Новые нанотехнологичные материалы меняют нашу жизнь

Мир технологий будущего, казавшийся недавно уделом фантастов и футурологов, неожиданно быстро и прочно вошел в нашу повседневную жизнь. А ближайшие технологические прорывы ждут нас в создании и производстве новых материалов.

Технологический скачок затрагивает обычно все области человеческой жизни, но нынешний рывок наиболее заметен в IT-индустрии. В ней же, вероятно, и достигнут определенный локальный потолок развития. Созданы устройства, способные мгновенно передавать на расстоянии данные практически любого формата, но в ближайшее время у нас будут скорее отладка и улучшение уже существующих технологий в этой сфере.

Вероятно, все более иллюзорной будет становиться разница между телефоном, телевизором, планшетником или компьютером.

Точнее, разница останется только в размерах дисплеев, а с точки зрения пользовательских потребностей и доступности контента — никакой. Это, конечно, позволит выстроить в общую систему и синхронизировать все устройства потребителя, но крайне далеко от декораций пока еще фантастических фильмов:

Cворачивающихся в трубочку пленочных планшетников толщиной в миллиметр, пленочных же дисплеев-обоев во все стены квартиры и стиральных машин, управляемых с мобильного телефона.

Кто был бы против еще на подходе к дому включить прямо с «Айфона» микроволновку с лежащей внутри пиццей на разогрев? До этого не так далеко, но сроки достижения будущего рая увязаны с прогрессом в смежных областях, прежде всего в создании и производстве новых материалов.

Оснащение большинства бытовых приборов памятью, процессором, чипами, превратит их, по существу, в полноценные компьютерные устройства. С выходом в интернет, конечно. А как же иначе они смогут получать команды и отчитываться о выполнении? Но это кратно увеличивает нагрузку на существующие мощности и сети. Следовательно, встают вопросы резкого повышения эффективности аккумуляторов, батарей, емкости памяти, скорости работы процессоров.

Инсталлируемые в бытовые приборы компьютерные детали должны быть при этом значительно меньше размером, но работать стабильнее. Чтобы не пришлось из-за полетевшего чипа менять целый холодильник.

Создание экранов-обоев, которые в скором времени должны прийти на смену жидкокристаллической монополии, упирается в разработку ультратонких наноматериалов, ничтожных по массе и весу, но во много раз более производительных. Если говорить простым языком, то вся суть нанотехнологий как раз в том, как изменить природу вещей: разрушить вещество до молекул и атомов, а дальше путем манипулирования элементарными частицами создать новые вещества.

И сфера последующего применения разработок может быть совершенно разная: от создания нового высокоточного оружия до новых технологий лечения тяжелых заболеваний.

Наиболее популярная и передовая область нанотехнологий касается как раз разработки новых наноматериалов, и прежде всего графена. Графен, по существу, кристалл. Просто очень маленький — толщиной в одну молекулу атома углерода, но очень крепкий — в 200 раз прочнее стали.

По расчетам ученых Колумбийского университета, понадобится взрослый слон, чтобы порвать пленку графена толщиной 0,01 мм, при этом весь вес слона должен быть сконцентрирован на площади, равной кончику карандаша.

Коммерческие перспективы такой мощи просто завораживающие. Использование графена как композитного материала позволит создать более легкие спутники и самолеты, заменить кремний в существующих транзисторах и создать баллистические транзисторы, придать пластмассе электропроводность и вообще усилить проводимость материалов, увеличить эффективность аккумуляторов.

Привнесет графит и свою часть прогресса в бытовую жизнь, например легкий и крепкий пластик и пластиковые контейнеры, которые позволяют долго хранить продукты. Дисплеи на органических светодиодах и устойчивые к механическому воздействию медицинские имплантаты. А также высокомощные и высокочастотные электронные устройства.

Американский IT-гигант IBM, кстати, уже показал публике транзистор в 100 GHz, сделанный на основе графена, и обещает скоро процессор мощностью в 1 THz.

А в апреле стало известно о производстве первого коммерческого продукта на основе графена. Калифорнийская компания CalBattery совместно с Аргоннской национальной лабораторией (Argonne NatLab) выпустили литиево-ионные батареи третьего поколения с использованием графена. Новый материал позволил вдвое увеличить емкость батареек, сократив при этом их вес. Появление продукта с таким конкурентным преимуществом грозит уже в ближайшее время изменить ситуацию на этом локальном рынке.

Другой класс наноматериалов, который недавно вышел на массовый рынок,— аэрогели. Это гели, в которых жидкая фаза полностью замещена газообразной. Аэрогели обладают уникальной твердостью, прозрачностью и жаропрочность. При этом у них низкая плотность. Используются аэрогели в качестве нового поколения газовых и жидкостных фильтров, пока в основном на предприятиях. Хотя компания United Nuclear объявила о начале продаж аэрогеля частным лицам.

Пользуется популярностью новый материал и у NASA: в космосе его используют в качестве ловушки для космической пыли. А Ливерморская национальная лаборатория разработала проект производства взрывчатки из аэрогеля.

Военное применение нанотехнологий занимает, кстати, не последнее место. Военные эксперты отмечают несколько основных направлений ведущихся разработок: создание вооружений с улучшенными конструкционными и оптическими показателями, создание новых средств радиационной, химической и биологической защиты и физиологически активных веществ. А также аэрозольных смесей для маскировки солдат и военной техники в боевых условиях.

Перспективное будущее для использования нанотехнологий открывается и в совершенно противоположенной отрасли — медицине. Например, диагностика с использованием нанобиочипов в роли миниатюрных датчиков, отслеживающих концентрацию различных веществ в организме. Или маркеров для экспресс-анализов на различные заболевания. Но особое будущее отводят так называемой наноупаковке, доставляющей молекулы лекарства прямо к месту воспаления.

Обычно после приема лекарство равномерно распределяется по тканям организма, но в случае онкобольных, например, препарат необходимо доставить прямо к опухоли. При этом необходимо защитить от воздействия химиотерапии здоровые клетки. Активно внедряемый сейчас адресный способ доставки лекарств в наноконтейнере должен уже в ближайшие годы повысить процент онкобольных, излечивающихся от рака терапевтическими методами.

Источник