Нанотехнологии

Одними из самых жутких и одновременно эффективных изобретений нашей цивилизации являются кассетные боеприпасы и химиотерапия. На английском языке кассетные боеприпасы называются «cluster munition» или «cluster bomb». Именно с кассетными боеприпасами сравнивается удивительный класс противораковых препаратов, которые разрабатываются с начала XXI века. Это капсулы, которые собирают нанотехнологическим методом, начиняют активным веществом, доставляют к опухоли и дистанционно подрывают (например, при помощи ультразвука). Этот терапевтический подход практически не рассмотрен на Хабре (не считая одной новости, опубликованной уважаемым @SLY_G а в настоящее время всё более причудливо сочетает нанотехнологии с биотехнологией и генной инженерией. Рассмотрим его подробнее.

В фильме «Бладшот» армия нанороботов в крови превращает главного героя в бессмертного суперсолдата, наделенного сверхсилой и способностью мгновенно самоисцеляться.

В фильме «Не время умирать» враждебные наноботы попадают в кровь Джеймса Бонда и заражают его вирусом.

В игре Fortnite инопланетные наноботы могут воссоздавать атмосферу планеты пришельцев.

А как обстоят дела с наноботами в реальной жизни? Во сколько оценивается мировой рынок? Какие интересные разработки предлагают компании? И главное, как всё начиналось и для чего?

В июне 2021 года я затрагивал в этом блоге тему наступающего углеродного века – публиковал статьи «Очень крепкие мячики. Фуллереновый конструктор и другие заметки на заре углеродного века» и «Космический лифт. Как, зачем, из чего». Под статьёй о космическом лифте развернулась жаркая дискуссия со множеством критических замечаний (124 комментария), и меня особенно позабавил комментарий Алексея Журавкова @Alex_SLV: «Каждые 3 месяца приходит человек и пишет про космический лифт, думая, что такова уж точно не было, нанотехнологии!». Также очень проницателен был комментарий Сергея Соколова @kolu4iy: «Была у меня старая советская книжка, в которой этот аспект был затронут. И по подсчётам оказалось, что все, что летает на геостационарной орбите или ниже, обязано с данным лифтом встретится. А поскольку лифта ещё нет, а спутников там уже много — выбор человечества, собственно, уже сделан, и не в пользу лифта». Я же полагаю, что ни фуллереновые молекулярные клетки, ни кабели из нанотрубок до сих пор не стали технологической обыденностью именно из-за сложности промышленного получения фуллеренов заданной формы и нанотрубок макроскопической длины. При этом новейшие исследования подсказывают, что хорошим полуфабрикатом для таких структур могут послужить обычная сажа и пепел, получаемый при сжигании полициклических углеводородов в присутствии катализатора. Об этом поговорим под катом.

Сегодня поговорим о важном - сроке службы мембраны планарных (изодинамических) наушников.

Нам часто задают вопросы о сроке службы планарных мембран.

В 1986 году в Австралии был открыт редкий биоминерал – медный оксолат кальция. Его назвали мулуит. В природе этот минерал связывают с деятельностью живых организмов. Он обнаружен в лишайниках на медьсодержащих минералах. Структура кристалла долгое время (почти 40 лет) не была достоверно определена. Получение кристаллов и расшифровка структуры мулуита оказалась задачей. Кристаллографам СПбГУ в лабораторных условиях удалось синтезировать кристаллы мулуита, пригодные для рентгеноструктурного анализа, и которые возможно подробно изучить на имеющемся оборудовании.

Медь является токсичным элементом, а образование нерастворимого мулуита может использоваться в технологиях биоремедиации (очистки почв и вод). Для очистки почвы от меди можно использовать микроорганизмы, продуцирующие оксолаты – производные щавелевой кислоты. В промышленности мулуит используется для получения наночастиц, в частности, оксида меди.

В предлагаемой публикации будет рассмотрена та основа, которая обеспечивает представление внутреннего устройства материи в форме кристалла (атомной структуры, решетки). Оказалось, на нашей планете физические законы таковы, что ограничивают разнообразие представителей мира кристаллов. Имеются в виду те 230 пространственных Фёдоровских кристаллографических групп, которым подчинены закономерности устройства вещества. Этот взгляд можно воспринимать как геометрическую интерпретацию пространства со всеми его свойствами, понимая, что структуры вещества диктуются не геометрией, а химией и физикой, энергиями материальных частиц и их взаимодействием.

