состоит из особых белков, которые при поражении наночастицами перестают снабжать бактерию кислородом. Несчастный микроорганизм больше не может окислять свое «топливо» -глюкозу - и гибнет, оставшись без источника энергии. Вирусы, вообще не имеющие никакой оболочки, тоже получают свое при встрече с наночастицей. А вот

www.nanonewsnet.ru

клетки человека и животных имеют более «высокотехнологичные» стенки, и наночастицы им не страшны.

В настоящий момент проводятся исследования возможностей использования наночастиц серебра в фармацевтических препаратах.

Но уже сейчас они находят огромное количество применений.

Например, фирма “Гелиос” выпускает зубную пасту “Знахарь” с наночастицами серебра, эффективно защищающую от различных инфекций. Также небольшие концентрации наночастиц добавляют в некоторые кремы из серии “элитной” косметики для предотвращения их порчи во время использования. Добавки на основе серебряных наночастиц применяются в качестве антиаллергенного консерванта в кремах, шампунях, косметических средствах для макияжа и т.д. При использовании наблюдается также противовоспалительный и заживляющий эффект.

Ткани, модифицированные серебряными наночастицами, являются, по сути, самодезинфицирующимися. На них не может “ужиться” ни одна болезнетворная бактерия или вирус. Наночастицы не вымываются из ткани при стирке, а эффективный срок их действия составляет более шести месяцев, что говорит о практически неограниченных возможностях применения такой ткани в медицине и быту. Материал, содержащий наночастицы серебра, незаменим для медицинских халатов, постельного белья, детской одежды, антигрибковой обуви и т.д., и т.п.

Наночастицы способны долго сохранять бактерицидные свойства после нанесения на многие твердые поверхности (стекло, дерево, бумага, керамика, оксиды металлов и др.). Это позволяет создать высокоэффективные дезинфицирующие аэрозоли длительного срока действия для бытового применения. В отличие от хлорки и других химических средств обеззараживания, аэрозоли на основе наночастиц не токсичны и не вредят здоровью людей и животных.

Люди всегда искали способы борьбы с инфекциями, передаваемыми воздушно-капельным путем — гриппом, туберкулезом, менингитами, вирусным гепатитом и т. п. Но, увы, воздух в наших квартирах, офисах и особенно в местах массового скопления людей (больницы, общественные учреждения, школы, детские сады, казармы, тюрьмы и т. п.) перенасыщен патогенными микроорганизмами, выдыхаемыми зараженными людьми.

Традиционные способы профилактики не всегда справляются с этой проблемой, поэтому нанохимики предложили для ее решения очень элегантный способ: добавить в лакокрасочные материалы, покрывающие стены заведений, наночастицы серебра.

Как оказалось, на покрашенных такими красками стенах и потолках не может “жить” большинство патогенных микроорганизмов.

Наночастицы, добавленные в угольные фильтры для воды, практически не вымываются с ней, как это происходит в случае обычных серебряных ионов. Это говорит о том, что срок действия таких фильтров будет несоизмеримо больше, а качество очистки воды возрастет на порядок.

Короче говоря, крошечные, незаметные, экологически чистые серебряные наночастицы могут применяться везде, где необходимо обеспечить чистоту и гигиену: от косметических средств до обеззараживания хирургических инструментов или помещений. При этом, как уверяют ведущие российские ученые в данной области, стоимость средств и материалов, созданных на их основе, будет не намного дороже традиционных аналогов, и с развитием нанотехнологий они станут доступны каждому. Фирма Samsung уже добавляет наночастицы серебра в сотовые телефоны, стиральные машины, кондиционеры и другую бытовую технику.

Помимо обеззараживающих свойств, наночастицы серебра обладают также высокой электропроводностью, что позволяет создавать различные проводящие клеи. Проводящий клей может быть использован, например, в микроэлектронике для соединения мельчайших электронных деталей.

Оксид цинка

Наночастицы ZnO также обладают рядом уникальных свойств (в том числе и бактерицидных), среди которых особый интерес вызывает способность поглощать широкий спектр электромагнитного излучения, включая ультрафиолетовое, инфракрасное, микроволновое и радиочастотное.

Такие частицы могут служить, например, для защиты против УФ-лучей, придавая новые функции стеклам, пластмассам, краскам, синтетическим волокнам и т.д. Это позволяет создавать солнечные очки, специальную одежду и другие вещи, не только защищающие от ультрафиолета, но и препятствующие нагреву в жаркий летний день. Их можно использовать в солнцезащитных кремах, мазях и других препаратах, поскольку они мягки, безопасны и не раздражают кожу.

