Нанотехнологии и наноматериалы

Нанотехнологии сегодня

Уже сегодня существует целый ряд разработок, основывающихся на элементах нанотехнологии. Например, компания IBM недавно представила новую технологию хранения информации, с помощью которой можно будет добиться плотности записи порядка триллиона бит на квадратный дюйм, что в 20 раз больше, чем у самого совершенного на сегодня магнитного носителя. Кремниевым запоминающим устройствам до этого показателя еще дальше. В новой технологии Millipede компании IBM - все необычно: и подход к организации хранении данных, и время (в хронологическом отношении развития компьютерного прогресса) "рождения" новой технологии, и небывалое количество циклов записи/перезаписи. Ноу-хау компании IBM лишь "эхо" давно забытых перфокарт, с единственной лишь разницей в том, что технология реализована на микроскопическом уровне и не является "одноразовой" по отношению к носителю информации. Основной элемент Millipede - массив одноконечных кремниевых кронштейнов длиной 70 и толщиной 0,5 мкм (в будущем эти цифры, конечно же, уменьшаться), на каждом из которых находится микроскопическая игла длиной 2 мкм. В представленном компанией IBM демонстрационном образце использовался массив 32 х 32 с размерами всего 3 х 3 мм.

О своем достижении в области электронных технологий на молекулярном уровне поведала и компания НР. В ее лаборатории достигли наивысшей плотности на данный момент и даже готовы продемонстрировать 64-бит чип энергонезависимой памяти, в котором роль ячеек памяти играют отдельные молекулы. Этот чип умещается на площади в один квадратный микрон. Кроме того HP удалось совместить запоминающие и управляющие элементы в одном молекулярном устройстве. Самое удивительное, что у компании HP уже разработана опытная методика производства нанолитографической печати, позволяющей делать копии чипов на пластинах, подобно тому, как делаются копии страниц с оригинал-макета в типографиях.

Нанотехнологии применимы и в таких "прикладных" областях как создание охладительных установок. Термоионный метод охлаждения, разрабатываемый фирмой Cool Chips, находится на совершенно ином, более глубоком физическом уровне, нежели классические методы, "орудующие" воздушным потоком, или холодильники Пельтье, которые используют термоэлектронный эффект. Термоионный охладитель - это термоионный преобразователь, в котором под действием напряжения происходит отвод "горячих" электронов (электронов с большой энергией) от охлаждаемой поверхности. Что касается ожидаемой эффективности разработки Cool Chips, то она, включая все потери (даже отток тепла через проводники) составит порядка 70-80%, при теоретической интенсивности теплоотвода порядка 5кВт/кв.см. Если сравнивать новую технологию с традиционными методами охлаждения, то КПД компрессорных систем равен 40-50%, термоэлектрических - 8%, в лучшем случае при большом научном прорыве приблизительно 20-30%.

Покой нам только снится

Описанные выше технологии все же уже пройденный этап (хотя и открывающий большие дороги развития), и взоры ученых обращены к новым горизонтам. Уже сегодня имеются проекты по конструированию устройств, состоящих всего из одной молекулы. Речь идет о переключателях, шарикоподшипниках, приводах и даже целых двигателях для нанокронштейнов. Некоторые разработки ведутся в области самовоспроизводимых механизмов на базе человеческой молекулы ДНК. Отдельного разговора заслуживают также нанотрубки, о которых мы расскажем в в следующих обзорах.

НАНОТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Нанотехнологии и наноинженерия на сегодняшний день являются наиболее перспективным направлением в развитии российской и зарубежной науки. Наноматериалы стали причиной настоящего прорыва во многих отраслях, и проникают во все сферы нашей жизни. Так, к примеру, компания NaturalNano разработала особую краску, которая блокирует нежелательные сигналы сотового телефона по желанию владельца.

Нанотехнологии и наноинженерия на сегодняшний день являются наиболее перспективным направлением в развитии российской и зарубежной науки. Наноматериалы стали причиной настоящего прорыва во многих отраслях, и проникают во все сферы нашей жизни. Так, к примеру, компания NaturalNano разработала особую краску, которая блокирует нежелательные сигналы сотового телефона по желанию владельца. Такая новинка придется по вкусу владельцам крупных компаний предоставляющих своим сотрудникам безлимитные Мегафон, Билайн или МТС, таким образом, они смогут на время запретить разговоры по мобильникам, к примеру, в момент проведения конференции. Однако вряд ли такая разработка понравится владельцам золотых Мегафон, привыкших неограниченно беседовать и обсуждать все важные и не очень события по сотовому телефону. Исходя из подсчетов экспертов, прогнозируемая стоимость нанопродукции в мировом промышленном производстве должна быть более 1 триллиона долларов.

Немаловажное место в развитии нанотехнологий отводится отрасли, занимающейся строительством. К сожалению, применение нанотехнологий на отечественном строительном рынке пока не получило широкого распространения. В то время как за границей в Европе, Соединенных Штатах, Японии и Китае уже более двадцати процентов компаний застройщиков активно используют нанотехнологии. На российском же рынке, материалы в основу разработки, которых легли нанотехнологии, используют только единицы из числа самых прогрессивных девелоперов.

Однако только в 2010 году на развитие нанотехнологий в рамках федеральной целевой программы была выделена сумма размером в 30 миллиардов рублей. Научным центром по направлению «нанотехнологии» был выбран Московский государственный строительный университет. Надо отметить, что результаты исследований в данной области уже сейчас поражают воображение.

Конструкционные композитные материалы, созданные на основе нанотехнологий, поражают своей прочностью, которая во много раз превосходит свои традиционные аналоги, новые виды сталей практически не подвержены коррозийным воздействиям. Стоит также обратить внимание на уже применяющиеся разработки по производству энергосберегающих нанопленок для светопрозрачных конструкций, самоочищающихся покрытий, и паропроницаемых стекол.

В соответствии с результатами испытаний, проводимых по специальным методикам, было выявлено, что срок службы зданий, построенных с применением нанотехнологий, превышает в 2-5 раз срок службы самых прочных построек конца 20 начала 21 века. Так, к примеру, современные сооружения возводимые большинством столичных и региональных строительных фирм рассчитаны на вековой строк службы. В то время как постройки городов будущего, отстроенные с использованием нанотехнологий, способны простоять до 500 лет.

