«Нанотехнология» нима дегани? (видео)

1673 йилда Антони Ван Левенгук инсонлардан биринчи бўлиб, микроскоп орқали микробларнинг бевосита кўриш ва уларни кузатишга муваффақ бўлди. Унинг 250-300 марта катталаштирувчи микроскопни яратгани ўз замонаси учун оламшумул аҳамият касб етувчи воқеа бўлишини ҳеч ким хатто тасаввур ҳам қилмаган эди. Одамлар биргина сув томчисида улкан микдордаги майда тирик жонзодлар борлигини, қон томчиси эса кўплаб қизил таначалардан ташкил топишини ҳайратланиб кузатдилар. Бу ихтиро охир-оқибатда микробиологиянинг яратилишига олиб келди. Мана, инсоният узоқ йил давомида микро оламни ўрганиб келмокда. Бу тадқиқотлар натижасида микроэлектроника, микрохирургия каби амалий фан соҳалари вужудга келди. Микробиология эса турли-туман вакциналарни синтез қилишдан тортиб, тирик орган ёки бутун бошли организмларни клонлаштиришдек ўта мураккаб масалаларни хал қилишда мисли кўрилмаган ютуқларга эришди. Инсоният, йигирманчи асрнинг ўрталарига келиб, наноўлчамлар (ёки метрнинг миллиардан бир улушига тенг келувчи ўлчам) га бевосита рўбару келиш ва улар устида операциялар ўтказиш имкониятини қўлга киритди. Айнан наноўлчам муҳитида ишлаш имконияти туфайли нанотехнологиянинг замонавий тушунчаси яратилди.

1. Нанотехнология нима?
2. Биз келажакда нанотехнологиядан нима кутишимиз мумкин?
3. Нанотехнологияларни тадбиқ қилиш оқибатида қандай тахдид ва муммолар туғилади?
4. Нанотехнология: биринчи қадамлар.
5. Наномоторлар дунёсидан янгилик.
6. Нанотехнологиялар наномашиналар учун йўл солмоқда.
7. Нанозаррачалар-қаллоблар билан курашади.
8. Наноёқилғи синовларга тайёр.
9. Нанотехнология саратон касаллиги билан курашда ёрдамлашади.


 


1. Нанотехнология нима?

Нанотехнологиянинг тўла-тукис ва равшан таърифи йўқ ва боз устига бўлиши ҳам мумкин эмас. Уларнинг қўлланилиш соҳаси жудаям кенг. Бунда, умумий ҳол учун «нано» ўлчам ёки  109 метр, янаям аниқрок айтганда эса нанометр даражасидаги технологик жараёнлар кўзда тутилади. Биринчи нанотехнология - smallқарашда ўлчам аҳамиятга эга эмасдек туюлиши мумкин! Бироқ «микро»дан наноўлчамга ўтиш бу биргина миқдорий эмас, энг аввало сифат жиҳатдан ўзгариш жараёнидир. Бунда инсон атомлар даражасига ўтиш орқали моддани эмас, балки алоҳида атомларни манипуляция қилишга киришади. Бунга мос келувчи мисолни табиатнинг ўзидан танлаб оламиз. Углерод моддаси бу ҳолда оддийгина графит ва бошқа ҳолда эса табиатнинг энг қаттик минерали – олмос бўлиши мумкин. Бунинг сабаби олмос атомларининг амалда идеал геометрик фигура куб ҳосил қилиб жойлашганидадир. Маьлумки, таркиби бир хил, лекин молекуласидаги атомларнинг фазодаги жойлашуви хар хил бўлувчи кимёвий бирикма (изомер)лар бир-биридан кескин фарқ қилувчи турли-туман хоссаларга эга бўлишади. Албатта, инсон фақат кимёвий жараёнлар кечиши учун лозим бўлган шароитларни ҳосил килиш йўли билан сунъий кимёвий бирикмаларни яратишга эришган бўлсада, лекин унда хар бир атом устида бевосита операция (амал) ўтказиш имконияти мавжуд эмас эди.

