НАНОТЕХНОЛОГИЯ

НАНОТЕХНОЛОГИЯ

Авторы: Ержігіт Жұмабаев

Оңтүстік Қазақстан индустиялды-инновациялық колледжі, Түркісан облысы, Сайрам ауданы, Ақсукент ауылы Email:ukiik@mail.ru

резюме

«Нанотехнология» жаңадан дамып келе жатқан сала екендігі белгілі. Алайда нанотехнология нәтижелері әскери әуе және косманавтика саласында көптен бері қолданылып келеді. Бірақ құпиялық жағдайға мұнайдың бергендерінің «сыйы». Синтетикалық талшықтардан жасалған бұйымдар өміріміздің барлық буынына дендеп енді. Тіпті ғарышкерлердің киімі де синтетикалық талшықтан жасалған. Нанотехнологияның бір саласы осындай игілікті өнімдер берері ақиқат.

Нонотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды қарастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру. Нанометр дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бөлігі

(1 нанометр 10^-9 метр). Нанотехнология осындай ауқымды өлшемдермен айналысады.

Нанотехнологиялар дегеніміз не? Аңыз ба әлде ақиқат па? Кейбір деректер бойынша, қазірдің өзінде олардың көмегімен нысандарды көзге көрінбейтін етуге болатын материал ойлап табылған көрінеді. Әуестену, еліктеу, қиялға берілу секілді адами қалыптардың бірте-бірте ел сенгісіз жаңалықтарға бастайтыны әлімсақтан белгілі. Аңыз-ертегілердегі аспанға ұшатын ағаш ат пен кілем, желаяқ етіктер, аста-төк дастархан, қияндағы көз алдына алып келетін қол айна секілділер шындыққа айналып, дәл қазір «көне дүниелер» санала бастады. Нанотехнология да өмірге осындай қиял мен әуестік нәтижесінде келген еді.

1986 жылы студент Эрик Дрекслер өзінің «Жасампаз машина» аталатын футуристік эссесінде тұнғыш рет молекулалары технология атауын қолданады. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларына өз қиял болжамдарын қосақтай отырып, «саналы тіршілік ортасының» жалпы бет бейнесін жасап шығады. Осы болжамға сәйкес, ХХІ ғасырда нанороботтар әрбір заттың, әрбір адам ағзасына ішіне енгізіледі де, адамзат қоршаған әлеммен бірге тұтастай саналы компьютерге айналды.

«Нанотехнология» деген сөзді қарапайым қазақ тілімен түсіндірер болсақ, «ергежейлі технология» деген сөзді білдіреді. Бұл арада «нано» сөзінің өзі «мыңнын бір бөлшегі» дегенді білдіретіні негізге алынады. Қысқасы, кез келген материаның мыңнан бір бөлшегі бастапқы шыққан тегіне мүлде ұқсамайтын физикалық қасиетке ие болады. Мінеки, осынау заң арқылы яғни материаның бір күйден екінші күйге ауысқандығы өзгерістер заңы арқылы өмірге жаңа технология еніп жатыр. Қазіргі «сандық технологиямен жұмыс істейтін бүкіл электрондық дүниелер» - сол нанотехнологияның жемісі. Бұған нақты мысал- байланыс саласындағы оптика талшықты жүйе. Яғни ешқандай сымсыз-ақ хабарды бір нүктеден екінші нүктеге ауа ағыныңдағы талшықтар қасиетін өз еркімізге бағындыру арқылы өзгеріске ұшырап, келесі бір мүлде өзге қасиетке ие болатындығы мінекей, осылайша анықталады. Қысқасы, нанотехнология адамзат өміріндегі ең төңкерісті жаңалықтардың бірі болады десек, артық айтқандық емес. Ал оның бүгінгісінен болашағы әлдеқайда «жемісті».

Нанотехнология дегеніміз-атом. Мәселен, сіздің көлігініздің терезесі шаң болады. Ал, нанотехнология әдісімен терезе жасауға болады, оған еш шаң жұқпайды. Яғни, атомдарды бір-бірімен жақындастырып орналастырғанда, олардың арасына шаңның да, судың да молекуласы кіре алмайды. Ұшақ жасау үшін оған темір, титанды қоспайды, нанотехнологиямен алынған көміртекті заттарды пайдаланады, ұшақтың салмағы жеңіл болады, әуеде радар ұстамайды, жоғары қысымда жоғалып кетпейді. Медицинада жаңа дәрілік заттарды нанотехнология әдісімен алсақ, ол тек ауырған жеріңізді ғана емдейді. Мәселен, басыңыз ауырса асперин ішесіз. Оның 50 пайызы ауырғаныңызды басады, ал 50 пайызы бауырыңызға теріс әсер етеді. Антибиотиктер де солай. Ал нанотехнологиямен барған зат контейнердің ішінде болады. Ол ағзаға еніп қан-тамырлар арқылы керекті жерді өзі тауып алып ауырған клеткаларды ғана емдейді. Басқа дене мөлшеріне ешқандай зияны тимейді.

