Нанотехнология ілімінің Қалыптасуы және дамуы табиғаттағы наноөлшемді заттар
Наноғылымның, нанотехнологияның және наноөндірістің хронологиясы
жүктеу/скачать 32,85 Kb.
|
№1 лекция
| Наноғылымның, нанотехнологияның және наноөндірістің хронологиясы
Бүгінгі нанотехнология ілімі мыңдаған жылдардан бері дамып келе жатқан ілім болғандықтан ол өзінің өсу тарихымен ерекшеленеді. Солардың ішіндегі негізгілері: көптеген ғалымдардың көзқарасы бойынша нанотехнология ілімінің негізін қалаған біздің ғасырдан 400 жүз жыл бұрын өмір сүрген көне грек философиясының негізін қалаған Демокрит дейді. Ол бірінші рет атомдар деген сөзді айтты және кез-келген зат сол атомдардан тұрады деді. Олардың түсінігінше атом бөлінбейтін затты білдіреді. 1661 жылы Ирландия елінің физигі және химигі Р.Бойль Лондондық Корольдік ұйымның мүшесі, өзінің «Химик – скептик» еңбегінде заттар құрамында кездесетін өте ұсақ бөлшектер кластерлер – корпускулалардың маңызы туралы Аристотельдің материя туралы идеяларын сынай отырып, ол мынандай тұжырым айтты: «барлық материалдар өте ұсақ, тұрақты, бөлінбейтін бөлшектерден, корпускулалардан тұрады». Демокрит пен Бойль идеяларының дұрыстығын сол кезде өмір сүрген көптеген философтар дұрыс ұғынып, қабылдады. 1857 жылы ағылшын физигі, электромагниттік толқын негізін қалаған ғалым М.Фарадей бірінші рет алтынның коллоидты ерітіндісін алды. Сұйық жүйедегі кішкентай дисперсті фаза бір-біріне байланыссыз броундық қозғалыстың әсерімен тербелісте болады. Осы коллоидты ерітіндіні болашақта наножүйені жасауда пайдаланады. 1861 жылы ағылшын химигі Т.Грэм заттар дисперсті көлемдерінде коллоидты (аморфты) және кристаллоидты (кристалды) болады деп бөлді. 1900 жылы неміс физигі М.Планк квант-квантты әсер (Планк тұрақтылығы) деген ұғымды енгізді. 1905 жылы қант молекуласының көлемі 1 нм екенін теория жүзінде есептеген неміс физигі А.Эйнштейн нанометр деген өлшемді енгізді. 1924 жылы Луи де Бройль материяның толқындық қасиетін анықтап, нанотүйіршіктер қозғалысын зерттейтін кванттық механика негізін қалады. Наноөлшемді және наноқұрылымды заттар өндіру үшін квантты механика теориясы заңдылықтары пайдаланылады. 1931 жылы неміс физиктері М.Кнолл және Э.Руска жаңа электронды жарықтандырғыш микроскоп жасап шығарды. Оның көмегімен нанозаттардың наноқұрылымына көз салу мүмкіншілігі ашылды. 1939 жылы Siemens компаниясы 10нм атомдағы заттарды анықтау мүмкіншіліктері бар өндірістік электронды микроскоп шығарды. 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты американ физигі Р.Фейнман Калифорния технологиялық институтында өзінің атақты, дүние жүзіне белгілі «Тұп қиянда, төменде әлі бос орындар бар» атты дәрісінде заттар құрылымын атомдар деңгейінде реттеуге болатыны туралы идеяны айтты. Атом құрылымын реттеу арқылы табиғатта кездеспеген қасиеттерімен ерекшеленетін жаңа материалдар алу мүмкіншіліктер заманы туғаны туралы сөз қозғады. 1968 жылы американдық Bell компаниясының қызметкерлері А.Чо және Д.Артур кез-келген бетті наноөңдеу үдерісінің теориялық негізін қалады. 1971 жылы Bell және IBM компаниялары атомдық қалыңдықтағы жартылай өткізгіш қасиетті қабыршақ алып, негізінде практика жүзінде нанотехнологияны пайдалана бастады. 1974 жылы жапон ғалымы Н.Тануци алғаш нанотехнология, оның негізгі принциптері туралы халықаралық конференцияда баяндама жасады. 