Nanoteadus ja nanotehnoloogia on kaks omavahel seotud valdkonda, mis uurivad materjalide ainulaadseid omadusi nanotasandil. Sellel skaalal on materjalidel omadusi ja käitumist, mis erinevad kõrgematel skaaladel esinevatest omadustest ja käitumistest, mistõttu on nanoteadus ja nanotehnoloogia olulised uute tehnoloogiate loomiseks ja aine aluspõhimõtete mõistmiseks.
Käesolevas artiklis uurime nanoteaduse ja nanotehnoloogia huvitavat valdkonda, analüüsides nende mõju ja erinevusi.
Mis on nanoteadus?
Materjalide omaduste ja käitumise uurimist nanotasandil nimetatakse nanoteaduseks. Nanoskaala põhineb nanomeetritel ja selle mõõtmed jäävad vahemikku 1 kuni 100 nanomeetrit.
Nanometer (nm) on pikkusühik, mis on üks miljardikosa meetrist ehk 0,000000001 meetrit. See on äärmiselt väike mõõteskaala, mida kasutatakse sageli aatomite, molekulide ja muidugi nanoosakeste suuruse iseloomustamiseks.
Sellisel skaalal on materjalidel suur pindala ja mahu suhe, mis võib põhjustada muutusi nende elektrilistes, optilistes ja mehaanilistes omadustes. Näiteks võivad nanoosakeste keemiline reaktsioonivõime, optilised omadused ja elektrijuhtivus erineda lahtisest materjalist.
Nanoteadus on multidistsiplinaarne valdkond, mis hõlmab mitmeid teadusvaldkondi, nagu füüsika, keemia, bioloogia ja materjaliteadus. Selle valdkonna teadlased uurivad nanomaterjalide eripärasid ning seda, kuidas neid materjale saab muuta ja kasutada uute tehnoloogiate tootmiseks. Teadlased võivad muuta aine füüsikalisi, keemilisi, bioloogilisi ja optilisi aspekte, tegutsedes aatomi tasandil.
Kuidas arendati nanoteadust?
Nanoteadus arenes järk-järgult mitme aastakümne jooksul, mille käigus tehti edusamme erinevates teadusvaldkondades. 1950. aastatel leiutas füüsik Richard Feynman termini "nanoteadus" oma ettekandes pealkirjaga "Allpool on palju ruumi", milles ta kujutas ette väljavaadet mõjutada ja näha ainet nanotasandil.
Nanoteaduse arengus oli oluline osa nanoteaduse arengus materjalide nägemise ja kontrollimise meetodite leiutamine. Gerd Binnigi ja Heinrich Rohreri poolt 1981. aastal leiutatud skaneeriva tunnelmikroskoobi oli selles valdkonnas verstapost, mis võimaldas teadlastel esimest korda vaadelda üksikuid aatomeid ja molekule.
Teine märkimisväärne edasiminek oli ootamatute füüsikaliste ja keemiliste omaduste leidmine, kui materjalid vähendati nanoskaalale. Kui materjale muudetakse väiksemaks, suureneb näiteks nende pindala ja mahu suhe, mis põhjustab muutusi nende optilistes, elektrilistes ja magnetilistes omadustes. See avastus sillutas teed nanotehnoloogia loomisele, mille eesmärk on toota uusi materjale ja vidinaid, manipuleerides ainega nanoskaalal.
Milline on nanoteaduse mõju?
Nanoteadusel on olnud suur mõju mitmetele teaduse ja tehnoloogia valdkondadele ning ühiskonnale tervikuna. Selle teadusvaldkonna tulemusel on avastatud ja loodud uuenduslikke, eripäraste omadustega materjale, näiteks süsiniknanotorusid ja grafeeni, millel on kasulikud rakendused sellistes sektorites nagu õhusõidukid, autod ja spordivahendid.
Nanomõõtme omaduste kasutamine on võimaldanud vähendada elektroonikaseadmete, näiteks arvutikiipide suurust, mille tulemuseks on jõudluse, energiatarbimise ja taskukohasuse suurenemine.
Nanoteadus on toonud kaasa ka uuenduslike haiguste diagnostikavahendite ja ravimeetodite loomise. Näiteks nanoskaalaliste ravimite manustamissüsteemide abil saab sihtida konkreetseid rakke või kudesid, vähendades kõrvaltoimeid ja suurendades ravi edukust.
