Микро и нанотехника

Микротехнологии - это область знаний, рассматривающая вопросы исследования, разработки, производства и применения миниатюрных приборов и устройств, изготавливаемых интегральным групповым способом, и использующих, наряду с электрическими, многие другие физические эффекты. Эта область деятельности формируется как очередной этап развития групповых прецизионных технологий, начало которым было положено микроэлектроникой.

Современный этап развития информационных технологий требует  перехода на качественно новую ступень  развития принципов построения информационно-управляющих  систем. Любая информационно-управляющая система содержит в себе объект управления, сенсорную подсистему (измерение состояния объекта управления), подсистему анализа и принятия решений и активаторную подсистему (воздействие на объект управления). Прогресс в создании этих систем требует адекватного развития всех трех подсистем.

В последние  годы темпы научно-технического прогресса  стали зависеть от использования  искусственно созданных объектов нанометровых размеров (1 нанометр (нм) равен одной миллиардной доле метра или, что то же самое, одной миллионной доле миллиметра). Созданные на их основе вещества называют наноматериалами, а способы их производства и применения - нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров.

Нанотехнологии – это, по сути, возможность создавать новые материалы с заданными свойствами из мельчайших элементов – атомов.

Нанотехнологии принято делить на три типа. Промышленное применение наночастиц в красках для автомобилей и автокосметике - пример "инкрементных" нанотехнологий. "Эволюционные" нанотехнологии представлены наномерными датчиками, использующими флуоресцентные свойства квантовых точек (диаметром от 2 до 10 нанометров) и электрические свойства углеродных нанотрубок (диаметром от 1 до 100 нанометров), хотя эти разработки пока находятся в зачаточном состоянии. "Радикальные" нанотехнологии пока что не встречаются, их можно увидеть только в фантастических триллерах. Стоит также ожидать сближения этих трех технологий.

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества. В 1661 году Ирландский химик Роберт Бойл\Robert Boуle опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха (философская основа основ тогдашней алхимии, химии и физики). Бойл утверждал, что все состоит из "корпускулов" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы. Впоследствии идеи Демокрита и Бойла были приняты научным сообществом.

Вероятно впервые в современной истории нанотехнологический прорыв был достигнут американским изобретателем Джорджем Истмэном (впоследствии основал известную компанию Kodak), который изготовил фотопленку (это произошло в 1883 году).

26 апреля 2010 года в городе Рыбинске открылся завод по производству монолитного твёрдосплавного инструмента с многослойным наноструктурированным покрытием. Это первое нанотехнологическое производство в России .

ОАО «РОСНАНО» — российская компания (ранее — государственная корпорация), созданная для развития нанотехнологий. РОСНАНО было основано в 2007.  Штаб-квартира расположена в Москве. Председатель правления Анатолий Борисович Чубайс.

В последние  годы опубликовано множество оптимистических прогнозов о способах применения нанотехнологий. Свойства материалов в наномасштабе отличаются от крупных масштабов из-за того, что в наномасштабе площадь поверхности на единицу объема чрезвычайно велика. Нанотехнологии способны кардинально изменить методы, ныне применяемые в микроэлектронике, оптоэлектронике и медицине. Поэтому нанотехнологии обладают поистине гигантским потенциалом.

Однако переход  от производства в лаборатории к  массовому производству чреват значительными  проблемами, а надежную обработку материалов в наномасштабе требуемым образом все еще очень трудно реализовать с экономической точки зрения. В настоящее время, наноматериалы используют для изготовления защитных и светопоглощающих покрытий, спортивного оборудования, транзисторов, светоиспускающих диодов, топливных элементов, лекарств и медицинской аппаратуры, материалов для упаковки продуктов питания, косметики и одежды. Нанопримеси на основе оксида церия уже сейчас добавляют в дизельное топливо, что позволяет на 4-5% повысить КПД двигателя и снизить степень загрязнения выхлопных газов. В 2002 году на Кубке Дэвиса\Davis Cup были впервые использованы теннисные мячи, созданные с использованием нанотехнологий. Нанотехнологии имеют и блестящее военное будущее. Ныне военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия "невидимости", энергетические ресурсы, самовосстанавливающиеся системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета или изменять ее цвет), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений.

История неопровержимо свидетельствует  о том, что едва ли все полезные изобретения и научно-технические  разработки не только способствуют развитию экономики, но также ставят человечество перед новыми и подчас труднопредсказуемыми опасностями.

Террористы  и криминалитет, получившие доступ к нанотехнологиям, могут нанести обществу существенный урон. Химическое и биологическое оружие будет более опасным, а скрыть его будет значительно проще. Станет возможным создание новых типов оружия для убийства на расстоянии, которые будет очень тяжело обнаружить или нейтрализовать. Поимка преступника после совершения им подобного преступления также усложнится. С другой стороны, новые возможности приобретет государство.

Еще одна мало исследованная  область - последствия контактов наночастиц с живыми клетками и тканями. Не подлежит сомнению, что многие наноматериалы обладают токсичным действием. Например, вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но также провоцирует тромбоз кровеносных сосудов. Есть сведения, что углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять активность иммунной системы. Опыты на аквариумных рыбах и собаках показали, что фуллерены, многоатомные шаровидные молекулы углерода поперечником в несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга. Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации.