Hefur þú einhvern tíma ímyndað þér efni sem gæti orðið til þess að regnhlífar blotna aldrei, gera vélmenni nógu lítil til að vinna inni í æðum og gera keramik jafn óbrjótanlegt og málmur? Þetta er ekki vísindaskáldskapur; þetta er algjör bylting sem nanóefni hafa valdið.
Hvað er nanómetri? Það er í raun lengdareining; einn nanómetri er aðeins einn milljarður úr metra. Þvermál mannshárs er um það bil 50.000 til 100.000 nanómetrar. Nanóefni eru efni sem eru á bilinu 1 til 100 nanómetrar að stærð í að minnsta kosti einni vídd.
I. Hvers vegna er „Lítið“ „Öflugt“?
Þegar efni eru smækkuð niður á nanóskala fylgja þau ekki lengur kunnuglegum reglum eðlisfræðinnar en sýna marga ótrúlega eiginleika.
Í fyrsta lagi breytast sjón-, raf-, segul- og varmaeiginleikar nanóefna verulega. Til dæmis breytist litur og losunarlitur hálfleiðarans kadmíumsúlfíðs úr gulu í blátt eftir því sem kornastærð minnkar. Þetta þýðir að við þurfum ekki að breyta samsetningu efnisins; einfaldlega að breyta stærð þess getur búið til ný efni með allt aðra eiginleika. Tegundir efna eru endanlegar, en með nanótækni virðumst við hafa fengið ótal „ný efni“.
Í öðru lagi hafa nanóagnir risastórt yfirborð. Eitt gramm af nanóefnum getur haft flatarmál á stærð við fótboltavöll. Þetta gerir þá mjög skilvirka aðsogsefni og hvata, með verulegum notum í orkugeymslu, efnaframleiðslu og umhverfisvernd.
Fyrir framleiðslu þýðir nanóefni "léttara, hærra og sterkara."
Léttari: Tæki sem eru gerð með nanóefnum geta verið umtalsvert minni að stærð en viðhalda eða jafnvel bæta afköst. Íhugaðu að fyrstu tölvur fylltu heilu herbergin, á meðan farsímar nútímans fara langt fram úr fyrri tölvugetu-þetta er kraftaverk efnisgerðarinnar.
Hærra: Nanóefni hafa oft yfirburða sjón-, raf- og segulmagnaðir eiginleikar.
Sterkari: Nanókeramik getur brotið hefðbundna skynjun á keramik sem viðkvæmt og sýnir seigleika sem nálgast það sem er í málmum.
[AI-mynduð samanburðarmynd: vinstri hlið sýnir stórsæja efnisbyggingu, hægri hlið sýnir uppbyggingu nanóefnis]
II. Nanóefni: Nú þegar í daglegu lífi okkar
Nanótækni hljómar háþróuð, en sumar notkunar hennar hafa þegar farið inn í daglegt líf.
1. Nanó-regnfrakkar: vatn-fráhrinda frá sér eins og lótuslaufi
Hefur þú einhvern tíma öfundað vatnsdropana sem rúlla af lótuslaufum? Nanó-regnfrakkar nota svipaða meginreglu. Með því að húða yfirborð efnisins með lag af nanóskala kísilögnum eykst snertihornið milli efnisins og vatns eða olíu, sem kemur í veg fyrir að vatnsdropar komist í gegn og neyði þá til að rúlla af.
Eins og er, það eru tvær helstu tækni: önnur er umhverfisvæn en dýr lofttæmi húðun tækni; hitt er lægri-kostnaður en hugsanlega vatns-mengandi dýfingarhúðunartækni. Jafnvægi á frammistöðu, kostnaði og umhverfisvernd er enn áskorun fyrir framleiðsluiðnaðinn.
[Tengill til að hlaða niður mynd: Há-mynd af vatnsdropum á efni - Mynd með leyfi 600336933 - Photostock.cn]
2. Nanorobots: The Dawn of Future Medicine
Þó að forritanleg sameindavélmenni séu enn á nanóskala eru enn á rannsóknarstofustigi, eru tæki til að meðhöndla nanóskala í örri þróun. Til dæmis, skanna jarðgöngusmásjár (STM) og atómkraftssmásjár (AFM) hafa rannsaka með oddum sem ná á atómkvarða, sem geta hreyft einstök atóm.
