Nanotexnologiya

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar

XX 90-cı illərindən başlayaraq fizika, kimya və mühəndislik elmlərinin nailiyyətlərinə əsaslanan yeni bir texnologiya – nanotexnologiya intensiv inkişaf edərək XXI əsrin texnologiyası statusunu qazanmaq əzmindədir. Nanotexnologiya nədir? Amerika Milli Nanotexnologiya Təşəbbüsü (The National Nanotechnology Initiative) mərkəzinin gəldiyi rəyə görə bu texnologiya:

1. Təqribən 1 – 100 nm ( 1 nm = metrin milyardda biri) miqyasında, molekul və ya makromolekullar və atom səviyyəsində araşdirmaların və texnoloji proseslərin inkişaf etdirilməsidir

2. Atom və molekullar səviyyəsində, tamamilə yeni fiziki və kimyəvi keyfiyyətlərə malik olan strukturlarin, sistem və qurğuların yaradılması və tətbiq edilməsidir

3. Atom səviyyəsində baş verən proseslərə nəzarətin və manipulyasiyanın həyata keçirilməsidir. Nanotexnologiya – atom və molekullarla manipulyasiya edərək yeni keyfiyyətli materialların alınmasını və bu materiallardan istifadə edərək nanoölçülü maşın və mexanizmlərin, robotların, kompyuter çiplərinin, elektronika avadanlıqlarının, optik çihazların, sensorların, ətraf mühitin kimyəvi və fiziki təmizləyicilərinin, canlı orqanizmlərə maddələrin , o cümlədən dərman preparatlarının daşınmasını həyata keçirən qurğuların yaradılmasını nəzərdə tutur.

