Знание-сила, 2008 № 08 (974) - [14]
Однако есть некоторые трудности — вместе с уменьшением размера меняются «правила жизни» этих роботов, так как меняются законы физики, описывающие их жизнь. А значит, меняются и правила жизни всего, что хочет проникнуть в наномир. Учитывая все вышесказанное, можно заключить, что исследованиями в области нанотехнологии могут заниматься только наноученые, оснащенные современными наноприборами. Насчет наноученых я, конечно, преувеличил (или приуменьшил?), однако создание приборов, пригодных для изучения нанообъектов, было одной из важнейших задач двадцатого века. Появились электронная и зондовая микроскопии, получили развитие рентгеновские методы исследования. Ученые смогли почти воочию увидеть атомарную структуру вещества и те причудливые формы, какие оно может принимать на микро- и наноуровне.
Однако главная интрига нанонауки заключается, по-моему, не в простом созерцании объектов исследования, и даже не в измерении их свойств, а в том, что нано стало еще одним независимым подтверждением квантовой физики, одной из самых темных наук двадцатого века.
Эти микроскопические образования, называемые Тетраподами, получены окислением цинка
За годы обучения в МГУ я познакомился с большим количеством ученых, в основном с химического факультета, где выполнял свою исследовательскую работу. Многие из них считают, что ажиотаж вокруг нано скоро угаснет, так же, как, например, угас бум по поводу высокотемпературной сверхпроводимости. Я не согласен с таким мнением. Мне кажется, так думают люди, которые не слишком хорошо разбираются в физике и для которых нано ассоциируется только с большими деньгами, брошенными правительством на подъем российской наноиндустрии. К сожалению, от химиков, связанных с нано, зачастую требуется только синтез нанообъектов с заданными характеристиками. Такой синтез в основном базируется на методах коллоидной химии, поэтому у многих возникает впечатление, что нано — это новый раскрученный облик давно известной науки.
Похожие на розы структуры гидроксида магния получены многократным свертыванием тончайших слоев
Мне повезло. Первый разговор о будущем нанотехнологии у меня был не с химиком, а с физиком-теоретиком. Речь шла об углеродных нанотрубках. Хотя я впервые услышал об этом, меня поразило то, с каким увлечением этот человек говорил о них. Больше всего мне запомнилась фраза, относящаяся к проявлениям квантовой теории поля: «Это поразительно, что такая сложная теория действительно работает!» Я думаю, что слова «она работает!» можно назвать девизом нанонауки, если под словом «она» подразумевать всю сложную, неочевидную, «нереальную» физику, которая появилась в двадцатом веке.
Помню, как на занятиях по квантовой механике мы получали решение уравнения Шредингера для электрона в потенциальной яме. Когда я это делал, в моей голове проскакивали мысли наподобие «откуда оно вообще взялось, это уравнение Шредингера?!» или «зачем мне нужно знать про какие-то квантованные энергетические состояния в этой яме?!» Да, я понимал, что если мы этого не сделаем, то нельзя будет вывести еще одно сложное уравнение, потом его приближенно решить, чтобы полностью запутаться в формулах, и якобы узнать, откуда берется то, что я знаю еще из школы (в данном случае речь шла о квантово-физическом объяснении периодического закона Д.И. Менделеева). Однако теперь у меня вызывает бурю эмоций тот факт, что так называемые квантовые точки (нольмерные наноструктуры) представляют собой не что иное, как потенциальный ящик, в котором заключены электроны. От размеров этой точки- ящика зависит, какие энергетические переходы могут наблюдаться в энергетическом спектре точки, а это, в свою очередь, определяет длину волны света, поглощаемую и испускаемую такими наночастицами. И сразу начинаешь по-другому относиться и к уравнению Шредингера, и ко всей этой «высокой науке». Главное, «она работает!»
«Беспозвоночное магматического периода» — так называемые вискеры манганита бария
Исторически сложилось, что под словом «материаловед» подразумевается специалист в химии сплавов, функциональных (то есть имеющих какие-то интересные физические свойства) и композиционных материалов. Но в последнее время возникла проблема, связанная с механическими свойствами получаемых и исследуемых материалов. Особенно это относится к функциональным и композиционным материалам, а также к так называемым биоматериалам. Особый интерес сейчас представляют механические свойства наноматериалов. Приведу несколько примеров того, как знание механики помогает материаловедам.
Предположим, что вы занимаетесь технологией производства ионных проводников, которые нужны для батареек, топливных ячеек. Вы сумели получить порошок, обладающий рекордным значением проводимости. Естественно, возникает желание внедрить эту технологию в производство, но здесь вас ожидает сюрприз: готовые изделия, спрессованные из вашего порошка, рассыпаются при малейшей нагрузке! Вы не отчаиваетесь и пытаетесь за счет добавок (пластификаторов) увеличить качество прессования. Но и тут вас ожидает неудача, а именно — резкое снижение тех «рекордных» проводящих свойств. Так что же, ваш замечательный материал никому не нужен? Конечно, нет! Просто вы не учли, что механические свойства материала определяются его микроструктурой. Сейчас ученые научились делать материал, на микроуровне представляющий собой тонкие монокристаллические ниточки (так называемые вискеры). Тонкая пластинка, содержащая такие вискеры, не ломается при достаточно сильных деформациях, и при этом имеет высокие значения проводимости и емкости.
