Nanotehnologija 2. - Razvoj nanotehnologije

Kdaj se je nanotehnologija pojavila v znanosti? Od kod izvira? Kateri možje so prispevali levji delež v razvoju? V nekaj odstavkih - zgodovina nanotehnologije.

(Prvo dejstvo, ki bo bralcu najbrž všeč, je to, da je nanotehnologija še zelo mlada veja znanosti oziroma tehnologije, tako da zares ni veliko zgodovinskih podatkov, s katerimi bi izgubljali čas.) Poleg tega mladost te veje znanosti dodatno nakazuje na to, da ostaja še veliko novih izzivov in raziskave še zdaleč niso na koncu. Prej obratno, na začetku!

Na preprostih primerih, kot sta izdelava jekla, različnih drugih zlitin ali pa morda vulkanizacija gume, lahko ugotovimo, da so se ljudje nezavedno srečevali z nano procesi že tisoče let nazaj. Omenjeni procesi in še mnogi drugi namreč potekajo na atomarni oziroma molekularni stopnji. Pride do spremembe strukture materiala. To pa je že eno področje nanotehnologije. Atomi imajo namreč radij okoli 0,1nm.

Pravzaprav se je področje kemije že precej razvilo, ko o nanotehnologiji, ki jo poznamo danes, ni bilo ne duha ne sluha. Zakaj? Največja ovira pri raziskovanju tako majhnih delcev so bile neustrezne naprave oziroma vedno večje zahteve človeka, ki je vseskozi težil k višjim ciljem, torej najti bistvo snovi.

Maxwellov hudič

Prva pomembnejša letnica je 1867, ko si je James Clerk Maxwell prvi zamislil poskus, s katerim bi lahko ločil osnovne delce dveh zmešanih plinov. Poskus se imenuje Maxwellov hudič. Razmišljal je v smeri, da so osnovni delci posameznih plinov različno veliki. Torej morajo biti eni večji, drugi manjši. Premišljen poskus je bil zamišljen v obliki posode, ki bi bila pregrajena s tanko pregrado, ki bi imela majhno »hudičevo« loputo. V tej posodi (v obeh prostorih – A in B) bi na začetku bila zmes dveh plinov pri isti temperaturi. Potem bi naključno prišlo do trčenja nadpovprečno hitre molekule ob vratca in molekula bi prešla v drug prostor (recimo iz A v B). Na takšen način bi po Maxwellovih sklepanjih lahko prišlo do popolne ločitve posameznih plinov (malo preveč enostavno, kajne?). Vendar pa je potrebno opozoriti, da bi povprečna hitrost molekul v A padla, medtem ko bi v B narasla. Ob tem Maxwell ni upošteval drugega zakona termodinamike, saj bi v A temperatura padla, v B pa narasla. Vemo pa, da iz hladnejšega področja v toplejše delci ne morejo prehajati, tako da takšno ločevanje zmesi plinov ni mogoče.

Enoplastni epiteli

Pomembna pri raziskovanju snovi na molekularni ravni sta tudi Irving Langmuir in Katherine Blodgett, ki sta v dvajsetih letih dvajsetega stoletja predstavila koncept enoplastnih epitelov. To so enoplastni sloji zgoščenih atomov, molekul ali celic. »Monolayers«, kakor jih imenujemo v angleščini, so široko zastopani predvsem na področju biologije. Miceliji, omrežja hif, ki tvorijo podgobje gliv, so tehnično gledano enoplastni epiteli, fosfolipidni dvosloji so pravzaprav dvojni »monosloji«, v

ečplastna povrhnjica kože je sestavljena iz več med seboj povezanih »monoslojev«… Tudi pri razvoju nediferenciranih tkiv se celice vedno delijo ena ob drugo in ne ena nad drugo, saj je za vse najbolje, če imajo neposreden stik z gojiščem, a hkrati ohranjajo zadosten stik s sosednjimi celicami. Langmuir je bil nagrajen z Nobelovo nagrado za področje kemije.

