Нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Поэтому переход от «микро» к «нано» – это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными группами атомов.
Углеродная нанотрубка (см. рис.) длиной два микрона и диаметром 1,2 нанометра представляет собой листок графита в атом толщиной, который свернут в цилиндр. Молекулы окиси фуллеренов C60O в обычных условиях соединяются в разветвленный полимер. Однако при проведении этой реакции в нанотрубке, молекулы образовали прямую линию, потому что стенки пробирки не давали им разветвляться. Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов; разработка и изготовление наномашин; манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.
Разработки по этим направлениям ведутся уже давно. В 1981 году был создан туннельный микроскоп, позволяющий переносить отдельные атомы. Туннельный эффект – квантовое явление проникновения микрочастицы из одной классически доступной области движения в другую, отделенную от первой потенциальным барьером. Основой изобретенного микроскопа является очень острая игла, скользящая над исследуемой поверхностью с зазором менее одного нанометра. При этом электроны с острия иглы туннелируют через этот зазор в подложку. Однако кроме исследования поверхности, создание нового типа микроскопов открыло принципиально новый путь формирования элементов нанометровых размеров. Были получены уникальные результаты по перемещению групп атомов, их удалению и осаждению в заданную точку, а также локальной стимуляции химических процессов.С тех пор технология была значительно усовершенствована. Сегодня эти достижения мы используем в повседневной жизни: производство любых лазерных дисков, а тем более DVD невозможно без использования нанотехнических методов контроля.
Нанохимия – это: синтез нанодисперсных веществ и материалов, регулирование химических превращений тел нанометрового размера, предотвращение химической деградации наноструктур, способы лечения болезней с использованием нанокристаллов.
Направления исследований в нанохимии:
– Разработка методов сборки крупных молекул из атомов с помощью наноманипуляторов; изучение внутримолекулярных перегруппировок атомов при механических, электрических и магнитных воздействиях.
– Синтез наноструктур в потоках сверхкритической жидкости; разработка способов направленной сборки нанокристаллов с образованием фрактальных, каркасных, трубчатых и столбчатых наноструктур.
– Разработка теории физико-химической эволюции ультрадисперсных веществ и наноструктур; создание способов предотвращения химической деградации наноструктур.
– Получение новых нанокатализаторов для химической и нефтехимической промышленности; изучение механизма каталитических реакций на нанокристаллах.
– Изучение механизмов нанокристаллизации в пористых средах в акустических полях; синтез наноструктур в биологических тканях; разработка способов лечения болезней путем формирования наноструктур в тканях с патологией.
– Исследование явления самоорганизации в коллективах нанокристаллов; поиск новых способов пролонгирования стабилизации наноструктур химическими модификаторами.
В результате будет разработан функциональный ряд машин, обеспечивающий:
– Новые катализаторы для химической промышленности и лабораторной практики; оксидно-редкоземельные и ванадиевые нанокатализаторы с широким спектром действия.
– Методологию предотвращения химической деградации технических наноструктур; методики прогноза химической деградации.
– Нанолекарства для терапии и хирургии; препараты на основе гид-роксиапатита для стоматологии.
– Способ лечения онкологических заболеваний путем проведения внутриопухолевой нанокристаллизации и наложения акустического поля.
– Новые химические сенсоры с ультрадисперсной активной фазой; методы увеличения чувствительности сенсоров химическим модифицированием.
