Бид хаачих вэ? Ан гөрөө хийх үү? Ногоо тарих уу? Дотоод шаталтат хөдөлгүүр бүхий машин хийх үү? Компьютер үйлдвэрлэх үү? Генийн инженерчлэлээр Долын бус Монголын хонь гаргаж авах уу? Нано бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх үү? Та өөрөө л мэд. Ямар ч байсан онож зүтгэхгүй бол дэмий харанхуй зүтгээд хэрэг гарахгүй. Ногоо тарих нь зөв гэхдээ компьютерийн программ бичдэг хүн болох гэж зүтгэсэн нь дээр. Үүний нэгэн адил өнөөдрийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэлийн 60 хувь нь ирээдүйд үндсээрээ нано болж өөрчлөгдөнө. Тиймээс та том харж холын бодолтойгоор сурах, ажиллах, бизнесээ хийхийг ирээдүй биднээс шаардаж байна. Бид өнөөдөр хөдөө аж ахуйн хувьсгал, аж үйлдвэрийн хувьсгал, кибер хувьсгалыг даваад биотехнологи, нанотехнологийн хувьсгалын өмнө ирээд байна.
Нано гэж юу вэ?
Нейл Армстронг Саран дээр хєл тавих vедээ үүнийгээ "хvний жижигхэн алхам, хүн тєрєлхтний бол асар том алхам" хэмээн нэрлэсэн билээ. Харин нано технологиуд нь хүн тєрєлхтний хувьд єєр нэгэн асар том алхам бєгєєд "алхам" нь энэ тохиолдолд маш жижиг, нарны аймагтай Нейл Армстронгийг харьцуулсан шиг жижиг юм.
Нано гэдэг үг нь миллиардын нэг гэсэн утгатай. Нэг нанометр /товчоор 1 нм/ нь 1/ 1 000 000 000 метртэй тэнцүү. Хүний үсний єргєн нь ойролцоогоор 50 000 нано метр байдаг бол бактерийн эс нь нэлээд хэдэн зуун нанометрээр хэмжигдэнэ. Арилжааны микро чипэн дээр суулгасан хамгийн бага элементүүд 2002 оны 2-р сард 130 нанометр хэмжээтэй байсан юм. Жирийн нүдээр харж болох хамгийн жижиг элементүүд 10 000 нанометрийн хэмжээтэй байдаг. Нэг нано метр нь устєрєгчийн дєнгєж арван атомыг эгнүүлсэнтэй л тэнцүү юм. Үнэхээр туйлын, туйлын жижиг шүү.
Жирийн үгээр хэлбэл нано шинжлэх ухаан гэдэг нь нэг хэмжээ нь дор хаяж, 1-100 нанометртэй тэнцүү молекулууд болон бүтцүүдийн үндсэн зарчмуудын судалгаа юм. Эдгээр элементүүдийг нано бүтцүүд гэж нэрлэж байна. Нано технологи нь эдгээр нано бүтцүүдийг ашигтай, наносколийн тєхєєрємжүүдэд ашиглах явдал юм. Гэхдээ энэ тодорхойлолт тєдий л сэтгэл татахгүй, тєгс биш байгаа. Бүх зүйлийг тайлбарлахад энэ тодорхойлолтыг ашиглаж болохгүй нь мэдээж. Нано масштаб гэдэг бол жижиг тєдий биш, "жижиг" гэдгийн олон тєрлийн нэг нь л юм гэдгийг ойлгуулах зорилготой.
