Наноматериалы и перспективы их применения

Впервые концепция наноматериалов была сформулирована в 80-х годах XX века Г. Глейтером, который ввел в научный обиход и сам термин – «наноматериал». Кроме традиционных наноматериалов (таких как химические элементы и соединения, аморфные вещества, металлы и их сплавы) к ним относят нанополупроводники, нанополимеры, нанопористые материалы, нанопорошки, многочисленные углеродные наноструктуры, нанобиоматериалы, супрамолекулярные структуры и катализаторы.

Факторами, определяющими уникальные свойства наноматериалов, являются размерные, электронные и квантовые эффекты образующих их наночастиц, а также их очень развитая поверхность. Многочисленными исследованиями показано, что значительные и технически интересные изменения физико-механических свойств наноматериалов (прочность, твердость и т.д.) происходят в интервале размеров частиц от нескольких нанометров до 100 нм. В настоящее время уже получены многие наноматериалы на основе нитридов и боридов с размером кристаллитов около 1–2 нм и менее.

Благодаря специфическим свойствам наночастиц, лежащих в их основе, такие материалы часто превосходят «обычные» по многим параметрам. Например, прочность металла, полученного средствами нанотехнологии, превышает прочность обычного в 1,5–3 раза, его твердость больше в 50–70 раз, а коррозийная стойкость – в 10–12 раз.

Области применения наноматериалов:

• элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры; фотодетекторы; солнечные элементы; различные сенсоры)
• устройства сверхплотной записи информации
• телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии, суперкомпьютеры
• видеотехника — плоские экраны, мониторы, видеопроекторы
• молекулярные электронные устройства, в том числе переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне
• топливные элементы и устройства хранения энергии
• устройства микро- и наномеханики, в том числе молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы
• нанохимия и катализ, в том числе управление горением, нанесение покрытий, электрохимия и фармацевтика
• авиационные, космические и оборонные приложения устройства контроля состояния окружающей среды
• целевая доставка лекарств и протеинов, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническая и медицинская диагностика, создание искусственных мускулов, костей, имплантация живых органов
• биомеханика, геномика, биоинформатика, биоинструментарий
• регистрация и идентификация канцерогенных тканей, патогенов и биологически вредных агентов; безопасность в сельском хозяйстве и при производстве пищевых продуктов.