ሞለኪውል-መጠን ያላቸው ሮቦቶች፡ ናኖቴክኖሎጂ ምን እያዘጋጀን ነው?

2024 ደራሲ ደራሲ: Seth Attwood | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-16 15:56

ወደፊት በናኖቴክኖሎጂ መስክ ውስጥ ያሉ ዘመናዊ እድገቶች በጣም ትንሽ የሆኑ ሮቦቶች እንዲፈጠሩ ስለሚያደርጉ ወደ ሰው ደም ውስጥ እንዲገቡ ያስችላቸዋል. የእንደዚህ አይነት ሮቦት "ክፍሎች" አንድ-ልኬት እና ትንሽ, የበለጠ ጠንካራ ይሆናሉ. በሩሲያ የሳይንስ አካዳሚ የባዮኦርጋኒክ ኬሚስትሪ ተቋም ከፍተኛ ተመራማሪ ዲሚትሪ ክቫሽኒን በቲዎሬቲካል ማቴሪያሎች ሳይንስ (በናኖቴክኖሎጂ መስክ የኮምፒዩተር ሙከራዎች) ስለ ናኖ ዓለም ፓራዶክስ ተናገሩ። T&P ዋናውን ነገር ጽፏል።

ዲሚትሪ ክቫሽኒን

ናኖቴክኖሎጂ ምንድን ነው?

ናኖቴክኖሎጂን በመጠቀም ወደ ህዋ የሚላኩ ወይም በደም ስሮች ውስጥ የሚገቡ ሮቦቶችን መፍጠር እንፈልጋለን መድሃኒት ወደ ሴሎች የሚያደርሱ፣ ቀይ የደም ሴሎች ወደ ትክክለኛው አቅጣጫ እንዲሄዱ የሚረዳቸው ወዘተ.በእንደዚህ አይነት ሮቦቶች ውስጥ አንድ ማርሽ ደርዘን ይይዛል። ክፍሎች. አንድ ዝርዝር አንድ አቶም ነው። ማርሽ አሥር አቶሞች ከ10-9 ሜትር ማለትም አንድ ናኖሜትር ነው። አንድ ሙሉ ሮቦት ጥቂት ናኖሜትሮች ነው።

10-9 ምንድን ነው? እንዴት ማቅረብ ይቻላል? ለማነፃፀር አንድ ተራ የሰው ፀጉር ከ10-5 ሜትር ርዝመት አለው. ቀይ የደም ሴሎች፣ ለሰውነታችን ኦክሲጅን የሚያቀርቡ የደም ሴሎች፣ መጠናቸው ሰባት ማይክሮን ያህላል፣ ይህ ደግሞ ከ10-5 ሜትር ነው። ናኖ የሚያበቃው እና ዓለማችን የሚጀምረው በየትኛው ነጥብ ላይ ነው? በባዶ ዓይን ዕቃ ማየት ስንችል።

ባለሶስት-ልኬት, ባለ ሁለት-ልኬት, አንድ-ልኬት

ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ፣ ባለ ሁለት-ልኬት እና አንድ-ልኬት ምንድነው እና በናኖቴክኖሎጂ ውስጥ ቁሶችን እና ንብረቶቻቸውን እንዴት ይነካሉ? 3D ሶስት ልኬቶች መሆኑን ሁላችንም እናውቃለን። አንድ ተራ ፊልም አለ፣ እና በ3D ውስጥ አንድ ፊልም አለ፣ ሁሉም አይነት ሻርኮች በእኛ ላይ ከስክሪናቸው የሚበሩበት። በሂሳብ አገባብ 3D ይህን ይመስላል y = f (x, y, z), y በሦስት ልኬቶች ላይ የሚመረኮዝበት - ርዝመት, ስፋት እና ቁመት. በሁሉም ማሪዮ የሚታወቀው በሶስት አቅጣጫዎች በጣም ረጅም፣ሰፊ እና ወፍራም ነው።

ወደ ሁለት-ልኬት ሲቀይሩ አንድ ዘንግ ይጠፋል: y = f (x, y). እዚህ ሁሉም ነገር በጣም ቀላል ነው: ማሪዮ ልክ እንደ ረጅም እና ሰፊ ነው, ግን ስብ አይደለም, ምክንያቱም ማንም ሰው በሁለት ልኬቶች ስብ ወይም ቀጭን ሊሆን አይችልም.