Кроме того, способность этих наночастиц к рассеянию электромагнитных волн может использоваться в тканях одежды для придния ей свойств невидимости в инфракрасном диапазоне за счет поглощения излучаемого человеческим телом тепла.

Это позволяет изготавливать камуфляжи и покрытия типа “стелс”, невидимые в широком диапазоне частот — от радио до ультрафиолета. Такая одежда просто незаменима в военных или антитеррористических операциях, поскольку позволяет вплотную подойти к противнику без риска быть замеченным приборами ночного видения.

Материал на основе наночастиц ZnO может также применяться в инфракрасных датчиках.

Серпентин

Нанотрубки серпентина — замечательный пример промышленного применения уникальных свойств наночастиц. Отечественный концерн “Наноиндустрия” выпустил на основе минеральных нанотрубок (не путать с углеродными!) специальный ремонтно-восстанавительный состав (РВС). Такой нанотехнологический РВС способен восстановить после износа практически любые трущиеся металлические поверхности (двигатели автомобилей, узлы трения различных станков и механизмов), а залив его в картер автомобиля, можно надолго забыть о проблеме износа двигателя.

В обычном состоянии механические части двигателя постепенно разрушаются из-за трения, так как созданы по грубой балк-технологии. Но если добавить в масло флакончик РВС, то происходит следующее: при работе механические части нагреваются от трения, этот нагрев катализирует присоединение нанотрубок к поврежденным областям, в результате чего в областях интенсивного трения на поверхности деталей образуется идеально ровный защитный слой. А при сильном нагреве они утрачивают свою способность к присоединению. Таким образом, в трущемся узле постоянно поддерживается тепловое равновесие и детали, ввиду идеальной гладкости взаимодействующих поверхностей, практически не изнашиваются.

Результаты исследований показали, что слой остается в целости и сохранности феноменально долгое время после смены масла. Такая простая, казалось бы, технология помимо продления жизни вашего автомобиля дает еще кучу полезных преимуществ, в частности: возможность восстановления изношенных деталей без разборки двигателя; очистка двигателя от нагара и смолистых отложений; увеличение мощности двигателя на 15-17%; снижение стоимости ремонта деталей в 2-3 раза; снижение вибрации и шума; уменьшение токсичности выхлопных газов на 70-80%!

Последнее заслуживает особого внимания в связи с далеко

не благоприятной экологической обстановкой, вызванной переизбытком выхлопных газов по всему миру.

Руководство стран западной Европы, уделяющее большое внимание этой проблеме, мгновенно оценило возможности нового продукта. В частности, итальянская “партия зеленых”, проведя необходимые исследования, пришла к выводу, что если все владельцы автомобилей обработают их российским РВС, это снизит уровень выбросов настолько, что Италия сможет подписать Киотское соглашение10 без снижения промышленных выбросов вообще. В настоящее время в Италии лоббируетс я соответствующий законопроект.

Ликвидация некоторого числа промышленных предприятий привело бы к многомиллиардным убыткам для экономики страны, в то время как стоимость обработки одного автомобиля . В главе "Нанотехнологии и общество" Киотскому протоколу уделено большое внимание

www.nanonewsnet.ru

составляет менее $30 (не говоря уже о личных выгодах для каждого автолюбителя). Нам же остается только удивляться равнодушию российских чиновников, не проявивших никакого интереса к представленному им подробному отчету о результатах испытаний отечественного нанотехнологического продукта.

Диоксид кремния

Наночастицы диоксида кремния (SiO2) обладают удивительным свойством: если их нанести на какой-либо материал, то они присоединяются к его молекулам и позволяют поверхности отторгать грязь и воду. Самоочищающиеся нанопокрытия на основе этих частиц защищают стекла, плитку, дерево, камень и т.д. Частицы грязи не могут прилипнуть или проникнуть в защищаемую поверхность, а вода легко стекает с нее, унося любые загрязнения.

Рис 79. Принцип действия самоочищающихся нанопокрытий

Нанотехнологи придумали, как защищать не только такие монолитные структуры, как дерево или камень, но и нашу с вами одежду. Одного литра водного раствора наночастиц SiO2,

глубоко проникающих в волокна тканей, хватает для обработки 5-30 кв.м полотна.

