Нанотехнологияның даму тарихы және оның жетістіктері

Агломераттардың түзілу мәселесі. Нанобөлшектер бір-біріне жапсарласу арқылы агломерактар түзеді. Нанобөлшектерді біз керамика, металлургия  саласында пайдаланамыз, сондықтан  бұл мәсеклеі міндетті түрді шешімін табуымыз керек. Бұл мәселені шешудің бір тәсілі суға ерімейтін дисперсантты заттарды пайдалану. Оны нанобөлшектер қоршаған ортаға қосуға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Жаңа жетістіктері

Қазіргі таңда нанометериалдар  сақтандырғыш пленкалар, спорттық құралдар, транзисторлар, жарық өткізгіш диодтар, жылу жлементтерінде, азық-түлік өндірісі мен медицинада, дәрі-дәрмек жасауда, бояғыш заттар мен киім, опа-далап өндіруде қолданалады. 2002 жылы David Cup кубогінде алғаш нанотехнология жолымен жасалған допты пайдаланды. 2007 жылы Новосибирск қаласында таронболиттік дәрі өндіріле бастады. Оныңбағасы бұрынғыдан әлденеше есе арзан болады.

Өндірушілер осы бастан-ақ наноқұрылымдарға тапсырыстар қабылдауда. Мәселен АҚШ әскери бөлімі Friction Free Technologies компаниясына келешекте әскери формасына тапсырыс берді. Компания нанотехнология әдісімен шұлық шығару керек, оның кереметтілігі ол өзінен тері шығарып, сонымен бірге аяқты жылы ұстап, шұлық құрғақ қалпында сақталу керек.

Жаңа Intel процессоры. 2007 жылдың 19-маусымынан бастап Intel компаниясы қарапайым нолядерлі процессорлар шығаруда, оның құрылымдық құрамындағы элементтер 45 км.көлемді алады. Келешекте компания құрылымдық жағынан элементтерді 5 км жеткізуді жоспарлап отыр. Intel еі басты бәсекелесі АМD, 2008 жылдың екінші жартысында 45 км тех.процессті процессор шығаруға қол жеткізді.

2005 жылдың 9-ақпанында Бостон  университетінің лабораториясында  антенн-асцилятор алынды, оның көлемі 1 мкм, ол 5 млиллиард атомнан құралған, тазалығы 1,49 гигагерц. Ол үлкен көлемді  ақпараттар алуға мүмкіндік береді.

Наноаккумулятор. 2005 жылдың басында  Altair Nanotechnologies  (АҚШ) жаңа инновациялық материал әзірлегенін мәлімдеді. Аккумулятор ерекше электродтармен 10-15 минут арядта болады. Ал 2006 жылдан бастап компания мұндай аккумуляторларды Индианадағы зауыттарында өндіруді қолға алып отыр.

ДНҚ-машиналары нанороботтарға жол ашады. ДНҚ молекуласының  негізінде периодты құрылым он жыл  алдын пайда болған. Ғалымдар ендіні ДНҚ- механикалық машиналар жасамақ. Наноробот жасаудағы алғашқы  қадамды Нэда Симэна жасап үлгерді. Оның басшылығында нанороботтың қолы ДНҚ молекуласының негізінде жасалды.

Нанороботтағы алғашқы микросхема. Американдық  ғалымдар IBM қызметкерлері дүние жүзінде бірінші рет жартылай функционалды интегралды микросхема жасады. Ол алдағы микросхемалардан 100 мың есе тазалықта жұмыс атқарады.

Бір молекулалы транзистор. Транзистор көлемі 45 км. Жаңа транзистор QuIET бір нанометр ұзындықта ғана. Мұндай жетістікке әлі қол жете қоймаған еді.

2008 жылдан бастар  көзге көрінбейтін дисплейлер пайда болды. «Көрінбейтін» электроника жасау бұрыннан келе жатқан арман болатын, ал бүгінгі күні ол орындалды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІ. Даму мен болашақтағы  мәселелері

2.1. Нанотехнология және  химия

Өндірістер  мен индустрияның дамуында нанотехнологияның  орны мен ролі орасан зор. Қазіргі  таңда нанотехнологияны қолға алып жатқан бірден-бір мемлекет ол – АҚШ. АҚШ нанотехнологиялық жоспарлар мен жобаларға 2004 жылдың өзінде 464 миллион доллар, ал 2005 жылы 1 миллиард доллар қаржы бөлінген болатын, 2006 жылы 1,1 миллиард доллар бөлініп оны 2 миллиард дейін көтерген еді.