Нанометрээс жижиг бүх зүйл нь орон зайд тэнүүчилҗ яваа, уурын ганцаардмал жижиг тоосонцор шиг, чєлєєт атом юмуу жижиг молекул тєдий юм. Иймээс нано бүтцүүд нь урьд нь хүний хийж байсан бүх зүйлээс жижиг тєдийгүй, хийж болох хамгийн жижиг хатуу материалууд юм. Түүнээс гадна, наномасштаб бол ер бусын зүйл. Учир нь цахилгаан дамжуулах чанар, хатуулаг, эсвэл хайлах цэг зэрэг атом, молекулын ертєнцийн корпускуляр - долгионы дуализм /хоёрдмол шинж/ квантын эффектvvд зэрэг сонин хачин тодорхойлолтуудтай учирдаг. Нано ертєнцєд материал болон машинуудын илүү суурь шинж чанарууд нь тэдгээрийн хэмжээнээс хамаардаг. Энэ нь бусад ямар ч материалын хамаарлаас єєр. Жишээ нь нано хэмжээний дамжуулагч, схемийн компонент бүтэц хэсэг нь орчин үеийн электроникийн үндэс болсон Омын хуулинд заавал захирагдах албагvй. Омын хууль нь гvйдлийн хvч, хvчдэл болон эсэргүүцлийг холбодог боловч хэрэв электронууд дамжуулагч дотуур голоор ус урсах адил "урсаж" байвал, хэрэв дамжуулагч нь ердєє нэг атомын єргєнтэй байвал электронууд ингэж чадахгvй үед хүчин тєгєлдєр юм. Электронууд тvvний дотуур нэг нэгээрээ єнгєрєх ёстой. Материалын хими, цахилгаан, физикийн суурь шинж чанаруудтай хэмжээ ингэж холбогдох нь бүх нано бүтцүүдийн хувьд чухал байдаг. 2001 онд Майк Рокогийн гаргасан АНУ-ын Үндэсний шинжлэх ухааны сангийн бичиг баримтанд нано шинжлэх ухаан, нано технологийг оновчтой тодорхойлж чаджээ.
Нэг нано метр нь хэмжvvр дээрх /метрийн тэрбумын нэг хэсэг/ ид шидийн гэмээр бяцхан цэг юм. Нано бvтцvvд нь хvний бvтээсэн хамгийн жижиг тєхєєрємжvvд, амьд организмуудын хамгийн том молекулуудын нийлэн нэгдэх цэг дээр оршдог.
Хэдийгээр хоёр давхрааны аль аль нь маш жижиг зvйлстэй харьцдаг боловч нано технологийг микро электро механик системтэй /МЭМС/ андуурч болохгvй. МЭМС-ийн салбарын мэргэжилтнvvд, инженерvvд цусан дотуур хєвж, эм бэлдмэлийг хvргэж, эдvvдийг засаж чадах, манипулятор гартай маш жижиг роботуудыг бvтээдэг. Маш жижиг тэдгээр роботууд нь vйлдвэрлэл, угсралт, том системvvдийн засвар зэрэгт бас хэрэглэгдэж байна. МЭМС-ийг автомашины ослын хийн пневмо дэрийг ажиллуулах механизм болон бусад салбаруудад ашиглаж байна. Хэрэв МЭМС нь ямар нэгэн байдлаар нано технологитой холбогдвол зєвхєн ганц чиглэлээр холбогдохгvй. Тухайлбал, МЭМС-д 1 000-аас 1 000 000 нанометрийн бvтцийг авч vздэг. Энэ нь нано хэмжээнээс хавьгvй том юм.
Тvvнээс гадна, нано шинжлэх ухаан болон нано технологи нь бvтцvvдийн бvх шинж чанарыг химийн, физикийн, квантын, механикийн гэдгээс vл хамааран нано масштаб хэмжээнд авч vздэг. Энэ шинжлэх ухаан нэн олон талтай бєгєєд олон арван салбар хэсгvvдэд хуваагддаг.
Хэмжvvрийн талаар тайлбар: Нано шинжлэх ухаан бvхэлдээ СИ хэмжих нэгжийг ашигладаг. Бид маш жижиг биетvvдийн ертєнц рvv орох vед ашиглах жижиг хэмжvvрvvдийн товчийг харуулав.
Си хэмжих нэгж - Тайлбар (товчилол)
Метр /м/ - Ойролцоогоор 3 фут, эсвэл 1 ярд
Сантиметр /см/ - 1/100 метр, хагас дюйм орчим
Миллиметр /мм/ - 1/1000 метр
Микрометр /мкм/ - 1/ 1 000 000 метр
Нанометр /нм/ мєн микроном гэж нэрлэдэг. Энэ масштабаар ихэнхи интеграл схем, МЭМС тєхєєрємжvvдийг vзvvлдэг. 1/1 000 000 000 метр. Зарим жижиг молекулын хэмжээ ба нанотехнологийн vйл ажиллагааны хvрээ.