Ткань после нанесения покрытия свободно пропускает воздух, но не пропускает влагу. Можно забыть про трудновыводимые пятна от кофе, жира, грязи и пр. Покрытие устойчиво к трению, гибко, не портится от солнечного света, температуры и стирки.

“Умные” материалы

Одним из главных практических применений нанохимии является производство всевозможных наноматериалов. Благодаря специфическим свойствам наночастиц, лежащих в их основе, такие материалы часто превосходят “обычные” по многим параметрам.

Например, прочность металла, полученного средствами нанотехнологии, превышает прочность обычного в 1,5 — 2, а в некоторых случаях — и в 3 раза. Твердость его больше в 50-70 раз, а коррозийная стойкость — в 10-12 раз!

Разнообразие наноматериалов с уникальными свойствами буквально поражает воображение: это и сверхлегкие, сверхпрочные нанопокрытия для чего угодно — от самолетов до режущих инструментов, и самоочищающиеся ткани, и материал, защищающий человека от вредного воздействия радиоизлучения (ведущие производители сотовых телефонов уже планируют производить из него корпуса для телефонов нового поколения).

"Умные" материалы активно реагируют на изменения окружающей среды и изменяют свои свойства в зависимости от обстоятельств.

Помимо улучшения свойств привычных промышленных материалов развитие нанохимии ведет ко все большему распространению так называемых “умных материалов”.

Самым простым примером “умного материала”, созданного природой, является наша кожа. Ведь подумать только: наше тело покрыто миллиардами чувствительных “нанодатчиков”, связанных с головным мозгом! Даже с закрытыми глазами мы легко отличаем круглое от квадратного, мокрое от сухого, горячее от холодного... Наша кожа способна реагировать на “опасность”, заставляя нас рефлекторно одергивать руку, чтобы не обжечься, или одеваться потеплее, чтобы защитить свой организм от переохлаждения; она способна к самозаживлению при травмах, самодостраивается по мере роста человека.

Кроме того, наша кожа обладает уникальной системой потоотделения, необходимой для защиты организма в условиях высоких температур. Каждый школьник знает, что оптимальная температура здорового человека — около 36,6°С. При повышении или понижении температуры тела всего лишь на 2-3 градуса мы чувствуем слабость, наша работоспособность падает, внимание и память ухудшаются, портится настроение. Падение температуры тела ниже 30°С очень опасно для здоровья. При 27°С наступает кома, происходит нарушение сердечной деятельности и дыхания. Температура ниже 25°С является критической — человек умирает. Не менее опасно и повышение температуры тела. Критической считается температура 42°С — при ней происходит нарушение обмена веществ в тканях мозга, человек теряет сознание. Если такая температура долго не спадает, это грозит повреждением головного мозга и даже смертью.

Тем не менее, благодаря потовым железам, “встроенным” в нашу кожу, мы способны без особого вреда переносить температуры, намного превышающие эти критические 42 градуса. Как доказали английские физики Благден и Чентри (проводившие ради опыта несколько часов в натопленной печи хлебопекарни), в сухом воздухе при постепенном нагревании наш организм способен выдержать до 160°С! (напомним, что это больше чем в полтора раза выше температуры кипения воды!). То есть можно запросто сварить яйцо или поджарить бифштекс в воздухе, в котором люди могут достаточно долго оставаться без вреда для себя.

Чем же объясняется такая выносливость? Тем, что наша кожа автоматически реагирует на повышение температуры окружающей среды посредством обильного выделения пота. Испарение капелек пота с поверхности нашего тела поглощает тепло из того слоя воздуха, который непосредственно прилегает к коже, тем самым охлаждая его до нормальной температуры.

Природа позаботилась о своих созданиях, наградив нас этим поистине волшебным средством защиты. Но и человеческая мысль тоже не стоит на месте! Уже довольно давно металлурги изобрели “потеющий” металл для защиты промышленных объектов от высоких температур. Этот, тоже своего рода “умный”, материал представляет собой пористую сталь с вкраплениями множества микрочастиц меди. Так как температура плавления меди меньше, чем стали, то, как только внешняя температура достигает некоторого критического предела, металл начинает активно “потеть”: медь расширяется и сквозь поры выходит на поверхность, унося излишек тепла из системы. При остывании капельки меди снова “всасываются” стальными капиллярами и материал возвращается в исходное состояние.