Teoretska podlaga

Prva omemba nekaterih značilnih konceptov nanotehnologije je bila v govoru Richarda Feynmana There's plenty of room at the bottom (»Na dnu je veliko prostora«). O tem je spregovoril na srečanju ameriške fizikalne družbe, ki se je združila decembra 1959. Feynman je opisal postopek, s katerim bi lahko manipulirali s posameznimi atomi ali molekulam

i, pri tem pa bi uporabljali set zelo natančnih orodij za izgraditev in operacijo še manjšega seta vse do želene velikosti. V okviru tega je napovedal, da bodo težave velikosti nastale zaradi različnih fizikalnih pojavov: gravitacija bi naj postala vse manj pomembna, površinska napetost in Van der Wallsova privlačnost pa vse bolj pomembna. Ta osnovna ideja se je pokazala kot možna.

Definicija in pospešen razvoj

Strokoven izraz nanotehnologija je bil definiran s strani tokijske univerze znanost po zaslugi profesorja Norio Taniguchi-ja v letu 1974. Opredelil jo je takole: »Nanotehnologija v glavnem sestoji iz procesiranja, ločevanja, utrditve in deformiranja materialov na ravni atoma ali molekule.«

V osemdesetih je bila osnovna zamisel raziskana v globine pod nadzorom doktorja Kima Erica Drexlerja, ki je zvišal pomen pojava nanotehnologije in je še posebej uspešen na področju molekularne nanotehnologije (MNT). Svoj ugled in spoštovanje si je pridobil skozi govore in knjige: Engines of creation: The coming era of nanotechnology in Nanosystems: Molecular machinery, manufacturing and computation. Tako se je pojem pojavil v aktualni obliki.

Napredek eksperimentiranja

Nanotehnologija in nanoznanost sta se začeli v zgodnjih osemdesetih z dvema gl

avnima razvojema: cluster science (znanost majhnih delcev, ki načeloma vsebujejo med 3 in 3*10⁷ atomov) in iznajdba mikroskopa STM - scanning tunneling microscope. Ta napredek je vodil k odkritju karbonskih nanocevk malo po letu 1986. V drugem razvoju sta bila sinteza in lastnosti večprevodnih nanokristalov že raziskovana. To pa je vodilo v hitr

o naraščajočo število nanodelcev kovinskih oksidov (ki jih prištevamo k t.i. anorganski nanotehnologiji).

Perspektiva materialov, nova orodja in tehnike

V zadnjem desetletju je bil največji napredek ravno na področju materialov in njihove nanostrukture. Posegi v nano velikostna območja nam omogočajo ustvariti povsem nove materiale in doseči izjemne lastnosti materialov.

Nanotehnologija 1. - Kaj je nanotehnologija?

Nanotehnologíja je izraz, s katerim označujemo tehnološki razvoj v nanometrskem merilu, navadno v velikostih od 0,1 do 100 nm (en nanometer je enak tisočinki mikrometra ali milijoninki milimetra). Včasih se izraz uporablja ohlapneje za vso mikroskopsko tehnologijo.

V bistvu gre za polje uporabne znanosti in tehnologije, ki pokriva zelo širok tematski obseg. Glavna združitvena tema je nadzor materije, ki se giba v zgoraj omenjenih velikostnih okvirih. Med bolj pomembnimi področji, ki jih obsega so polje koloidne znanosti (koloidi so snovi z visoko molekularno maso, ki ne prehajajo skozi polprepustno membrano), mehanska fizika in multimolekularna kemija. Pojmovanj, ali je nanotehnologija le pripomoček tem vedam ali pa je nanotehnologija dosežek/vrh teh področij, je veliko; mnenja so različna in zato to vprašanje ostaja odprto. Nekateri vidijo nanotehnologijo kot pojem marketinga, ki s pridom izkorišča raziskave že omenjenih področij.

Kljub navidezni lahkosti definicije nanotehnologija pravzaprav združuje raznolike zadeve povpraševanj. Je presek mnogih disciplin, med drugimi tudi že omenjene koloidne znanosti, znanosti o materialih, električnega inženiringa… Bistvena se zdi razširitev obstoječih znanj v nano obliki ali "predelava" znanosti v novi obliki z uporabo novih metod.

Temelji na dveh pristopih. Prvi je »bottom up« pristop, kjer so naprave in materiali narejeni iz molekularnih komponent, ki se kemično združujejo skozi principe molekularnih spoznanj. Drug je znan kot »top down« pristop in temelji na sestavljanju nano naprav iz večjih bitij oziroma z njihovo pomočjo, toda brez kontrole na stopnji atomov.