2001 он гэхэд АНУ-ын Засгийн газар “Нано технологийн үндэсний санаачлага NNI” гэсэн хөтөлбөр боловсруулан нано судалгаанд зориулж, 422 сая долларыг зарцуулжээ. 2002 онд зарцуулахаар төлөвлөсөн төсөв нь 519 сая доллар байсан ч, нано хөтөлбөрүүдэд 600 сая гаруй долларыг зарцуулсан байна. 2003 онд 862, 2004 онд 989 сая долларыг зарцуулсан бол 2005 онд 1.081 тэрбум доллар зарцуулсан байна.
NNI –аас эдийн засаг, нийгмийн салбарт голлон нөлөөлөх үүрэгтэй нанотехнологийн тэргүүлэх 9 чиглэлийг гаргасан. Үүнд:
1. Нано бүтцэт шинэ материал
2. Нано хэмжээст боловсруулалт ба үйлдвэрлэл
3. Хими, биологийн цацраг идэвхит бодисуудыг бүртгэх хамгаалах
4. Нано хэмжээст багаж төхөөрөмж болон хэмжилт
5. Нано электроник, нана оптик болон нано соронзон төхөөрөмж
6. Эрүүл мэнд, эм зүй, эмчилгээ болон оношилгоо
7. Эрчим хүч үйлдвэрлэх, хувиргах болон хадгалах
8. Микро төхөөрөмж болон робот
9. Хүрээлэн буй орчныг хамгаалах
Түүнчлэн “нано” бол сайн бизнес болж хувирна. 2015 он гэхэд нано технологийн оролцоотойгоор хийгдсэн бараа бүтээгдэхүүн, үйлчилгээ нь триллон долларын зах зээлийг хамарч, энэ салбарыг түүхэнд хамгийн хөгжсөн салбарын нэг болгож, 1998 оны теле харилцааны болон мэдээллийн технологийн тэсрэлтийг нэгтгэснээс ч илүү ашиг авчирна гэж үздэг.
Янз бүрийн жижиг зүйлс
Хүмүүсийн хүсдэг алтан шоотой боллоо гэж бодъё. 1 тал нь 1 метр. Одоо үүнийг аваад өргөн, урт, өндрөөр нь хувааж, 50 см талтай 8 жижиг шоо болгоё. Найман жижиг шоо бүрийн шинж чанарууд нь /өртгөөс бусдаар/ том шоонуудын шинж чанаруудтай адил, бүгд алтан шар гялалзсан хүнд байна. Шоо бүрийн хуваагдахын өмнө байсан хайлах цэг нь өөрчлөгдөөгүй бөгөөд шоо бүр нь цахилгаан дамжуулах зөөлөн металл юм. Жижиг шоог зөөхөд харьцангуй хөнгөн гэдгийг тооцохгүй бол өөр ихээхэн өөрчлөлт гарахгүй байна.
Гэвч нано масштабд хүрч ирэхэд алтны өнгө, хайлалтын цэг, химийн шинж чанарууд гэх мэтээр бүх зүйлс өөрчлөгддөг. Энэ өөрчлөлтийн шалтгааныг алтыг үүсгэж айгаа атомуудын харилцан үйлчлэлээс хайх хэрэгтэй. Нано алт гэдэг бол жирийн алттай огт адилгүй.
Нано үйлдвэрлэлийн явц нь, тухайлбал алтан нано цэгүүдийг бий болгох явц нь шинэ зүйл биш юм. Дундад зууны болон викторианы үеийн сүмүүдийн ихэнхи шилэн бүтцүүд, эртний гар урлалын шаазан эдлэлээс олдсон зарим шилүүдийн өнгийг судлаж үзэхэд материалын нано скопын шинж чанарууд нь макроскоп шинж чанаруудтай ялгардаггүй гэдгээр тайлбарлагддаг. Тухайлбал нано скоп хэмжээтэй алтны жижиг хэсгүүд нь тэдгээрийн хэмжээнээс хамааран улбар шар, ягаан, улаан, ногоовтор өнгөтэй болж байдаг.