መቀነሱን ከቀጠልን፣ በአንድ ልኬት ሁሉም ነገር ቀላል ይሆናል፣ አንድ ዘንግ ብቻ ይቀራል y = f (x)። ማሪዮ በ1ዲ ረጅም ነው - አናውቀውም፣ ግን አሁንም እሱ ነው።

ከሶስት ልኬቶች - ወደ ሁለት ልኬቶች

በዓለማችን ውስጥ በጣም የተለመደው ቁሳቁስ ካርቦን ነው. እሱ ሁለት የተለያዩ ንጥረ ነገሮችን ሊፈጥር ይችላል - አልማዝ ፣ በምድር ላይ በጣም ዘላቂው ቁሳቁስ ፣ እና ግራፋይት ፣ እና ግራፋይት በቀላሉ በከፍተኛ ግፊት አልማዝ ሊሆኑ ይችላሉ። በአለማችን ውስጥ እንኳን አንድ አካል ተቃራኒ ባህሪያት ያላቸው እጅግ በጣም የተለያዩ ቁሳቁሶችን መፍጠር ከቻለ ታዲያ በ nanoworld ውስጥ ምን ይሆናል?

ግራፋይት በዋነኝነት የሚታወቀው እንደ እርሳስ እርሳስ ነው. የእርሳስ ጫፍ መጠን አንድ ሚሊሜትር ነው, ማለትም 10-3 ሜትር. የናኖ እርሳስ ምን ይመስላል? በቀላሉ የተደራረበ መዋቅር የሚፈጥሩ የካርቦን አተሞች የንብርብሮች ስብስብ ነው። የወረቀት ቁልል ይመስላል።

በእርሳስ ስንጽፍ, በወረቀቱ ላይ ዱካ ይቀራል. ከተደራራቢ ወረቀት ጋር ተመሳሳይነት ካቀረብን, አንድ ወረቀት ከእሱ እንደወጣን ያህል ነው. በወረቀቱ ላይ የሚቀረው ቀጭን የግራፋይት ንብርብር 2D ሲሆን አንድ አቶም ውፍረት ብቻ ነው። አንድ ነገር ባለ ሁለት አቅጣጫ እንዲቆጠር ውፍረቱ ከወርድ እና ርዝመቱ ብዙ (ቢያንስ አስር) እጥፍ ያነሰ መሆን አለበት።

ግን መያዝ አለ. እ.ኤ.አ. በ 1930 ዎቹ ውስጥ ሌቭ ላንዳው እና ሩዶልፍ ፒየርስ ባለ ሁለት አቅጣጫ ክሪስታሎች ያልተረጋጉ እና በሙቀት መለዋወጥ (በአማካይ የእሴቶቻቸው የአካላዊ መጠን ልዩነቶች ምክንያት - በግምት ቲ እና ፒ) እንደሚወድቁ አረጋግጠዋል። በቴርሞዳይናሚክስ ምክንያት ባለ ሁለት ገጽታ ጠፍጣፋ ነገር ሊኖር አይችልም. ማለትም፣ ናኖን በ2D መፍጠር የማንችል አይመስልም።ቢሆንም፣ አይሆንም! ኮንስታንቲን ኖሶሶሎቭ እና አንድሬ ጂም ግራፊን አቀናጅተዋል። በ nano ውስጥ ያለው ግራፊን ጠፍጣፋ አይደለም ፣ ግን ትንሽ ሞገድ እና ስለዚህ የተረጋጋ ነው።

ባለ ሶስት አቅጣጫዊ አለም ውስጥ አንድ ወረቀት ከተደራራቢ ወረቀት ላይ ካወጣን, ከዚያም ወረቀቱ ወረቀት ይቀራል, ባህሪያቱ አይለወጥም. በ nanoworld ውስጥ አንድ የግራፋይት ንብርብር ከተወገደ፣ የተገኘው ግራፋይት የራሱ “ቅድመ-ተቀዳሚ” ግራፋይት ካላቸው ጋር ምንም የማይመስሉ ልዩ ባህሪያት ይኖረዋል። ግራፊን ግልጽ ፣ ቀላል ክብደት ያለው ፣ ከብረት 100 እጥፍ የበለጠ ጠንካራ ፣ ምርጥ ቴርሞኤሌክትሪክ እና ኤሌክትሪክ መሪ ነው። በሰፊው እየተመረመረ ሲሆን ለትራንዚስተሮችም መሰረት እየሆነ መጥቷል።

ዛሬ ሁሉም ሰው ሁለት ገጽታ ያላቸው ቁሳቁሶች በመርህ ደረጃ ሊኖሩ እንደሚችሉ ሲረዱ, ንድፈ ሐሳቦች ብቅ ይላሉ አዳዲስ አካላት ከሲሊኮን, ቦሮን, ሞሊብዲነም, ቱንግስተን, ወዘተ.

