История. 
Достижения современного естествознания в области нанотехнологии

Учёным и технологам давно известно, что весьма мелкие частицы различных веществ обладают свойствами не адекватными свойствам этих веществ в относительно больших объёмных фазах. Например, древне римляне применяли сверхмалые частицы золота или серебра для придания различным стекляным изделиям (бокалам) специфическую окраску. На рис. 1 изготовлен кубок, имеющий рубиновую окраску. Эффект достигнут за счёт введения в материал наночастиц золота, что придавало стеклу благородные цветовые рубиновые оптические свойства. При этом можно заметить, что здесь полученный эффект нельзя отнести к осознанному явлению. Это неосознанный процесс стеклодувов, полученный в результате многовековой практики. Аналогично можно сказать о коллоидных суспензиях, когда системы с частицами менее микрона в жидкой среде предствляют лекарственные препараты и т. д.

Истинным же первооткрывателем понятия НТи первое использование понятий НТ состоялось в докладе, который сделал физик Ричард Фейнман в американском Физическом Обществе, на встрече в Caltech 29 декабря 1959 года. Феёнман описал процесс, который способен управлять индивидуальными атомами и молекулами, который мог быть развит, используя один из наборов точных инструментов для создания другого набора с меньшими размерами и так далее — для управления другими пропорционально меньшими частицами. В ходе доклада Фейнман отметил, что в оценке задачи появления эффекта изменения величин различных физических состояний существует опасность НТ в вопросах влияния поверхностной напряженности создаваемых веществ и др.

Тем не менее, дата отсчёта времени со дня появления термина «нанотехнология» отсчитывается от заявления профессора университета Науки Токио Норайо Танигачи[2], опубликованного в 1974 году:

— Нанотехнология главным образом состоит из обработки, разделения, консолидации и деформации материалов одним атомом или одной молекулой.

В 1980;ых годах основная идея этого определения исследовалась с намного большей глубиною доктором К. Эриком Дрекслером, который развил технологическое значение явлений нано-масштаба и устройств в своих устных выступлениях и в книгах: «Прибывающая Эра Нанотехнологии и Наносистем», «Молекулярные Машины», «Производство, и Вычисление». 3] К этому времени уже появились новые материалы, микроскопическая структура которых определяла их существенно новые технологические свойства (керметы, ситаллы, композиционные материалы и композиционные покрытия, и др.). Однако началом эры нанотехнологии и нанонауки можно считать следующие события начала 1980;ых годов: рождение науки о нанопорошках; изобретение сканирующего туннельного микроскопа (STM).

Эти достижения, в частности, привели к открытию фуллеренов в 1986 году и углеродных нанотрубок несколько лет спустя. Затем были изучены синтез и свойства полупроводниковых нанокристаллов. Это приводило к быстрому прогрессу теоретических и прикладных исследований субмикроскопических частиц. Атомный силовой микроскоп был изобретен спустя шесть лет после того, как был создан STM.

В 2000 году была основана Национальная Инициатива Нанотехнологии Соединенных Штатов для координации тамошних общефедеральных научных исследований по нанотехнологии. [4].

Появлению понятия «нанотехнология» предшествало много сценариев в области литературы, в мире фантастики и всевозможных СМИ. В последнее время параллеллно этому развивается мощная индустрия применения нанопроцессов в получении новых материалов. Различного рода гипотезы из мира фантастики становятся реальностью. Важно своевременно выйти из состояния мистики и переключиться на реальные действия. Как говорится, «пора перейти от простого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике». Получаемые первые выдающиеся результаты опровергают высказывания многих скептиков и фантазёров. Не случайно на развитие научно-технической базы нанотехнологий ведущие страны мирового сообщества выделяют огромные средства.

В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки НТ почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $ 10 млрд. На долю частных доноров — корпораций и фондов — пришлось примерно $ 6.6 млрд инвестиций, на долю государственных структур — около $ 3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объему капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых НТ на 126% по сравнению с 2003 годом (общий объем инвестиций составил $ 4 млрд.), США — на 122% ($ 3.4 млрд.). В настоящее время (2008 год) финансирование России на развитие нанотехнологий значительно увеличено, но по сравнению с уровнем США оно намного меньшее.

