Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2010 № 02

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»

НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ

№ 2 февраль 2010

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ

Зачем нам надо это «нано»?

Нанотехнологии — это способ в полном смысле сделать из мухи слона. Так образно, но вполне серьезно высказался один из участников Второго международного форума по нанотехнологиям, в работе которого, кроме российских ученых, приняли участие исследователи из США, Великобритании, Канады, Японии, Израиля и других стран. Побывали на форуме и наши специальные корреспонденты В. Владимиров и С. Николаев. И вот что там узнали.

«У России есть все необходимое, чтобы стать мировым лидером в области нанобиоэлектроники», — убежден директор Института математических проблем биологии РАН Виктор Лахно. Как пояснил ученый, основная идея этого научного направления заключается в том, чтобы использовать для создания электронных элементов — транзисторов, диодов, сопротивлений — не полупроводники, а биологические элементы — белки, ДНК, РНК…

Как известно, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является хранилищем всей генетической информации у всех живых существ. Уникальна она еще и тем, что, в отличие от любого элемента электроники, способна воспроизводить саму себя.

А на основе небольших фрагментов ДНК можно будет создать логические электронные элементы. Как считает исследователь, это позволит в миллиард раз увеличить производительность компьютеров. Уже реализована биоэлектронная память на основе вируса табачной мозаики, которая по емкости в сотни раз превосходит полупроводниковую память. Использование проводящих свойств ДНК позволит повысить плотность записи информации в миллионы раз. Вся информация, накопленная человечеством за время его существования, сможет поместиться на одном крошечном носителе.

Кроме того, в России освоена технология создания нанопроводов на основе ДНК и бактериофагов. Наши ученые совместно с французскими коллегами сделали и фундаментальное открытие — ДНК-провода, оказывается, обладают сверхпроводимостью при сверхнизких температурах.

Необычный материал из свитых углеродных нанотрубок изготовили ученые из Техасского университета в Далласе при поддержке бразильских коллег. Вместо того чтобы при растяжении уменьшать свою ширину, как это бывает с резиновой лентой, этот материал, наоборот, расширяется.

Новый материал изготавливали почти так же, как и обычную писчую бумагу: осаждали углеродные нанотрубки из водного раствора на подложку и затем высушивали. Причем в растворе находилась смесь из тонких однослойных нанотрубок с толщиной стенок в один атом и толстых многослойных, которые, как матрешки, состояли из нескольких однослойных.

Ученые уверены, что благодаря своим уникальным свойствам новая «нанобумага» найдет массу применений. Например, из нее получатся прекрасные прокладки и сальники, искусственные мускулы и сверхчувствительные сенсоры.

Нанотехнологи из Франции открыли новый способ изготавливать наноматериалы с высокой степенью точности благодаря сканирующей электронной микроскопии. Причем технология настолько точна, что позволяет оперировать отдельными атомами. Так, ученые смогли удалять атомы углерода из целой нанотрубки. Это похоже на то, как скульптор ваяет очередное произведение — откалывая резцом лишний материал.

Только в наномире все сложнее. Сканирующие трансмиссионные электронные микроскопы обычно не повреждают атомы при изучении образцов. Однако если существенно повысить энергию электронного луча, то он сможет выбивать отдельные атомы из структуры.

Один из исследователей, Альберт Зобелли, пояснил, что после выбивания атомов высокоэнергетическим лучом ученые смогли перевести микроскоп в режим сканирования и тут же получить картинку образовавшейся наноструктуры. Самое интересное, что после такого воздействия нанотрубка старается сама перестроиться, изменяя структуру связей между атомами углерода.

Таким образом можно будет конструировать новые типы наноматериалов из уже существующих.

