Nanozinātne un nanotehnoloģija ir divas savstarpēji saistītas jomas, kurās pēta materiālu unikālās īpašības nanomērogā. Materiāliem šajā mērogā piemīt īpašības un uzvedība, kas atšķiras no īpašībām un uzvedību, kas raksturīgas lielākiem mērogiem, tāpēc nanozinātne un nanotehnoloģija ir svarīgas jaunu tehnoloģiju radīšanā un vielas pamatprincipu izpratnē.
Šajā rakstā mēs iedziļināsimies interesantajā nanozinātnes un nanotehnoloģiju jomā, analizējot to ietekmi, kā arī atšķirības.
Kas ir nanozinātne?
Materiālu īpašību un uzvedības izpēte nanomērogā ir pazīstama kā nanozinātne. Nanoizmēru pamatā ir nanometri, un to izmēru diapazons ir no 1 līdz 100 nanometriem.
Nanometrs (nm) ir garuma mērvienība, kas ir viena miljardā daļa no metra jeb 0,000000001 metra. Tā ir ārkārtīgi maza mērvienība, ko bieži izmanto, lai raksturotu atomu, molekulu un, protams, nanodaļiņu izmērus.
Šajā mērogā materiāliem ir liela virsmas laukuma attiecība pret tilpumu, kas var izraisīt to elektrisko, optisko un mehānisko īpašību izmaiņas. Piemēram, nanodaļiņām var būt atšķirīga ķīmiskā reaktivitāte, optiskās īpašības un elektrovadītspēja nekā materiāliem, kas ir lielapjoma.
Nanozinātne ir daudznozaru joma, kas ietver vairākas zinātnes nozares, piemēram, fiziku, ķīmiju, bioloģiju un materiālzinātni. Šīs jomas pētnieki pēta nanomēroga materiālu īpatnības, kā arī to, kā šos materiālus var pārveidot un izmantot jaunu tehnoloģiju radīšanā. Darbojoties atomu līmenī, zinātnieki var mainīt vielas fizikālos, ķīmiskos, bioloģiskos un optiskos aspektus.
Kā tika attīstīta nanozinātne?
Nanozinātne attīstījās pakāpeniski vairāku desmitgažu laikā, gūstot panākumus dažādās zinātnes jomās. Pagājušā gadsimta 50. gados fiziķis Ričards Feinmans (Richard Feynman) izgudroja terminu "nanozinātne" prezentācijā ar nosaukumu "Tur apakšā ir daudz vietas", kurā viņš iztēlojās iespēju ietekmēt un redzēt matēriju nanomērogā.
Nozinātnes attīstībā būtiska nozīme bija nanozinātnes progresam, jo tika izgudrotas metodes, ar kuru palīdzību var redzēt un kontrolēt materiālus nanomērogā. Šajā jomā nozīmīgs pavērsiens bija Gerda Binniga un Heinriha Roreera (Gerd Binnig and Heinrich Rohrer) 1981. gadā izgudrotais skenējošais tuneļmikroskops, kas pirmo reizi ļāva zinātniekiem novērot atsevišķus atomus un molekulas.
Vēl viens būtisks sasniegums bija negaidītu fizikālo un ķīmisko īpašību atklāšana, samazinot materiālu izmēru līdz nanomērogam. Piemēram, samazinoties materiālu izmēram, palielinās to virsmas laukuma attiecība pret tilpumu, kas izraisa optisko, elektrisko un magnētisko īpašību izmaiņas. Šis atklājums pavēra ceļu nanotehnoloģiju izveidei, kuras mērķis ir radīt jaunus materiālus un sīkrīkus, manipulējot ar vielu nanomērogos.
Kāda ir nanozinātnes ietekme?
Nanozinātne ir būtiski ietekmējusi vairākas zinātnes un tehnoloģiju jomas, kā arī sabiedrību kopumā. Šīs pētniecības jomas rezultātā ir atklāti un radīti inovatīvi materiāli ar atšķirīgām īpašībām, piemēram, oglekļa nanocaurulītes un grafēns, kuriem ir noderīgs pielietojums tādās nozarēs kā lidaparāti, automobiļi un sporta aprīkojums.
Nanoizmēra īpašību izmantošana ir ļāvusi samazināt elektronisko iekārtu, piemēram, datoru mikroshēmu, izmērus, tādējādi palielinot veiktspēju, enerģijas patēriņu un pieejamību.
Nanozinātnes rezultātā ir radīti arī inovatīvi slimību diagnostikas rīki un terapija. Piemēram, nanomēroga zāļu piegādes sistēmas var mērķtiecīgi iedarboties uz konkrētām šūnām vai audiem, samazinot nevēlamo ietekmi un palielinot ārstēšanas panākumus.
