Нанотехнологии. Правда и вымысел

Иван Балабанов

Авторы книги знакомят читателей с относительно новым научно-практическим направлением знаний – нанонаукой – и уделяют большое внимание популяризаци и достижений нанотехнологий. В книге рассматриваются по большей части не какие-то фантастические проекты, а разработки, уже реально применяемые или находящиеся на этапе исследований. При чтении книги каждый сможет получить для себя некоторые неожиданные знания о взаимодействии наночастиц, имеющих размеры атомов и молекул, и сделать неожиданные открытия из удивительного мира нанотехнологий. В книге разрушаются многочисленные мифы и стереотипы, связанные с нанотехнологиями.

Глоссарий

А

Абляция (лат. ablatio — отнятие) — многозначный физический термин, обозначающий процесс сноса вещества с поверхности твердого тела обтекающим потоком. В физике твердого тела — удаление (испарение) вещества с поверхности под воздействием лазерного излучения.

Агрегация (лат. aggregatio — присоединение) — 1) процесс объединения элементов в одну систему; 2) объединение, симулирование каких-либо однородных показателей с целью получения более общих показателей.

Аденовирус (adenovirus, лат. adeoides, от греч. ade — железа и лат. virus — яд) — представитель группы ДНК-вирусов, вызывающий у человека инфекционные заболевания верхних дыхательных путей, напоминающие обычную простуду, желудочнокишечные инфекции или одну из разновидностей раковых опухолей. Приставка «аден-» (aden-) указывает на связь объекта с железой или железами.

Адроо́н (древнегреч. адрос — сильный, тяжелый) — класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию и не являющихся истинно элементарными с точки зрения кварковой теории (см. Кварк).

Адсорбция (лат. ad — на, при; sorbeo — поглощаю) — процесс концентрирования вещества из объема фаз на границе их раздела.

Актюатор (англ. actuator — привод, пускатель) — исполнительное устройство, передающее воздействие на объект. В технике под актюатором обычно понимается преобразователь входного сигнала (электрического, оптического, механического и др.) в выходной сигнал (см. Наномотор), действующий на объект управления. Актюаторами являются: электродвигатели, электрические, пневматические и гидравлические приводы, релейные устройства и т. д.

Аллотропия (греч. аллос — иной, тропос — поворот, свойство) — существование одного и того же химического элемента в виде различных по свойствам и строению структур.

Ассемблер (наноассемблер, конструктор) (англ. assemble — собирать) — кибернетическое устройство нанометрических масштабов, способное по заданной программе производить (собирать) из набора атомов молекулы путем механохимии. Ассемблер включает в себя мощный нанокомпьютер, комплекс наноманипуляторов и наносенсоров, то есть это молекулярная машина, которую можно запрограммировать на построение практически любой молекулярной структуры или устройства из более простых химических строительных блоков, подобие управляемого компьютером механического цеха.

Атом (древнегреч. атомос — неделимый) — частица химического элемента, сложное, делимое тело. Атом состоит из облака электронов, окружающих плотное ядро, которое в тысячи раз меньше, чем сам атом. Наномашины будут работать не с ядрами, а с атомами.

Атто… (лат. atten — восемнадцать) — приставка к наименованию единицы физической величины, служащая для образования дольной единицы, равной 10¹⁸ от исходной. Сокращенное обозначение: русское — а, международное — а. Например, 1 ас (аттосекунда) = 10¹⁸ с.

Аэрогель (от лат. aero — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают одновременно рядом уникальных свойств: очень низкой плотностью, высокой твердостью, прозрачностью, жаропрочностью и т. д. Известны аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глиноземов, углерода, оксидов хрома и олова.

Б

Балк-технология (англ. bulk-technology) — технология, основанная на манипуляции совокупностями атомов и молекул (массовая технология или материал), а не индивидуальными атомами.

Белок зеленый флуоресцентный (англ. green fluorescent protein, GFP) — белок, обладающий зеленым свечением при освещении светом определенной длины волны. Впервые был выделен из медузы Aequorea victoria в 1962 году. В настоящее время на основе GFP созданы другие белки, светящиеся различными цветами. GFP стал одним из важнейших инструментов в биохимии, молекулярной биологии и бионанотехнологии.

В

Вирус (лат. virus — яд) — частица микро — или наноразмеров, способная инфицировать клетки живых организмов. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Вирусы являются потенциальными объектами для использования в бионанотехнологиях.