Зарим утгаараа анхны нанотехнологчид нь дундад зууны үеийн дарханы газрын шил хайлуулагч нар байсан болхоос орчин үеийн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэдэг дүрэмт хувцастай ажилчид биш байж. Харин шил хайлуулагчид яагаад алтан дээр хийсэн тэдний үйл ажиллагаанаас болж өнгө нь өөрчлөгдөж буйг мэддэггүй байсан бол бид мэддэг боллоо.
Нано шинжлэх ухааны тоног төхөөрөмжүүд
“Хүмүүс 2000 онд өнгөрсөн түүхээ эргэж нэг харахдаа яагаад 1960 он хүртэл энэ чиглэлээр хэн ч гүнзгийрүүлэн судлаагүй юм болоо гэж гайхах болно.”
Нобелийн шагналт физикч, Ричард Фейнман 1960 онд, тухайн үед өргөнөөр яригдаж байсан нанотехнологийн тухай ингэж хэлсэн билээ. Тэр үед аливаа зүйлсийн хэмжээг багасган жижгэрүүлэх явдал нэн хурдтай хөгжиж, машинууд хүртэл богино хэмжээтэй болж байв. Ийнхүү явсаар, тоног төхөөрөмжүүд 2000 онд наноскоп хэлбэртэй болон жижгэрч, хүмүүс “Яагаад бид урьд өмнө нь ингэж хөгжүүлж байсангүй вэ” хэмээн асууцгаах болж байна.
Үүний шалтгаан нь энгийн. Шаардлагатай тоног төхөөрөмжүүд байсангүй. Микроскоп хэмжээтэй токарийн суурь машин, литографийн төхөөрөмж зэрэг бяцхан миниатюр төхөөрөмжүүдийг үйлдвэрлэж чадах үйлдвэрлэлийн арга технологи нь нано ертөнцөд ажиллаж чадахгүй. Бид зарим атом, молекулыг удирдан хөдөлгөж чадахгүй бөгөөд электрон болон атомын микроскопын тусламжгүйгээр тэднийг олж харж ч чадахгүй юм.
Сканерын зондууд: Нано технологийн хувьсгалыг анх эхлүүлэхэд тусалсан, анхны тоног төхөөрөмжүүдийн нэг нь сканерын зондууд байв. Бүх төрлийн сканер зондуудыг 1980 онд Цюрих дахь лаборторид болвсруулсан санаан дээр үндэслэн бүтээжээ.
Сканер зондоор хэмжих үед зонд нь гадаргуу дээгүүр хурууны адилаар гулсдаг. Зонд нь маш жижиг, наноскоп хэмжээтэй буюу ердөө нэг атом юм. Хөдөлгөөн хийх үед зонд нь янз бүрийн хэд хэдэн шинж чанарыг хэмжиж чаддаг. Тэдгээр шинж чанар нэг бүр нь өөр өөр хэмжилтэнд тохирно.
Туннелийн микроскоп нь зондын сканерын анхны арга бөгөөд уг аргыг боловсруулсан Герд Бинниг, Генрих Рорер нар Нобелийн шагналыг 1986 онд хүртсэн юм.
Өдөн нано литографи: Гадаргуу дээр дурын бүтцийг байгуулах нэг арга нь өдөн үзэгний тусламжтайгаар бэхийн шугамыг бичдэгтэй яг адилхнаар бичих явдал юм. Нано хэмжээс дотор тийм шугамыг зурахад нано үзэг шаардлагатай болно. Аз болоход, атомын микроскопын зондууд нь маш сайн нано үзэг болж чаддаг. 19-р зуунд сургуульд хэрэглэж байсан, эдүгээ хуучирсан өдөн үзгийг хүндэтгэн энэ аргыг нано ертөнцөд өдөн үзэгний нано литографи гэж нэрлэсэн юм. Өдөн үзэгний нано литогрфийн ажиллах зарчмыг зураг дээр харуулж, дээр үзүүлсэн Фейнманы хэлсэн үгийг чухам ийм бүтцийн тусламжтайгаар бичсэн билээ.
Өдөн үзэгний бэхийн сав нь /атомууд болон молекулын/ сканер зондын үзүүр дээр хадгалагдаж, гадаргуу дээгүүр хөдөлгөөн хийн, ардаа хээ угалз үлдээж байдаг.