እና ተጨማሪ - በአንድ ልኬት

ግራፊን በ 2 ዲ ስፋት እና ርዝመት አለው። ከእሱ 1D እንዴት እንደሚሰራ እና በመጨረሻ ምን ይሆናል? አንደኛው ዘዴ ወደ ቀጭን ጥብጣቦች መቁረጥ ነው. ስፋታቸው በተቻለ መጠን ከተቀነሰ, ከዚያ በኋላ ሪባን ብቻ አይሆንም, ነገር ግን ሌላ ልዩ ናኖ-ነገር - ካርበን. በሶቪየት ሳይንቲስቶች (ኬሚስቶች Yu. P. Kudryavtsev, A. M. Sladkov, V. I. Kasatochkin እና V. V. Korshak. - T & P note) በ 1960 ዎች ተገኝቷል.

አንድ-ልኬት ነገር ለመሥራት ሁለተኛው መንገድ ግራፉን እንደ ምንጣፍ ወደ ቱቦ ውስጥ ማሸብለል ነው. የዚህ ቱቦ ውፍረት ከርዝመቱ በጣም ያነሰ ይሆናል. ወረቀቱ ከተጠቀለለ ወይም ወደ ሽፋኖች ከተቆረጠ ወረቀት ይቀራል. ግራፊን ወደ ቱቦ ውስጥ ከተጠቀለለ ወደ አዲስ የካርቦን ቅርፅ - ናኖቱብ ይለወጣል, እሱም በርካታ ልዩ ባህሪያት አሉት.

የ nanoobjects ሳቢ ባህሪያት

የኤሌክትሪክ ንክኪነት አንድ ቁሳቁስ የኤሌክትሪክ ፍሰትን ምን ያህል ጥሩ ወይም ምን ያህል ደካማ እንደሚያደርግ ነው. በአለማችን ውስጥ ለእያንዳንዱ ቁሳቁስ በአንድ ቁጥር ይገለጻል እና በእሱ ቅርፅ ላይ የተመካ አይደለም. የብር ሲሊንደር ፣ ኪዩብ ወይም ኳስ ቢሠሩ ምንም ለውጥ አያመጣም - ባህሪው ሁል ጊዜ ተመሳሳይ ይሆናል።

በ nanoworld ውስጥ ሁሉም ነገር የተለየ ነው. በ nanotubes ዲያሜትር ላይ የሚደረጉ ለውጦች በእንቅስቃሴዎቻቸው ላይ ተጽዕኖ ያሳድራሉ. ልዩነቱ n - m (n እና m የቱቦውን ዲያሜትር የሚገልጹ አንዳንድ ኢንዴክሶች ባሉበት) በሦስት የተከፋፈሉ ከሆነ ናኖቱቦች የአሁኑን ያካሂዳሉ። ካልተከፋፈለ, ከዚያም አልተከናወነም.

የወጣት ሞጁል (ሞጁል) ዘንግ ወይም ቀንበጦች በሚታጠፍበት ጊዜ እራሱን የሚገልጥ ሌላ አስደሳች ንብረት ነው። የወጣቶች ሞጁል አንድ ቁሳቁስ መበላሸትን እና ጭንቀትን ምን ያህል እንደሚቋቋም ያሳያል። ለምሳሌ, ለአሉሚኒየም, ይህ አመላካች ከብረት ውስጥ ሁለት እጥፍ ያነሰ ነው, ማለትም, ሁለት ጊዜ መጥፎውን ይቋቋማል. በድጋሚ, የአሉሚኒየም ኳስ ከአሉሚኒየም ኪዩብ የበለጠ ጠንካራ ሊሆን አይችልም. መጠን እና ቅርፅ ምንም አይደለም.

በ nanoworld ውስጥ፣ ምስሉ እንደገና የተለየ ነው፡ የናኖዋይር ቀጭኑ፣ የወጣት ሞጁሉን ከፍ ያደርገዋል። በዓለማችን ውስጥ አንድ ነገር ከሜዛኒን ማግኘት ከፈለግን, ከዚያም እኛን ለመቋቋም እንዲችል ጠንካራ ወንበር እንመርጣለን. በ nanoworld ውስጥ, ምንም እንኳን በጣም ግልጽ ባይሆንም, የበለጠ ጠንካራ ስለሆነ ትንሹን ወንበር መምረጥ አለብን.