Надо также отметить, что нововведения затронут не только качественных характеристик строений, но и конструктивных особенностей. Появится возможность строить жилица различных конфигураций, которые будут сами подстраиваться под потребности жильцов, и климатические условия, обеспечивая охлаждение воздуха внутри помещения летом, и аккумулируя в нем тепло в зимнее время.

Звучит как фантастика, однако за рубежом многие из перечисленных способностей, уже реализуются на практике.

Особый рывок в данном направлении сделал Китай. Где в последнее время не только ведутся постоянные исследования в области нанотехнологий, но и идет активное внедрение их в жизнь.

Так, национальный центр исполнительных искусств в Пекине, может служить наглядным подтверждением вышесказанному. Прозрачная поверхность здания, выполненная в форме сферы, сделана с использованием последних новинок в области нанотехнологий.

В данном случае используется технология с красивым названием «эффект лотоса». Основная идея, которой заключается в том, что подобно листьям лотоса, имеющим уникальное строение, позволяющие им всегда оставаться чистыми, нанопокрытие купола над центром так же не подвержено загрязнению, достигается это за счет высокой плотности частиц, не дающих капелькам воды и грязи задерживаться на нем.

По мнению аналитиков, в ближайшее десятилетие спрос на стройматериалы, сделанные с использованием нанотехнологий, вырастет минимум в 1,5 раза. Во многом это произойдет благодаря активному использованию самоочищающихся нанопокрытий. А доля фасадных водонепроницаемых красок, изготовленных по новейшим методикам, к концу 2011 года достигнет 30%. Защитные свойства подобных красок не только не утрачивают свою силу, а наоборот, становятся лучше. В случае повреждения такого лакокрасочного покрытия нанокраска может самостоятельно восстановить свою структуру. Гарантия на данную краску дается на двадцать лет, однако при правильном соблюдении условий покраски такое покрытие можно считать вечным.

Полупрозрачные нанопокрытия, производимые по технологии, разработанной в Шанхае, имеют способность накапливать солнечную энергию, и позволяют в значительной мере упростить вопрос энергосбережения. Подобные пленки наносятся на окна домов, придавая им стильный вид и позволяя освещать внутреннее помещение, в значительной степени снизив расходы на электроэнергию.

Если заводить речь о достижениях ученых из Китая в области использования нанотехнологий для строительства, нельзя не упомянуть об уже опробованном на опыте Шанхайского музея науки и технологии покрытии для стен, создающего «эффект термоса». В результате чего в зимнее время в здании сохраняется тепло, а в летнее не уходит созданная кондиционерами прохлада. В самом ближайшем будущем китайские строительные компании планируют использовать данную технологию для строительства жилищ, поскольку экономия электроэнергии в данном случае просто огромная. Кроме того отказ от производства стандартных утеплителей в пользу нанопокрытия, даст возможность сделать экологическую обстановку в регионе лучше.

Эффективность применения нанотехнологий в строительстве смогли оценить тысячи болельщиков приехавших на летнюю олимпиаду в Пекине. Нанопокрытие для потолков пекинского дворца спорта, позволили достигнуть невероятной звукоизоляции помещений и увеличили прочность перекрытий.

Благодаря исследованиям швейцарских, германских, японских и норвежских ученых в области наномодификации металлов и сплавов была получена высокопрочная сталь, превосходящая современные аналоги по прочности и вязкости. Область ее применения это строительство разного рода дорожнотранспортных и гидротехнических объектов.

ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Ваш репетитор по физике снова походя обмолвился про нанотехнологии, обещая со следующего занятия заняться изучением этой темы вплотную? Что же они собой представляют? Будучи постоянно на слуху, для большинства наших соотечественников нанотехнологии все еще остаются тайной за семью печатями. На самом деле, все не так сложно.

Ваш репетитор по физике снова походя обмолвился про нанотехнологии, обещая со следующего занятия заняться изучением этой темы вплотную? Что же они собой представляют? Будучи постоянно на слуху, для большинства наших соотечественников нанотехнологии все еще остаются тайной за семью печатями. На самом деле, все не так сложно.

Нанотехнологии - это процесс разработки и производства материальных микрочастиц. Нанометр - это основная единица измерения в этой области. Основой всех нанотехнологий является стремление выделения материальной микрочастицы размером до 100 нанометров. И, хоть сегодня нанотехнологии только начали развиваться, их достижения уже широко используются в микроэлектронике, химической промышленности, робототехнике.

Термин "нанотехнология" появился почти сорок лет назад. Сегодня в этой области изучаются возможности механического управления молекулами различных материалов, а также управление молекулами посредством манипуляторов. Создание мини-робота такого типа позволит снизить стоимость практически любой продукции во много раз, а также создать аналогическую продукцию. Таким образом, открывается вполне реальная перспектива решения глобальных проблем: загрязнения окружающей среды и нехватки продовольствия на планете.

Манипуляторы открывают также самые широкие возможности реанимации больных клеток организма, в том числе, человеческого, что некоторыми учеными-фантазерами уже рассматривается как возможность, наконец-то, обрести бессмертие. Впрочем, существует и очень негативная возможность дальнейшего развития нанотехнологий: в частности, если управление манипулятором окажется в руках избранных людей, власть этих людей над всеми остальными окажется безграничной.

Среди всех научно-технических отраслей только нанотехнологиям присущи эффекты молекулярных воздействий и квантовые эффекты.

Дальнейшее развитие нанотехнологий раскрывает возможность создания машин, с помощью которых электроэнергия в КПД 90% может получаться из солнечной энергии. В любом производстве будут использоваться атомы кислорода, углерода, азота, водорода и другие, наиболее часто встречающиеся. Проблема с сырьем практически исчезнет. Именно на нанотехнологии возлагаются особые надежды в дальнейшем освоении Вселенной, именно они будут играть огромную роль в открытии и изучении новых планет.