Гарчи, 1959 йилда нобель мукофоти лаурияти Ричард Фейман, «инсон алохида атомлар устида турли амаллар бажариш (манипуляциялаш)ни ўрганидан сўнг, ўзи истаган хар қандай моддани бемалол синтез қила олади» деб башорат қилган бўлсада, нанотехнологиянинг пайдо бўлишидаги биринчи амалий қадам 1981-йилда яратилган кўчириб олувчи (сканерловчи), тунелли микроскоп бўлди. IBM нинг Швейцария бўлимидаги икки олим Г.Биннинг ва Г.Роред 1981 йилда юзалар микрорельефини ўлчаш муаммолари билан шуғулланиб, материалнинг юзасидаги якка атомларни ҳам фарқлаш қобилиятига эга бўлган тунелли микроскопни яратишга сазовор бўлдилар. Бунда микроскопнинг ажрата олиш қобилияти бир неча нанометрни ташкил этади. Тунелли микроскопнинг ўзига ҳос томони шундан иборатки, унинг кичик кучланиш бериладиган ўткир игнали учи материал сиртида ундан тахминан бир нанометр масофада юриб ҳаракатланади. Ундан юзага электронлар квант бушлиги («тунель») орқали ўтиб, қиймати игна ва юза орасидаги масофага боғлик бўлувчи кичик электр токини ҳосил қилади, бу масофанинг ўзгариши эса токнинг сезиларли ўзгаришига сабабчи бўлади. Олимларда бундан сўнг материалнинг юзасидаги якка атомларни фарқлаш имконияти пайдо бўлди. Лекин мазкур микроскопнинг асосий қиймати бунда эмас. Нисбатан оддий конструкцияли тузилишга эга бўлган бу тунелли микроскоп нафақат «кўриш» ва балки якка атомларга таъсир қила олиш қобилятига эга эканлигини намоён қилди. Натижада катъий белгиланган атомлардан инсон томонидан белгиланган архитектура ҳосил қилиб, тайинли ўлчамларга эга бўлувчи, исталган бир моддани яратиш имконияти қўлга киритилди. 1986 йилга келиб, тунелли микроскопдан фарқли нафакат ўтказгич ва балким исталган микроскоп (АКШ) яратилди.

Ўтган аср 90-йилларнинг ўртасида нанотехнология ишлаб чиқариш саноатига кириб келди. Бугунги кунда нанотехнология билан шуғулланмайдиган бирорта йирик IT компания қолмади. Бу тармоқни молиялаштириш учун ажратилган сармоялар йилига миллиардлаб долларни ташкил этмокда. Intel, AMD, IBM, Samsung ва кўпгина бошка корпорациялар бу соханинг етакчилари ҳисобланишади. Микроэлектроника аста-секин наноэлектроникага ўтиб бормоқда. 2004-йилдан бошлаб процессор тайёрлаб берувчиларнинг амалда ҳаммаси 90 нанометрли техник ишлаб чиқариш жараёнига ўтиб бўлишди.

Масалан Intel Pentium 4 процессори (процессор ядроси Prescott) геометрик прогрессия билан купайувчи, янада катта қийматга эга тактли частоталар ишлатишини талаб қилади. Шу туфайли элементларнинг ўлчамлари доимо камайтирилиб борилмоқда. Бугунги кунда транзисторлар учун минимал ўлчам чегарасига етиб келдик дейиш мумкин, чунки уларнинг амалдаги ўлчамлари бир неча ун атом ўлчамига мос келади. Яримўтказгичларни турли ўзга аралашмалар билан қоплашнинг замонавий литографик шаблон усули ўзининг технологик туйиниш чегарасига яқинлашди. Гарчи ўлчамларни кичрайтиришнинг хали бир қадар имконияти бор бўлишидан қатьий назар фотолитография ўзининг принципиал поёнига етди. Бунинг устига, бугунда фотолитография технологиялари фақат планар (яъни, барча элементлар ва ўтказгичлар биргина текисликда жойлашувчи) структураларнигина ишлаб чиқаришга имкон беради. Бу эса ўз навбатида схемотехникага маълум чеклашлар киритишни талаб қилади. Технологик нуқтаи назардан уч ўлчамли, кўп қаватли схемалар яратиш (бундаги диод ва транзисторларнинг ўлчамини-молекула ўлчамига қиёслаш мумкин) имконини берувчи нанотехнологик усуллар, шубхасиз анча илғгор ҳисобланади. Нанотехнология энг аввало наноэлектроника тимсолида ўз тадбиғини топди ва айни пайтда бу соҳадаги ишлаб чиқариш жараёнига қўлланиш кўлами билан ҳам алохида ажралиб турибди.