Өөрөө угсрахуй: Өөрөө угсралтын зарчим нь молекулууд тэдэнд олдох боломжтой энергийн түвшнүүдийн хамгийн доод түвшин рүү шилжихийг чармайж байдагт оршино. Суурь түвшиндээ бол энэ нь уулнаас чулууг өнхрөхөд хүргэдэг анхнаы тэр л хүч юм. Өөрөө угсралтыг сайн ойлгохын тулд та луужинг төсөөлөн бод. Хэрэв луужинг сэгсэрвэл су нь хэлбэлзэн аль ч цэг рүү зааж болох бөгөөд сэгсрэлт зогссоны дараа зүү нь байраа өөрчлөн хойд зүгийг заана.
Өөрөө угсралтын зарчмууд нь луужингийн зүүтэй адил компонент бүтэц хэсгүүдийг байгуулах санаан дээр үндэслэдэг бөгөөд эдгээр компонент хэсгүүд нь бидэнд шаардлагатай байгаагийн адилаар өөрсдийгөө зохион байгуулдаг. Өөрөө угсралтын үед нано зохион бүтээгч нь тодорхой атомууд болон молекулуудыг гадаргуу дээр, эсвэл урьд нь угсарсан нано бүтэц дээр гаргаж ирдэг. Дараа нь молекулууд өөрсдийгөө тодорхой байрлалаар жигдэлж, заримдаа сул холбоосууд, заримдаа нийт энергийг багасган, хүчтэй ковалент холбоос үүсгэдэг. Ийм угсралтын нэг том давуу тал нь салангий, тодорхой нано бүтцүүдийг байгуулах шаардлагагүйгээр том бүтцүүдийг бэлтгэх боломжтой болдог явдал юм. Өөрөө угсрагддаг бүтцүүдийг электроник, гадаргууг зэврэлтээс хамгаалах, эсвэл гадаргууг гулсамтгай, чийгтэй, хуурай, наалдамтгай зэрэг шинж чанартай болгодог салбарт ашиглаж болно.
Зураг дээр Норвестерний их сургуулийн Сэм Стаппын лаборторын өөрөө угсрагдах жишээг харууллаа. Энэ тохиолдолд өөрөө угсралтын хоёр түвшин ашиглагддаг. Нарийн төвөгэй, урт молекулуудыг угсрах нь эхэндээ мөөгтэй төсөөтэй нано бүтцийг үүсгэдэг. Дараа нь тэдгээр нано бүтцүүд өөрсдөө гадаргуугын давхраа болж хуримтлагдана. Энэ давхраа нь шилийг хялбархан нордог эсвэл ус тогтохгүй болгодог. Түүнчлэн зорилтуудыг үе шат болгон хувааснаар өөрөө угсралтыг ашиглан маш нарийн төвөгтэй бүтцүүдийг үүсгэж болохыг энэ нь харуулж байгаа юм. Доод талын зураг дээр тийм мөөгнүүдийн түвшний тусламжтайгаар гадаргууны норох чадварын хяналтыг харууллаа. Өөрөө угсралт нь хосгүй өвөрмөц шинж, янз бүрийн урттай, хямд материал дээр бүтцүүдийг бий болгох чадвэртай зэргээрээ нано үйлдвэрлэлийн бүх технологиос хамгийн чухал нь юм.
Талстуудыг нано скопоор ургуулах нь: Өөрөө угсралтын өөр нэгэн төрөл нь талстуудыг ургуулах явдал юм. Талстыг ургуулах нь нэгэн талдаа шинжлэх ухаан, нөгөө талдаа урлаг юм. Талстуудын үүслийг ашиглан, уусмалаас талстуудыг ургуулж болох бөгөөд талстыг бүрдүүлдэг материал ихтэй орчинд /энэ нь голдуу уусмал юм/ жижиг талстыг оруулж, үүний дараа эдгээр компонент бүтэц хэсгүүдэд жижиг талст буюу үүслийн схемийг дуурайх боломж олгодог.
Зураг дээр нэгийг нь харуулсан нано утсууд нь дамжуулах гайхамшигтай шинж чанартай бөгөөд оптикийн болон электроникийн олон салбарт ашиглагдаж байна.
