Medžiagos ir nanotechnologijos: kodėl tai viena iš perspektyviausių studijų sričių (0)

2015-05-08

Medžiagų inžinerijos sąvoka – tai gana plati mokslinių problemų visuma, apimanti įvairius medžiagų tyrimo ir medžiagų mokslo klausimus, pavyzdžiui: kaip pagerinti esamų, sukurti naujas ar sužinoti apie dar neištirtas medžiagų savybes, taip pat technologinio pobūdžio darbus, kaip sukurti efektyvesnius nei žinomi medžiagų gamybos būdai.

Medžiagų inžinerijos mokslo kryptis dažnai kildinama iš tradicinių mokslo ir technologijų sričių: metalurgijos, keramikų inžinerijos, polimerų fizikos ir chemijos, kietojo kūno fizikos, fizikinės chemijos ir pan.  Medžiagų mokslo ir inžinerijos pirmieji padaliniai buvo įsteigti šeštajame dešimtmetyje, JAV universitetuose, o jų pagrindą dažnai sudarė mokslininkai, dirbantys metalurgijos medžiagų (inžinerinių medžiagų) srityje.

Neabejotina, kad ir šiandien inžinerinės medžiagos (medžiagos, naudojamos inžineriniams tikslams), kurių ratas gerokai prasiplėtė nuo praėjusio šimtmečio, daro akivaizdžią įtaką šiuolaikinės visuomenės techniniam progresui, ir dauguma XXI amžiaus problemų vienu ar kitu aspektu susiduria su medžiagų inžinerijos problemomis.

Inžinerinių medžiagų ratas nuolat plečiasi – įsisavinamos naujos technologijos, atrandamos naujos medžiagos, dažnai lemiančias vienos ar kitos technikos srities vystymąsi. Taip pastaruoju metu medžiagų klasifikacijoje atsirado tokios medžiagos, kurių savybes lemia jų struktūra: nanostruktūrinės medžiagos, daugiafunkcinės medžiagos ir pan. Be to, vis didesnis dėmesys skiriamas naujoms jų technologijoms – nanotechnologijoms, manipuliuojančiomis su objektais ir struktūromis, kurių tipiški matmenys neviršija 100 nm. 

2000 m. prasidėję kai kurie nanotechnologijų taikymai daugiausia buvo susiję su nanomedžiagų sinteze ir naudojimu. Šiandien galima išskirti bent keletą sričių, kuriose naudojamos ne tik nanomedžiagos, bet ir nanostruktūros ar kiti nanotechnologijų produktai. Tai – elektronikos elementai, kosmetika (TiO2, ZnO nanodalelės apsauginiams kremams), nanokompozitai (anglies nanovamzdeliai – armuojanti medžiaga polimerų laidumui keisti ir krūvio efektams valdyti),  dangos ir paviršiai (TiO2 dangos ant stiklo, leidžiančios valdyti hidrofobines savybes, mechanines savybes, optoelektronines savybes, TiO2 katalitiniams paviršiams), pjovimo įrankiai (nanokristalinis volframo karbidas, tantalo karbidas, titano karbidas).

Netolimoje ateityje nanomedžiagos vaidins svarbų vaidmenį daugelyje sričių, kuriose galimas platus pramoninis jų naudojimas ir įvairių objektų gamyba: dažai su nanodalelėmis (atsparūs braižymui, ploni sluoksniai, kintančios spalvos), kuro celės (nanomebranos, valdomas porėtumas), vaizduokliai (nanokristaliniai ZnSe, ZnS, CdS, PbTe švytalai, anglies nanovamzdeliai – emiteriai), katalitinės medžiagos (metalų nanodalelės), anglies nanovamzdelių kompozitai mechaninėms reikmėms, tepalai (neorganinių medžiagų nanosferos – nanoguoliai), magnetinės medžiagos (Y-Sm-Co pastovūs magnetai duomenims užrašyti, analitiniai prietaisai), medicininiai implantai   (nanokristalinis cirkonio oksidas, silicio karbidas – biologiškai suderinamos medžiagos), nanomembranos vandeniui valyti.

Daugelio mokslo ir technologijų sričių progresas yra tiesiogiai susijęs su tolimesniu nanotechnologijų ir nanomedžiagų taikymu. Tai – elektronika, optoelektronika, informacinės technologijos. Vertėtų pastebėti, kad šiuo metu elektronikos rinkoje ir pramonėje dominuojančią    silicio technologiją ateityje    (prognozuojama iki 2018 m.) turėtų pakeisti hibridinės technologijos, naudojančios alternatyvias medžiagas – ir visų pirma – polimerus. Nanotechnologijos turėtų užtikrinti naujų informacijos užrašymų būdų sukūrimą, naujų medžiagų įsisavinimą (didelės bei mažos dielektrinės skvarbos, didelio elektrinio laidumo), fotoninių kristalų ir kitų optinių elementų integravimą į silicio integrinius grandynus, naujų sumanių medžiagų naudojimą kuriant naujos kartos jutiklius (laboratorijas viename luste (angl. lab on chip)).

Ateityje elektronikos ir optoelektronikos reikmėms numatoma plačiau naudoti organines medžiagas, taip pat naujus (kvantinius) reiškinius labai plonuose (nanometrinio storio) sluoksniuose (kvantinės duobės, specialiai sukurti tuneliniai barjerai) bei reiškinius, kuriuos lemia labai maži elementų matmenys dviem (kvantinės vielos) ir trimis kryptimis (kvantiniai taškai) ribotuose nanodariniuose.

Ypatingas vaidmuo nanotechnologijoms planuojamas bionanotechnologijoje ir nanomedicinoje. Tai itin daug problemų, kur nanotechnologijos gali būti labai efektyvios: audinių ir ląstelės inžinerija, molekuliniai varikliai, biomolekulės jutikliams, vaistams; nanomembranos ir jonų kanaliavimas; biomimikrija,   ligų diagnozė ir vaistai (nanodalelių naudojimas selektyviam sergančių ląstelių poveikiui); implantai; didelio tankio jutiklių sistemos (neuroninių tinklų imitavimas, regos problemos, Parkinsono ligos gydymas).

Jeigu susidomėjote šiomis neįtikėtinomis galimybėmis, kviečiame studijuoti medžiagas ir nanotechnologijas bei patiems prisiliesti prie fantastiško nano pasaulio.

Pagal: Tamulevičius, Sigitas. Naujos medžiagos ateities technologijoms // Šiuolaikinis mokslas visuomenei. T. 2. Vilnius: Lietuvos mokslų akademija, 2011. ISBN 9789986080534. p. 153–180.

Aut. teisės: www.technologijos.lt

(0)
(0)
(0)

Komentarai (0)