2. Биз келажакда нанотехналогиядан нима кутишимиз мумкин?

Модда билан ёрқин таъсирлаша оладиган атом қувватлагич. Ростини айтганда нанотехнологиялардан оламшумул муаммоларни хал қилиш йўлида фойдаланиш имконияти ҳақидаги умидлар жуда катта. Бу соҳада хар биримиз учун энг ёрқин ва кўнгилга яқин прогноз бу нанотехнология туфайли инсон танасининг амалда ҳеч қачон қаримаслигидир. Олимларнинг эътироф этишича бунда ўз-ўзини кўпайтира олиш хусусиятига эга бўлган наноробот (молекула ўлчамидаги митти машина) лар асосий ролни ўтайдилар. Наноробот атомларни қўрилиш материали сифатида ишлатиб, инсон учун нимаики лозим бўлса барчасини ишлаб чиқаради. Очлик, касалликлар, атроф муҳитнинг ифлосланиши ва шу каби бошқа барча иллатлар ўтмишга айланади. Одамлар дам олиб, нанороботлар иш билан банд бўладилар. Наномашина (уларни ахборот воситаларида турлича аташади: нанобот, наноробот, молекуляр машина) лар ясаш ғояси жуда ва мантиқан беназир. Гап шундаки, нанодаражада материя устида амал бажаришда ишлаб чиқарувчилар учун «қалин бармоқ» лар муаммоси туғилади. Агар хатто инсон соч толасининг диаметри, бу бир неча минг нанометр эканлигини назарда тутсак, унда нанометр билан операция ўтказувчи асбоб қандай булишини тасаввур қилиб кўринг.

Бугун биз алоҳида атомлар устида амаллар бажара оламиз, бироқ «автоматлаштириш» режимига ўтмай туриб, бирор мураккаб матох (метал) ни ясаш амримахол, чунки атомлар сон-саноқсиздир. Оддий, лекин бошқарилувчи ва яна айнан акустик, электромагнит ва бошқа сигналлар билан бошқарилувчи-механизмлар яратиш орқали ўзига хос «мини йиғувчи-конвейер» цехини ишга тушириш мақсадга мувофикдир. Нанокомпьютерлар бошқарувчи остида ўзига монандларини ва ёки ўзидан мураккаброк қурилмаларни барпо қилувчи наномашиналарнинг табақалаштирилган бутун бошли оиласи яратиш ишини тахмин қилинмокда (кутилмодда). Нанокомпьютерларнинг яратилишига монелик килувчи принципиал ёки фантастик қийинчиликлар мавжуд эмас, унинг энг фаол электрон элементлари аллақачон лаборатория шароитида тайёрланиб, улар устида синов тадқиқотлари олиб борилмоқда. Баъзи ҳисоб-китоблар молекуляр роботларнинг якин ўн йил(лар) ичида пайдо бўлишидан дарак бермоқда. Уларнинг ёрдамида барча касалликларга ёки хеч бўлмаганда уларнинг катта қисмига бутунлай бархам берилади. Турли мулохазаларга кўра, бу йигирма биринчи асрнинг учинчи ёки тўртиничи чорагида яьни кўпи билан 50-75 йилдан сўнг содир бўлиши тахмин қилинмоқда.

3. Нанотехнологияларни тадбиқ қилиш оқибатида қандай тахдид ва муммолар туғилади?