НАНОЖИДКОСТЬ: ЛУЧШИЙ СПОСОБ ОХЛАДИТЬ «РАЗГОРЯЧЕННЫЕ» КОМПЬЮТЕРЫ

Хорошая новость для владельцев датацентров или других компьютеризированных помещений: шведские ученые разработали наножидксоть, которая способна наиболее эффективно охлаждать горячее электронное оборудование.

Сегодня сложно представить нашу жизнь без разного рода веществ, называемых теплоносителями. Так, практически всякий владелец загородного дома для своей отопительной системы предпочтет пропиленгликоль купить. На коммерческих объектах часто этиленгликоль используется. Как бы то ни было, а разнообразные химические составы пользуются на рынке устойчивым спросом.

Ведь без них было бы невозможно кондиционирование или отопление помещений, и даже холодильник стал бы бесполезным предметом интерьера. Он просто не смог бы охлаждать продукты. Проще говоря, жизнь стала бы чуточку сложнее.

Более того, незаменимую роль теплоноситель играет для различных датацентров и других помещений, где функционируют современные многопроцессорные компьютеры. Дело в том, что здесь в обязательном порядке применяются специализированные системы охлаждения, основная функция которых заключается в отводе тепла от горячего электронного оборудования. Обычно в них используют специально подготовленную воду.

Однако совсем недавно шведскими учеными было разработано новое решение для этой задачи. Применив нанотехнологии, они создали наножидкость, которая по своим характеристиками, в частности тепловым, оставляет далеко позади себя и воду, и другие вещества, призванные охлаждать.

Так что же представляет собой наножидкость? По сути это та же вода, однако, содержащая некоторое количество, достаточно незначительное, наночастиц. Ученые провели множество исследований, экспериментирую с самыми разными частицами, отличающимися по размерам и по тем материалам, из которых состоят. В результате чего удалось прийти к выводу, что наибольшей эффективностью обладают частицы из окисей меди и цинка.

Кстати, наночастицы так рассеяны в воде, что это не оказывает никакого влияния на ее свойства, вязкость и текучесть. Но, не смотря на это, наножидкость обладает значительной теплоемкостью, которая дает возможность отводить тепло от оборудования не менее чем на 30%. О такой эффективности ранее приходилось только мечтать.

Какое значение изобретение шведских ученых будет иметь для собственников суперкомпьютеров? Скорее всего, неоценимое. Ведь наножидкость позволит им значительно экономить средства на системах охлаждения, без которых невозможно нормальное функционирование электронного оборудования.

Кроме того, ученые уверяют, что применение наножидкости обеспечит более надежное функционирование компьютерных систем даже при самых низких температурах. Да и срок их службы значительно увеличится. В выигрыше останется также и экология, поскольку при таком подходе будет несколько экономиться энергия. Конечно, еще должно пройти некоторое время, прежде чем наножидкость войдет в массовое применение. Ученые в ближайшие годы обещают доработать до идеального состояния свое «детище» и только после этого «отпустить» его в свободное «плавание».

НАНОТРУБКИ - МАТЕРИАЛ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ БУДУЩЕГО

В стремлении сделать мобильные устройства более компактными и функциональными крупные производители затрачивают миллионы долларов, оплачивая работу исследовательских комплексов и лабораторий. Одно из направлений, приближающее технологический прорыв - значительное уменьшение размеров и веса аккумуляторов посредством использования нанотехнологий.

В стремлении сделать мобильные устройства более компактными и функциональными крупные производители затрачивают миллионы долларов, оплачивая работу исследовательских комплексов и лабораторий. Одно из направлений, приближающее технологический прорыв - значительное уменьшение размеров и веса аккумуляторов посредством использования нанотехнологий.

По мнению исследователей Стэнфордского Университета США, будущее мобильных гаджетов за гибкими аккумуляторными батареями, производимыми с применением углеродных нанотрубок. Совершая звонок, разыскивая по GPS-навигации ближайший магазин покера или слушая музыку через миниатюрный флеш-плеер, пользователь чаще всего обращается сегодня к устройствам на литиевых (Li-ion или Li-pol) аккумуляторах. Вес и физический объем батарей играет при этом существенную роль - при их уменьшении устройства могли бы стать не только меньше и легче, но и приобрести определенную гибкость.

Разработки перезаряжаемого аккумулятора с минимальным весом, размером, увеличенной энергоемкостью и сроком службы (числом циклов перезарядки), ведутся учеными не первый год. Стэнфордские инженеры несколько опередили коллег и представили прототип новой сверхтонкой батареи. Интегрированный аккумулятор не толще обычной карты для игры в покер, а его основой является плотная бумага. На лист-карточку с двух сторон нанесена пленка с впаянными в нее углеродными нанотрубками и литием.

Слои металлосодержащего лития в данном случае служат электродами, нанотрубки выполняют роль токоприемников. В сравнении с создаваемыми ранее прототипами гибких батарей разработка инженеров Стэнфордского Университета наиболее энергоемкая и не ухудшает своих характеристик после трехсот циклов зарядки. При этом сверхтонкий аккумулятор, толщина которого составляет 300 мкм, легко потерять, к примеру, в колоде карт, входящих в обыкновенный покерный набор. Для сравнения, толщина стандартной офисной бумаги составляет около 100 мкм. Можно представить, насколько тонкими могут стать смартфоны, коммуникаторы и другие портативные гаджеты с аккумуляторами нового поколения.

Согласно расчетам ученых, первые аккумуляторные батареи на углеродных нанотрубках превзойдут все используемые сегодня модели как минимум в 10 раз. Это утверждение касается как емкости устройств, так и объема, веса, скорости перезарядки и долговечности работы. В дальнейших планах разработка аккумуляторных батарей для гибридных авто и электромобилей.

РАЗРАБОТКА МИКРОСХЕМ НА КРИСТАЛЛЕ - ЭТО РЕАЛЬНОСТЬ.

18 декабря на базе Омского государственного технического университета открылся Ресурсный центр микроэлектроники. Оснащенный новейшим наукоемким оборудованием, он поможет Омской области вывести такую перспективную отрасль, как микроэлектроника на качественно новый уровень. «Качественно новый уровень» подразумевает, в том числе, и активное внедрение нанотехнологий в регионе. Пожалуй, будущее микроэлектроники без развития этой области современной науки вообще невозможно представить. Корреспондент nano-info.ru на днях побывала в Омском ресурсном центре микроэлектронники.

