¿Qué es la nanotecnología? ¿Qué es la nanotecnología?
Introducción a la Nanotecnología
La nanociencia y la tecnología son ciencia y tecnología basadas en muchas ciencias y tecnologías modernas y avanzadas. Es producto de la combinación de la ciencia moderna, la física del caos, la mecánica cuántica, la física mesoscópica, la biología molecular y la tecnología moderna, la tecnología informática, la microelectrónica y la tecnología de microscopios de efecto túnel y la tecnología de análisis nuclear. La nanociencia y la tecnología desencadenarán una serie de nuevas ciencias y tecnologías, como la nanofísica, la nanobiología y la nanoquímica.
Importancia teórica de la nanotecnología
La nanotecnología* * *La nanotecnología* *, también conocida como nanotecnología, es el estudio de las propiedades de materiales con dimensiones estructurales entre 1 nm y 100 nm. tecnología aplicada. Tras la invención del microscopio de efecto túnel en 1981, nació un mundo molecular con una longitud de 1 a 100 nanómetros cuyo objetivo final es construir productos con funciones específicas directamente a partir de átomos o moléculas. Entonces, la nanotecnología es en realidad una tecnología que utiliza átomos y moléculas individuales para organizar la materia.
De las investigaciones actuales se desprenden tres conceptos sobre nanotecnología:
El primero es la creación del científico estadounidense Dr. Drexler en "De 65438 a 0986" La nanotecnología molecular propuesta en el libro "Máquinas". Según este concepto, se puede hacer práctica una máquina que combine moléculas, de modo que se puedan combinar varias moléculas a voluntad para crear cualquier tipo de estructura molecular. La nanotecnología no ha logrado avances significativos con este concepto.
El segundo concepto define la nanotecnología como el límite de la tecnología de micromecanizado. Es decir, una tecnología que forma artificialmente estructuras a nanoescala mediante un "procesamiento" de precisión nanométrica. Esta tecnología de procesamiento a nanoescala también lleva al límite la miniaturización de semiconductores. Incluso si la tecnología existente continúa desarrollándose, eventualmente alcanzará su límite en teoría, porque si el ancho de la línea del circuito disminuye gradualmente, la película aislante que forma el circuito se volverá extremadamente delgada, destruyendo el efecto de aislamiento. Además, existen problemas como fiebre y temblores. Para abordar estas cuestiones, ¿investigación? a href = '' target = '_blank' & gtcough cerrado? ¿Cómo es posible que Xinzi Tooluan sea tan bueno a la hora de juzgar el mercado internacional? /p>
El tercer concepto se propone desde una perspectiva biológica. Resulta que los seres vivos tienen estructuras a nanoescala en células y biopelículas. El desarrollo de computadoras moleculares de ADN y computadoras biológicas celulares se ha convertido en una parte importante de la nanotecnología.
El contenido principal de la nanotecnología
La nanotecnología es un tema integral con fuertes características transversales, y su contenido de investigación cubre una amplia gama de ciencia y tecnología modernas. La nanotecnología incluye principalmente:
Física de nanosistemas, nanoquímica, ciencia de nanomateriales, nanobiología, nanoelectrónica, nanomaquinaria, nanomecánica, etc. Estas siete disciplinas relativamente independientes pero interpenetradas y tres áreas de investigación: nanomateriales, nanodispositivos y detección y caracterización a nanoescala. La preparación y la investigación de nanomateriales son la base de toda la nanotecnología. Entre ellos, la nanofísica y la nanoquímica son la base teórica de la nanotecnología, y la nanoelectrónica es el contenido más importante de la nanotecnología.
En 65438-0993 se celebró en Estados Unidos la primera Conferencia Internacional de Nanotecnología * * * INTC * * La nanotecnología se dividió en nanofísica, nanobiología, nanoquímica, nanoelectrónica, tecnología de nanoprocesamiento y las seis ramas de la nanometría. Promover el desarrollo de la nanotecnología. Debido a la particularidad, magia y universalidad de esta tecnología, ha atraído a muchos científicos destacados de todo el mundo para realizar investigaciones diligentes al respecto. La nanotecnología generalmente se refiere a la tecnología de materiales, diseño, fabricación, medición, control y productos en la escala nanométrica de 0,1 a 100 nm. La nanotecnología incluye principalmente: tecnología de medición a nanoescala: tecnología de prueba de propiedades físicas y mecánicas de superficies a nanoescala; tecnología de procesamiento a nanoescala; tecnología de nanobiotecnología;
La nanotecnología incluye los siguientes cuatro aspectos principales:
1. Nanomateriales: cuando una sustancia alcanza la nanoescala, es decir, entre 0,1 y 100 nanómetros, las propiedades de la sustancia cambiarán repentinamente. Aparecen propiedades especiales. Este tipo de material es diferente de los átomos y moléculas originales, y también diferente del material macroscópico, y se llama nanomaterial.
Si se trata sólo de un material a nanoescala sin propiedades especiales, no se puede llamar nanomaterial.