Ҳар кандай янги технология албатта ўзи билан ижобий мазмун моҳият олиб келади, лекин у доимо (минглаб афсуслар бўлсинким) салбий оқибатларни  ҳам келтириб чиқаради. Тинч мақсадларда ишлатиладиган атомнинг порлоқ  истиқболини ким ҳам эсламайди дейсиз? Полиз зараркунандаларига қарши «зарарсиз» чанглашлар орқали янги кураш усулиничи? Нанотехнологиялардан биринчи бўлиб, ҳеч шубхасиз харбийлар фойдаланишга интилишади. (Улар аллақачон бу ишга қўл ўрган бўлсалар ажаб эмас!). Олимлар нимаики ихтиро қилишмасин, барибир у аввал қурол учун, сўнгра эса бошқа яроқлар учун қўлланилади. Нанотехнологиялар туфайли қуролларнинг мутлақо янги турлари,- шу қатори ҳимоя воситалари ҳам пайдо бўлади. Албатта, нанотехнологиялар тадбиқ спектрининг харбий ташкил этувчисидан қўрқиш керак. Лекин айни пайтда тараққиётнинг бирор йўналашини ҳам тўхтата олмаслигимизга ақлимиз етади. Инсон ўзи азалдан шундай яралган.

Нанотехнологиялар инсониятнинг бутун борлиғига кучли ва хар томонлама (яьни, тотал) таьсир кўрсатади. Унинг оқибатлари одамзот ҳозирги кунгача бошидан кечирган индустриал инқилоб (техника ва технологиянинг кескин тараққиёти) оқибатларидан кескин тарзда ва сезиларли маррага устунлик қилади. Мисолларга мурожаат қиламиз: Биз хаммамиз севадиган автомобиллар оммавий ҳаракат воситасига айлангач атроф-мухитни бўлғаб, унга глобал масштабда экологик хавф сола бошлади. Чунки биз ишдан чиққан, яроқсиз автомобилларни тўла хажмда утилизация қила олмаймиз, улардан чиқувчи захарли газларни эса бу ўринда айтмай қуяқолайлик. Уй бекалари жуда маъкул кўриб ишлатадиган целлофанли пакет жилдлар атроф мухит учун хақиқий офат саналади, чунки табиат-кимёгар технологлар ижодининг бу ҳосилини тез ва тўла утилизация қилиш бўйича механизмига эга эмас.Тасаввур қилинг, эртанги кунга келиб, оммавий тарзда зангламайдиган, эскирмайдиган, емирилмайдиган олмос сингари қаттиқ хоссаларга эга бўладиган қулай ва амалий жихатдан маъкул наноматериаллар яратилди. Энди мана шу махсулотни оддий ва синовдан ўтган табиий утилизаторлар-чириш ва парчаланиши ёрдамида утилизиация қилишга уриниб кўринг. Нанотехнологияларни тадбиқ қилишнинг экологиядан ташқари ўзига хос маиший, этикавий ва хали хал қилинмаган бошқа муаммовий жиҳатлари ҳам жуда кўп.

4. Нанотехнология: биринчи қадамлар.

Албатта, тахмин башорат ва назарий баҳолашлар ўз йўли билан, лекин барчани энг аввало нанотехнологияларнинг бугунги кунда бевосита қўлга киритаётган ютуқлари қизиқтиради. Эхтимолки «биринчи қадам» ларнинг энг ёрқин таъсуроти деярли нанотехнология асосида Intel ва бошқа компаниялар томонидан ишлаб чиқарилган процессорлар бўлди, десак адашмаймиз. Кейинги йиллар CPU ишлаб чиқаришда до-нанометрли техпроцессор, графикловчи процессор ва хотира микросхемаларининг ўзлаштирилиши бу соха учун хал қилувчи ахамиятга эга. Нанотехнологияларнинг дунёдаги «биринчи қадамлар»ини изчил кузатмок учун бу соха бўйича йиғилган янгиликларга назар солайлик.

5. Наномоторлар дунёсидан янгилик.

Нанотехнологларнинг энг баланд парвоз бир орзу (амбиция) си саналган молекуляр масштабдаги моторларни ясаш, биринчи бўлиб, америкалик олимлар томонидан руёбга чиқарилди. Берклидаги Калифорния университетининг тадқиқодчилари Алекс Уеттил ва Адам Фенимор энг кичик электр ускунасини яратдилар. Соч қистиргичнинг ўткир учида шундай қурилманинг юз миллионтаси жойлашади. У тўрт миллиметр квадрат юзали – кремнийли чипга махкамланган. Моторнинг ўзи анча кичик бўлиб, унинг ўқининг диаметри 20-40 нанометрни ташкил этади холос. Моторнинг умумий диаметри-тахминан 400 нанометр. Мотор статистик электр зарядлари ҳисобига ишлайди. Ускунанинг ўта мухим, хал қилувчи элементи – ичма-ич деворли наноқувурдир. Бу қувурлар-коктейль ичиш учун ишлатиладиган узун, ингичка найча шаклини эслатади. Бунда, ички қувур ўқ бўлиб, бошқаси эса-ташки таянч бўлиб хизмат қилишади.