 Сол кездері  көптеген лабораториялар мен HP, NEC және IBM сынды компаниялар, университеттер ізденіс жұмыстарын жүргізді.

2025 жылы нанотехнология  негізінде жасалған жұиыстардың  өнімін алу жоспарланып отыр. Нанотехнология ауыл шаруашылығында революция жасауы мүмкін, мысал ретінде жай шөптен сүт алуымыз мүмкін. Сонымен қатар нанотехнологиядан экологияға зиянды қалдықтар бөлінбейді, экологиялық тұрғыдан өте пайдалы. Информациялық технологияда да дағдарыс жасайды. Нанороботтар өзге планетада адамдарға қолалы жағдай жасай алады, адамзат арманын жүзіеге асырады. Аналитикалық сараптаманың редакторы Джон Волфе «Дүние жүзі жаңадан құрылады. Нанотехнология ғаламшарымызды таң қалдырады» деп жазады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Медицина  және биология

Қазір ең маңызды, ең толғандыратын тақырып нанороботтарды наномедицинада қолдану болып тұр. Наноробот қан, лимфа және жүйке  жүйесі арқылы ағзаға зиян келтірмей  микроорганизмдер мен вирустарды және рак клеткаларын жояды. Сонымен қатар олар керекті дәрі-дәрмекті қажетті орынға жеткізеді, өзге ағзаларға кедергі болмайды. Нанотехнология мәңгілік өмір сыйлайды, өйткені наномедицина жансыз жасушаларға қайта жандандырып, жасарту қабілетін ие. Scientific Americsn журналының мәлімдеуінше жуық арада почна маркасының көлемінде медициналық құрылғылар жасалынады. Ол құралды жарақаттанған жерге қою жеткілікті, ол қан анализін өзі жасап, керекті медикаменттерді қанға сіңіреді. Бұл ғажап емес пе?!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Ғарышты игеру. Ақпараттық және әскери технологиялар.

Нанороботтар  арқылы біз өзге планетадағы тіршілікті жүзеге асыра аламыз. Көптеген молекулалы-роботтарды жердің айналасына орналастырмыз, олар жақын жердегі планеталар, айды, астероидтарды ретке келтіреді, адамзат тіршілік ете алатындай жағдай жасайды. Көміртегі нанотрубасынан ғаламдық лифт жасау жоспарланып отыр (NASA және LiftPortInc компаниясы). Бұл жоба бойынша 2018 жылдың 12-сәуірінде лифтті шығару керек.

Нанотехнология  керемет әскери келешек. Әскери нанотехнология негізі алты сфера бойынша зерттеулер жүргізеді: көрінбейтін технология (көрінбейтін ұшақ, тікұшақтар); энергетикалық ресурстар; өздігіне құрылатын жүйелер (мысалы бұзылған, істен шыққан танктер мен ұшақтарды автоматты түрде жөндеу); байланыс; сонымен қатар химиялық және биологиялық ластануды анықтап, залалсыздандыру.

Соңында қоршаған орта адамзат үшін қолайлы, тиімді болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Нанотехнологияның Қазақстанда дамуы

Алматыдағы  Әл-Фараби атындағы ұлттық университет  жанынан, нанотехнологияларды дамытатын жаңа зертхана ашылды. Онда отандық мамандар ғылыми-зерттеулер жүргізіп, жиырма бірінші ғасырдың серпімді жобаларын әзірлейтін болады. Бүгінгі таңда, нанотехнологиялар адамзаттың ең биік жетістігі. Осы технология арқылы шаштан 100 есе жіңішке нысанаға ұңіліп, галактика сияқты шексіз нәрсені оп-оңай зерттеуге болады. Жаңа құралдардың баста ерекшеліктері, компьютерге тиімді команда беру арқылы, оларды қашықта басқаруға да болады.

Александр Рягузов. Ұлттық нанотехнологиялар зертханасының меңгерушісі: «Бұл құралдарда СТМ деген магнитті ине қолданылады. Бұшл құрал арқылы заттың миллиондаған атомға қалай ыдырап жатқанын байқауға болады».

Гарри Билл, Техас  университетінің профессоры (АҚШ): «Мен бұл жерде екі бірдей жобамен  жұмыс істеп жатырмын. Алмасқа ұқсас пленканың кристалды материясы мен ғарыш өнеркәсібінде пайдаланылатын полимерлерді зерттеймін. Бұл лаборатория ең озық технологиялармен жабдықталған. Тіпті, біздің АҚШ-тағы университетте де мұндай құралдар әлі жоқ».