V nanometrskem merilu postanejo pomembni kvantnomehanski pojavi, ki imajo včasih kontrastne posledice. Pri nanotehnološki obdelavi površin je moč doseči veliko povečanje razmerja med površino in prostornino telesa, kar je uporabno pri površinskih pojavih, kot je kataliza.

Gostota elementov v čipih sodobnih računalniških komponent (npr. število tranzistorjev na enoto površine) še vedno narašča eksponentno, fundamentalne omejitve elektronike pa ne dopuščajo v nedogled takšne rasti, ki jo opisuje Moorov zakon. Po zdajšnjih ocenah bo ta meja dosežena v 10-15 letih, ko bodo naraščajoči stroški izdelave preprečili nadaljnjo miniaturizacijo. Nanotehnologijo v tem kontekstu vidijo kot naslednji logični korak v razvoju računalniške arhitekture.

Izraz nanotehnologija pogosto uporabljajo kot sinonim za molekularno nanotehnologijo (MNT), hipotetično napredno obliko nanotehnologije, za katero se pravijo, da ima precejšen potencial v prihodnosti, čeprav se ocene o tem, kdaj natančno, razlikujejo. Izraz nanoznanost se uporablja za opis interdisciplinarnega polja znanosti, posvečenega razvoju nanotehnologije.

Kakor v katerikoli drugi vedi je tudi pri nanotehnologiji izrednega pomena razvoj novih orodij, pripomočkov, s katerimi lahko opazujemo različne procese, strukture ipd. V zadnjem času je pomembna nova generacija analitičnih pripomočkov, npr. AFM - atomic force microscope. Ta je kombiniran z očiščenimi oziroma prenovljenimi procesi kot sta electron beam litography in molecular beam epitaxy. Novi instrumenti omogočajo preudarni nadzor nad nanostrukturami, opazovanje novih fenomenov, »manufakturo« polimerov, ki temelji na strukturi molekul, zasnovo računalniških čipov temelječih na površinski znanosti…

Na sliki: Richard Smalley

Miopija, kratkovidnost (myopia, nearsightedness)

- Nastane zaradi očesne leče, ki lomi pri nenormalno dolgem zrklu vzporedne svetlobne žarke v žarišče pred mrežnico. Pri miopiji se stanje popravi z rabo različnih (divergentnih) očalnih leč, ki pomaknejo podobo nazaj na mrežnico. /Leksikon Naravoslovje. Cankarjeva založba; Ljubljana 1996/

- Je v naši družbi najpogostejša težava vida in za njo trpi vsak peti posameznik. Če smo kratkovidni, vidimo ostro bližnje predmete. Bolj kot se predmeti odmikajo, manj ostri postanejo. Pri kratkovidnosti je moč loma v očeh prevelika, kar je največkrat posledica podaljšanega zrkla ali predebele leče. Kratkovidnost je napaka očesa pri kateri se žarki zberejo pred mrežnico in jo zadenejo, ko se že razhajajo. Kratkovidni morajo nositi naočnike z lečo, ki razpršuje žarke, da nastane slika na mrežnici. Dioptrija očal, ki jih nosijo je negativna. /sl.wikipedia/

- Is a refractive defect of the eye in which collimated light produces image focus in front of the retina when accommodation is relaxed. Those with myopia typically can see nearby objects clearly but distant objects appear blurred. With myopia, the eyeball is too long, or the cornea is too steep, so images are focused in the vitreous inside the eye rather than on the retina at the back of the eye. The opposite defect of myopia is hyperopia or "farsightedness" or "long-sightedness" — this is where the cornea is too flat or the eye is too short. Mainstream ophthalmologists and optometrists most commonly correct myopia through the use of corrective lenses, such as glasses or contact lenses. It may also be corrected by refractive surgery, such as LASIK. The corrective lenses have a negative optical power (i.e. are concave) which compensates for the excessive positive diopters of the myopic eye. In some cases, pinhole glasses are used by patients with low-level myopia. These work by reducing the blur circle formed on the retina... /en.wikipedia/


Več informacij na/more information on:
- IMPA
- google images - myopia
- eyesight.ca

kS 13

Povej mi, kdo je pošten. Jaz ne najdem nikogar.

kS 12

Kritično opredeljevanje sebe do sveta in sveta do sebe te dopolni kot Človeka.

O zlatih žarkih

Če želite polneje živeti, morate spoznati umetnost uživanja v malih, drobnih trenutkih življenja. Ta svet res ni v celoti zlat, a na njem je nešteto zlatih žarkov, ki čakajo na odkritje...

