НАНОТЕХНОЛОГИЯНЫ ҚАЗАҚСТАНДА ДАМЫТУ САЛАЛАРЫ

150

 

НАНОТЕХНОЛОГИЯНЫ ҚАЗАҚСТАНДА ДАМЫТУ САЛАЛАРЫ

200 жыл бойы ең кішкентай шама атом екендігіне ешкімнің күмәні болмады.       XX ғасырда ғылым ең кішкентай элементар бөлшектерді (электрон, протон, нейтрон) ашып, бұл барлық әлемнің негізгі түсініктерін өзгертті. Барлық ғылымның негізінің негізі Аристотель постулаты — объект бір мезгілде «А» немесе «А емес» болуы мүмкін емес дегенімен, ол жарықтың бірмезгілде бөлшектер ағыны және толқын болатындығын түсіндіре алмады

Ньютон механикасы әлемнің барлық заңдылықтарын мінсіз түсіндіретін болғанды және салыстырмалы теорияның тууына еш себеп жоқ еді. Бірақ бұл теорияның ашылуы ғылымның түбірлі өзгерісіне әкелді. Өзінің таңғаларлық жұмысымен Энштейн Ньютон механикасынан толығымен бас тартқан жоқ, ол тек заңның қолдану шегін көрсетті.

Бір сөзбен айтқанда «бәрі ағады, бәрі өзгереді», енді міне, адамзат тағы да біздің үш ұйықтасақ түсімізге кірмеген жаңа революциялық төңкеріс пен технологиялық жаңалықтар табалдырығында тұрмыз. Болашақта өмір сүретіндер және оны жасайтындар, бүгін-ақ өзінің білімі мен өсуіне мән беріп, қолдаған шешімдеріне үлкен жауапкершілікпен қарау керек. Себебі XXI ғасырда білім мен мамандық ерекше белсенділікке ие. Біз оларға дайынбыз ба?

Соңғы уақытта салыстырмалы түрде жақында ғана пайда болған «нанотехнология» термині бәріне белгілі. 1931 ж неміс ғалымдары Макс Кнолл мен Эрнст Руска электронды микроскоп жасады. Соның арқасында нанообъектілерді зерттеуге мүмкіндік берді. 1959 ж американдық ғалым Ричард Фейнман нанотехнология туралы еңбегін жарыққа шығарды. Ал 1985 ж американдық физиктер  Роберт Керл, Хэрольд Крото және Ричард Смолли диаметрі 1нм денелерді зерттеу технологиясын жасады.

Алайда, біздің өркениетімізге оның келешегі соншалықты күрделі екендігін біле отырып, әсіресе, жастар арасында нанотехнологияның негізгі идеяларын кеңінен тарату керек. Жаңа ғылымның аты бәріне белгілі технология (грек тілінен techne — өнер, шеберлік, Іоgos-ғылым) деген ұғымның алдына қосымша «нано» деген сөздің қосылғанын оңай байқауға болады. «Нано» қосымшасы (грек тілінен NANOY-қортық, гном) — жалпы бір нәрсенің миллиардтан бір бәлігін (10-9) көрсетеді. Мысалы: нанометр- метрдің миллиардтан бір белігі. Салыстыру үшін, 1 нм шаштың қалыңдығынан 100 мың есе аз екендігін айтуға болады.

Нанотехнология — белгілі атомдар мен молекулаларға манипуляция жасай отырып, белгіленген атомдық құрылымдық өнімдерді шығару әдістерінің жиынтығы.

Нанотехнология сөзі жақында ғана пайда болғанымен, наноөлшемді құрылғылар мен құрылымдар жаңа емес. Негізінен олар жер қашаннан бері пайда болса сол кезден келе жатыр. Мысалы теңіз ұлуының қабыршағының беріктілігі соншалықты тіпті күштің әсерінен болған сызаттар оның ішкі жағына таралмайды.   Бұл ұлудың  қабыршағының наноқұрылымды кірпіштерден тұратындығымен түсіндіріледі және нанобелшектердің өте берік болатындығының табиғи дәлелі. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар геккон деген кесірткенің тегіс беттерде, тік әйнектің бетінде, төбеде еркін жүретіндігін түсіндіре алмаған. Баста оның алақанында жабыстырғыштар бар деп ойлаған, бірақ кейін ондай ешнәрсенің жоқ екені белгілі болды. Бұл құбылыстың жұмбағы қоғамды таңқалдырды, себебі геккон қозғалыс кезінде молекулалық физика заңдарын қолданады ғой! Ғалымдар геккон алақанын микроскоппен зерттегенде, оның шаштың диаметрінен 10 есе кіші шаштардан тұратыны белгілі болды. Әр шаштың ұшында мыңдаған жастықшадан, ал әрбір жастықша жүздеген қылдан тұрады екен. Әрбір қылдың ұшы алақан тәрізді және диаметрі 200 нм екені белгілі болды.