Nanotechnologiya sadəcə nanoölçülü hissəciklərin, materialların, məhsulların texnologiyası deyil. Bu texnologiya kimya və materiallar, yeyinti və biotexnologiya, elektronika və materiallar sənayesini, elmin və texnikanın bir çox sahələrini əhatə edən son dərəcə incə bir texnologiyadır. İnsan fəaliyyətinin elə bir sahəsi yoxdur ki, orada nanaotexnologiyanim nailiyyətlərindən istifadə edilməsin və ya edilməsi nəzərdə tutulmasın. Nanotexnologiyanın imkanları həddən artıq genişdir. Odur ki, bu texnologiya əsasında yaradılan məhsulların miqdarı və növləri çox böyük sürətlə artmaqdadır. Nanotexnologiyada araşdırmalar fizika və kimya elminin bazasına əsaslanaraq aparılır. Bu elmlərin metodlarını və naliyyətlərini tətbiq etməklə atom və molekullarla manipulyasiya edərək çox kiçik ölçülü, yüksək dərəcədə aktiv materiallar alırlar. Ənənəvi sənaye texnologiyalarında tərkibindən lazım olmayan maddələri təmizləməklə, istənilən xammaldan verilmiş struktura uyğun material və qurğular hazırlanır. Bu prosesdə maksimum bir mikron tərtibində ölçüsü olan materiallar hazırlamaq mümkündür. Lakin nanotexnologiya ilə hazırlanmış material və strukturların həm ölçüsünu və həm də fiziki – kimyəvi xaraketristikalarını əvvəlcədən proqramlaşdırmaqla almaq olur. Hal-hazırda dünyanın bir çox ölkələri (xüsusilə, ABŞ, Yaponiya, Çin, Avropa birliyi ölkələri) bu texnologiyanın böyük imkanlara malik olduğunu anlayaraq bu sahəyə küllü miqdarda maddi vəsait cəlb etməklə xeyli nailiyyətlər qazanmışlar. Onu qeyd etmək kifayətdir ki, bütün dünya üzrə, nanotexnologiya sahəsində son on ildə alınan patentlərin sayı və eləcə də bu sahəyə ayrılan pul vəsaitlərinin miqdarı eksponensial qanunla artır. İndi insan fəaliyyətinin elə bir sahəsi yoxdur ki, orada nanotexnologiyanı tətbiq etmək mümkün olmasın. Nanomateriallar yüksək keyfiyyətli paltar, geyim əşyaları, inşaat materialları, qablaşdırma və daşınma avadanlıqları, çox möhkəm metal məmulatları, keyfiyyətli kosmetika, proqramlaşdırılmış qida məhsulları, yüksək dərəcədə aktiv bioloji və kimyəvi katalizatorlar, dərman preparatlarının daşıyıcıları və nəhayət tibbi əhəmiyyətli sensor maddələr deməkdir. Dünyanın yaranmasından (Biq-Bang nəzəriyyəsinə görə) 300 000 il sonra kainat yalnız nanohissəciklərdən ibarət olmuşdur. Millyard illər ərzində bu nanohissəciklər fiziki qüvvələrin təsiri altında bir-biri ilə birləşib – dağılaraq indi movcud olan və ya bizə məlum olmayan materiyanın hədsiz sayda formalarını əmələ gətirmişlər - sözün həqiqi mənasında kainat nanotexnologiya ilə məşğul olmuşdur. Bu dövrlərdə nə baş verdiyini indi alimlər nanotexnologiyanın vasitəsilə başa düşməyə cəhd edirlər. Nano elmi və nanotexnologiyanın imkanları haqqında ilk dəfə dünyaşöhrətli fizik, Nobel mükafatı laureatı Riçard Feynmanın Kaliforniya Texnologiya İnstitutunda 1959-cu ildə oxuduğu mühazirədə söyləmişdir. O atom və molekul səviyyəsində baş verən proseslərin məkanında həddən artıq geniş və külli miqdarda boş yerlərin olduğunu deyirdi. Biz həmin yerlərə daxil ola bilsək, atom və molekulları həmin boş yerlərdə istədiyimiz kimi düzə bilsək imkanları qeyri məhdud olan bir texnologiyanın əsasını qoya bilərik. Bu ideyanı reallaşdırmaq XX əsrin 80-ci illərində atom qüvvət və skayner mikroskoplarının kəşfindən sonra mümkün oldu. İndi alimlərin əlində atomlarla manipulyasiya etməyə imkan verən elə texnologiyalar (sinxotron şüalanma, spektroskopiyanın müxtəlif növləri və s.) var ki, onların köməyilə istənilən xassəyə malik maddə, informasiya bankı yarada, yazı yaza bilərik. Nanotexnologiya terminini 1974-cü ildə ilk dəfə Tokiyo Universitetinin professoru Norio Taniguchi təklif etmişdir. Beynəlxalq elm aləmi tərəfindən qəbul edilmiş bu termin indi dünyada ən çox işlədilən məvhumlardan biridir. Eric Drexler 1986-ci ildə atomlarla manupulyasiya edərək yeni tip maddələrin istehsalından bəhs edən kitab yazmışdı. Bu kitab nanotexnologiyadan bəs edən ilk kitab idi. Nanotexnologiya ilə alınan materialların fiziki və kimyəvi xaraketristikaları qeyri adi dərəcədə adi texnologiya ilə alınan materiallardan fərqlənir. Məsələn, qızıl nanohissəciklərindən düzəldilmış qızıl materialının rəngi bizim adət etdiyimiz qızıl rəngindən tamamilə fərqlənir və tünd qırmızı rəngə çalır. Karbon atomları ilə aparılan nanotexnoloji proseslərdə alınan nanoborucuq 6 dəfə poladdan yüngül olmasına baxmayaraq elə o qədər də ondan möhkəmdir. Bu nanoborucuqlardan, silisium və eləcə də almazdan alınan nanoliflərin möhkəmliyi o qədər böyükdür k, bu sapın bir dənəsi ilə fili asmaq olur, min dənəsi ilə çay üzərindən asma körpü düzəltmək olar. Nanotexnologiyanın təsir sahələri çox genişdir, demək olar ki, sərhədsizdir. Bu texnologiya ilə hal - hazırda insan fəaliyyətinin bütün sahələrində, o cümlədən materiallar və emal sənayesində, electronika və kompüter texnologiyasında, tibb və sağlamlıq, ətraf mühit və enerji sahələrində, biotexnologiya və kənd təssrrüfatı, aeronavtika və kosmosun öyrənilməsində, hərbi və milli təhlükəsizlik, nəqiliyyat və qablaşdırma sənayesində, metralogiya və nəzarət xidmətləri sahələrində mühüm nəticələr alınmışdır. Nanotexnologiyanın nailiyyətləri həm də elmin, təhsilin XXİ əsrdə inkişafına güclü təkan verəcəkdir. İndi bəşəriyyətin əsas problemlərindən biri ətraf mühitin qorunması və sağlam, stabil insan inkişafının əldə olunmasıdır. Dünyada 525 milyon kiçik fermer təsərrüfatında çalışan 2,5 milyard əhali təmiz texnologiyadan, təmiz içməli sudan, elementar sanitariyadan və təlükəsiz suvarma sistemlərindən məhrumdurlar. Dənizdə və sahil zonalarinda suda həll olunmuş oksigenin çatışmamazlığı dənizin fauna və florasinda mühüm dəyişikliklər yaradir. Oksigenin miqdarı 2mg/l –dən az olduqda canlılar və fitoplanktonların yaşaması çətinləşir. Son illəri nanotexnologiyanın ətraf mühitin qorunması üçün əldə etdiyi nailiyyətlərdən bəzi nümunələrı göstərmək kifayətdir ki, bu sahənin vacibliyi hamıda inam yaratsın.