При этом поражает насколько глубоко и адекватно человеческий разум предвидел такие структуры. При всей ограниченности возможностей инструментария людям удалось получить изображения того невидимого невооруженным глазом мира и убедиться в правильности своих представлений

Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы.  Масштабность темы требует ввести разумные ограничения.

Ранее я рассматривал в этом блоге возможные варианты завершения или продолжения закона Мура. Эта тема активно обсуждается на Хабре и за его пределами. В частности, уважаемый Юрий Парфёнов @YuriParfenov опубликовал статью о законе Хуанга, который точнее, чем закон Мура, описывает развитие аппаратного обеспечения. Уважаемый Валерий Истишев @istishev в одной из статей 2021 года подробно описал, с какими нюансами закон Мура продолжает работать сегодня. Наиболее очевидный способ компенсировать замедление закона Мура — распараллелить вычисления, о чём, в частности, рассказывает уважаемый Александр Якубович @ragequit в этой статье. Но вместе с потребностью в увеличении вычислительных мощностей растёт и потребность в компактных хранилищах данных, обладающих высокой доступностью. Ниже мы рассмотрим, как в таком качестве могут помочь одноатомные магниты, и как сравнительно недавно научились их создавать.

В предлагаемой вниманию читателей работе сосредоточимся на изложении вопросов образования (синтеза, создания) наноматериалов подходом («снизу‑вверх»), т. е. на сборке, самосборке и катализе. В макромире аналогичная задача синтеза изделий также решается при использовании подходов «снизу‑вверх» и часто «сверху‑вниз», но методы совершенно другие, которые перенести в наномир по ряду принципиальных причин не удается. Тем не менее, и в этой области специалисты не стоят на месте и находят со временем более совершенные решения. Имеются ввиду в первую очередь возможности 3D‑печати. Печать выполняется на подложке (англ. carrier или support), которая является инертным или малоактивным материалом, служащим для стабилизации на его поверхности частиц активной каталитической фазы.

Новинки в макромире интересны, но о них упомянем очень кратко на основе публикаций в печати. Главное внимание уделим наноснтезу наноматериалов. Важной стороной производства является масштабность и применимость в интересах хозяйственных отраслей.

Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы. Масштабность темы требует ввести разумные ограничения.

Компания Bayer (Германия 2007) запустила реактор мощностью 200 т/год многостенных углеродных трубок, но им пришлось ограничить производство. Многостенные трубки не нашли ожидаемого сбыта, они делались из графита, а не из графена, одного атомного слоя углерода.

Русский автор патента Graphetron Михаил Предтеченский придумал ключевую фразу: «Любым способом создается движущаяся в потоке углеводородного газа частица и на ней растет одностенная трубка». Если в технологии так, то этот патент, если нет, то другой. После этого в патенте можно ничего не называть и не раскрывать. В феврале 2010-го Юрий Коропачинский вместе с Олегом Кирилловым, Юрием Зельвенским и Михаилом Предтеченским создали компанию OCSiAl. Увидеть генератор Graphetron нельзя, он как камень Кааба закрыт занавесом. На сегодняшний момент OCSiAl (с Graphetron) единственный в мире промышленных масштабах производитель одностенных (однослойных) графеновых трубок (SWCNT).  Стремительно расширяются и области применения графеновых нанотрубок.

Для понимания свойств материальных тел на наномасштабном (от 1 до 100 нанометров) уровне необходимо иметь представление о соответствующих их свойствах на макроскопическом и мезоскопическом уровнях. Приставка нано – означает одну миллиардную (10^–9) чего-либо, например, метра. Законы термодинамики в нашем мире играют ведущую роль, и она остается справедливой (сохраняется) для тел с нано размерностью, хотя свойства веществ при измельчении претерпевают существенные изменения.

Я не буду здесь говорить о физических законах термодинамики, а приведу лишь теорему Гинзберга – пародию на законы термодинамики, что должно привести читателя к сопоставлениям.

0. Есть игра. (следствие нулевого закона термодинамики)
1. Вы не можете выиграть. (следствие первого закона термодинамики)
2. Вы не можете выйти в безубыток. (следствие второго закона термодинамики)
3. Вы даже не можете выйти из игры. (следствие третьего закона термодинамики)

Понятно, что исчерпывающее изложение вопроса в ограниченной по объему статье невозможно, но как ознакомительный ввод в проблему эта работа предлагается читателям

Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы. Масштабность темы требует ввести разумные ограничения.