Родоначальником понятия нанотехнологии считают греческого философа Демокрита, который в 400 г. до н.э., описывая самую малую частицу вещества, использовал термин «атом», который в переводе с греческого языка означает «нераскалываемый».

В 1661 г. ирландский химик Роберт Бойл ввел научное понятие «корпусколы», обозначив им сверхмалые детали, которые в разных сочетаниях образуют вещества и предметы. В1883 г. американский изобретатель Георг Истмэн разработал фотопленку и создал всемирно известную компанию KODAK.

В 1905 г. швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой установил размер молекулы сахарозы — около 1 нанометра (нм). Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска в 1931 г. создали электронный микроскоп, с помощью которого можно исследовать нанообъекты.

Сотрудники научного центра американской компании Bell Альфред Чо и Джон Артур в 1968 г. разработали теоретические основы нанотехнологии для обработки поверхностей.

В 1974 г. японский физик Норио Танигучи ввел в научный лексикон слово «нанотехнологии», для объектов размером менее микрона (1 мкм). 1981 г. — в Германии физики Герд Биннинг и Генрих Рорер создали микроскоп, с помощью которого стали возможными исследования на атомарном уровне.

В США в 1982 г. Бенуа Мандельброт ввел в математике нанопонятие «фракталы», в1985 г. — физики Роберт Керл, Хэрольд Крото, Ричард Смэйли разработали технологию определения размеров объектов в 1 нм. В 1986 г. футуролог Эрик Дрекслер предсказал бурное развитие нанотехнологии. В 1989 г. Дональд Эйглер — сотрудник компании IBM выложил название своей фирмы атомами ксенона. 1993 г. — в честь физика Ричарда Фейнмана в США стали присуждать Фейнмановскую премию (Р. Фейнман в 1959 г. заявил, что многие научные проблемы будут решены, когда ученые научатся работать на атомарном уровне; в 1965 г. стал лауреатом Нобелевской премии за исследования в квантовой электродинамике). 1999 г. — физики Джеймс Тур и Марк Рид установили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как и молекулярные цепочки.

1998 г. — голландский физик Сеез Деккер создал на основе нанотехнологии транзистор.

Таким образом, история возникновения нанотехнологиии как области научных знаний имеет глубокие корни и длительный этап становления и развития. На рубеже XX и XXI вв. нанотехнология получила активное развитие и распространение во всех сферах человеческой деятельности от военно-промышленного комплекса до изготовления потребительских товаров и продуктов питания. В развитых странах мира активно финансируются и проводятся исследования в области нанотехнологии. Так, в США (2000 г.) создана федеральная организация National Nanotechnology Initiative с государственным финансированием 500 млн долл. в год.

В 2004 г. банк Credit Suisse First Boston (США) опубликовал аналитический доклад о будущем нанотехнологии, в котором утверждается, что: нанотехнология является классической «технологией общего назначения»;

нанотехнология — суть преобразования современной технологии;

нанотехнология послужит основой создания принципиально новой технологии и соответственно принципиально новых продуктов. Нанотехнологии придут на смену существующим технологиям подобно тому, как, например, электричество заменило пар, электронная почта — телеграф.

В июне 2005 г. на первой конференции Nano Food (Wageninger, Netherlands) впервые было введено понятие «нанопища» («нанопитание»). Нанотехнологии являются основой инноваций в пищевой технологии, а также тотального мониторинга качества и безопасности производства продуктов питания путем диагностики так называемых квантовых точек (наносенсоров), способных достоверно определять химические, биологические и другие включения.

По мнению зарубежных ученых, нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Современному человеку это кажется фантастикой, но предполагается, что в будущем молекулярные роботы смогут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных, при этом предполагают возможность производства молока, минуя промежуточное звено — корову (цитируется по материалам INTERNET).