Gyvenam, vystomės, tobulėjam. Socialinis gyvenimas persikelinėja į 3D virtualų pasaulį, kiekvieną dieną naudojam kompiuterius, telefonus, muzikinius grotuvus, automobilius ir kitas žmogaus sukurtas technologijas. Ar kada susimastėt kaip padarytas jūsų kompiuteris, telefonas? Kaip Apple sukuria iPhone? Kokiu būdu galima padaryti tokį sudėtingą daiktą į tokį mažą tūrį? Į visus tokius klausimus jums gali atsakyti fizika. Ypatingai konkretesnė mokslo sritis - nano technologijos. Tai yra labai plati sritis. Tai technologijų sritis, kurią sunku pamatyti, nes tai yra super mažos struktūros, tačiau mes puikiai viską galime įsivaizduoti, o dar geriau - panaudoti jų pagrindu sukurtus produktus.
Nano skale vadinsiu tą erdvę, kurioje egzistuoja nano pasaulis, tai yra atominis pasaulis, kuriame galioja panašūs dėsingumai kaip ir mus supančiame ir gerai matomame makro pasaulyje. Nano žodis pats vienas yra matematinis daugiklis 10-9. Pradinis mato vienetas yra metras, iš jo yra išvestiniai vienetai - centimetras, milimetras, mikrometras ir galiausiai nanometras.
| Daugiklis | Žymėjimas | Matematinė išraiška | Žodinė išraiška |
| deci | d | 0,1 = 10-1 |
viena dešimtoji |
| centi | c | 0,01 = 10-2 |
viena šimtoji |
| mili | m | 0,001 = 10-3 |
viena tūkstantoji |
| mikro | µ | 0,000001 = 10-6 |
viena milijonoji |
| nano | n | 0,000000001 = 10-9 |
viena milijardoji |
| piko | p | 0,000000000001 = 10-12 |
viena trilijonoji |
| femto | f | 0,000000000000001 = 10-15 |
viena kvadrilijonoji |
| ato | a | 0,000000000000000001 = 10-18 |
viena kvintilijonoji |
| zepto | z | 0,000000000000000000001 = 10-21 |
viena sikstilijonoji |
| jokto | y | 0,000000000000000000000001 = 10-24 |
viena septilijonoji |
Suprantu, kad matematiškai aprašius, daugeliui yra sunku suprasti tą dydį, todėl pateikiu paveikslėlį, kuriame vizualiai galime įsivaizduoti apie kokį mažą dydį kalbame.
Nano technologijos manipuliuoja atomais. Atomo dydis - tai jo elektrono orbitos skersmens ilgis. Atomo matmenys yra maždaug 10-9m, paties branduolio skersmuo yra apie 10-13 – 10-14m. Žmogaus akis lengvai mato plauką, kuris yra 10-4m, o pabandykit įžiūrėti kraujo ląstelę, dar geriau 10 kartų mažesnę atominę struktūrą.. Taigi, kaip supratote nano pasaulis yra mažas. Labai mažas. Toks mažas, kad sunku įsivaizduoti, tačiau fizikos mokslas yra pakankamai pažengęs, kad galėtume patekti į šį pasaulį su papildoma aparatūra. Yra specialūs mikroskopai, kurie geba išdidinti nano pasaulio vaizdus iki mums įžiūrimo dydžio. Tai nėra paprasti optiniai mikroskopai, nes optinės bangos yra per daug didelės šiam pasauliui, todėl yra naudojamos kokios nors kitos bangos, kurių bangos ilgis yra pankamai mažas.
Kai kurie gali maišyti chemijos mokslus su fizika. Chemija iš esmės manipuliuoja cheminiais procesais, tirpalais, garavimais, maišymais ir panašiai. Ji nelenda į tokį individualumą kaip atomas. Taip, chemija nagrinėja elementų sandarą, gali aprašyti formulėmis, tačiau jei pažiūrėsime cheminius procesus, tai yra labai nekontraliuojami dalykai, palyginus su fizikiniais. Tai gali skambėti kaip problema, tačiau chemija turi savo sritis, kuriose pakanka kontroliuoti bendrą procesą, nesigilinant į tai, kaip jo metu elgiasi kiekvienas atomas individualiai.
Fizika nuo chemijos skiriasi tuo, kad fizika gilinasi į visiškas detales. Pavyzdžiui turime metalą ir ant jo norime nusodinti plasmasės plėvelę. Chemiškai tai labai paprasta, galime tiesiog turimą metalo gabalėlį panardinti į skystą plasmasę, ištraukti, palaukti kol išdžius ir baikta. Viskas kaip ir gerai, jei kalbame apie stambius dalykus, tokius kaip telefono paviršius, kurį liečiame pirštais. Pirštai nepajus to, kad tas paviršius yra toli gražu nelygus (žiūrint nanoskalės matmenyse), tačiau to pilnai užteks, kad mums telefonas atrodytų švelnus ir patogus.
Paimkime kitą pavyzdį, kur jau neišsiversim su cheminiais procesais. Tarkime gaminame procesorių, kuriame į kelis kvadratinius centimetrus reikia sutalpinti milijonus tranzistorių. Tokius dalykus gali tik nano technologijos, nes jos gali manipuliuoti atomais, ne jų procesais.
Pateikiu keletą paveikslėlių, kuriuose matosi skirtingos nano struktūros. Nespalvotame paveikslėlyje matome žmogaus kaulų audinio struktūrą. Dešiniau geltoname paveikslėlyje matosi medžiaga su defektais arba prisotinta kokių nors kitų medžiagų, tiksliai pasakyti negaliu.
Iš anglies atomų yra gaminami nano vamzdeliai, kurie pasižymi stulbinančiomis fizikinėmis savybėmis - super dideliu elektriniu laidumu, atsparumu deformacijoms ir kt. Panaudojus tokius vamzdelius elektronikoje, galėtume sumažinti kompiuterio dydį bent kelias dešimt kartų, o tuo tarpu pajėgumą stirpiai iškelti. Kadangi nano struktūros yra tokios mažos, jas galima patalpinti beveik betkur - į žmogaus odą, organus ar kt.
Nano medžiagos yra sudarytos iš labai mažų nanokristalų. Kristalas yra tokia medžiaga, kurios atomų išsidėstymas kartojasi, pavyzdžiui, grafitas. Į kurią pusę beeitume nuo pasirinkto taško, medžiagos struktūra pasikartoja.
Citata iš mokamosios knygos „Fizikinės Technologijos“ (Liudvikas Pranevičius, 2009):
„Ne visos medžiagos gali būti nanomedžiagomis. Tačiau, jeigu medžiaga tampa nanomedžiaga, jai būdinga tai, kad ji demonstruoja naujas savybes, kurios nėra būdingos makromedžiagai. Svarbu tai, kad geometrinio ilgio mastelis nuo 1 nm iki 100 nm yra ta riba, kada pradeda reikštis kvantomechaniniai efektai. Kryptingai keičiant medžiagos struktūrą nanolygyje pasiekiama, kad medžiaga įgauna naujas savybes. Tai yra gerai žinoma dirbant su elektroninėmis medžiagomis, naudojamomis mikroelektronikoje. Paskutinių metų tyrimai rodo, kad darinių geometriniai matmenys daro įtaką medžiagų mechaninėms, magnetinėms ir optinėms savybėms“.
Kaip atrodo nano vamzdeliai
Kaip atrodo nano tranzistoriai
Įvairios nano struktūros