Massaçuset Texnalogiya İnstitutunun alımləri həm hidrofob və həm də hidrofil xassəyə malik SiO – polimer nanohissəciklərindən təşkil olunmuş nazık təbəqə yaratmişlar. Onlar bu nanomaterialla səhra zonalarinda havada olan nəmliyi suya çevirmək, bakteriyalardan təmizlənmiş su almaq istəyirlər. Bu nanomaterialla duman və çəni böyük sürətlə suya çevirmək mümkündür.

Kanadanın Qərbi Ontario Universitetinin alimləri çirklənmiş zonalarda artezian sularınının təmizlənməsi üçün nanomaterialları torpağa hopduraraq yeraltı sularda etan və butan kimi kimyəvi maddələri təmizləmək əzmindədirlər.

İsrail və Amerika alimləri birlikdə nano ölçülü deşikləri olan, polimer əsaslı ultra-filtirasiya qabiliyyətinə malik membran təbəqələri almağa nail olmuşlar. Onların yaratdığı bu təbəqələr bioloji çirkləməyə davamlı, antimikrob xassəli, bioloji toksik maddələr üçün sensor rolunu oynayan, yeraltı və yerüstü sulardan onları kənarlaşdiran materiallardır.

Dəniz suyunun şirinləşdirilməsi texnologiyası indiyə qədər çox baha başa gələn bir texnologiyadir. Lawrence Livermore alimləri karbon nanoborucuqlardan istifadə edərək dəniz suyundan, indiki texnologiyadan iki dəfə ucuz başa gələn, texnologiya ilə içməli su almağa cəhd edirlər.

Yaponiyanın alimlərinin yaratdığı mikro-nano-qovucuqlar texnologiyasi ilə Şarp Korporasiyası çirkab sularından azotu 90% qədər çıxara bilən zavod tikməyə nail olmuşlar. Əvvəllər çox baha başa gələn üsullarla azotun çirkab sularinda təmizlənməsi bu üsulla dəfələrlə ucuz başa gəlir.

Amerikanın Şimaliqərb Sakit okean Milli Laboratoriyası (Pacific Ocean Northwest National Laboratory) alimləri zavodların çirkab sularından civəni və digər toksik elementləri 99,9% təmizləyən SAMMS (Self-Assambled Monolayers on Mesoporous Supports) nanomatrialı almışlar. Onlar bu materialın qalay, xrom, radionukleotidlər və digər toksik metallar üçun də həssas formalarını alacaqlarını söyləyirlər.

Cənubi Koreyanın Pohang University of Science and Technology alimləri Amerikanın Massaçuset Universitetinin alimləri ilə birlikdə içməli sudan virusları təmizləyən ikiqat nano ölçülü deşiklərı olan membran təbəqələri almağa nail olmuşlar. Bu nano materialin hemodializ zamanı da tətbiq olunacağını söyləyirlər.

