Від нанонауки до нанотехнологій: Вплив та відмінності

Нанонаука і нанотехнології - це дві взаємопов'язані галузі, які досліджують унікальні властивості матеріалів на нанорівні. На цьому рівні матеріали демонструють характеристики та поведінку, які відрізняються від тих, що спостерігаються на більш високих рівнях, що робить нанонауку та нанотехнології важливими для створення нових технологій та розуміння фундаментальних принципів будови матерії.

У цій статті ми заглибимося у цікаву сферу нанонауки та нанотехнологій, проаналізуємо їхній вплив, а також відмінності між ними.

Що таке нанонаука?

Вивчення характеристик і поведінки матеріалів на нанорівні відоме як нанонаука. Нанорозмір базується на нанометрі і має діапазон розмірів від 1 до 100 нанометрів.

Нанометр (нм) - це одиниця довжини, що становить одну мільярдну частину метра, або 0,000000001 метра. Це надзвичайно крихітна шкала вимірювання, яка часто використовується для характеристики розмірів атомів, молекул і, звичайно, наночастинок.

У цьому масштабі матеріали мають високе співвідношення площі поверхні до об'єму, що може спричинити зміни в їхніх електричних, оптичних і механічних характеристиках. Наприклад, наночастинки можуть мати іншу хімічну реактивність, оптичні характеристики та електропровідність, ніж об'ємні матеріали.

Нанонаука - це мультидисциплінарна галузь, яка включає в себе кілька наукових напрямків, таких як фізика, хімія, біологія та матеріалознавство. Дослідники в цій галузі вивчають особливості нанорозмірних матеріалів, а також те, як ці матеріали можуть бути модифіковані та використані для створення нових технологій. Вчені можуть змінювати фізичні, хімічні, біологічні та оптичні аспекти матерії, працюючи на атомному рівні.

Як розвивалася нанонаука?

Нанонаука розвивалася поступово, протягом кількох десятиліть, з досягненнями в різних наукових галузях. У 1950-х роках фізик Річард Фейнман винайшов термін "нанонаука" у презентації під назвою "На дні багато місця", в якій він уявив перспективу впливу на матерію і бачення її на нанорівні.

Винахід методів спостереження і контролю матеріалів на нанорівні був життєво важливим для розвитку нанонауки. Винахід Гердом Біннігом і Генріхом Рорером скануючого тунельного мікроскопа в 1981 році став важливою віхою в цій галузі, дозволивши вченим вперше спостерігати окремі атоми і молекули.

Ще одним значним досягненням стало виявлення несподіваних фізичних і хімічних характеристик при зменшенні матеріалів до нанорозмірів. Наприклад, зі зменшенням розмірів матеріалів зростає відношення площі їхньої поверхні до об'єму, що призводить до зміни їхніх оптичних, електричних і магнітних характеристик. Це відкриття проклало шлях до створення нанотехнологій, метою яких є виробництво нових матеріалів і гаджетів шляхом маніпулювання матерією на нанорівні.

Яким є вплив нанонауки?

Нанонаука справила значний вплив на кілька галузей науки і техніки, а також на суспільство в цілому. Ця сфера досліджень призвела до відкриття і створення інноваційних матеріалів з особливими властивостями, таких як вуглецеві нанотрубки і графен, які знаходять корисне застосування в таких галузях, як літакобудування, автомобілебудування і спортивне обладнання.

Використання нанорозмірних характеристик дозволило зменшити розміри електронного обладнання, такого як комп'ютерні чіпи, що призвело до підвищення продуктивності, енергоспоживання та доступності.

Нанонаука також призвела до створення інноваційних засобів діагностики та лікування захворювань. Наприклад, нанорозмірні системи доставки ліків можуть цілеспрямовано впливати на певні клітини або тканини, зменшуючи побічні ефекти і підвищуючи успішність лікування.

Нанонаука має потенціал для вирішення екологічних проблем, включаючи забруднення та зміну клімату, а також потенціал для революції у виробництві та зберіганні енергії. Нанорозмірні матеріали, наприклад, можуть бути використані для створення більш ефективних каталізаторів для видалення забруднень.

Різниця між нанонаукою та нанотехнологіями

Хоча назви "нанонаука" і "нанотехнологія" іноді вживаються як синоніми, між ними існує чітка різниця.

По суті, нанонаука - це вивчення принципів управління матеріалами та подіями на нанорівні.

Тоді як нанотехнології стосуються практичного застосування нанонауки. Вона передбачає розробку, виробництво та використання нанорозмірних матеріалів і технологій для спеціалізованих цілей.

Нанотехнології застосовують знання та методи нанонауки для створення нових продуктів, процесів і технологій у практичному застосуванні в таких галузях, як медицина, енергетика, електроніка та матеріали.

Нанотехнології часто включають використання наноматеріалів у розробці нових продуктів і технологій. Щоб дізнатися більше про наноматеріали, читайте статтю "Що таке наноматеріали і чому вони важливі?".

Основні досягнення в галузі нанонауки та нанотехнологій

Наноелектроніка: Розробка нанорозмірних електронних пристроїв, таких як квантові точки та нанодроти;

Літак: Нанокомпозити дозволили розробити легкі, високоміцні матеріали для авіації;

Уявлення: Наночастинки можна використовувати як контрастні речовини для покращення методів візуалізації, таких як МРТ, КТ та УЗД, що дозволяє виявляти захворювання на більш ранній стадії та з більшою точністю;

Тканинна інженерія: Наноматеріали можуть бути використані для створення каркасів для тканинної інженерії, що дозволяє розробляти функціонуючі тканини та органи для трансплантації;

Очищення води: Створено мембрани та фільтри для очищення води на основі нанотехнологій, що дозволяють більш ефективно видаляти домішки та підвищити доступність чистої води для пиття;

Контроль забруднення повітря: Наночастинки можуть використовуватися для видалення забруднювачів з повітря, що робить боротьбу із забрудненням повітря більш ефективною;

Енергоефективність: Нанотехнології дозволили створити більш ефективні технології виробництва та зберігання енергії, такі як сонячні елементи та акумулятори;

Сенсори: Нанорозмірні датчики мають чудову чутливість і специфічність у виявленні змін у фізичних, хімічних або біологічних сигналах, що відкриває нові можливості використання в електронному зондуванні та моніторингу.

Яке майбутнє чекає на нанонауку?

Зрештою, майбутнє нанонауки обіцяє багато обіцянок щодо нових і захоплюючих досягнень і застосувань у широкому спектрі галузей. З розвитком нанонауки цілком ймовірно, що відбудуться відкриття, які матимуть значний вплив на суспільство і світ, в якому ми живемо.

Нанонаука має можливість впливати на багато галузей науки та інженерії, від відновлення довкілля до дослідження харчових продуктів та освоєння космосу, включаючи створення нових матеріалів з унікальними властивостями, такими як підвищена міцність, провідність або реактивність.

Тому майбутнє нанонауки видається досить багатообіцяючим і сповненим можливостей.

Візуально привабливі цифри для вашого дослідження

Наукові цифри призначені для того, щоб показати, представити і підкреслити концепції або факти, які було б важко або довго передати словами. Проте, як і будь-що інше в дослідженні, їх слід використовувати з обережністю.

Ідеальний підхід до додавання правильних цифр - це мати правильного прихильника поруч з вами; Mind the Graph допоможе вам пройти через цей важливий процес, надаючи прості та зручні у використанні шаблони.

Створіть власний графічний реферат