1981 жылы неміс физиктері Г.Беннинг және Г.Рорер сканерлі туннелді микроскоптарды (бұл жұмыс 1986 жылы Нобель сыйлығын алған) жасады. Оның көмегімен атомдар құрылымын өзгерту мүмкіншіліктері туды. 1985 жылы ағылшын ғалымы Г.Крото, американдық ғалымдар Р.Керл және Р.Смолл көміртектің аллотропиялық түріне жататын фуллерен молекуласын тауып, оның қасиеттерін зерттеді. Осы еңбек үшін олар 1996 жылы Нобель сыйлығын алды. Сфералы формалы өте жоғары симметриялы көміртек молекулаларының табиғатта кездесетіні туралы 1970 жылы жапон ғалымдары Э.Осава және З.Иошилда, 1973 жылы орыс ғалымдары Д.А.Бочвар мен Е.Г.Гальпери айтып жазған еді. 1987 жылы америкалық физиктер Т.Футон және Г.Долан бір электронды транзистор жасады. 1988-1989 жылдар аралығында А.Фер және П.Грюнбергтің көмегімен өте жоғары магниттік кедергіні өте жұқа, феррамагнитті және диамагнитті қабыршақтардан бірінің үстіне бірін қою арқылы жасалған, қабыршақтардан көруге болатынын көрсетті. 1991 жылы жапон физигі С.Ииджима көміртектің кластерлері түрі көміртек нанотүтіктерін ашты. Оның табиғатта кездеспейтін физикалық, химиялық және механикалық қасиеттерін анықтады. 1993 жылы Америка Құрама Штатында нанотехнологиялық зертхана қызмет істей бастады. 1998 жылы голланд физигі С.Деккер бірінші нанотүтіктер негізінде нанотранзистор ойлап тапты. 2000 жылы Америкада нанотехнологиялық үдерістерге арналған бағдарлама құрылды. 2002 жылы С.Деккер көміртек нанотүтіктеріне ДНК молекуласын теліді. 2004 жылы американ ғалымдары А.Гейм және К.Новоселев графит құрылымына ұқсас қалыңдығы бір атом, кремний атомын керекті жағдайларда алмастыра алатын молекуланы – графенді тапты. Бұл жұмыс үшін олар 2010 жылы Нобель сыйлығын алды. 2005 жылы Altaz Nanotechnologis Америка фирмасы наноаккумулятор алғаны туралы хабарлады. Америкадағы Райс университетінің қызметкері Д.Тур үнемі қозғалыста болатын көлемі 4 нм молекулалы машина жасады. Жоғарыда айтылған нанотехнологияға арналған еңбектер осы саланың ғарыштап дамуына өзінің үлесін қосқан, ары қарай да қосады демекпіз. Біздің мемлекетіміз де соңғы кезде нанотехнология саласына, оның дамуына көңіл бөле бастады. Мемлекет басшысы Нұрсұлтан Әбішұлы Назарбаев жетекші он алдыңғы қатарлы жоғары оқу орындарында инженерлік зертханалар құру керек туралы тапсырмасына байланысты әль-Фараби атындағы Қазақ мемлекеттік университеті мен М.Х.Дулати атындағы Тараз Мемлекеттік университеттерінде «Ноноинженерлік зерттеу әдістері» зертханалары ашылып, оларға мемлекет тарапынан қаржы бөлініп, оған сатып алынған электронды микроскоптар, спектрометрлер, құралдар нанотехнология элементтерін жүзеге асыруға мүмкіндік берумен қатар, оның әрі қарай дамуына үлес қосып жатыр. Нанотехнологияға байланысты көлемді ғылыми зерттеу жұмыстарын өзіміздің елде жүргізу мүмкіндігі болмағандықтан оны келісім бойынша кейбір шет мемлекеттерде жүргізуге мәжбүр болып отырмыз. Өйткені нанотехнологияның қазіргі жағдайы химия, физика, информатика, механика сынды ғылымды жетік меңгерген, біліктілігі мол мамандардың бірлесе отырып жұмыс істеуін қажет етеді. Сонымен қоса, бүгінгі жас мамандар замануи техника тетіктерін игеріп, жаңа технологиялармен жұмыс істей білуі қажет. Ал ол үшін мол білім және тәжірибе қажет екені белгілі. Осы салада еліміздегі «Болашақ» бағдарламасының ғылыми тағылымдамадан өту бастамасы мамандарымыздың біліктілігін арттыруға мүмкіндік беретіні сөзсіз. Қазіргі кезде нанотехнологиялық зерттеулермен дүние жүзінде белгілі 1600-ден астам ғылыми-техникалық компаниялар мен фирмалар, зертханалар мен орталықтар айналысса, олардың 28 пайызы АҚШ-та, 24 пайызы Жапонияда, 10 пайызы Ұлыбританияда, 9 пайызы Алманияда, 5 пайызы Қазақстанда, ал Ресей 14 пайызды құрайды. Осылардың ішінде Қазақстандық ғалымдар еңбектерінің аздығы бізді қынжылтады. «Нанотехнология» деген сөзді өзіміздің тілімізде түсіндіретін болсақ «кішкентай өлшемді технология» дегенді білдіреді. Бұл жерде «нано» сөзі кез-келген өлшемнің миллиардтан бірі және өзінің бастапқы тегінен ерекшеленеді де, басқа физикалық, химиялық, физика- механикалық, тағы басқа да қасиеттерге ие болады. Міне осы заңдылық арқылы, яғни материяның бір күйден екіншісіне өту кезіндегі өзгерістер арқылы өмірге бұрын ешкімге белгісіз жаңа заттар алынып, технологияның ерекше түрлері еніп жатыр. Қазіргі замануи «сандық» технологиямен үйлесімді жұмыс істейтін электронды құрылғылар – осы нанотехнологияның жемістері десек қателеспейміз. Байланыс саласындағы талшықты оптикалық жүйелерді бұған мысал бола алады. Нанотехнология адамзат өміріндегі жаңа құбылыс, жақсы жаңалықтардың бірі деуге болады. Нанотехнологиялар мен наноматериалдар әлемдегі көптеген дамыған мемлекеттерде адамзат қызметінің маңызды салаларында атап айтқанда өнеркәсіп, ақпарат, радиоэлектроника, энергетика, көлік тасымалы, биотехнология, медицинада және басқада салаларда қолданылуда. Олай болса, біздің ойымызша, ілімнің нанотехнология саласын дамыту арқылы генетика, медицина, машина жасау, электроника, өндіріске арналған жаңа материалдар алу, техника мен өндірістің барлық түрлерін жаңа сапа деңгейіне көтеру мәселелерін толығымен шешуге болады. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Нанотехнологиямен айналысатын ғалымдардың бүгінде айқындап алған міндеттеріне: біріншіден, атомдарды өз қалауымызша орналастырып ерекше қасиетке ие материалдар жасау; екіншіден, құрылымында көлемдері және сандары белгілі, белсенді атомдар мен молекулалардан тұратын электрондық схемалар өндірісін жасауды ұйымдастыру; үшіншіден, көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар жасау. Осы саладағы кейбір бүгінгі жетістіктерді атап өтсек, мысалы АҚШ-та Массачусетс технологиялық институтында, қазіргі, көлемі бақыр ақшадай өрмекші – роботтың алғашқы үлгісі жасалынды. Ол бір минутта 10000-ға жуық әртүрлі қозғалыстар жасайды. Осыған ұқсас молекулалық-робот машина жұмыстары қызметін Мичиган университетінде сынақтан өткізіпті. Ол үш бөліктен тұрған екен: тасымалдағыш – молекулалар; қатерлі ісік жасаушыларын барлап білетін – молекулалар (ДНК фрагменттері бар) және люминофер – молекулалар. Осындай құрылымды затты адам ағзасына енгізген кезде олар ісік жайлаған жерге орналасып, люминесценцияның көмегімен соны нақты көрсеткен. ХХІ ғасыр ақпаратты технология мен биотехнология дамуымен қатар нанотехнология ілімінің даму технологиясы болмақ. Нанотехнология әдісінде заттардың мөлшері 1-100 нм бөлігіндей кішкентай бөлшектермен істейді. Бір нанометр метрдің миллиардтай бөлігі жүктеу/скачать 32,85 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|