Разброс свойств наноматериалов огромен. В настоящий момент группа российских ученых под руководством Г.В. Поповой работает над созданием биомиметических материалов — материалов, подражающих биологическим тканям, распространенным примером которых могут быть производимые насекомыми паутины, отличающиеся эластичностью и прочностью, превышающими эластичность и прочность всего, что до сих пор смогли создать наши технологии.

Основу всех биомиметиков составляют искусственные белки. Подобно своим природным собратьям, они также состоят из аминокислот, но синтезируются не рибосомой, а человеком. Причем если обычные белки имеют уникальную последовательность из двадцати различных аминокислот, то белки для биомиметиков вполне могут ограничиться какой-либо одной, но повторяющейся молекулой. Так получаются аналоги белков - полиаминокислоты, построенные на основе одного-един- ственного элемента. Затем эти белковые блоки можно как угодно соединять между собой, "цеплять" к ним другие молекулы - красители, фотоактивные, электроактивные, люминесци- рующие и т.д., - всякий раз получая материалы с новыми интересными свойствами.

Вспомните, какое огромное количество белков с самыми разными функциями создала природа. Большинство из них умеют активно реагировать на изменения внешней среды, активно приспосабливаться к ним. Искусственные биомимети- ки, сходные по своим качествам с природными белками, также проявляют "разумность" в ответ на слабые внешние раздражители: облучение, тепло, электроток, вредные вещества. На их основе уже сконструированы оптические сенсорные материалы для нанобиотехнологии и наноустройств, производящих экологический мониторинг.

Повышаешь, например, температуру на полградуса - биомиметический сенсор сразу меняет цвет, а потом приходит в исходное состояние. Или пускаешь совсем слабенький электрический ток - и система тут же обесцвечивается. Откроешь рядом банку с нашатырным спиртом или даже Комет-гелем - система начинает светиться (люминесцировать), а закроешь банку - и никаких "кошачьих глаз". Чем не разумный материал? Самое интересное, что с самим материалам при этом вроде бы ничего не происходит - все эти отклики и изменения вызываются внутренней перестройкой, неразличимой для человеческого глаза.

Особый интерес представляют также и биодеградируемые материалы, среди которых очень интересен упаковочный биоматериал, способный быстро разлагаться на естественные природные компоненты по истечении определенного времени (скажем, срока хранения продукта), не загрязняя окружающую среду, как это делают металлические и пластиковые упаковки.

В этом направлении британскими учеными реализован весьма оригинальный проект по утилизации сотовых телефонов. В настоящее время мобильные телефоны являются одними из самых выбрасываемых устройств среди потребительской электроники. В Европе пользователи ежегодно избавляются от более чем ста миллионов старых телефонов. Суть инновации заключается в материале, из которого изготавливается корпус телефона. Ученые предлагают заменить его на новый полимер, который способен разлагаться в земле в течение нескольких недель. Кроме того, внутри корпуса, под прозрачным окошком, можно разместить семена растений — например, подсолнуха. После того, как телефон попадет в землю, семя начнет прорастать, и из телефона вырастет цветок. Новый полимер совершенно нетоксичен и полностью разлагается при попадании на мусорную свалку. Таким образом, по мнению специалистов, удастся решить проблему экологичной утилизации старых сотовых телефонов.

К

числу вещей, созданных из умных материалов можно отнести так называемую "умную одежду". Среди огромного количества подобных проектов можно выделить, например, одежду, реагирующую на изменение температуры: когда жарко, одежда пропускает воздух, чтобы охладить своего владельца, а когда холодно - наоборот, уплотняется. Совсем скоро на прилавках магазинов появится одежда, не впитывающая запах табачного дыма, самоочищающаяся одежда, спортивная одежда с эффектом охлаждения, костюмы и куртки, самостоятельно "подгоняющие" свой размер под размер хозяина, одежда, отгоняющая насекомых, носки, благоухающие цветочными ароматами, рубашки которые не мнутся, даже если их скомкать и надолго запихнуть в чемодан.

Современные фантастические фильмы буквально изобилуют примерами подобных “умных” материалов. Самый яркий пример — жидкий “Терминатор” из одноименного фильма, принимающий любую форму. С развитием нанотехнологий материалы с подобными чудодейственными способностями становятся реальностью. А сегодня уже существует уникальная ферромагнитная жидкость, способная принимать определенную форму под действием электромагнитного поля. На рисунке изображены несколько кадров видеоролика, демонстрирующего поведение ферромагнитной жидкости под действием электромагнитного поля.

Рис 80. Кадры видеозаписи ферромагнитной жидкости под действием изменяющегося

магнитного поля

Ферромагнитная жидкость представляет собой трехкомпонентную систему, состоящую из дисперсионной среды, магнитной фазы и стабилизатора. В качестве дисперсионной среды может выступать любая жидкая среда: вода, масло, различные растворы. В качестве магнитной составляющей обычно используются наночастицы, обладающие сильными ферромагнитными свойствами. Введение же в жидкость стабилизатора, прочно связывающегося с поверхностью магнитных частиц и препятствующего их агрегации, обеспечивает устойчивость такой жидкости. Ферромагнитные жидкости — это совершенно новый обширный класс магнитных материалов, и их, несомненно, ждет широкий спектр применений в технике и промышленности.

Такая система не только активно реагирует на изменения окружающей среды, но и поддается управлению. Поведение таких материалов можно запрограммировать заранее.

"Умные материалы" следующего поколения представляют собой программно-аппаратный комплекс из всевозможных сенсоров, миниатюрных компьютеров и исполнительных наноустройств.

Разработчиками компании Philips был предложен проект по созданию нижнего белья, со встроенными нанодатчиками, отслеживающими нарушения в сердечном ритме своего обладателя. В экстренном случае (например, инфаркт) одежда связывается по беспроводной связи с ближайшей станцией скорой помощи и спасает человеку жизнь...

Наверняка многие читатели видели фантастический фильм “Хищник”, где хитрый инопланетный монстр, нападавший на Шварценеггера, обладал чудесным костюмом-невидимкой.


Рис 81. Кадр из кинофильма “Хищник”

И что бы вы думали? Сегодня уже продемонстрированы первые образцы такого костюма, созданного с помощью нанотехнологий! Они пока еще далеки от совершенства, но, кажется, уже в ближайшие годы мы получим первого настоящего “человека-невидимку”.


Правительство США планирует к 2018 году оснастить таким камуфляжем своих солдат.

Принцип работы костюма-невидимки будущего прост: он представляет собой наноматериал, в который встроены миниатюрные видеодатчики и светоизлучающие элементы. Каждый дат [8]

ГЛАВА 3. Нанохимия и наноматериалы

чик, принимающий изображение из какой-либо точки, например, со спины, посылает видеосигнал на процессор, который перенаправляет его на соответствующий участок “экрана” спереди.

При этом процессор моделирует траекторию луча таким образом, как если бы между принимающим датчиком и светоизлучающим элементом ничего не было. Это позволяет наблюдателю видеть предметы, которые фактически находятся за обладателем костюма.

Технология “невидимости” наверняка будет задействована во многих сферах человеческой деятельности. Возможно, ею воспользуются хирурги, которым собственные руки и инструменты часто мешают видеть оперируемые органы.

Летчики также будут не против “прозрачного” пола в кабине самолета, показывающего все детали посадки и т.д.

Теперь давайте немного пофантазируем...

Как уже было отмечено, одной из особенностей “умных материалов” является возможность программного управления их поведением. Так что мешает нам как программистам такого материала-невидимки запрограммировать его “показывать” внешним наблюдателям не только “пустое место”, и даже не самого пользователя костюма, а кого-нибудь другого, например, известную кинозвезду или пришельца-гуманоида? Вот где было бы раздолье для любителей розыгрышей!

Впрочем, сколь бы ни был изобретателен ум шутника-неви- димки, “оружие” против него может быть самым простым: баллон с яркой краской да распылитель — и никакой вам невидимости!

Кстати, вот вопрос: а будет ли “человек-невидимка” отбрасывать тень в яркий солнечный денек? Предлагаем поразмыслить над этим вопросом самостоятельно.

Сегодня создать столь совершенную конструкцию невидимости пока нереально — нет ни соответствующих компьютерных мощностей, ни малых размеров. Однако технологии применения той же идеи, ну, например, в архитектуре уже вполне реальны. Для маскировки всего или части высотного здания

www.nanonewsnet.ru

достаточно даже сантиметрового “разрешения”. Поэтому, наверное, не за горами то время, когда однотипные многоэтажные “коробки” канут в лету, а нашему взору предстанут архитектурные ансамбли, буквально “парящие в воздухе”.

Архитектура будущего будет потрясать воображение красотой, надежностью и индивидуальностью.

Рис 84. Возможно, именно так в будущем смогут выглядеть современные города.