Í fyrirsjáanlegri framtíð er gert ráð fyrir að nanóvélmenni geti miðað lyfjagjöf, fjarlægt sár nákvæmlega og jafnvel gert við frumur in vivo, sem bylti læknisfræði og heilbrigðissviði. Þróun þeirra er hugmyndafræði þverfaglegrar samvinnu efnafræði, eðlisfræði, líffræði, læknisfræði og efnisfræði.
Bandarískir vísindamenn eru aldar-gamalt vandamál: Hægt er að fjarstýra nanórobotum í æðum í rauntíma -- Phoenix.com hugmyndamynd af nanóvélmennum sem vinna í æðum
3. Nanosvampar: The Magic of Cleaning
Þú gætir hafa notað hvítan „töfrasvamp“ sem fjarlægir bletti án þvottaefnis, einfaldlega með því að bleyta hann. Þetta er melamín froða, einnig þekkt sem nanósvampar. Þrívídd möskvabygging þess hefur afar mikla grop, myndar sterka aðsogskrafta við núning, fjarlægir óhreinindi eins og ofur-fínn sandpappír.
Þetta efni er stöðugt,-eldavarnarefni, sýru- og basaþolið og jafnvel matvæla-gildi, sem gerir það að dæmigerðu dæmi um árangursríka markaðssetningu nanoporískra efna.
Orkuljós: Kínverska-Breska rannsóknamiðstöðin fyrir nanóorkuefni – Smásjáalheimur „ofursvampa“
III. Framtíðin er hér: Hvernig mun nanóefni endurmóta framleiðslu?
Möguleiki nanóefna er langt umfram þetta. Framtíðarforrit þess geta gjörbreytt mörgum atvinnugreinum.
Nanórafeindatæki: Gerir tölvur minni, hraðari og orkunýtnari.
Geimferð og könnun: Framleiðsla geimfara með léttari og sterkari nanóefnum, sem dregur verulega úr sjósetningarkostnaði.
Umhverfi og orka: Þróun mjög skilvirkra nanóhvata og aðsogsefna til mengunarvarna og hreinnar orkuframleiðslu.
Spennandi dæmi er á sviði líftækni. Við vitum að DNA hefur tvöfalda helixbyggingu, með þvermál sem er um tugir nanómetra. Vísindamenn eru að reyna að nota sjálflýsandi hálfleiðaraagnir sem eru nokkrar nanómetrar að stærð til að merkja mismunandi hluta DNA. Þetta er eins og að hengja „ljósker“ á dökku DNA „pagóðunni“ sem gerir okkur kleift að sjá skýrt uppbyggingu hennar og breytingar, sem hefur mikla þýðingu fyrir genarannsóknir og sjúkdómsgreiningu.
IV. Sober sjónarhorn: "Nano" er ekki panacea
Með vinsældum nanóhugtaksins þurfum við líka að vera á varðbergi gagnvart „dónaskapnum“. Á undanförnum árum hafa "nano ísskápar" og "nano þvottavélar" komið á markaðinn. Þeir kunna að hafa bætt við nokkrum nanóögnum, bætt við einhverjum bakteríudrepandi eða aðgerðum sem auðvelt er að-hreinsa, en meginregla vörunnar hefur ekki breyst. Þetta er meira markaðsaðferð.
Sem stendur er notkun nanóefna að mestu leyti enn á upphafsstigi duftviðbótar, sem er ekki kjarninn í nanótækni. Sönn nanótækni snýst um að meðhöndla og nýta nýja eiginleika á nanóskala til að hanna alveg nýjar vörur. Fyrir framleiðsluiðnaðinn liggur lykillinn að byltingunni í því að umbreyta nanóefnum úr eingöngu „aukefnum“ í „byggingarefni“ eða „virka íhluti“ sem bera kjarnahlutverk.
Ályktun: Heimur nanóefna er algjörlega nýtt svið byggt upp frá grunni, byrjað á atómum og sameindum. Það þokar út mörkin milli eðlisfræði, efnafræði, líffræði og verkfræði og gefur tilefni til nýrrar kynslóðar tæknibyltingar.
Fyrir háþróaða framleiðslu þýðir það að tileinka sér nanótækni að ná eigindlegu stökki í frammistöðu vöru, orkunotkun og greind. Hins vegar krefst það einnig stöðugra grunnrannsókna, strangrar ferliþróunar og skynsamlegra væntinga markaðarins.