H. A. Porter

Občutje

Uživam, ko zjutraj vidim sonce na obzorju
in slišim kapljice polzeti po sveže zelenih bilkah bujnega travnika.
Na nebesno modrem nebu pojavljajo se prvi, čisto nežni oblački
in znova me prevzame občutek svobode, veselja in življenja.
Dan se začne in moje srce se polni z vsem bogastvom,
ki mi ga prinašajo vsi čisti elementi vsakdana.
A dan ni dnevu enak, čudovita je raznolikost mojega bivanja,
iskren nasmeh ob mislih na vse to se riše mi na obrazu.
Narava podari mi ogromno novega, lepega, nedotakljivega,
toda vse večje vrednote najdem v ljudeh, ki obdajajo me.
Resnični nasmehi prijaznih ljudi - rad jih sprejemam vsako sekundo
in čutim, da radi imajo me takšnega, kakršen sem.
Ko vedno znova potrjujem sam sebi občutek miru,
sprašujem se, kako izjemno je, da sem jaz in da sem tu.
Ugotavljam, da lepota življenja vendar ni odvisna od drugih,
življenje je moje, življenje izpolnjujem sam z energijo, ki jo imam.

Vorančevi Samorastniki

Ravnokar sem prebral novelo Prežihovega Voranca - Samorastniki.

Kakor morda veste, je v tem delu avtor opisal življenje Hudabivškove Mete, ki je kot dekla delala na Karnicah. Že pri sedemnajstih letih je z gospodarjevim sinom Ožbejem zanosila in bila močno obsojena tega dejanja. Kljub krutemu kaznovanju in nasprotovanju Karniškega očeta je ljubezen med njima še vedno ostala močna, kar v nadaljevanju nenazadnje dokazujejo otroci, ki sta jih imela. Mimogrede jih je bilo kar 9.
Kakorkoli. Če sem dojel bistvo zgodbe, potem bi rekel, da je Prežihov Voranc precej dobro prikazal trpljenje malega človeka na Koroškem. Vendar je v Meti upodobil trmoglavost, vztrajanje, ljubezen, voljo do življenja in ponos. Tako te prebiranje opogumi, saj spoznaš, da z voljo dejansko lahko ogromno dosežeš. Čeprav je delo postavljeno v povsem drug čas, kot ga živimo danes, najbrž lahko najdemo številne vzporednice ali pa vsaj spoznamo nekaj o zgodovini. Tako čisto posredno, brez kakršnihkoli podrobnosti, saj nenazadnje gre za literarno delo in ne zgodovinski učbenik (kje pa!).

Skratka. Tudi kakšno takšno delo vam priporočam. Bolj realistično (spada v socialni realizem) in zelo razumljivo. Če ste bolj "nežna dušica" in radi potočite kakšno solzico ali pa ste zelo sočutni, potem preberite kaj Vorančevega.

Glavno sporočilo objav pod "Kaj berem?" je: "Berite, berite in še enkrat berite!"
(Argumentov imam ogromno.)

What is mathematics?

"Mathematics is the Queen of the Sciences."

(Carl Friedrich Gauss)

Imel je prav. Amen.

Travnata nebesa

Le trikrat potrkal bom na njeno okno.
Dobro vem, na katero.
S češnjami obdano, s soncem obsijano.

Takrat, v začetku poletja, v minljivosti doživetja,
takrat, ko ni časa, ko zdi se, da prehitro gre.
Takrat, razveselil jo bom. In nasmejal se ji v obraz.

In čudovite, sočne češnje bova zobala.
S tistim belim nasmehom me bo božala
in jaz njo z besedami razveseljeval.

Pobegnila bova - prav zares.
Skozi okno skočila, po travi naju njena mama prepodila.
Ali pa morda ne. Ne, tega raje ne bi.

Bova kar sama, neslišno, kakor mačka do miši.
In popeljal jo bom po trati, trati bogati
rož in cvetja, vonjav in metuljev.

Kakor astronavti na raketoplanu
bova sama sredi širnega poletnega travnika.
V svojem kozmosu vonjav in barv in naju dveh.

Tistega junija, prav zares,
bo ona in bom jaz in bo ples sredi travnatih nebes.
Takrat najin svet bo pravljica.