Мотор шунчалик кичикки, уни яратган олимларнинг ўзлари ҳам ҳозиргача унинг айнан қандай ишлашини билишмайди. «У тункарилаяптими ва ёки айланаяптими тасаввур қилиш қийин. Биз ҳозирда унинг ишлаш принципини ўрганаяпмиз. Унинг хар бир харакатини 33 миллисекунд вақтдан олдинрок бажариши бизга маълум. Бу биз уни ишлаб олишимиз учун-чегаравий тезлик ҳисобланади. Лекин биз ҳозирга довур наномасштабда нима содир бўлишини ишончли тарзда кўрсата олмадик»  -деб изох беришди кашфиёт муаллифлари.

Охирги йилларда углеродли наноқувурлар материалшунослик дунёсида энг машхур таркибий ашёга айланди. Бир деворли наноқувурлар – бу углерод атомидан бино бўлувчи микроскопик спираллардир. 

6. Нанотехнологиялар наномашиналар учун йул солмокда.

Калифорниянинг Сан-Франциско шаҳрида булиб ўтган Nanotech-2013 конференция катнашчилари яқин ун йил ичида нанотехнология ривожи туфайли қўйидагилар яратилишига умид билдирдилар:

  • Космик йулдошнинг бир марта ишлатадиган узатгичи (передатчик).
  • Медицинавий тахлил (анализ) учун арзон ускуналар.
  • Буюмларни автоматик ҳисобга олувчи датчиклар.
  • Йўллардаги ходиса ва холатларни кузатувчи датчиклар.

Берклидаги Колифорния университетининг профессори Алберт Пизано (Albert Pisano) «Нанотехналогия ўлчамлари 100 нм дан катта бўлмаган ускуналарни яратиш хақидаги фан бўлиб, у компанияларга янаям ихчам ва арзон наномахсулотлар таёрлаш имконини беради, бу эса ўз навбатида янги бозорларнинг шаклланишига олиб келади»-деб айтди. 

7. Нанозаррачалар-каллоблар билан курашади.

Диаметри бир неча нанометрни ташкил этувчи магнитли заррачалардан ора-сира аралаштириб тайёрланган штрих кодлар ёрдамида калбаки мол ва ёки хужжатларни тез ва осон аниқлаш мумкин. Дарема университетидан Расел Кауберн қалбакилаштиришнинг олдини оладиган янги технология-таркибида никель ва темир аралашмаси (пермаой) таклиф етди. Микросхемалар худди шу тариқа босиб (ишлаб) чиқарилади. Хар бир босилган нусха ундаги магнитли заррачаларни алоҳида, ўзгача тарзда жойлаштирилади. Шу сабабли, хар бир босилган нусха ягона бўлиб, у бошқаларидан ўзининг нодир магнит майдони билан фарқланади. Штрих коднинг асллигини билиш мақсадида уни ўлчаш, қайд қилиш ва текширувдан ўтказиш мумкин.

Турли магнит майдонлари ёруғлик билан турлича таъсирлашадилар. Шунинг учун қутбланган лазер нурининг штрих коддан қайтиши унинг магнит хоссаларини аниқлашга имкон беради. Тафсилотлардан хар бир штрих код билан боғлик; булувчи маълумотлар базасини тузиш мумкин.

Янги ускуна штрих кодни текшириш чоғида унинг магнит майдонини ўлчайди ва ундаги шифрланган сонни ўқийди. Сканер маьлумотлар базаси билан солиштириб, унинг мазкур штрих кодга мос келишини текширувдан ўтказади. Бу машғулот бир неча секунд вақтни олади. Тизимнинг хафвсизлиги шу нарса билан боғликки, бу турдаги штрих кодларни олдиндан маъқулланган характер истикалар асосида буюртма бериб тайёрлатиш мутлақо мумкин эмас. Бундай шароитда сездирмай иш кўришлари учун қалбакилаштирувчиларга фақат маълумотлар базасини бузишгина қолади, холос!