Известный всем драгоценный металл в наноколичествах приобретает весьма необычные свойства, рассказал Майкл Корти, профессор нанотехнологии из Технического университета в Сиднее. Если сделать из золота стерженьки длиной от 20 до 40 нанометров, то они будут активно поглощать световые волны, причем частотный диапазон зависит от величины стерженьков. А поскольку химики ныне научились получать стерженьки строго определенной величины, то могут создавать покрытия, работающие как светофильтры. Поначалу такие фильтры использовали лишь в шлемах астронавтов, выходивших в открытый космос, и были они довольно дорогими. Однако сейчас технология значительно усовершенствована, и золотые светофильтры можно наносить даже на обычные оконные стекла. Стоит такое покрытие всего 2 евро на квадратный метр и продолжает дешеветь.

Эти же покрытия обладают свойствами не пускать летом излишнее тепло в дома. Причем наносить такие чудо-покрытия можно на стекла уже построенных домов. Нужно лишь подобрать подходящий полимер, который бы хорошо сцеплялся со стеклом, не реагировал на примесь в нем нанозолота и не разрушался при длительном воздействии на него солнечного ультрафиолета.

Многие материалы с необычными свойствами можно получить, если в их составе будет находиться новый углеродный трубчатый наноматериал таунит, полагают изобретатели из ООО «Тамбовский инновационно-технологический центр машиностроения» и ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец». Именно они и создали новый углеродный наноматериал, представляющий собой нанотрубки из графита диаметром от 15 до 40 нм и длиной до 2 мкм.

Изготавливают их на созданном здесь же, в Тамбове, реакторе, химически осаждая углерод из нагретой до 150 °C пропан-бутановой смеси на металлическом катализаторе, содержащем, в частности, никель и марганец. Таунит постепенно «нарастает» на этом катализаторе, после чего его смешивают с различными материалами, что придает им новые, чрезвычайно полезные свойства.

Например, распределив нанотрубки в воде и добавив в нее бетонную смесь, получают необычно прочный бетон с куда меньшей влагопоглощающей способностью, чем обычный. Таунит также значительно улучшает свойства противоскользящих дорожных покрытий и клеевых композитов, газораспределительных слоев в топливных элементах и углеродных электродов литиевых аккумуляторов…

ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА

Мир наноструктур

Если бы мы смогли каким-либо чудесным образом уменьшиться в миллиард раз, то попали бы в наномир, где расстояния измеряются не метрами, а нанометрами. Мир этот, кстати, выглядит весьма своеобразно. Как именно?

Например, нанолюди могли бы разгуливать по полю из наноцветов диоксида кремния. В случае необходимости что-то построить, они могли бы воспользоваться наногвоздями из оксида цинка. А красивейшие наноснежинки и нанозвездочки — одна из разновидностей диоксида марганца. Их получают из раствора Mn(NО3)2.

Самую маленькую в мире метлу, щетинки которой в тысячу раз тоньше человеческого волоса, исследователи получили, выращивая нанотрубки на нитях силицида углерода из горячего газа, насыщенного углеродом.

Так получилось, что среди нынешних наноструктур наибольшее распространение имеют наношары-фуллерены и нанотрубки.

Сам термин «фуллерен» происходит от имени Ричарда Букминстера Фуллера, сконструировавшего оригинальный купол павильона США на выставке EXPO-67 в Монреале.

С химической точки зрения фуллерены представляют собой практически идеальные шарики, которые удерживают свою форму силами Ван-дер-Ваальса.

История открытия фуллеренов такова. Сначала они были предсказаны теоретически и лишь через 20 лет, в середине 60-х годов XX века, обнаружены экспериментально.

Следует отметить, что С60 — это далеко не единственный представитель фуллеренов. Известны и другие углеродные молекулы в форме выпуклых многогранников, образующиеся при испарении графита в атмосфере гелия.

В 1997 году за изучение этих структур американские исследователи Р.Е. Смолли, Р.Ф. Керл и Г. Крото были удостоены Нобелевской премии по химии. А немногим ранее, в 1993 году, ученые открыли самые маленькие в мире одностенные углеродные нанотрубки диаметром от 1 нм. Они представляют собой структуру углерода толщиной в один атом, которая сама собой при создании определенных условий сворачивается в трубку.