En el pasado, la gente sólo prestaba atención a los átomos, las moléculas o el universo, ignorando a menudo este campo intermedio que realmente existe en la naturaleza en grandes cantidades, y antes no se daba cuenta de la eficiencia de esta escala. Los científicos japoneses fueron los primeros en darse cuenta de su eficacia e introdujeron el concepto de nanómetros. Prepararon iones ultrafinos mediante evaporación en la década de 1970. Al estudiar su eficiencia, descubrieron que un conductor de cobre y plata que conduce electricidad y calor pierde sus propiedades originales y no conduce ni electricidad ni calor después de convertirse en nanoescala. Lo mismo ocurre con los materiales magnéticos, como las aleaciones de hierro y cobalto. Si se le da un tamaño de unos 20 a 30 nanómetros, el dominio magnético se convertirá en un dominio magnético único y su magnetismo será 1.000 veces mayor que el original. A mediados de la década de 1980, este tipo de materiales se denominaron oficialmente nanomateriales.
¿Por qué el dominio magnético se convirtió en un único dominio magnético y su magnetismo era 1000 veces mayor que antes? Esto se debe a que la disposición de los átomos individuales en un dominio magnético no es muy regular, pero hay un núcleo en el medio de un solo átomo y electrones que lo rodean. Esta es la razón de la formación del magnetismo. Pero una vez que se convierte en un dominio magnético único, los átomos individuales se organizan regularmente y muestran un fuerte magnetismo hacia el mundo exterior.
Esta característica se utiliza principalmente para fabricar micromotores. Si la tecnología se desarrolla hasta cierto punto, se puede utilizar para crear levitación magnética, que puede crear motores más rápidos, más estables y con mayor ahorro de energía. trenes de velocidad.
2. Nanodinámica: Principalmente micromáquinas y micromotores, o sistemas microelectromecánicos * * * * *, utilizados en maquinaria de transmisión, sistemas de comunicación por fibra óptica, dispositivos electrónicos especiales, instrumentos médicos y de diagnóstico, etc. de sensores y miniaturas. actuadores. Utiliza una nueva tecnología similar al diseño y fabricación de electrodomésticos integrados. La característica es que las piezas son muy pequeñas, la profundidad de grabado a menudo requiere de decenas a cientos de micrones y el error de ancho es muy pequeño. Este proceso también se puede utilizar para fabricar motores trifásicos, centrífugas de ultra alta velocidad o giroscopios. En consecuencia, en los estudios se deberían detectar la microdeformación y la microfricción a escala casi atómica. Aunque todavía no se encuentran realmente en la nanoescala, tienen un enorme valor científico y económico potencial.
En teoría, los micromotores y la tecnología de detección pueden alcanzar la nanoescala.
3. Nanobiología y nanofarmacología: por ejemplo, se utilizan oro coloidal del tamaño de nanopartículas para fijar partículas de ADN en la superficie de mica, y electrodos interdigitales en la superficie de dióxido de silicio se utilizan para realizar experimentos sobre la interacción entre biomoléculas. , conducen membranas biológicas planas bicapa de fosfolípidos y ácidos grasos, y estructura fina del ADN. Con la nanotecnología, también es posible colocar piezas o componentes en células para formar nuevos materiales mediante el autoensamblaje. Aproximadamente la mitad de los nuevos medicamentos, incluso los polvos finos con partículas del tamaño de una micra, son insolubles en agua, pero si las partículas son de tamaño nanométrico, es decir, partículas ultrafinas, se pueden disolver en agua;
Cuando la nanobiología evoluciona hacia una determinada tecnología, se pueden utilizar nanomateriales para producir células nanobiológicas con capacidades de reconocimiento, y la absorción biomédica de células cancerosas se puede inyectar en el cuerpo humano para matarlas de forma selectiva. * * *Esta es una vieja mejora monetaria* * *
4. Nanoelectrónica: incluye dispositivos nanoelectrónicos basados en efectos cuánticos, propiedades ópticas/eléctricas de nanoestructuras, caracterización de materiales nanoelectrónicos y manipulación y ensamblaje atómicos. Las tendencias actuales en electrónica requieren que los dispositivos y sistemas sean más pequeños, más rápidos, más fríos y más pequeños, lo que significa una respuesta más rápida. Más frío significa menos consumo de energía por parte de dispositivos individuales. Pero más pequeño no es infinito. La nanotecnología es la última frontera para los constructores y su impacto será enorme.
Peligros potenciales de la nanotecnología
Al igual que la biotecnología, la nanotecnología también tiene muchos problemas ambientales y de seguridad, como por ejemplo si su pequeño tamaño puede evitar el sistema de defensa natural de los organismos y si puede biodegradarse. , cuántos efectos secundarios hay.