Нано хоолойнууд болон нано дамжуулагчид: Графитийг ихэнхи хүмүүс харандаанд хэрэглэдэг хар материал гэж нэрлэдэг. Түүнчлэн зарим хүмүүс графитийг машины тосолгоонд ашигладаг. Учир нь молекуляр түвшиндээ графит нь үрэлт багатайгаар бие бие дээгүүрээ гулсдаг нүүрстөрөгчийн давхраануудаас бүтдэг. Нүүрстөрөгчийн эдгээр давхраа нь зургаан өнцөгт ханаар холбогдсон нүүрстөрөгчийн атомуудаас бүрддэг. Ийм торлог бүтцүүд нь хоолой болгон мушгих үед гайхамшигтай шинж чанартай болдог учир нано эрдэмтэд ихээхэн сонирхдог. Графитийн ийм цилиндрүүдийг нүүрстөрөгчийн нано хоолой гэж нэрлэж байна. Хэрэв хоолойн өргөн нь нүүрстөрөгчийн атомын нэг давхраатай тэнцүү байвал “нэг давхраат нүүрстөрөгчийн нано хоолой” гэж нэрлэдэг. Нано хоолойнууд гэдэг нь молекуляр түвшинд байгуулагдсан анхны нано хэмжээст бүтцүүдийн нэг бөгөөд үнэхээр гайхмаар физикийн болон цахилгаан шинж чанаруудаа харуулдаг. Устөрөгчийн нано хоолой хэр зэрэг бөх байж чадах талаар мэргэжилтнүүдийн гаргаж байгаа дүгнэлтүүд харилцан адилгүй байгаа боловч лабораторын судагаанаас харахад тэдгээрийн бөх бат чанарын хязгаар нь өндөр чанарын гангаас 60 дахин давж чадахыг харуулсан юм. Зарим дүгнэлтээс үзэхэд нано хоолойны хүний үснээс нарийнхан нэг ширхэг дээр 2,5 тонн ачаа зүүж болох магадлалтай гэдэг. Гэхдээ үүнийг шалгах хоолойг одоо болтол байгуулаагүй байгаа юм. Нано хоолойнууд нь ийм бат бэх төдийгүй бас уян хатан, хөнгөн юм.
Нано хоолойнууд нь дараагийн түвшинд технологиудыг гаргаж чадах боловч тэдгээрийн үйлдвэрлэл нь дөнгөж үүсэх үр хөврөлийн явцдаа байна. Том үйлдвэрүүдэд хүртэл одоогоор нэг долоо хоногт хэдхэн грамм нано хоолойг үйлдвэрлэж байна. Энэ хомсдолоос болоод нано хоолойнууд маш үнэтэй байгаа юм. Үйлдвэрлэлийн технологийг сайжруулаагүй байгаа цагт тухайн материалуудын гайхамшигтай физик шинж чанаруудыг хэрэглэх явц хягаарлагдмал болно.
Нано хоолойнуудын физик шинж чанар нь гайхамшигтай боловч тэдгээрийн цахилгаан шинж чанар бүр ч илүү их гайхамшигтай юм. Нано хоолойнуудын хэлбэрийг судалж байгаа эрдэмтэд электронууд нь хоолойн дундуур өнгөрөхдөө дамжуулагч утсууд дотуур гүйж байгаатай адилхан бана гэж урьдчилан тооцоолсон юм. Энэ таамналыг шалгаж байх үед нано хоолойнууд нь цахилгаан гүйдлийг ямарч эсэргүүцэлгүй дамжуулдаг супер дамжуулагч мэт ажилладгийг зарим эрдэмтэд илрүүлжээ. Мөн зарим эрдэмтдийн туршилтын үед нано хоолойнууд нь хагас дамжуулагч мэт ажилласан байдаг. Бүх нано хоолойнууд ч устөрөгчөөр хийгдсэн юм биш. Цахиурын нано хоолойнууд ч бас өргөн тархсан бөгөөд устөрөгчийн бус хоолойнуудыг нано дамжуулагчууд гэж голдуу нэрлэж байна. Эдгээр нано хоолойнууд болон нано дамжуулагчуудын олон талын шинж чанарууд нь өнөө үед наноскоп цахилгаан төхөөрөмж гаргаж авах зорилгоор судлагдаж байна. Нано хоолойнуудын хэмжээ нь орчин үеийн микрочипүүдийн холбогч элементүүдийн хэмжээний ойролцоогоор 1 хувьтай тэнцэж байгаа бөгөөд маш өндөр дамжуулах чадвартай нэгдлүүдийг байгуулах санаа нь чипийг боловсруулах салбарт хамгийн гол саатуулагч хүчин зүйл болоод байгаа металл утсан дотуур электронууд урсах үед үүсдэг дулааныг арилгах сэтгэл татам боломжуудыг санал болгож байна.