Следует отметить, что идея подобной конструкции не нова. Сотни миллионов лет назад природа уже изобрела похожее покрытие из микроскопических видеодатчиков и наградила ими глаза некоторых насекомых. На рисунке изображены глаза стрекозы с 200-кратным увеличением.

Рис 85. Взгляните в глаза стрекозы*

Некоторые наноматериалы “ведут себя” совсем не так, как им “положено” себя вести с точки зрения классической науки. В школе нас учат, что при нагревании все тела расширяются, а [9] при охлаждении сжимаются. Однако наноматериал, над которым в настоящее время работает Елена Сердунь — молодой кандидат наук из ФЭИ, — ведет себя с точностью до наоборот! Материал состоит из пористой матрицы и лиофобной, то есть несмачивающей ее, жидкости. Если его нагреть, то он сжимается, накапливая тепло. И наоборот — отдавая тепло, расширяется. Можно поступить наоборот: сжать систему, и тогда она самопроизвольно нагреется!

Такой “умный” материал, превращающий тепловую энергию в механическую и наоборот, фактически представляет собой обратимый тепловой аккумулятор. Благодаря своим удивительным способностям он может использоваться как преобразователь тепловой энергии в двигателях, холодильниках или стать основой для невиданных прежде энергетических установок. К примеру, защитные клапаны и мембраны, автоматически срабатывающие при изменении температуры или давления (в случае перегрева или разгерметизации) без вмешательства человека. Такие клапаны способны самостоятельно контролировать весь производственный процесс, предотвращать последствия ошибок персонала и останавливать работу оборудования в случаях угрозы аварии.

Их можно применять для повышения надежности производства, для защиты емкостей, находящихся под давлением, при перевозке и хранении опасных или ядовитых грузов и т.п.

Но инженеры на этом не остановились и создали наноструктурированный сплав четырех металлов — свинца, сурьмы, серебра и теллура, преобразующий тепловую энергию... прямо в электричество. Это позволит не только использовать тепло, бесполезно рассеиваемое при работе разных устройств, но и получать огромное количество дармовой энергии из лавы и расплавленных пород, из которых почти целиком состоит наша Земля, начиная с глубины в несколько десятков километров.

Американские ученые уже сумели пропустить мощные электрические заряды по молекулярным полимерным цепочкам, что является одним из ключевых моментов в создании так называемых “солнечныхпластмасс”, которые могут сделать солнечные батареи настолько эффективным источником электричества, что они составят серьезную конкуренцию сегодняшним тепловым электростанциям. Тончайшие пленки, вырабатывающие электроэнергию, можно будет просто наклеить на крышу дома - и полностью обеспечить его электричеством. Долговечные и эффективные солнечные батареи могут быть созданы, например, на основе фуллеренов или биополимеров.

Сегодня такие “умные” наноматериалы кажутся нам чудесными, необычными, и, конечно же, являются весьма дорогостоящими, поскольку их получение еще остается в рамках лабораторий. Но все же не за горами тот день, когда и они переступят их порог и войдут в нашу привычную жизнь.

Ведь сегодня мы повсеместно используем, например, алюминий и даже не задумываемся над тем, что когда-то алюминиевая посуда (аналог современных баночек из-под кока-колы) ценилась наравне с золотой и серебряной. До изобретения электричества из-за огромных трудностей, связанных с получением алюминия, этот легкий и красивый металл применялся только для изготовления ювелирных изделий. Об этом свидетельствуют многие археологические находки. Хрестоматийный пример: алюминиевая кружка на золотой цепочке. В 1889 г., когда великий русский химик Д. И. Менделеев приезжал в Лондон, ему были преподнесены в качестве особо ценного подарка весы, сделанные из золота и алюминия.

Так что весьма вероятно, что вскоре каждый из нас сможет использовать “умные” наноматериалы в своей повседневной жизни. Только представьте: вы садитесь в сверхпрочный и сверхлегкий автомобиль, температура салона в котором вне зависимости от погоды — будь то невыносимая жара или трескучий мороз — всегда остается в пределах 20-22еС. Кресла и стулья в вашем доме сделаны из “умного” материала, реагирующего на изменение давления. Когда вы садитесь, они автоматически трансформируются таким образом, чтобы сидеть в них было удобно и комфортно. Окна вашего дома, сделанные из самоочищающегося стекла, самостоятельно расщепляют и удаляют попадающую на них грязь и пыль, не требуя никаких усилий с вашей стороны. А на грядках у вашего дедушки парниковая пленка реагирует на потепление или похолодание и сама открывает и закрывает грядки. Красота!