В оснащение Центра, который станет ключевым подразделением научно-исследовательского института радиоэлектроники и приборостроения ОмГТУ, уже вложено 20 млн. рублей, еще 10 млн. будет потрачено в ближайшее время. Перед тем, как закупить необходимое оборудование для Ресурсного центра, в университете провели анализ рынка микроэлектроники. По словам ректора ОмГТУ Виктора Шалая, закупленное оборудование позволит воплощать смелые идеи и разрабатывать уникальные технологии.

На данный момент Центр включает в себя 4 лаборатории - поверхностного монтажа, средств связи, цифровой обработки, лабораторию проектирования на кристалле. На подходе запуск лаборатории стабилизации чистоты. Эти части объединяет не только одна крыша ОмГПУ, но и одни задачи.

- Для того, чтобы создать какое то-то изделие, нужно его разработать: выработать алгоритм, создать дискретную схему, затем микросхему, потом установить ее в печатную плату, а плату в корпус, - рассказывает директор центра Сергей Завьялов. - На выходе мы получаем готовое изделие, которое работает определенным образом. И здесь наблюдается определенная технологическая цепочка. Новый центр позволяет всю эту цепочку - от идеи до выхода изделия в корпусе - соблюсти. Цель создания центра - сконцентрировать усилия в области разработок в микроэлектронике, при этом найти выход на технологические производственные задачи.

Другая цель центра - едва ли не главная - обучение студентов, которые участвуя в создании этой цепочки, осваивают новое оборудование. По словам Сергея Завьялова, с открытием центра появилась возможность готовить штучных специалистов, владеющих специфическими знаниями и навыками в области микроэлектроники.

Здесь надо заметить, что уже сегодня на базе Центра работают и совершенствуют знания несколько перспективных ребят, на счету которых есть победы не в единственном инновационном конкурсе. В лаборатории корреспондент портала познакомилась со студентами радиотехнического факультета Валентином Василевичем, Владимиром Панюшкиным, Максимом Кобза, Георгием Шилигиным. Кто из них уйдет с головой в науку, а кто будет внедрять научные разработки в производство - покажет время. Возможно, кто-то из них уже в скором будущем очень далеко заглянет за границы нанотехнологического горизонта.

Непосредственно нанотехнологическими разработками студенты ОмГТУ занимаются в лаборатории проектирования на кристалле, который представляет собой большой компьютерный класс. На каждом компьютере установлена специальная программа Саdence, которая и позволяет работать со структурами, величина которых измеряется в нанометрах.

- Проектирование на наноэлементах как раз и есть та ниша, которую мы занимаем в сфере нанонехнологий. Те самые микросхемы, которые затем устанавливаются в платы, мы проектируем на кристаллах, имеющих наноразмеры. Потом мы их заказываем. В будущем мы надеемся выйти на создание совместного предприятия, которое бы разрабатывало схемы и производило продукцию под нужды заказчика.

По словам Сергея Завьялова, в вузе есть люди, которые смогли бы вложить в это предприятие свои энергию и интеллект. Которые хотят работать, разрабатывать и зарабатывать.

Ведь Центр создавался не на пустом месте - он создавался под людей, которые долго проработали в вузе и имеют достаточное количество разработок.

Квалификация специалистов настолько широка, что уже сегодня в Центре задумываются, что он может предложить сверхсовременной наномедицине.

Остается заметить что чудо-центр создан усилиями и на средства самого университета. Создан для того, чтоб молодые специалисты-электронщики, выходящие из стен вуза, чувствовали себя конкурентоспособными в век бурного развития нанотехнологий.

ИСТОЧНИК ЧИСТОЙ ВОДЫ ВИТАЕТ В ВОЗДУХЕ

Ученые ищут способ пополнить источники питьевой воды. Во всем мире жгучая нехватка воды. Причем ситуация усугубляется по нарастающей. Так где же взять чистую воду? Идея носится в воздухе. В самом прямом смысле слова -- в воздухе содержится, по разным оценкам, от 12 до 16 тысяч кубических километров влаги (или 0,000012% всей воды на Земле).ЧАЙ ИЗ ПАРА

Этот объем можно сравнить с количеством воды в Великих озерах Северной Америки (самом крупном природном хранилище пресной воды в мире).

Кубический метр воздуха содержит (в зависимости от влажности) от 4 до 25 граммов водяных паров. Существующие ныне установки по кондиционированию воды могут собрать в среднем около 20-30% от этого количества. Между тем во многих даже самых бедных и густонаселенных странах мира воздух настолько влажный и теплый, что воду можно брать с минимальными затратами энергии. Самые лучшие условия для этого -- в странах, расположенных в пределах 30 градусов широты от экватора.

Так как природа постоянно пополняет запасы воды в воздухе, устройства, производящие ценную жидкость из воздуха, не могут ничем навредить окружающей среде (даже если их будет установлено очень много в каком-то определенном месте). Получается, процесс может идти бесконечно, и работа аппаратов ограничена лишь сроком их службы.

ПРИНЦИП ПОТЕКШЕГО ХОЛОДИЛЬНИКА

Как же работают генераторы атмосферной воды? Первые подобные системы разработаны еще в 1990-х. По сути, они были похожи на систему, что используется для дегидратации воздуха в холодильниках (еще можно вспомнить про дождь из-под кондиционеров в современном мегаполисе). Компрессор заставляет хладагент проходить через хитросплетение трубок, в то же время вентилятор прогоняет над трубками воздух. Если температура охлаждающих спиралей чуть ниже точки росы, около 40% жидкости из воздуха будет конденсироваться на них, стекая в специальный контейнер.

Но то в холодильнике. А в генераторах воды из атмосферы, рассказывает сайт www.membrana.ru, воздух поначалу проходит электростатические фильтры, которые задерживают около 93% взвешенных частиц. Конденсированная вода облучается ультрафиолетовой лампой в течение 30 минут (на этом этапе умирает 99,9% микробов и бактерий), затем отделяется осадок, на угольных фильтрах задерживается около 99,9% вредных летучих органических веществ, а микропористая мембрана отделяет вирусы. Но и это еще не все -- каждый час воду в контейнере снова обрабатывают ультрафиолетом. Вода на выходе -- чистейшая!