Нанотехнология нанометрлік өлшемдегі денелермен жұмыс істейді. Нанометр-бұл өте-өте кішкентай шама. Нанометрдің размерін атомның размерімен салыстыруға болады. Сонда, нанотехнология денелермен емес оның құрамындағы молекулалармен және атомдармен жұмыс істей алады.

Қазіргі кезде материал тануға нанотехнологияны енгізудің негізгі проблемасы жаңа материалдарды алу ғана емес, оларды өңдеу әдістері. Мысалы материалдың кристалдық түйірлерінің өлшемін 10 есе кішірейтетін болсақ, оның беріктілік қасиеті 3 есе жоғарлайды, ал ары- қарай кішірейтсек шамадан тыс пластикалық қасиетке ие материалмен соқтығысамыз. Нанотехнология жеңіл, жұқа, берік, қоршаған ортаға байланысты өздерінің қасиеттерін өзгертетін «ақылды» материалдар, өте жоғары және төмен температураға шыдамды космоста айдаланатын. материалдар шығаруға мүмкіндік береді.
Нанотехнология қазіргі кезде үш бағытта жетілуде:
1) Молекулалардың және атомдардың өлшеміндей электронды схемалар жасау;
2) Молекулалардың және атомдардың  өлшеміндей мехонизмдерді жасау;
3) Молекулалардан және атомдардан денелер жасау.

■ Нанотехнология әдістері биотехнология, қоршаған ортаны қорғау, медицина және т.б аймақтардың дамуына маңызды жаңа құрылғылар мен материалдармен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

■ Нанотехнология — физика, химия, материалтану, биология, медицина, технология, жер туралы ғылым, компьютер технология, экология, социология пәндерін біріктіретін бағыт.

■ Нанотехнология проблемасының шешімі ғылыми инженерлік бірлестігінің осы бағытқа назар аударуына әсер етіп, технологиялық және фундаменталдық білімдегі бос орындарды толтыруға мүмкіндік береді.

Нанотүтікше. 1991  жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр-нанотүтікті байқаған. Нанотүтік — диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болаты милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтіктер сирек кездесетін өте берік материал болып шықты. Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден косманавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа шатыр жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшелердің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) езгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді.

Наноқаптама. Кварцтың нанобөлшектерінен және полимерлерден тұрады. Автомобиль әйнектерін ластану-дан, ылғалдан, сырылудан сақтайды.

Наноматалар. 1947 жылы транзистор пайда бола бастағаннан жартылай өткізгішті материалдар технологиясында кремний құрылғыларының өлшемдері біртіндеп кішірейе бастады. Бір жағынан, оптикалық және магниттік есте сақтау құрылғыларының жылдамдығы артып, көлемі кішірейе бастады. Қазіргі уақытта қатты оптикалық және магниттік дискілердің тығыздығы 1 гигбайт\кв дюймге жетті. Асырмай айтқанда, жартылай өткізгіш технологиясында жарты ғасыр бойы үздіксіз революция болып келе жатыр. Алайда, жартылай өткізгіш құрылғылардың өлшемдері 1 микронға (1мкм = 106) жақындағанда, оларда кванттық механикалық қасиеттер, таңқаларлық физикалық құбылыстар (тунельдік эффект тәрізді) байқалады екен. 5-10 жылдан кейін кремний технологиясы осы темппен дамитын болса, физика заңымен анықталмайтын мәселелермен кездеседі деп батыл   айтуға   болады.   Осылайша,   ғылым   мен техниканың әрі қарай дамуы зертеушілерден жаңа жұмыс принципі мен технологияны талап етеді.