Қалбакилаштириш йўлларидан бири, махсулотнинг оригинал кодини бошқасига ёпиштириш ҳисобларади. Агар штрих кодлар бошка буюмга кўчириб ёпиштирилиши билан ўз-ўзидан парчаланиб кетадиган материалга босиб чиқарилса бу муаммо осон хал бўлади. Сканер ва маълумотлар базаси оддий плейер улчамидаги ускунага жойлашади, шу сабали, амалда махсулотларни исталган вақт ва жойда текшириш мумкин.

8. Наноёқилғи синовларга тайёр.

Ёкилғи пайдо бўлган уша замонлардан бери ёкилғига ғаройиб аралашмалар қўшиш оркали уларнинг сарфланишнни кескин камайтириш, улар туфайли юзага келадиган ифлосланишларни олдини олиш ҳақида тинмай сўз боради. Хуш, мазкур соханинг бугунги куни ва эртанги истиқболи қандай?

Дизель ёқилғисига қўшиладиган аралашма (у Envirox деб номланади) – Оксфорд университети қошида мавжуд булган Oxonica фирмаси томонидан ишлаб чиқарилди. У дизель ва ҳаво орасидаги ёниш реакциясини тезлатиш хусусиятига эга булган церий оксидининг митти заррачаларидан иборат. Ундан ажралиб чиқадиган кислород туфайли углерод моноксиди ва углеводородлар газлари токим ис газигача оксидланади. Бундан ташқари у жараён ажралиб чиқишининг олдини олади. Натижада деярли газ чиқармай тоза ёниш ва двигатель цилиндрининг деворларида чўкиб қолувчи углероднинг кескин камайишига эришамиз.

Церий оксидидан фойдаланиш ғояси янги эмас, лекин хозирги кунгача унинг асосида тайёрланган бирорта махсулот хам бозор талабларига мос келмади. Envirox заррачаларининг ўлчамлари жуда кичик (Юнм чамасида) бўлгани учун моддалар бир-бирларига каттарок сиртлар билан тегишиш имкониятига эга бўладилар. Шу сабабли, уни шунга ухшаган бошқа аралашмаларга нисбатан 10 маротаба камрок ишлатишга тўғри келади. Бундан ташқари майда заррачалар ёқилғида бир текис тақсимланади.

9. Нанотехнология саратон касаллиги билан курашда ёрдамлашади.

Intel корпорацияси ва Фред Хамчинсон номидаги Онкология маркази, Intel корпорацияси томонидан саратон касаллигини ўрганиш, ташхис қўйиш ва унинг олдини олиш бўйича янада эффектив усулларни яратиш йулидаги нанотехнология сохасида эришган ютуқларига асосланиб, хамкорликда амалга оширувчи, янги тадқиқот лойихасини эълон қилди. Лойиха доирасида Intel корпорацияси медаицинавий митти нусха (масалан бир томчи қон қуюшмаси)ларни лазер нури билан ёритиб, ундаги муайян молекулаларнинг кимёвий структурасини акслантирувчи таъсир берадиган Intel Raman Bionalyzer System аналитик қурилмани яратади. Олдиндан, яримутказгичли кристаллардаги микроскопик дефектларни кузатиш учун фойдаланилган бу технология касалликнинг энг кичик, илк белгиларини аниқлашга қодирлигини ўрганиш бу ишнинг асосий мақсади ҳисобланади. Бу қурилманинг ишлаш принципи комбинацион сочилиш спектрометриясига асосланган лазер нури таъсирида ўрганилаётган модданинг молекулалари ўзидан ёруғлик нури чиқаради. Унинг спектрини раман спектрометридаги датчиклар қайд этади. Ҳар бир модда ўзининг кимёвий структурасига боғлик холда бошқаларидан мутлақо фарқ қилувчи, яъни ўзгача раман спектрига эга бўлиб, бу ўзига хос штрих код вазифасини ўтайди.

Фойдаланилган манбалар:
1. http://zdnet.ru
2. http://microbot.nl
3. http://ntr.ru
4.  http://cNews.ru

Ўхшаш мавзулар:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Расмдаги белгиларни киритинг

*