Nanoteadusel on potentsiaali lahendada keskkonnaprobleeme, sealhulgas reostust ja kliimamuutusi, ning samuti potentsiaali muuta energia tootmine ja säilitamine revolutsiooniliseks. Näiteks saab nanoskaalalisi materjale kasutada tõhusamate katalüsaatorite loomiseks reostuse eemaldamiseks.
Nanoteaduse ja nanotehnoloogia erinevus
Kuigi nimetusi "nanoteadus" ja "nanotehnoloogia" kasutatakse mõnikord sarnaselt, on nende kahe vahel selge erinevus.
Sisuliselt on nanoteadus materjalide ja sündmuste kontrollimise põhimõtete uurimine nanotasandil.
Nanotehnoloogia viitab nanoteaduse praktilistele rakendustele. See hõlmab nanoskaalaliste materjalide ja tehnoloogiate arendamist, tootmist ja kasutamist erieesmärkide saavutamiseks.
Nanotehnoloogia rakendab nanoteaduse teadmisi ja meetodeid uute toodete, protsesside ja tehnoloogiate loomiseks praktilistes rakendustes sellistes valdkondades nagu meditsiin, energeetika, elektroonika ja materjalid.
Nanotehnoloogia hõlmab sageli nanomaterjalide kasutamist uute toodete ja tehnoloogiate väljatöötamisel. Nanomaterjalide kohta lisateavet leiate artiklist "Mis on nanomaterjalid ja miks nad on olulised?".
Nanoteaduse ja nanotehnoloogia peamised saavutused
- Nanoelektroonika: nanoskaalaliste elektroonikaseadmete, näiteks kvantpunktide ja nanodraatide arendamine;
- Lennuk: Nanokomposiidid on võimaldanud arendada kergeid ja suure tugevusega materjale õhusõidukite jaoks;
- Pildistamine: Nanoosakesi saab kasutada kontrastainetena, et parandada selliseid pildistamismeetodeid nagu MRT, CT ja ultraheli, mis võimaldab haiguse varasemat ja täpsemat avastamist;
- Kudetehnoloogia: Nanomaterjale saab kasutada koetehnoloogiliste tellingute tootmiseks, mis võimaldab arendada toimivaid kudesid ja elundeid siirdamiseks;
- Vee puhastamine: Vee puhastamiseks on loodud nanotehnoloogial põhinevad membraanid ja filtrid, mis võimaldavad tõhusamalt eemaldada lisandeid ja parandada puhta joogivee kättesaadavust;
- Õhusaaste kontrollimine: Nanoosakesi võib kasutada saasteainete eemaldamiseks õhust, muutes õhusaaste kontrolli tõhusamaks;
- Energiatõhusus: Nanotehnoloogia on võimaldanud toota tõhusamaid energiatootmis- ja salvestustehnoloogiaid, näiteks päikesepatareisid ja patareisid;
- Andurid: Nanoskaala andurid on füüsikaliste, keemiliste või bioloogiliste signaalide muutuste tuvastamisel väga tundlikud ja spetsiifilised, võimaldades uusi kasutusvõimalusi elektroonilises mõõtmises ja jälgimises.
Mida toob tulevik nanoteadusele?
Lõppkokkuvõttes on nanoteaduse tulevik väga paljutõotav uute ja põnevate edusammude ja rakenduste jaoks paljudes valdkondades. Nanoteaduse arenguga kaasnevad tõenäoliselt avastused, mis mõjutavad oluliselt ühiskonda ja maailma, milles me elame.
Nanoteadusel on võimalus mõjutada paljusid teaduse ja tehnika valdkondi, alates keskkonna puhastamisest kuni toiduuuringute ja kosmoseuuringuteni, sealhulgas uute materjalide loomine, millel on unikaalsed omadused, näiteks suurem tugevus, juhtivus või reaktsioonivõime.
Seega näib nanoteaduse tulevik olevat üsna paljulubav ja täis võimalusi.
Visuaalselt atraktiivsed arvud teie uuringute jaoks
Teaduslikud joonised on mõeldud selliste mõistete või faktide näitamiseks, tutvustamiseks ja esiletõstmiseks, mida oleks raske või aeganõudev sõnadega edasi anda. Kuid nagu kõike muudki teadustöös, tuleb ka seda tutvustada ettevaatlikult.
Täiuslik lähenemine, et lisada õigeid numbreid, on see, kui teil on õige toetaja teie kõrval; Mind The Graph on see, kes viib teid selle kriitilise protsessi kaudu, pakkudes teile lihtsaid ja hõlpsasti kasutatavaid malle.
Tellige meie uudiskiri
Eksklusiivne kvaliteetne sisu tõhusa visuaalse
teabevahetus teaduses.