Нанотехнологияның Қазақстанда дамуы

2003 жылдан бастап нанотехнологиялар саласындағы зерттеулер Қазақстандағы іргелі зерттеулер бағдарламасының басымдықтары болып табылады. Елде осындай зерттеулерді орындайтын және осы салада әзірлемелерге ие ғылыми ұжымдар бар. Алайда, республикада нанотехнологиялар саласында ғылыми зерттеулерді жүргізу үшін қымбат жабдық жоқ, ғалымдарға зерттеулерді Ресейдің ғылыми зертханаларына жүргізуіне тура келеді.

Ғылым мен техниканы дамытудың басым салаларына ғылыми зерттеулерді жүргізу Қазақстанға зияткерлік әлеуетті сақтау мен дамытуға, елдің эканомикалық дамуына серпін беруге мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта Қазақстанда республикада өндірілетін металдар негізінде көп функционалды қорытпалар мен материалдарды ауадағы бәсекеге қабілетті технологиялар жоқ. Отандық металл өнімдерін өткізу нарықтарын кешенді талдау оның кен өндіру және өндіруші өнеркәсіптерінің арасындағы тепе-теңсіздікпен,машина жасау кешенінің дамығандығымен сипатталатындығын, ал металлургия өнеркәсібінің шығаратын өнімінің шетелдік тұтынушыралға бағдарланатынын көрсетеді.

Барлық металл өнімдері (қорытпалар) шетелден әкелінеді. Осылайша қорытпаларға ұдайы өсіп отырған қажеттілік қанағаттандырылған жоқ және жыл сайын бұл проблема күрделі бола түсуде. Сондықтан көп функционалды материалдар мен қорытпалар өндірудің бәсекеге қабілетті технологияларын дамыту Қазақстанды жоғары технологиялық өнімдер өндірушілердің әлеуетті серіктестері қатарына шығарады және әлемдік нарықта тиісті тауаршадан орын алада. Металл бұйымдары мен қорытпаларды өндіру машина жасаумен байланысы көпшілікке белгісіз болып келді. Соңғы кездерде алынған нанотехнология нәтижелерін өндірісте (медицина, электроника, ауыл шараушылылығы, машина құрастыру т.б.) көптеп қолдану мүмкіндігінің ашылуына байланысты алдыңғы қатарлы дамыған елдерде көптеген зерттеулер жүргізілуде және сол зерттеулерге байланысты қолданылатын техникалар жасалынуда.

Мемлекет басшысы Н.Назарбаевтың жетекші он жоғарғы оқу орнында инженерлік зертхана құру тапсырмасына байланысты алынған электронды микроскоптар, спектрометрлер т.б. құралдар нанотехнология оңай шаруа емес. Себебі нанотехнологияның қазіргі жағдайы химия, физика, информатика, механика т .б. мамандықтардың бірлесе отырып жұмыс істеуін қажет етеді. Сондай-ақ, мамандар техникамен жұмыс істей білуі керек Ол үшін әрине тәжірибе қажет. Ал, «Болашақ» бағдарламасының ғылыми тағылымдамадан өту бастамасы мамандарымыздың біліктілігін арттыруға мүмкіндігін артыруға мүмкіндік жасайтыны сөзсіз.

Мәнерлеп тоннельдеуші микроскоп (МТМ)

1981 жылы ІВМ корпорациясының швейцариялық филиалындағы екі инженер – Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер мәнерлеп тоннельдеуші микроскоп ойлап тапты. Микроскоптың құрлымы аса қарапайым: шамалы қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр шамасындағы қашықтыққа материалдың үстімен жылжып отырады.

Осы кезде инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электронды тесіп өткізеді де, соның нәтижесінде шамалы ток пайда болады, оның көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашыққа байланысты болады. Осылайша материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдарды «ажыратуға» мүмкіндігі туады.

Тәжірибе барысында анықталғандай, тоннельдеуші микроскоптың бұрынғыларға қарағанда біршама артықшылықтары бар екен. Соның көмегімен жекелеген атомдарды «көруді» былай қойылғанда, соларға әсер ету арқылы кез-келген кернеуді өзгертуге де мүмкіндік туады: қарапайым тілмен айтсақ, тоннельдеуші микроскоптың көмегімен атомды «іліп» алуға және қажетті жеріне қондыруға болады. Физиктердің атомдарды өз қалауынша орналастыруға теориялық мүмкіндіктері пайда болады екен.