Nanozinātnei ir potenciāls risināt vides problēmas, tostarp piesārņojumu un klimata pārmaiņas, kā arī potenciāls revolucionāri mainīt enerģijas ražošanu un uzglabāšanu. Piemēram, nanomateriālus var izmantot, lai radītu efektīvākus katalizatorus piesārņojuma likvidēšanai.
Atšķirība starp nanozinātni un nanotehnoloģiju
Lai gan nosaukumi "nanozinātne" un "nanotehnoloģija" dažkārt tiek lietoti līdzīgi, starp tiem ir skaidra atšķirība.
Būtībā nanozinātne ir pētījumi par materiālu un notikumu kontroles principiem nanomērogā.
Savukārt nanotehnoloģija attiecas uz nanozinātnes praktisko pielietojumu. Tā ir saistīta ar nanomēroga materiālu un tehnoloģiju izstrādi, ražošanu un izmantošanu specializētiem mērķiem.
Nanotehnoloģijā tiek izmantotas nanozinātnes zināšanas un metodes, lai radītu jaunus produktus, procesus un tehnoloģijas praktiskiem lietojumiem tādās jomās kā medicīna, enerģētika, elektronika un materiāli.
Nanotehnoloģija bieži ietver nanomateriālu izmantošanu jaunu produktu un tehnoloģiju izstrādē. Lai uzzinātu vairāk par nanomateriāliem, lasiet rakstu "Kas ir nanomateriāli un kāpēc tie ir svarīgi?".
Nozinātnes un nanotehnoloģijas galvenie sasniegumi
- Nanoelektronika: nanomēroga elektronisko ierīču, piemēram, kvantu punktu un nanopavedienu, izstrāde;
- Gaisa kuģis: Nanokompozīti ir ļāvuši izstrādāt vieglus, augstas stiprības materiālus lidaparātu vajadzībām;
- Attēlveidošana: Nanodaļiņas var izmantot kā kontrastvielas, lai uzlabotu tādas attēlveidošanas metodes kā magnētiskā rezonanse, datortomogrāfija un ultraskaņa, tādējādi ļaujot agrāk un precīzāk noteikt slimības;
- Audu inženierija: Nanomateriālus var izmantot, lai izgatavotu skeletus audu inženierijas vajadzībām, kas ļauj izstrādāt funkcionējošus audus un orgānus transplantācijai;
- Ūdens attīrīšana: Ir radītas uz nanotehnoloģijām balstītas membrānas un filtri ūdens attīrīšanai, kas ļauj efektīvāk noņemt piemaisījumus un uzlabot tīra dzeramā ūdens pieejamību;
- Gaisa piesārņojuma kontrole: Nanodaļiņas var izmantot, lai no gaisa atdalītu piesārņojošās vielas, padarot gaisa piesārņojuma kontroli efektīvāku;
- Energoefektivitāte: Nanotehnoloģijas ir ļāvušas izstrādāt efektīvākas enerģijas ražošanas un uzglabāšanas tehnoloģijas, piemēram, saules baterijas un akumulatorus;
- Sensori: Nanoizmēra sensoriem ir lieliska jutība un specifiskums, konstatējot izmaiņas fizikālos, ķīmiskos vai bioloģiskos signālos, kas ļauj izmantot jaunus lietojuma veidus elektroniskajā sensorošanā un uzraudzībā.
Kāda ir nanozinātņu nākotne?
Visbeidzot, nanozinātnes nākotne sola daudz jaunu un aizraujošu sasniegumu un pielietojumu visdažādākajās jomās. Attīstoties nanozinātnei, iespējams, ka tiks veikti atklājumi, kas būtiski ietekmēs sabiedrību un pasauli, kurā dzīvojam.
Nanozinātne var ietekmēt daudzas zinātnes un inženierzinātņu jomas, sākot no vides attīrīšanas līdz pārtikas pētījumiem un kosmosa izpētei, tostarp radīt jaunus materiālus ar unikālām īpašībām, piemēram, lielāku izturību, vadītspēju vai reaktivitāti.
Tāpēc nanozinātnes nākotne šķiet diezgan daudzsološa un iespēju pilna.
Vizuāli pievilcīgi skaitļi jūsu pētījumiem
Zinātniskie skaitļi ir paredzēti, lai parādītu, ieviestu un izceltu jēdzienus vai faktus, kurus būtu grūti vai laikietilpīgi izklāstīt vārdos. Tomēr, tāpat kā ar jebko citu pētniecībā, tas jāievieš piesardzīgi.
Vislabākais veids, kā jūs varat pievienot pareizo skaitļu veidu, ir tas, ka jums ir pareizais atbalstītājs, kas atrodas jūsu pusē; Atcerieties grafiku ir tas, kurš jūs palīdzēs veikt šo svarīgo procesu, piedāvājot vienkāršas un viegli lietojamas veidnes.
Abonēt mūsu biļetenu
Ekskluzīvs augstas kvalitātes saturs par efektīvu vizuālo
komunikācija zinātnē.