Нэгэн зүйл: Нано бүтцүүд нь компонент хэсгүүдээс үүсэх ёстой. Байгаль дээр тааралддаг 91 элементийн атомууд нь суурь бүрдүүлэгч хэгүүд нь болдог. Саланги тусдаа атомаас эхлэх нь голдуу үр дүн муутай юм. Энэ хандлагын давуу болон сул талууд нь сканнер микроскоп ашиглан атомын масштаб хэмжээтэй нано бүтцүүдийг байгуулах үед харагддаг. Ялангуяа нэгдмэл наноскоп машиныг биш, материалын микроскопын хэмжээг бий болгохыг чармайх үед илүү тод харагддаг. Нано бүтцүүд дээр ажилласнаараа 1996 онд Нобелийн шагнал хүртсэн Ричард Смэлли “ийм бүтцийн атомын тоо нь 23 тэгтэй, 6-тай тэнцүү учраас хэдхэн унци /1 унци 28.3 грамм/ материалыг гаргаж авахын тулд атом нэг бүрээр нь угсрах учраас нано машин 19 сая жил ажиллах шаардлагатай болно” гэж дүгнэсэн юм. Хэрэв нэг атомын хэмжээ нь нэг жижиг амны халбага устай тэнцүү байвал дээрх тооны атомыг Номхон далайн устай жишиж болох билээ.
Машинаас эхлээд цаг угсарч чадах, хаа сайгүй явж ажиллах наноскоп роботыг төсөөлөн мөрөөдөж байгаа хүмүүсийн идэвхийг эдгээр тооцоо нэлээд сааруулж байна. Гэвч өнөө үед нано бүтцүүдийг үндэслэн том массивын материалыг бий болгох найдвар төрүүлсэн хувилбарууд гарч ирж байгаа юм.
Сенсорууд /мэдрэгчүүд/
Сенсорууд буюу датчикууд нь илрүүлэх шаардлагатай ямар нэгэн зүйл илрэх үед тодорхой байдлаар хариу өгөх ёстой бүтцүүд юм. Температур, ус, гэрэл, авиа, цахилгаан, тодорхой молекулууд, бактери, токсин хордуулагчууд, тэсрэх бодисууд, ДНХ-н датчикуудыг одоо бүтээгээд байна. Сенсоруудыг боловсруулахаар ашиглаж байгаа аргуудын нэг нь молекуляр танилтыг ашиглах явдал юм. Энэ нь нэлээд төвөгтэй хэд хэдэн молекулуудыг синтезийн аргаар гаргаж, “молекуляр металл квадрат” хэмээн нэрлэх бөгөөд тодорхой молекулыг танихад зориулагдсан юм. Тодорхой геометрүүд ба молекуляр нягтралын схемүүдтэй квадратууд нь Үнсгэлжингийн үлгэрийн хэсгийг амьдралд хэрэгжүүлж чадсан юм. Үнсгэлжингийн бяцхан хөл нь алтан туфльд таардаг шигээр молекуляр квадратад таарч бусад молекулууд нь бусад хэмжээ, хэлбэрүүдтэй тохирдоггүй. Анализ хийгдэж байгаа молекулыг молекуляр квадрат нь таньж баримагц квадрат дээр голдуу гэрэл тусдаг. Өндөр түвшиний цэгүүдтэй тестүүдийн хувьд жирийн нүдээр харж чадахгүй ч үүнийг харах чадвартай лаборторын төхөөрөмж бүтээхэд тийм ч хэцүү биш. Ингэсэнээр дэлхийн хамгийн мэдрэмтгий сенсорууд болох боломж квадратуудад олдож байгаа юм.