Немного научно-познавательная, немного практическая статья об одном из изобретений в сфере новых способов получения мононитей из полимерных материалов и моих попытках его реализации и патентования.

• Низкое содержание углерода в атмосфере каменистой планеты может быть признаком её обитаемости

• Учёные поняли, как на самом деле выглядит Нептун

• Исследователи предположили, что у Земли есть собственный механизм защиты от астероидов

• В Гарварде протестировали экзоскелет, помогающий ходить людям, страдающим болезнью Паркинсона

• Инженеры изобрели технологию, вдохновлённую осьминогами, которая может обманывать и подавать сигналы

Это был момент, сияющий искоркой. Граждане по всему миру сидели на краю своих кресел, затаив дыхание. Звучали громкие заявления. Конец капитализма, глобальной финансовой системы, близок. Прощай, неравенство в богатстве. До свидания, подавление заработной платы. Каждый сможет добывать свои деньги во сне. Криптовалюта. А затем искорка потухла. Некоторые вещи изменились. 

На сегодняшний день криптовалюта оценивается примерно в 0,023% от всей денежной массы мира. Глобальная финансовая система по-прежнему функционирует. Криптовалюта в значительной степени рассматривается, в том числе благодаря таким деятелям, как Сэм Бэнкман-Фрид и другими, как пирамидальная схема XXI века. Это была машина для создания шумихи в мире технологий.

В то время как индустрия искусственного интеллекта (ИИ) не является пирамидальной схемой и может принести огромную пользу бизнесу и человечеству, текущая шумиха может привести к замедлению прогресса, а не к его продвижению. Индустрия ИИ могла бы извлечь уроки из шумихи, создаваемой «криптобратьями», и других технологических шумих, например, Theranos.

На Земле обнаружено первое и пока единственное многоклеточное бессмертное существо. Это медуза Turritopsis dohrnii (туритопсис нутрикула). Она живет пока ее кто‑нибудь не съест или не разрушит. Медуза в благоприятных для жизни условиях обладает фантастическими способностями — может превращаться из взрослой особи в юную и проделывать такой фокус неограниченное количество раз.

Американский физик, лауреат Нобелевской премии Р. Фейнман заметил: «Если бы человек вздумал соорудить вечный двигатель, он столкнулся бы с запретом в виде физического закона. В отличие от этой ситуации в биологии нет закона, который утверждал бы обязательную конечность жизни каждого индивида».

У медузы Turritopsis dohrnii действительно есть механизм вечной жизни, который называется трансдифференциация клеток. Она может размножаться и при этом не умирать.

Её уникальность в том, что после продолжения рода она не стареет, а молодеет и запускает новый цикл жизни. Клетки медузы могут сразу превращаться из одного типа в клетки другого типа, минуя стадию типа стволовых клеток («болванки»). Это и есть трансдифференциация.

Надо сказать, есть ещё одно живое существо, которому приписывают бессмертие. Это пресноводный полип Hydra vulgaris — гидра обыкновенная. Это открытие доказывает, что вечная жизнь существует. А природа ничего никому не должна.

Эта технология должна была привести к новой промышленной революции, принципиально улучшить жизнь всего человечества. Однако со времени бума прошло почти двадцать лет, а к чему он привел, до конца не ясно. Нанотехнологии постепенно стали повседневностью, а где-то в определенных аспектах так и остались на грани научной фантастики. Теперь похожие тезисы звучат о других технологиях. Посмотрим, как развивалась шумиха вокруг нанотехнологий, чем она закончилась и какие выводы из неё можно сделать. 

Под конец работы над моей последней сентябрьской публикацией «Неизбежность, незаменимость и туманные перспективы пилотируемой космонавтики» я даже полагал, что она может получиться упаднической. Тем не менее, активное обсуждение (83 комментария) явно приглашает к продолжению этой темы, куда более футуристичному и тревожному. Дело в том, что организованное освоение ближайшего космоса при помощи умных зондов предполагает огромную избыточность в количестве этих зондов. Например, при потенциальных поисках первичной чёрной дыры на задворках Солнечной системы многие зонды придётся просто швырять в пустоту, чтобы «нащупать» интересующий нас объект. Очевидно, чтобы живучесть таких автономных зондов была чуть выше проектной, они должны каким‑то образом самозалечиваться (самозалечивающаяся электроника уже существует), а также реплицировать себя в потенциально неограниченных количествах. Здесь мы подходим к теме полноценных зондов фон Неймана и пресловутой «серой слизи».