በዓለማችን ውስጥ በአንዳንድ ነገሮች ላይ ቀዳዳዎች ከተሠሩ, ጠንካራ መሆን ያቆማል. በ nanoworld ውስጥ, ተቃራኒው እውነት ነው. በግራፍ ውስጥ ብዙ ቀዳዳዎችን ካደረጉ, ጉድለት ከሌለው ግራፊን ሁለት ጊዜ ተኩል ጊዜ ጠንካራ ይሆናል. በወረቀቱ ላይ ጉድጓዶችን ስንሰርግ, ዋናው ነገር አይለወጥም. እና በግራፊን ውስጥ ቀዳዳዎችን ስንሠራ አንድ አቶም እናስወግዳለን, በዚህ ምክንያት አዲስ የአካባቢ ተጽእኖ ይታያል. የተቀሩት አተሞች በዚህ ግራፊን ውስጥ ካሉት ያልተበላሹ ክልሎች በኬሚካላዊ ጠንካራ የሆነ አዲስ መዋቅር ይፈጥራሉ.

የናኖቴክኖሎጂ ተግባራዊ አተገባበር

ግራፊን ልዩ ባህሪያት አሉት, ነገር ግን በአንድ የተወሰነ አካባቢ እንዴት እንደሚተገበሩ አሁንም ጥያቄ ነው. አሁን ለነጠላ ኤሌክትሮን ትራንዚስተሮች በፕሮቶታይፕ ጥቅም ላይ ይውላል (ትክክለኛውን የአንድ ኤሌክትሮን ምልክት ማስተላለፍ)። ይህ ወደፊት, nanopores ጋር ባለሁለት-ንብርብር graphene (ቀዳዳዎች በአንድ አቶም ውስጥ አይደለም, ነገር ግን ተጨማሪ) ጋዞች ወይም ፈሳሾች መካከል መራጭ የመንጻት የሚሆን ተስማሚ ቁሳዊ ሊሆን እንደሚችል ይታመናል. ግራፊን በሜካኒክስ ለመጠቀም እንከን የለሽ የሆኑ ትላልቅ ቦታዎች ያስፈልጉናል ነገር ግን እንዲህ ያለው ምርት በቴክኖሎጂ በጣም አስቸጋሪ ነው.

ከሥነ ሕይወታዊ እይታ አንጻር በግራፊን ላይም ችግር ይፈጠራል: ወደ ሰውነት ውስጥ ከገባ በኋላ ሁሉንም ነገር ይመርዛል. ምንም እንኳን በሕክምና ውስጥ, ግራፊን ለ "መጥፎ" የዲ ኤን ኤ ሞለኪውሎች እንደ ዳሳሽ ሆኖ ሊያገለግል ይችላል (ከሌላ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር ጋር መቀየር, ወዘተ.). ይህንን ለማድረግ ሁለት ኤሌክትሮዶች ከእሱ ጋር ተያይዘዋል እና ዲ ኤን ኤ በቀዳዳዎቹ ውስጥ ይለፋሉ - ለእያንዳንዱ ሞለኪውል ልዩ በሆነ መንገድ ምላሽ ይሰጣል.

በአውሮፓ ውስጥ ፓን ፣ ብስክሌት ፣ የራስ ቁር እና የጫማ ማሰሪያዎች በግራፊን ተጨምረው ቀድሞውኑ እየተመረቱ ነው። አንድ የፊንላንድ ኩባንያ ለመኪናዎች በተለይም ለቴስላ መኪናዎች ክፍሎችን ይሠራል፣ በዚህ ውስጥ አዝራሮች፣ ዳሽቦርድ ክፍሎች እና ስክሪኖች ከተገቢው ወፍራም ናኖቱብስ የተሰሩ ናቸው። እነዚህ ምርቶች ዘላቂ እና ቀላል ክብደት አላቸው.

የናኖቴክኖሎጂ መስክ ከሙከራዎች እይታ እና ከቁጥር ሞዴልነት አንፃር ለምርምር አስቸጋሪ ነው። ዝቅተኛ የኮምፒዩተር ኃይል የሚያስፈልጋቸው ሁሉም መሰረታዊ ጉዳዮች ቀድሞውኑ ተፈትተዋል. ዛሬ ለምርምር ዋናው ገደብ የሱፐር ኮምፒውተሮች በቂ ያልሆነ ኃይል ነው.