Бүгінгі күні нанотехнологиялар, түрлі салаларла кеңінен қолданлады. Олардың көмегімен, спортқа қажетті құралдар, транзисторлар, азық-түлік өнімдерін қаптайтын пленка, косметика және киім жасалады. Адамзаттың болашағы, осы нанотехнологияларды дамуымен нығыз байланысатын болғандықтан, Қазақстанда наноиндустрияны дамытатын арнайы бағдарлама әзірленіп, мемлекет басшысы қысқа мерзімде осы саланың ғылыми-техникалық негізін қалап, наноматериалдар мен нанотехнологияларды дайындауға кірісу турасында міндет қойған болатын.

Шәмші Сәрсенбинов: «Біз ХҮІ ғасырдың технологиясын дамытамыз, өзіміздің мемлекетімізде соның төңірегінде оқу жоспарын өзгертеміз. Студенттерді, философия докторларын дайындағанда пайдаланамыз. Сондықтан нанолабораторияның келешекте өзінінің орнын табады, өзінің жолын және деңгейін табады деп ойлаймыз», - дейді Ұлттық нанотехнологиялар зертханасының директоры.

Қазір еліміздің  ірі жоғары оқу орындарында 9 инжирингтік  зертханалар жұмыс істейді. Бірақ  ұлттық зертханадай ғылыми орталық  әзірше жалғыз. Сондықтан алдағы уақытта осындай тағы 4 зертхана ашу жоспарда бар. Онда негізінен мұнай-газ саласына қажетті ақпараттық және биотехнологиялар әзірленетін болады.

Қазақстанда наноғылымы мен нанотехнологияны дамыту үшiн 2007-2009 жылдарға арналып бағдарлама қабылданғанды. Елiмiздiң «Жер, металлургия және байыту жөнiндегi ғылыми орталығы» АҚ таратқан мәлiметтерге қарағанда жоғарыда айтылған бағдарламаны орындау үшiн қаржыландырудың барлық көздерi арқылы 230 миллион теңге бөлiнiптi. Мұның өзi аса маңызды ғылыми-өндiрiстiк саланың дамуында олқылықтардың орын алғандығын дәлелдейдi. Наноғылымы мен оның технологиясын дамытудағы алғашқы кезеңде артта қалғанымыз қалай болар екен?..Әрине, алып елдермен бұл салада бәсекеге түсу бiзге оңай емес. Бiрақ, ғылым мен өндiрiстегi аса маңызды саланы дамытудағы алғашқы кезеңде оның негiзгi бағыттарын белгiлеп, қалыспағанымыз жөн болар едi-ау...

Жоғарыда аталынған  бағдарлама нақтылы жобалардан тұрады. Мұндай наножобалардың бағасы мен оны  орындаушылары белгiленген. Жобада Ұлбадағы металлургия зауыты шығаратын бериллийдiң негiзiнде конденсатор алу белгiлендi. Бұл жобаны зауыт қаржыландырады. Бiрақ, оны тәжiрибелiк үлгiге жеткiзуге мемлекеттiң қатысуы қажет. Кремний өндiру саласымен тiкелей байланысты бiрнеше жоба бар. Кремний шикiзаты күн батареяларын орнатудағы негiзгi материал болып табылады. Елiмiздiң жер қойнауында осындай 85 миллион тонна шикiзат бар. Қазақстан ғалымдары түрлi компаниялармен бiрлесе отырып, кремний өндiру арқылы келешекте фермерлiк шаруашылықтарға арналған күн батареяларын шығаруды жоспарлады. Бiрақ, бұл бағдарлама ауылды дамыту бағдарламасымен тығыз байланысады. Дамыған Еуропада жылу көздерiн алмастыратын салаға қаржылай қолдау жасалады. Күннiң, желдiң, судың қуат көздерiн пайдалану жылына 300 тәулiк бойына күн шығатын, күштi жел соғатын, оңтүстiк-шығыс аймақта тау өзендерi сарқырап ағатын Қазақстанның экономикалық-әлеуметтiк дамуы үшiн өте пайдалы. Алыстағы жайылымдар мен егiншiлерге түгелдей электр желiсiн апару тым қымбатқа түседi. Нанотехнологияның тәжiрибесi күн сәулесi батареялары көрсеткiшi 36-40 пайызға жеткiзiлгенде ғана бәсекелестiкке қабiлеттi болатындығын көрсеттi. Бұл бағытта ТМД елдерiнде ортақ мақсатқа жұмылған iс-қимыл қажет.

