Нанотехнології

Графіт в олівці і діамант… Ці два матеріали зовсім не схожі! Діаманти прозорі, блискучі та надзвичайно тверді — алмаз — один із найтвердіших матеріалів на Землі. Графіт, з іншого боку, непрозорий, темно-сірий і досить м’який залишати сліди на папері як ви використовуєте його, щоб малювати чи писати. Фізично їх характеристики дуже різні. І все-таки алмаз і графіт зроблені з точно такого ж типу атома - вуглецю. Як таке може бути? Це пов’язано з тим, як атоми вуглецю розташовані всередині цих двох матеріалів. В діаманті, атоми утворюють структуру у формі піраміди з міцними зв'язками в усіх напрямках. У графіті, атоми утворюють шари з'єднаних шестикутників. Зв'язки між цими шарами досить слабкі, тому шари атомів вуглецю легко відшаровуються коли ви проводите олівцем по аркушу паперу. Розташування атомів змінює властивості матеріалу. Весь світ навколо тебе складається з атомів. Спосіб розташування та поєднання цих атомів визначає, як речі виглядають, як вони поводяться в різних умовах, і як вони взаємодіють один з одним. Якби ми могли маніпулювати розташуванням атомів, ми могли б змінити дизайн речей навколо нас, створювати абсолютно нові матеріали, і змінити їх властивості! Тут з'явилася галузь науки і техніки відома як нанотехнологія. Нанотехнології мають справу з неймовірно малими об’єктами — розміром від 1 до 100 нанометрів. Наскільки це мало? 1 нанометр - це одна мільярдна частина метра. Це приблизно в сто тисяч разів менше ніж ширина людської волосини. Це приблизно стільки ж, скільки десять атомів водню, розташованих поруч. Еритроцити людини має діаметр близько семи тисяч нанометрів, і шпилькову головку, шириною близько мільйона нанометрів. Щоб маніпулювати атомами та частинками в такому малому масштабі, потрібно спеціальне обладнання та процеси. Пристрій називається скануючим тунельним мікроскопом є однією з основних частин обладнання використовується в нанотехнологіях. Це дозволяє створювати зображення в атомарному масштабі і маніпулювати окремими атомами будувати абсолютно нові споруди. Вивчення об'єктів на нанорозмірі допомагає нам краще розуміти великі об’єкти навколо нас. Але як виявилося, матеріали можуть мати різні фізичні або хімічні властивості на нанорозмірі, навіть якщо це ті самі матеріали. Наприклад, золото, яке зазвичай не реагує, стає хімічно дуже активним на нанорозмірі. Частинки нанозолота навіть не мають характерного золотого кольору — замість цього вони можуть мати багато різних кольорів залежно від їх розміру та форми. За допомогою нанотехнологій, інженери можуть створювати абсолютно нові матеріали, або покращити існуючі. Одним із прикладів можуть бути вуглецеві нанотрубки та графен. Обидва складаються з атомів вуглецю, і впорядковані таким чином, щоб зробити їх найміцнішими відомими матеріалами. І це не тільки матеріали — навіть цілі пристрої можна створювати на нанорозмірі! Транзистори, наприклад, є одними з будівельних блоків усієї сучасної електроніки, включаючи смартфони та комп’ютери. Завдяки нанотехнологіям, їх було зменшено до розміру лише кількох нанометрів. Мільярди транзисторів тепер легко вміщаються в процесор смартфона, надання можливості серфінгу в Інтернеті, знімайте, зберігайте та завантажуйте фотографії та багато іншого! Нанотехнології можна застосовувати в багатьох галузях промисловості: медицина, харчові технології, спортивний інвентар, текстилю та косметики! Яке використання нанотехнологій ви можете придумати?