Riesgos sociales
Peligros de las nanopartículas
Nanomateriales* * *Los materiales que contienen nanopartículas* * * en sí mismos no son dañinos. Sólo ciertos aspectos son perjudiciales, especialmente su movilidad y reflejos mejorados. Sólo cuando algún aspecto de determinadas nanopartículas es perjudicial para los seres vivos o el medio ambiente nos enfrentamos a un daño real.
Para hablar del impacto de los nanomateriales en la salud y el medio ambiente, debemos distinguir entre dos tipos de nanoestructuras:
Nanopartículas ensambladas sobre un sustrato, material o dispositivo, como nanoestructuras Materiales compuestos, estructuras de nanosuperficies o nanocomponentes* * * *Electrónica, sensores ópticos, etc. , también llamadas nanopartículas inmovilizadas.
Nanopartículas “libres”, ya sea almacenadas en algún paso de producción o utilizadas directamente como nanopartículas individuales.
Estas nanopartículas libres pueden ser elementos individuales de tamaño nanométrico, compuestos o mezclas complejas, como nanopartículas "recubiertas" o "núcleos-cubiertas" en las que un elemento está recubierto con otra sustancia.
La sabiduría moderna aceptada es que, si bien debemos centrarnos en materiales con nanopartículas inmovilizadas, las nanopartículas libres son la preocupación más apremiante.
Porque las nanopartículas son tan diferentes de las que se encuentran en la vida cotidiana que sus efectos nocivos no pueden deducirse de su conocida toxicidad. Discutir de esta manera los impactos ambientales y de salud de las nanopartículas libres tiene implicaciones importantes.
Para complicar aún más las cosas, cuando hablamos de nanopartículas, debemos saber que los polvos o líquidos que contienen nanopartículas casi nunca son monodispersos, sino que vienen en muchos tamaños diferentes dentro de un rango determinado. Esto complicará el análisis experimental porque las nanopartículas grandes pueden tener propiedades diferentes a las de las nanopartículas pequeñas. Además, las nanopartículas tienen tendencia a agregarse y las nanopartículas agregadas se comportan de manera diferente a las nanopartículas individuales.
Problemas de salud
Hay cuatro formas en que las nanopartículas ingresan al cuerpo humano: inhalación, ingestión, absorción de paneles, inyección intencional durante procedimientos médicos o liberación de implantes. Una vez dentro del cuerpo, son muy móviles. En algunos casos, incluso pueden cruzar la barrera hematoencefálica.
El comportamiento de las nanopartículas en los órganos sigue siendo un gran tema por estudiar. Básicamente, el comportamiento de las nanopartículas depende de su tamaño, forma e interacción con el tejido circundante. Pueden causar una "sobrecarga" de fagocitos que engullen y destruyen cuerpos extraños, provocando fiebre defensiva y reduciendo la inmunidad del cuerpo.
Pueden acumularse en los órganos porque no pueden degradarse o degradarse lentamente. Otra preocupación es el peligro potencial de que reaccionen con ciertos procesos biológicos del cuerpo humano. Debido a su gran superficie, las nanopartículas expuestas a tejidos y fluidos adsorben inmediatamente las moléculas grandes que encuentran. Por ejemplo, esto afectaría a los mecanismos reguladores de enzimas y otras proteínas.
Cuestiones medioambientales
La principal preocupación es que las nanopartículas puedan causar peligros desconocidos.
Riesgos Sociales
El uso de la nanotecnología también tiene riesgos sociales. A nivel instrumental, también incluye la posibilidad de utilizar la nanotecnología en el ámbito militar. * * * En el Instituto de Nanotecnología para Soldados del MIT se están estudiando, por ejemplo, implantes u otras formas de equipar a los soldados, así como métodos de seguimiento mejorados con nanosondas.
A nivel estructural, los críticos de la nanotecnología argumentan que abre un nuevo mundo controlado por los derechos de propiedad y las corporaciones. Señalan que así como la capacidad de la biotecnología para manipular genes conlleva el patentamiento de la vida, la capacidad de la nanotecnología para manipular moléculas conlleva el patentamiento de la materia. La obtención de patentes a nanoescala ha sido una especie de fiebre del oro en los últimos años. En 2003 se aprobaron más de 800 patentes relacionadas con los nanómetros, y este número aumenta cada año. Las grandes empresas monopolizan numerosas patentes de invenciones y descubrimientos a nanoescala. Por ejemplo, dos grandes empresas, NEC e IBM, poseen patentes básicas sobre nanotubos de carbono, una de las piedras angulares de la nanotecnología. Los nanotubos de carbono son versátiles y se espera que desempeñen un papel clave en muchos sectores industriales, desde la electrónica y las computadoras hasta los materiales de refuerzo, la administración de medicamentos y el diagnóstico. Los nanotubos de carbono tienen el potencial de convertirse en un importante material comercializado industrialmente que sustituirá a las materias primas tradicionales. Sin embargo, a medida que su uso se expande, cualquiera que quiera fabricar o vender nanotubos de carbono, independientemente de su aplicación, primero debe adquirir una licencia de NEC o IBM.
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