Қазақстанда келешектiң  ғылымы аталынған нанотехнологияның  араласатын салалары кеңейе түстi. Қазiргi уақытта биологтар клеткаларды жандандырумен шұғылданады. Медицина нанодеңгейде дәрi дайындайды. Қазақстандық ғалымдар наноғылымының қоғам үшiн пайдалы әрi тиiмдi қызмет көрсетуiне айрықша көңiл аударады. Мәселен, жылдың әр мезгiлiнде елiмiздiң тұрғындарына тұмаудың үлкен қолайсыздықтар тудыратыны белгiлi. Бұл сырқат азаматтардың бұрынғы ауруларын қоздырып, жұмысына, оқуына, қалыпты демалысына үлкен зиянын тигiзедi. Осындай әлеуметтiк зардаптың алдын алуды көздеген ғалымдарымыз қазiр нанотехнологияның негiзiнде тұмауды емдейтiн дәрi жасауға кiрiстi. Ғылым мен өндiрiс бiрлесе жұмыс жасағанда жоғары тиiмдiлiкке қол жеткiзiледi. Электролиздеу жолымен кәсiпорындарда мыстың майда ұнтақтары шығарылатынын әркiм-ақ бiледi. Егер, мыстың майда ұнтақтарын кәдiмгi мотор майына қосса қайтедi? Осындай әдiс арқылы мотордың iшiндегi шағын «жараларды емдеуге» болады екен. Майға араласқан мыс ұнтақтары мотордың iшiндегi жарықшақтарды бiтеп, тегiстейдi екен. Наноғылымының жаңалығы осындай тиiмдi болады. Мұндай наножобаға келешекте автокөлiк өндiрiсiмен айналысатын кәсiпкерлер ынта-ықылас танытатыны анық. Өйткенi, осы әдiс арқылы қымбат механизмдi ұзақ уақыт пайдалануға мүмкiндiк туады. Қарағандылық ғалымдар электр қуатын екi есе үнемдейтiн наноматериал жасауда.

Наноғылымы мен нанотехнология туралы әңгiмелегенде оны дамыта отырып, келешекте оның үлкен әрi тиiмдi өндiрiске ұласатынын көрмеуге болмайды. Қазiргi таңда жедел дамып келе жатқан мұнай-газ және аграрлық кешен саласына наноғылымын қолдану осындай ойларға жетелейдi. Мұнай саласы қазiр нанотехнологияның арқасында жұмыс өнiмдiлiгiн бiр жарым есеге арттыратын катализаторлар алды. Ол сондай-ақ мұнай өнiмдерiнiң сапасын жақсартты. Аграрлық саланың мол мүмкiндiктерiн тиiмдi пайдалану қолға алынды. Жергiлiктi ғылыми-зерттеу институттарымен бiрлесе отырып, биологиялық бағыттағы жұмыстар жүргiзiлуде.

Жоғарыдағы  нанотехнологиялық жұмыстарды «Жер, металлургия және байыту жөнiндегi ғылыми орталығы» АҚ орталық ұйым ретiнде  бағыттап, үйлестiредi. Бұған қоса, аталған  мекеме белгiленген жобаларды ең болмағанда тәжiрибелiк үлгi дәрежесiне жеткiзу үшiн оны қаржыландырады. Алдағы уақытта бұл мекеме нанотехнологияны дамытуға мүдделi ұйымдармен жұмыс жасай отырып, олардың iс-қызметiн үйлестiрiп, есебiн тыңдауды белгiледi.

Ғылыми ортада қазақстандық нанотехнологиялық идеялардың өмiршеңдiгi мен оның шетелдiк компаниялар мен кәсiпкерлер тарапынан зор сұранысқа ие болып, озық идеяларымыздың кәдеге асып жататыны жиi сөз болады.

Қазiргi уақытта  Физика-техникалық институт халықаралық  патентке ие болды. Бiрақ кез келген елдегi патентке қолдау жасау үшiн 50 мың АҚШ долларын төлеуге тура келедi. Соған қарамастан барлық елдердегi ғылым мен техниканың соңғы жаңалықтарын жiтi қадағалап, ақпарат алмасып, қоян-қолтық жұмыс жасауға тура келедi.