Мұндай революциялық алға шығу, жаңа өндіріс барысымен, материал және олардың негізіндегі құрылғылармен қамтамасыз ететін нанотехнологияны қолданумен іске асады. Есептеулер, нанотехнологияны қолдану жартылай өткізгіш технологиясы құрылғыларының негізгі қасиеттерін 1000 есе артыратындығын көрсетеді. Бұл информатика технологиясындағы нағыз революция болады және XXI ғасырдағы қоғамның әлеуметтік, экономикалық дамуына үлкен әсер етеді.

Жақын арада шыбын-шіркейден қорғайтын киімдер саудаға түседі. Эксперимент жүзінде кірлемейтін, тозбайтын көйлек тігілген.

Нанотехнология және медицина.  Жараны орайтын бинт күміс нанобөлшектерінен жасалынған. Ол жарадағы бактерияларды жойып, тез жазады.

Адамның ауырып тұрған мүшесіне дәл әсерін тигізетін және басқа мүшелеріне  әсер етпейтін дәрілер зерттеліп жатыр.

Қытай медицинасындағы нанотехнология. Зерттеу объектілері ретінде “HuaShen” Қытай компаниясының өнімдері алынды. Бұл компания нанотехнологиялық әдіспен жасалынған киімдер мен дәрілерді өндіреді.

Бұл фирманың  өнімдері адам денесінің барлық бөліктеріне  негізделіп жасалынған.Мысалы: бас киім, қолғап, шұлық, белдік және т.б.

Осы фирма өнімдерін пайдаланушы адамдардан алған мәліметтер бойынша олардың денсаулықтарына оң әсерін тигізді. Мысалы: бел ауруы, бас ауруы, ұйқысыздық, буын аурулары, көз-құлақ ауруларына көмектеседі.

Компания өкілінен алған мәліметтер бойынша барлық өнімдер  нанометрлік өлшемдегі биологиялық кристалды емес табиғи заттардан жасалынған.

Бірақ бұл мәлімет олардың жарнамалық әрекеттері де болуы мүмкін. Алайда, біз олардың өнімдерінің әсерін жоққа шығара алмаймыз.

Егер осындай өнімдерді Қазақстан нарығында өндіретін болса, халқымыздың денсаулығын жақсартуға үлес қосылады.

Қазіргі таңда Қазақстан халқының денсаулық жағдайы бойынша артта қалып қойды. Сондықтан нанотехнологиялық медици-наны дамытуды мемлекеттік жобалар қатарына қосу керек.

Қазақстанда нанотехнология саласы дамуын енді бастады. Астана және Алматы қалаларында осы сала бойынша жұмыс істейтін зертханалар ашылған. Алайда біз нанотехнологияның мүмкіншіліктерін толық пайдаланбай отырмыз.  АҚШ, Жапония, Корея сияқты елдердің экономикасы нанотехнологияның есебінен байып отыр.
Егер 2000 ж. нанотехнология салалары осы елдердің экономикасына 493 млн. доллар пайда түсірсе, онда 2015 жылға дейін 1 триллион доллар ақша түседі деген болжам жасалып отыр.

Қазақстанда нанотехнологияны дамытуға әлі кеш емес. Ол үшін  әлі көп зерттеулер жүргізіп қолданымсқа енгізу керек.

Біз нанотехнологияның дамуы қоғамның жаңа түріне әкелетініне күмәніміз жоқ. Алайда нанотехноло- гиялық болашағымыздың қандай болатыны, ол қазір өмір сүріп жатқан сіз бен біздерге байланысты!

 

Қолданылған әдебиеттер

 

  1. «Нонотехнология в системе современного образования» Составитель: Вертягина Е.Н. Астана, 2010
  2. Материалы и методы нанотехнологии: Учебное поспбие.

Старостин В.В. – М. БИНОМ.2008

  1. Наноэлектроника. Борисенко В.Е., Воробьева А.И., Уткина Е.А. –

М. БИНОМ.2009

  1. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Неволин В.К. – М.1996
  2. Нанотехнологии для всех. Рыбалкина М.
  3. Очарование нанотехнологии. Хартманн У. – М. БИНОМ.2008.
  4. 7. google.ru