Понятно, что установка таких генераторов предполагает наличие входа воздуха извне помещения. Тут целый букет факторов: как это ни удивительно, атмосферный воздух намного чище «домашнего», а «офисный» уже высушен кондиционерами. Да и собирать влагу из помещения вредно: люди и так страдают от его низкой влажности. Хотя самые маленькие установки при наличии хорошей вентиляции можно поставить на кухне или в ванной. Небольшой генератор почти ничем не отличается от обычной кофеварки, а вырабатывает шесть литров воды. Сколько может стоить такая вода? Многое зависит от места «добычи» и потребности во влаге. Однако все производители заявляют, что стоимость литра оценивается от 1 до 15 американских центов.

ПОПЕЙ ИЗ ВЫХЛОПНОЙ ТРУБЫ

Американских военных специалистов подвигли на поиск новых способов добычи воды из атмосферы тяжелые будни солдат в скупых на влагу пустынях Ирака. Первый из разработанных методов основан на интенсивном впитывании атмосферной влаги жидким хлоридом лития. Полученная смесь затем проходит несколько полупроницаемых мембран, и благодаря эффекту обратного осмоса, вода отделяется от литиевой соли.

Еще круче второй метод -- скоро в Ираке будут испытаны три внедорожника, оборудованных системой извлечения воды из выхлопа дизельных двигателей. Идея зиждется на том факте, что в выхлопе содержится немало водорода. В установке он соединяется с кислородом воздуха, порождая воду. Полученную жидкость еще нельзя пить. Но затем она проходит через целый комплекс фильтров, которые удаляют органику, сажу, кислоты, соединения азота и бензол. Интересно, что весь комплекс тратит на свою работу всего 5% мощности двигателя, что сопоставимо с энергией, забираемой кондиционером.

ЖУЧИНАЯ ПОДСКАЗКА

А вот Майкла Рабнера и Роберта Коэна из Массачусетского технологического института на создание наноматериала, эффективно выкачивающего влагу из воздуха, вдохновил жук Stenocara, живущий в пустыне Намиб.

Когда утренний влажный воздух, идущий с Атлантики, достигает пустыни, этот удивительный жук поднимается на вершину дюны, подставляя спину бризу. Спина насекомого «оборудована» выступами, притягивающими воду, и многочисленными канавками с восковым водоотталкивающим покрытием, которые эффективно переправляют осевшую на спине влагу в рот существа. Авторы проекта постарались воспроизвести работу водоулавливающей системы жука. Для экспериментов они воспользовались стеклом и полимерными пленками. На подложке они создавали сложную поверхность из микроскопических «холмов» и «долин».

В нужных местах были нанесены водоотталкивающие вещества (типа тефлона). В других -- полимеры образовывали выступы, пронизанные множеством пор (нанокапилляров). В результате получился материал, эффективно забирающий воду из влажного воздуха (или тумана).

ПОМОЖЕТ ОКЕАН

Но дефицит воды ощутим не только в пустынях, но и на островах посреди океана. Один из таких островов американские инженеры намерены превратить в туристический рай, практически не зависящий от внешних источников пресной воды именно с помощью океана. Джон Крейвен и его гавайская корпорация планируют производить в промышленных объемах питьевую воду прямо на месте. Для этого предполагается погрузить в океан трубы диаметром более 60 сантиметров на глубину 915 метров и круглые сутки выкачивать по ним холодную (немногим выше нуля по Цельсию) воду наверх. Что это даст? Во-первых: разница температур глубинной ледяной и поверхностной теплой воды (окружающего воздуха) -- это отличный источник электрической энергии. Во-вторых, мощный поток ледяной воды, идущий по трубам, заставит эти трубы потеть. То есть, в специальных установках таким простым способом будет извлекаться влага из воздуха и получаться питьевая вода, а также вода для ирригации виноградника и прочих сельскохозяйственных участков, которые компания намерена разбить на острове.

ГЛОТОК ИЗ КАНАЛИЗАЦИИ

Но доблестные ученые идут еще дальше. Вполне возможно, считают они, использовать уже раз выпитую воду повторно.

«Я думаю, что повторное использование -- это одно из множества решений проблемы нехватки воды во всем мире», -- рассказывает Пейэл Сэмпэт, изучающий водные проблемы в институте Worldwatch. По его мнению, надо шире использовать переработанные канализационные стоки. «Если вы выйдите на улицу и спросите любого, хотел бы он в будущем пить собственную мочу, он ответит «нет», -- справедливо полагает шеф водного округа Orange County в Калифорнии Рон Уайлдермат, -- Но мы объясняем людям, что качество переработанных канализационных стоков гораздо выше по сравнению с водой, которую они обычно пьют».

Мистер Уайлдермат потратил пять лет, популяризируя среди жителей своего округа рециркуляцию канализации с получением питьевой воды. Тамошний муниципалитет активно сотрудничает с санитарными службами, чтобы совместными усилиями построить систему очистки сточных вод за $600 миллионов. Когда ее возведут, лет через 20, система будет самым крупным сооружением своего типа в мире.

КОСМИЧЕСКАЯ ЖАЖДА

Надо сказать, что повторное использование воды активно апробируется в космосе. «На космическом челноке важен каждый лишний фунт, а вода, знаете ли, тяжеловата, -- делится проблемами исследователь NASA из космического центра Джонсон в Хьюстоне Карен Пикеринг. -- Именно поэтому мы сейчас работаем над системами, которые будут перерабатывать воду, остающуюся от мытья рук, душа, а также мочу и пот.

Система на борту МКС, разработанная российскими специалистами, перерабатывает приблизительно 50% всего, что собирает влагопоглотитель, включая «продукты» дыхания и пот. Но не мочу. А Пикеринг с коллегами разработал новую систему, которая переработает до 99% воды на станции. Включая мочу. Моча, пот и другие жидкие отходы, собранные влагопоглотителем, будут пропускаться через некий водный процессор, содержащий специальные бактерии. Эти бактерии будут уничтожать все загрязняющие вещества в воде, производя при этом углеродистый диоксид и какое-то твердое вещество. Отфильтрованная вода пропускается через пластмассовые мембраны, очищающие ее методом обратного осмоса, удаляя до 98% содержащихся в воде ионов и приблизительно 99% других загрязняющих примесей. В результате получается очень даже чистая вода безо всяких привкусов.