Алмазоид - наноматериал будущего

Уникальные свойства алмаза издавна привлекали внимание ученых. Во-первых, благодаря тому, что каждый атом угле

ГЛАВА 3. Нанохимия и наноматериалы

рода в кристаллической решетке алмаза связан с четырьмя другими атомами прочными ковалентными связями C-C, алмаз обладает феноменальной прочностью. Он способен выдерживать давление порядка 1050 ГПа и температуру свыше 1800°С.

Во-вторых, этот драгоценный кристалл состоит из атомов углерода — довольно распространенного на Земле элемента, входящего также в состав нефти, природного газа, древесины, угля, графита и пр. На нашей планете имеется около 6*1018 тонн углерода, что в миллион раз превышает массу всех построек и продукции за всю историю человеческой цивилизации.

Благодаря своим замечательным характеристикам природный алмаз мог бы найти широкое применение в промышленности, медицине и т.д., если бы не его чрезвычайная редкость и дороговизна. Оригинальные бриллиантовые украшения из самых больших природных алмазов не превышают нескольких сантиметров и стоят сотни тысяч долларов. Однако повсеместная распространенность углерода не могла не навести ученых на мысль о разработке методов получения искусственных алмазов из дешевых углеродсодержащих соединений.

В итоге, такие методы были изобретены, и сегодня искусственный алмаз является превосходным материалом во многих областях промышленности: электронной, металлообрабатывающей, авиакосмической, автомобильной, судостроительной и т.д.

С развитием нанотехнологий возрос интерес к получению алмазных частиц нанометрового размера и возникла идея существования алмазоидов — мельчайших кирпичиков, из которых состоит кристалл макроскопического алмаза, полностью повторяющих его тетраэдрическую структуру.

Такие элементарные кирпичики- молекулы получили название: адамантана (СдоН^), диаман- тана (С14Н20) и триамантана (С18Н24).

Между собой атомы углерода связаны ковалентной связью, а свободные связи поверхностных атомов “заняты” атомами водорода.

Долгое время эти соединения считались гипотетическими молекулами, так как их нельзя было ни выделить из окружаю-

www.nanonewsnet.ru

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ щей среды, ни получить методами термохимического синтеза. Но в 1957 они были обнаружены в природе — алмазоиды удалось выделить из... сырой нефти.

Алмазоиды могут иметь разную пространственную структуру, но всем им присущи те же базовые характеристики, как у природного алмаза: модуль Юнгаgt;1050 ГПа, температура плавления выше 1800°С, плотность 3500 кг/м3. Поэтому любой объект, изготовленный из алмазоидов, будет иметь жесткость гораздо больше, чем аналогичный из стали, более высокую температуру плавления, и будет гораздо легче аналогов из других материалов.

Алмазоид представляет собой углеводород, в котором атомы углерода образуют тетраэдральную пространственную решетку, точно такую же, как и в алмазе.

<< | >>
Источник: Мария Рыбалкина. НАНОТЕХНОЛОГИИдля всех. 2005

Еще по теме Примеры уникальных свойств некоторых наночастиц:

  1. 1.3. Нанокомпозиты и перспективы их применения
  2. Глава 2. Использование нанотехнологий в пищевой промышленности
  3. ВВЕДЕНИЕ
  4. Методы получения наноструктурных слоев
  5. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОУСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ
  6. Нанотехнологии как ключевой фактор нового технологического уклада
  7. Конструкционные и функциональные материалы
  8. Индикаторы развития институционально-технологической инфраструктуры
  9. РАЗДЕЛ 4 ФУЛЛЕРЕНЫ, ФУЛЛЕРИТЫ, НАНОТРУБКИ
  10. Методы получения фуллеренов, нанотрубок
  11. Введение
  12. Раздел 1. Переход от микротехнологии к нанотехнологии.
  13. Глава V. Раздел 3. Методы и технологии получения нанодисперсных частиц и наноразмерных пленок.
  14. Глава V. Раздел 5. Электрохимические методы в нанотехнологии.
  15. Глава IX. Раздел 6 Конфокальная микроскопия.
  16. Объекты нанохимии. Классификации наночастиц
  17. Примеры уникальных свойств некоторых наночастиц
  18. Наномедицина