Нанобөлшектер

Қазіргі кезеңдегі ғылымның жетістіктері егер заттың өте ұсақ бөлшегін қарастырсақ оның жаңа қасиеттері байқалатынын анықтаған. Өлшемі

1 нм-ден 100 нм-ге дейінгі бөлшектерді нанобөлшектер деп атайды. Кейбір нанобөлшектердің каталитикалық және адсорбциялық қасиеттері байқалады. Кейбір материалдар ғажайып оптикалық қасиеттерге ие болады, мысалы, аса жұқа органикалық қабықшаларды күн батареясын өндіруде қолдануға болады. Мұндай батареялар төменгі квантық тиімділікке ие болғанымен, арзан және иілгіш. Жасанды нанобөлшектердің табиғи наноөлшемдегі обьектілермен –ақуыздар, нуклеинді қышқылдар, амин қышқылдары, нейропептидтер – өзара әсерлесуі жүзеге асырылуда. Өте мұқият тазартылған нанобөлшектер белгілі бір құрылымға өз бетімен түзілу мүмкіндігі бар. Мұндай құрылымда қатаң реттелген нанобөлшектер болады және олардың ерекше қасиеттері көрінеді.

Нанобөлшектер негізгі 3 класқа жатады: Өлшемдерді бөлшектер (өткізгіштер жарылысынан, плазмалық синтезден, жұқа қабықшалардың қайта түзілуінен және т.б.), екі өлшемді объектілер (молекулалық ыдырату, ионды ыдырату, ионды ыдырату әдісі арқылы алынған жұқа қабықшалар және т.б.), бір өлшемді объектілер. Сонымен қатар органикалық нанобөлшектер де кездеседі.

Физика және нанотехнология

Қазіргі танда нанотехнология жайлы ғалымдар нанотехнология индустриядағы ең төнкерісті сала болады.

Жер бетінде бар, Менделеевтің кестесіне енген химиялық элементердің барлығы атомдар мен молекулалардан тұрады. Бұлардың мейлінше шағын болатындығы сондай, қарапайым микроскоптармен көру мүмкін емес. Сондықтан да «күні көпке дейін» осы саланы зерттейтін лабораторияларда арнайы жасалған үлкейткіш микроскоптар алмастырған.

Нанотехнологияның бірден бір айырмашылығы –наноқұрылғылар наноөлшемдегі энергияны қажет етеді. Осы жерде күн энергиясы- нағыз коректің өзі. Өйткені, ол атом энергиясы сияқты өте күшті емес, наноқұрылғылар үшін қажетті энергияның қайнар көзі. Егер күн энергиясын алуды дұрыс дамыта білсе, Қазақстанның электр қуатына деген барлық қажеттілігін өтеуге болады. Мінеки, бүгінгі күннің өзінде тек қана электронды микроскоптар арқылы көруге болатын осынау атомдар мен молекулаларды енді мың есе кішірейткенде алатын өнім қандай болатынын ойша көзге елестеде беріңіз. Бірақ таңғаларлығы мың есе кішірейген жаңа атомдар мен молекулалар өздерінің шыққан тегінен мүлде өзгеше қасиетке ие болады. Айталық, жер бетінде кездесетін уран өзінің ілеспелерінен тазартылады да бейбіт мақсатқа қолданылатын энергияны алу үшін одан алуан түймелерінің құрастырмасы жасалады. Мінекей, АЭС реакторында пайдаланылатын ядролық отын дейміз-осы. Мұның өзінен реакторларда бар болғаны 1, 5-3 пайызы ғана жанып, энергия береді. Қалғанын пайдаға асыруға бүгінгі ғылымның қолы әлі жеткен жоқ. Ал осы ураннан атом бомбасын жасау үшін оны әлі де, тазартып, ақыр аяғында «плутони» деп аталатын химиялық элемент алынды. Сонда ойлап қараңыз, ураннан, атом бомбасын жасайтын элемент алғанға дейін жұмыс тізбегі қаншалықты ауқымды. Егер осы плутонидың өзін мың есе кішірейте алсақ, одан не шығуы мүмкін? Мың есе кішірейген бұл жаңа өнімнің физикалық қасиеті қандай мәнге мазмұнға ие болады? Жаңа элементтен не аламыз? Мәселен, мұнайда синтездеу арқылы мономерлер мен сорбенттер алатын болдық.

Әдебиеттер тізімі

1. Физика: Оқулық/Ә.Ақылбеков, Ж.Ермекова, А.Дәулетбекова-Астана: «Фолиант» баспасы, 2015

2. Біршама мәліметтер «WikipediA» парақшасынан алынды.