НАНОТЕХНОЛОГИИ НАЙДУТ СВОЕ ПРИМЕНИЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОВАРОВ ПОВСЕДНЕВНОГО СПРОСА

Развитие нанотехнологий важно для любого государства. Сегодня стало возможным приобрести товары, при изготовлении которых используются нанотехнологии. Речь идет о жестком диске ПК, автомобильных покрытиях, незапотевающих стеклах.

Нанотехнологии - актуальная тема современных периодических и научных изданий. Многие страны мира не скупятся на их развитие, признавая за нанотехнологиями будущее. Сегодня настало время, когда товары, произведенные с их применением, можно встретить в свободной продаже. Они повсеместно используются в быту. Уже не миф, а повседневная реальность, например монтаж москитных сеток в СПб, изготовленных с применением нанотехнологий. Как и наноструктурированные жесткие диски компьютеров и ноутбуков. Уникальная емкость последних - результат применения суперсовременных магнитных наноструктур. В автомобилестроении нанотехнологии применяются для создания твердых покрытий, защищающих кузов машин от негативных механических воздействий. Также с помощью нанотехнологий автоконструкторы существенно снижают токсичность выхлопных газов.

Нанотехнологии используются и в продуктах осветительной индустрии: светодиодных светильниках и индикаторах. При изготовлении светодиодных ламп, постепенно вытесняющих традиционные лампы накаливания, светорассеивающие компоненты собирают в тончайшие наноразмерные слои.

Становящиеся привычными грязеотталкивающие поверхности - также результат применения наночастиц. Благодаря нанотехнологической модификации поверхности, на экранах суперсовременных мобильных телефонов, на автостеклах и зеркалах не остается отпечатков пальцев рук человека.

С помощью нанотехнологий ученые значительно увеличили уровень антисептических свойств серебра. Благодаря этому новые потребительские качества приобрели такие привычные всем товары, как стиральные машины, холодильники, тканевые медицинские повязки, трикотаж и др.

Применяются нанотехнологии и в пищевой промышленности. Каждый желающий сегодня может приобрести в продуктовом магазине хлеб с нанокапсулами жира тунца. Он очень полезен для здоровья и при этом не пахнет рыбой. Его можно есть с чаем, содержащим наночастицы селена: этот элемент имеет большое значение в работе щитовидной железы.

Сегодня нанотехнологии - уже не далекое будущее, а повседневная реальность. Рынок предлагает множество продуктов, изготовленных на их основе.

АКТИВНОЕ ВНЕДРЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННУЮ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Уфа, Башкирия. Двигатели пятого поколения будут «сотканы» из нанотехнологии, сообщили агентству ЕАН в пресс-службе ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО). В октябре в объединении прошло совещание ведущих специалистов ОАО «УМПО», ФГУП «НПП «Мотор», ИНТЦ «Искра», ГОУ ВПО «УГАТУ», НП «Технопарк АТ».

Совместно с УГАТУ, «Технопарком АТ» и «Искрой» уже подготовлен проект «Технологическое опережение». Полученные в его рамках наноматериалы, нанопокрытия и технические решения по нанофазному упрочнению найдут широкое применение в производстве деталей двигателей пятого поколения.

Проект рассматривается государственной корпорацией «Российские нанотехнонологии» как один из наиболее вероятных кандидатов для финансирования из бюджета.

На этот раз обсуждалась возможность использования в УМПО нанотехнологий, разработанных российскими учеными из Томска и Екатеринбурга, для упрочнения сложнопрофильных деталей перспективных ГТД. Участники совещания отметили необходимость в таких «ноу-хау» для выпуска газотурбинной техники нового поколения. Чтобы скорее внедрить разработки в промышленность, нужно государственное финансирование. Поэтому вышеуказанные предприятия решили сформировать единый проект, который будет представлен в государственную комиссию «Роснанотех».

Технологические решения в области ионно-лучевой и плазменной обработки конструкционных материалов - достижения научно-исследовательского института ядерной физики (Томск) и института электрофизики Уральского отделения РАН (Екатеринбург). Они актуальны в деле повышения коррозионной и эрозионной стойкости, жаропрочности деталей. Причем предложенные нанотехнологии «достают» до самых труднодоступных поверхностей важнейших перспективных ГТД. Их научно-технический уровень превосходит иностранные и отечественные аналоги. Европейско-Азиатские новости.

АМЕРИКАНСКИМ УЧЕНЫМ УДАЛОСЬ ЗАСТАВИТЬ БАКТЕРИИ ПРОИЗВОДИТЬ НАНОСТРУКТУРЫ ИЗ ДНК

Американским ученым удалось заставить бактерии с помощью вируса производить наноструктуры из ДНК, что может привести к развитию нового направления в нанотехнологиях.

Бактерии научились производить наноструктуры из ДНК. Как известно, ДНК состоит из длинной последовательности четырех химических звеньев, которые можно комбинировать таким образом, что цепочка будет складываться в определенную структуру, что делает ДНК хорошим материалом для создания наноструктур различных геометрических форм.

До сих пор производство подобных структур было сложным и трудоемким процессом, но ученым из университета Нью-Йорка и университета Аризоны удалось получить геометрические структуры ДНК наиболее эффективным способом.

Во время нового исследования ученые присоединили молекулу ДНК, которую они хотели размножить, к вирусу, который вводился в клетки бактерии кишечной палочки.

В ходе размножения вирус вместе с собственной ДНК воспроизводил и ДНК, необходимую исследователям. Затем ученые выделяли вирусную ДНК и выделяли из нее необходимый им фрагмент, полученный в большом количестве.

При этом ученым удалось изменить технологию производства наноструктур таким образом, что в результате получилось большое количество геометрически оформленной структуры ДНК. Но на этом ученые останавливаться не собираются. Они намерены применить принцип естественного отбора для улучшения и изменения формы наноструктур.

ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ ГИБКИХ ДИСПЛЕЕВ

Химики сделали важный шаг на пути создания недорогих гибких печатающихся органических электронных дисплеев. Предложенная недавно идея может стать революционной в усовершенствовании современных технологий производства электронных устройств на основе органических тонких пленок

Японские ученые из Ehime University (Матсуяма) во главе с Тетсуо Окуджимой (Tetsuo Okujima) и Нобору Оно (Noboru Ono) разработали новый метод синтеза тонких фталоцианиновых (Pc) и нафтолоцианиновых (Nc) пленок, не требующий применения дорогостоящей технологии с использованием глубокого вакуума. (Soluble precursors of 2,3-naphthalocyanine and phthalocyanine for use in thin film transistors).

Нерастворимые полупроводниковые тонкие пленки можно нанести, используя растворенный прекурсор и spin-coating технологию, с последующим термическим удалением введенных для увеличения растворимости функциональных групп. Spin-coating - вращательная технология с применением центрфугирования, позволяющую жидкости равномерно растечься по поверхности - один из методов нанесения тонких пленок

В изначально нерастворимые Pc и Nc ученые-синтетики ввели повысившие растворимость заместители, после чего растворенные в органической среде соединения нанесли на стеклянные планшеты. После испарения растворителя на поверхности стекла образуются тонкие пленки соединений, при нагревании которых в результате циклизации по классической реакции Дильса-Альдера образуются летучие соединения и происходит снятие добавленных для увеличения растворимости функциональных групп. Остающиеся на поверхности пленки представляют собой полупроводниковое покрытие и совершенно нерастворимы.

По такой технологии ученые изготовили экспериментальные образцы органических полевых транзисторов (organic field-effect transistor, OFET), которые являются важнейшими компонентами гибких органических электронных дисплеев. Подобные устройства уже начали появляться на рынке, но их внедрение пока очень затруднено из-за высокой себестоимости, что в данном случае в первую очередь определяется стоимостью производства.

Разработчики новой технологии сообщают, что их работа поможет сделать производство органической электроники не только дешевле, но и технологически менее сложным, поскольку вращательный (spin-coating) способ нанесения жидкого прекурсора обеспечивает ровное покрытие большой площади поверхности.

Джерси Канински (Jerzy Kanicki), эксперт по органической электронике из университета Мичигана в своей оценке данного исследования подчеркнул, что именно многообразие синтетических подходов в создании растворимых прекурсоров дает возможность оптимизировать производство и качество, а также добиваться улучшения электрических характеристик элементов гибких электронных дисплеев.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В БЫТОВОЙ ЖИЗНИ

Корпорация «Роснано» представила новый проект «магазинов будущего», в которых благодаря специальным чипам радиочастотной идентификации оплатить товары можно будет без услуг кассиров.

О современных технологиях человек XXI столетия знает не понаслышке: практически у каждого сейчас есть компьютер или ноутбук, мобильный телефон, цифровая техника для дома, эллиптический тренажер Atemi 705 или беговая дорожка Kettler и другие высокотехнологичные устройства, получившие применение в повседневной жизни. Однако это еще не предел: нанотехнологии теперь будут сопутствовать жителям России даже в таком обыденном деле, как поход в магазин.

Усовершенствования системы оплаты товаров в супермаркетах.

На совещании по вопросу «О мерах государственного регулирования рынка продукции микроэлектроники» корпорация «Роснано», недавно отметившая свой трехлетний юбилей, представила проект так называемого «магазина будущего». Суть проекта заключается в усовершенствовании работы супермаркетов посредством использования самых современных нанотехнологий, с помощью которых можно будет навсегда избавить жителей России от длинных очередей у касс. Для реализации задуманного уже изобретена система микрочипов радиочастотной идентификации, которые заменят штрих-коды на товарах. Для считывания информации с микрочипов контроллеры не нужны: товар можно просто оплатить при помощи пластиковых карт у выхода из магазина.

Планируется, что на создание таких «магазинов будущего» у «Роснано» уйдет около двух лет, а размеры требуемых инвестиций могут достигнуть миллиардов американских долларов. На сегодняшний день в проекте участвуют две компании: АФК «Система» и X5 Retail Group, владеющие сетями магазинов «Перекресток» и «Пятерочка». После того как тесты подтвердят, что устройства для считывания достоверно передают информацию, появятся первые «магазины будущего».

Темпы завоевания мирового технологичного рынка

Стоит отметить, что с помощью продемонстрированных технологий корпорация «Роснано» планирует поднять долю России на мировом рынке нанотехнологий с нынешних 0,07% до 3%. Прибыль от них составит около 220 млрд рублей. Исходя из расчетов корпорации, к концу 2010 года выручка от продаж товаров «Роснано» составит 4 млрд, к 2011 - 20 млрд, в 2013 сумма достигнет 135 млрд, увеличиваясь до 220 млрд к 2015 году.

УЧЕНЫМ УДАЛОСЬ ЗАРЕГЕСТРИРОВАТЬ ПЕРВУЮ КРАСИВУЮ ЧАСТИЦУ.

Физикам, работающим на Большом адронном коллайдере, удалось зарегистрировать первую красивую частицу - мезон B+, пишет Первый российский портал о нанотехнологиях со ссылкой на пресс-релиз на сайте эксперимента LHCb.

Частица, состоящая из u-кварка и b-антикварка, или красивого антикварка получила название B+ или красивая частица. Для того чтобы ее зарегистрировать, ученым пришлось проанализировать около 10 миллионов таких столкновений высокоэнергетических протонов.

В настоящее время работа Большого адронного коллайдера набирает обороты. Совсем недавно на ускорителе был установлен рекорд - энергия столкновения пучков составила 3.48 тераэлектронвольта (ТэВ).

Большой адронный коллайдер (англ. Large Hadron Collider, LHC) -- ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений.

Большим он назван из-за размеров: длина основного кольца ускорителя - 26 659 м; адронным -- из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide -- сталкиваться) -- из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения. С помощью коллайдера ученые планируют ответить на многие фундаментальные вопросы физики элементарных частиц.

Коллайдер находится в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. LHC самая крупная экспериментальная установка в мире. Руководителем проекта является Лин Эванс.