Нано хэмжээст био бүтцүүд
Нано хэмжээст био бүтцийн нэг жишээ бол өөрөө угсрагддаг “хиймэл яс” бөгөөд зураг дээр ерөнхий зарчмыг харуулав: Ясыг бүрдүүлж байгаа молекулууд нь химийн холбоосуудын тусламжтайгаар барьцалддаг. Өөрийнхөө ээлжинд эдгээр молекулууд нь жинхэнэ холбооноос арай сул дотоод харилцан үйлчлэлтэй байдаг. Энэ нь усан дотор гадаргуугийн таталцал үүсэгдэгтэй төсөөтэй юм. Гэвч тэдгээр нь бүх молекулуудыг тодорхой хэлбэр үүсгэн барьж чаддаг. Тухайн тохиолдолд энэ нь цилиндр хэлбэртэй байна. Ясны молекулууд нь хүссэн хэлбэрээ үүсгэн, орон зайг өөрөө эзлэхээр боловсруулагдсан юм. Ясыг маш бөх болгохын тулд угсралтын дараа молекулуудыг маш нягт багцлах ёстой. Багцалсан молекулуудын бүтцийг хүний дархлааны системтэй тохиромжтой болгож болно. Үүний тулд хиймэл ясны гадаад бүрхүүлийг эцсийн дүнд үүсгэдэг бүлэг атомуудыг тохирох хэлбэрээр сонгох ёстой. Далайн ёроолын хадан цохион дээр сувд үүсэх, металлын хэсэгхэн гадаргуу дээр алтан тоос суухтай адилаар гадаад бүрхүүлийг тойрон жинхэнэ байгалийн яс үүсэхүйцээр уг бүрхүүлийг бодож боловсруулдаг байна. Энэ нь хүний биеийг засах гол түлхүүр бөгөөд биеийн гэмтсэн эдүүдийн оронд металл, эсвэл керамик суулгацууд тавьж орлуулалгүй, байгалийн ая зөнгөөрөө өөрийгөө засах боломжийг организмд олгож байгаа хэрэг.
Алган дээрх туршилт: чип дээр байгуулсан лаборатори
Шинжлэх ухааны тоног төхөөрөмжүүд нь хангалттай их зай эзэлж байгаа боловч хэрэг дээрээ бол лабораторийн орон зайн ихэнхи хэсгийг ширээ, тавиур, нээлттэй гадаргуунууд, компьютерууд, ослын тоног төхөөрөмж, сандал зэрэг лабораторид ажиллаж байгаа хүмүүст хэрэглэгддэг зүйлсүүд эзэлж байдаг. Хэрэв лаборатор доторхи хүний бүх үйл ажиллагааг автоматжуулж, орон зайг шахаж болдог бол лабораторыг бүхэлд нь маш цомхон, бага оврын болгож болно. Тэр ч байтугай лабораторийг бүхэлд нь микро чипэн дээр ч багтааж болно. Тэгснээр олон төрлийн зардлууд хэмнэгдэж, судалгаа хийхэд илүү хялбар, хурдан, хямд болохоос гадна хэдэн зуу, мянган судалгааг зэрэг хийх боломжтой болно. Чип дээр байгуулагдсан лаборатор хэмээн нэрлэгдэж байгаа, хөгжингүй технологийн үндэс нь энэ санаа юм. Анх харахад, автоматжуулсан энэ бяцхан лабораториуд нь электрон ах дүү төхөөрөмжтэй тастэй бөгөөд голдуу цахиурын гадаргуу дээр байгуулагддаг. Маш жижижг үүрүүд нь микроскоп болон наноскоп холбоосоор холбогддог. Ялгаа нь гэвэл чип доторхи холбоосууд тэр бүр цахилгааныг дамжуулдаггүй. Чип дээр лабораторийг байгуулах ажиллагаа нь литографи болон түлэлт зэрэг шалгаж жигдрүүлсэн цахиурын технологийг ашиглан явагддаг. Түүнчлэн чип дээрх лаб нь орон зайг хэмнэх асуудал нэн чухал байдаг орбитын станцын туршилтуудад ашиглагдаж болно.
маш хэрэгтэй зүйл оруулжээ баярлалаа
ReplyDelete