Dünyanın ən böyük qızıl mədni olan Cənubi Afrika Respublikası $70 milyon vəsait xərcləyərək qızıl nanohissəciklərindən şaxtalarda zəhərli qazların təmizləznmzsi texnologiyasini hazırlamaq ərəfəsindədirlər.

Avstraliyalı alimlər qarğıdalı nişastası tərkibli polimer materialdam ətraf mühit üçün çox əlverişli plastik qablar düzəltmişlər. Belə plastik qabların tullantıları bir müddətdən sonra öz-özünə əriyərək heç bir çirklənməyə səbəb olmur.

Yarimkerici nanokristallardan hazirlanmıs "süni yarpaq"la havada olan karbon qazını çox yaxşı təmizləmək olur. Bununla alimlər istixana effektini azaltmaq istəyirlər.

Müəyyən edilmişdir ki, nanomayenin (bərk nanohissəciklərin mayedə suspenziyası) kontakt istilik keçiriciliyi on dəfələrlə yüksəkdir. Nanomayedən istifadə edərək texnoloqlar ekoloji cəhətdən təhlükəsiz, ucuz, yüngül termometrlər düzəltmək istəyirlər.Bu termometlərlə torpağın, suyun və bərk cisimlərin temperaturunu çox dəqiqliklə ölçmək olur.

Meşə materiallarını əvəz edən nanomateriallar ABŞ-n meşə sənayesinə il ərzində 240 milyon dollarlıq materiala qənaət etməyə imkan verir.

Tokiyonun Mitsui Chemicals firmasi alfa-olefin əsasli nano-structura əsaslanan NOTİO adli yeni material yaratmişlar. Bu nanomaterial, şəffaf, çox elastik, yüngül və istilik keçirmayan materialdır. Ondan qablaşdırma sənayesində istifadə etmək olar.

Metalları korreziyadan qorumaq üçün istifadə edilən Fe-fosfatı əvəz edən Bonderite NT keramik nanomaterialdan istifadə etməklə metalların davamlılığını dəfələrlə artırmaq olar.

NanoCeram® aktıv komponenti AlOOH olan aluminium lifləridir. Bu liflərin diametri 2 nm tərtibindədir.Liflər yüksək electropozitiv aktivliyə malik olduğundan onlardan istifadə edərak həm suda və həm də havada olan bakteriyaları, virusları təmizləmək olur.

TiO2 yaxşı fotokatalitik xassəyə malikdir. UB şüaların təsiri zamanı o havada olan üzvü çirkləndiriciləri zərərsizləşdidr, bakteriyaları, virusları məhv edir. Onun bu xüsusiyyətindən istifadə edərək torpaqda, suda və havada olan çirkləndiriciləri təmizləyirlər.

Aberdin Universitetinin (University of Aberdeen) alimlərı günəş şüalarının köməyi ilə çirkli suyu təmizləmək və eyni zamanda elektrik almaq üçün yeni texnologiya hazırlamışlar.

TərkibindəTitanium dioksid (TiO2) nanohissəciyi olan rənglərlə binaları rənglədikdə binalar havada olan çirkli qazları təmizləyır. Belə ki, TiO2 nanohissəcikləri UB şüaların təsiri zamanı üzvü və qeyri üzvü çirkləndiriciləri parçalayır və yağışlar onları yuyub aparır.

İçməli suların tərkibində Arsenin miqdarının artması (xüsusilə Hindistanda, Banqladeşdə) artıq qlobal problemə çevrilmişdir. 'Nanorust' Arseni içməli sudan təmizləyır . Amerikanın Rays Universitetinin (Rice University's Center for Biological and Environmental Nanotechnology ) alimləri Nanotexnologiyaya əsaslanan bu texnologiyanı yaratmışlar.

Minik maşınları üçün indi nanohissəcik tərkibli elə rənglər alırlar ki, bu rənglər su buraxmır, çirklənmir, cızılmır, prıldayır, günün müxtəlif vaxtlarında maşın müxtəlif rəngdə görünür.