НАНОТРУБКИ - ПОМОЩНИК В БОРЬБЕ С РАКОМ

Использование одного из элементов мира нанотехнологий - однослойных углеродных нанотрубок позволяет заметно повысить эффективность адоптивной иммунотерапии раковых заболеваний - это доказала группа исследователей из Йельского университета (США), пишет портал о нанотехнологиях Наноньюснет.

Процедура адоптивной иммунотерапии начинается с отбора крови у пациента. В ней находится некоторое количество Т-лимфоцитов (клеток иммунной системы), но их недостаточно для борьбы с раковой опухолью, поэтому специалисты вынуждены искусственно создавать скопления соответствующих антигенов (веществ, которые могут вызывать иммунный ответ) и доводят концентрацию Т-лимфоцитов до требуемого значения, после чего кровь переливается обратно.

В ходе экспериментов выяснилось, что особенно быстро размножаются Т-лимфоциты на поверхности углеродных нанотрубок. Такие свойства нанотрубок объясняются наличием дефектов, вокруг которых и скапливаются антигены. В «обычной» адаптивной иммунотерапии на повышение концентрации Т-лимфоцитов до нужного уровня тратится несколько недель, а использование нанотрубок позволяет сократить этот период втрое.

Однако эксперименты выявили и некоторые минусы: углеродные нанотрубки могут закупорить кровеносный сосуд), поэтому задача ученых - найти надежный способ их извлечения из крови перед переливанием. По мнению специалистов, если технологию удастся доработать, они получат безопасную и оригинальную методику.

СУПЕРКОМПЬЮТЕР ЗАЙМЕТСЯ МОДЕЛИРОВАНИЕМ И РАЗРАБОТКОЙ НАНОСТРУКТУР

Компания IBM и Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (СГАУ) объявили об открытии суперкомпьютерного центра, в рамках которого состоялся запуск суперкомпьютерного кластера, получившего имя «Сергей Королёв», на платформе IBM BladeCenter производительностью 10 Тфлопс.

СГАУ вошел в число 15 лучших инновационных вузов РФ по результатам государственного конкурса в категории «Национальный исследовательский университет». Часть гранта, выделенного вузу правительством РФ, была направлена руководством на приобретение современного суперкомпьютера, который получил название «Сергей Королев».

Суперкомпьютер «Сергей Королёв», который вошел в 20 самых производительных систем в СНГ, станет основой интегрированной информационной среды для разработки современных аэрокосмических систем с применением информационных CAE/CAD/CAM/PDM/PLM-технологий, что, как ожидается, позволит в 4-5 раз сократить сроки и затраты на создание конкурентноспособных на мировом рынке изделий нового поколения. В спектр задач, решаемых суперкомпьютером, войдет также моделирование наноструктур и разработка нанотехнологий, расчеты для таких отраслей науки и экономики, как автомобильная и аэрокосмическая промышленность, экологическое моделирование и прогнозирование, гидрометеорология и медицина.

«Развитие высокопроизводительных вычислений необходимо нашему университету для успешного решения задач, стоящих перед аэрокосмической отраслью России, - заявил Венедикт Степанович Кузьмичев, проректор по информатизации СГАУ. - Получив государственный грант, мы обратились за помощью к IBM как к признанному лидеру в области суперкомпьютерных технологий. Суперкомпьютерный центр позволит нам повысить уровень фундаментальных и прикладных исследований и качество подготовки специалистов отрасли», сообщается в пресс-релизе IBM.

НАНОЧАСТИЦЫ С ИНТЕЛЛЕКТОМ БУДУТ СПОСОБНЫ СОБИРАТЬ МАТЕРИЛ С НЕОБХОДИМЫМИ СВОЙСТВАМИ

Ученые стоят на пороге создания наночастиц с интеллектом. Физики из Университета Нью-Йорка объявили о ном, что они сконструировали наночастицы, которые могут соединяться друг с другом не в случайном порядке, а по закономерностям, обусловленным их формой.

Это первый успешный опыт создания частиц, принципы сборки которых могут быть заранее «запрограммированы». Ученые утверждают, что недалек тот момент когда они смогут программировать структуру, а, значит, и свойства создаваемого синтетического материала. «Мы думаем, что такие возможности по задаваемой сборке открывают широкие горизонты перед технологиями создания «умных» композитных частиц, новых функциональных материалов, микромашин с движущимися частями» - цитирует одного из исследователей российский портал о нанотехнологиях Нано Дайджест.

Работая с микроскопическими, в 25 раз меньше толщины волоса частицами коллоидного состава - взвесью частиц в жидкой среде, ученые сумели создать механизм «ключа и замка», который позволяет частицам соединяться друг с другом строго определенным образом.

При этом «Ключ» - любая сферическая частица. Для создания «замка» требуется многоступенчатый процесс полимеризации. Для этого исследователи поместили в воду каплю масла, что привело к образованию затвердевшей внешней оболочки, к которой присоединяются другие сферические наночастицы. Настоящая работа - это только часть проекта, которым занимаются различные ученые. Задача - понять, как наночастицы собираются в комплексные материалы и научиться управлять этими процессами.

МИНИАТЮРНАЯ ТРЕХМЕРНАЯ КАРТА ЗЕМЛИ БЫЛА СОЗДАНА УЧЕНЫМИ КОРПОРАЦИИ IBM

Ученые корпорации IBM создали миниатюрную трехмерную карту Земли, такую маленькую, что 1000 этих карт может поместиться в крупинке соли. Помогла ученым в этом новая методика, использующая миниатюрный кремниевый щуп длиной 500 нанометров с острым наконечником-иглой, который в 100 000 раз меньше заточенного карандаша.

Такой щуп применялся для создания шаблонов изображений и структур масштаба 15 нанометров. Игла щупа, схожая с теми, которые используются в атомно-силовых микроскопах, прикрепляется к гибкому кронштейну, который в управляемом режиме сканирует поверхность вещества подложки с точностью одного нанометра - одной миллионной миллиметра. При нагревании или приложении внешней силы наноразмерная игла может "снимать" (удалять) слои вещества подложки по предварительно заданным шаблонам, работая как "нанофрезерный" станок сверхвысокой точности.