Вискеры (от англ. whisker — волос, шерсть; «усы», неорганические волокна) — нитевидные кристаллы с диаметром от 1 до 10 мкм и отношением длины к диаметру больше 1000, являются одним из наиболее перспективных кристаллических материалов с уникальным комплексом свойств.

Г

Геомодификатор (греч. геос — земля) — специальная микро — или нанодобавка в топливно-смазочные материалы и технологические среды на базе минералов геологического (реже — искусственного) происхождения, которые могут вступать во взаимодействие с контактируемыми (трущимися) участками деталей и формировать на них металлокерамический слой, частично восстанавливающий дефекты поверхностей трения.

Гетероструктура (греч. гетеро — союз, товарищество) — комбинация нескольких гетеропереходов (контакт двух разных полупроводников), используемая для создания потенциальных ям для электронов и дырок в слоистых полупроводниковых структурах и применяемая в полупроводниковых лазерах и светоизлучающих диодах.

Графен — углеродный наномонослой, в котором связи C–C образуют правильные графитовые шестиугольники («пчелиные соты»).

Д

Дендримеры (греч. дендрон — дерево, англ. dendritic — ветвящийся, древовидный) — относительно новый класс химических соединений (наноструктуры размером от 1 до 10 нм), образующихся при соединении молекул, которые обладают ветвящейся структурой (древообразные полимеры).

Дизассемблер — кибернетическое устройство нанометрических масштабов, способное по заданной программе отделять атомы от молекул, записывая при этом их месторасположение на молекулярном уровне. Пара «ассемблер — дизассемблер» сможет создавать копии любых макрообъектов.

Диссипация (лат. dissipatio — рассеяние) — процесс необратимого рассеивания (или возврата) энергии, полученной системой в различных процессах (например, при трении).

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — молекула, содержащаяся в клетках всех живых организмов, а также в некоторых вирусах. Представляет собой полимерный остов из чередующихся остатков фосфата и сахара дезоксирибозы, к которому прикреплены азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин и тимин). Молекула ДНК — это двойная нуклеотидная наноцепь с периодом 3,4 нм и диаметром 2 нм. Она является носителем генетической информации и наследственных признаков и заряжена отрицательно, так как фосфат в ее составе несет отрицательный заряд.

Дуга фуллереновая — дуговой метод получения фуллеренов, основанный на термическом разложении графита при электролитическом нагреве графитового электрода или лазерном облучении поверхности графита.

З

Золь-гель технология — технология получения микро-и наноструктурированных материалов из коллоидного раствора в процессе конденсации и образования полимерной пространственной сети с жидкой фазой (геля). Дальнейшее применение этой технологии позволяет, в частности, получать аэрогели (см. Аэрогель).

И

Индентор (англ. indentation — вдавливание, идентирование, лат. into — внутрь) — твердый предмет определенной геометрической формы (шар, конус, пирамида) и размеров, вдавливаемый в поверхность исследуемого материала под действием заданной нагрузки или собственного веса (для измерения твердости). Изготавливают обычно из алмаза, сапфира, твердого сплава и т. п.

К

Кантилевер (англ. cantilever — консоль) — устоявшееся название наиболее распространенной в сканирующей атомносиловой микроскопии конструкции микромеханического подвижного зонда, которая служит для измерения отклонения зонда и позволяет изучать диэлектрические материалы.

Квант (лат. quantus — сколько) — неделимая часть материи. Например, квант света — элементарная часть (порция) света, то же, что фотон. В основе понятия лежит представление о том, что любая физическая величина может принимать только определенные, а не произвольные значения (то есть физическая величина квантуется).

Кварк (англ. quark — предположительно звукоподражание крику морских птиц) — фундаментальная частица, обладающая электрическим зарядом, кратным e/з, не наблюдается в свободном состоянии. Из кварков состоят адроны, в том числе протон и нейтрон.

Кевлар (англ. kevlar®) — синтетическое волокно прочнее большинства сталей, создано американской фирмой Du Pont de Nemours & Co. Один из самых прочных материалов, доступных на рынке. Используется в аэрокосмическом конструировании, пуленепробиваемых жилетах и в случаях, когда требуется обеспечить высокую прочность при малой массе.

Кибернетика (древнегреч. кибернетике — искусство управления; древнегреч. кибернао — правлю рулем, управляю; древнегреч. кибернитис — кормчий) — наука об общих законах управления, получения, хранения, передачи и переработки информации в машинах, организмах и обществе.

Киборг (от англ. cybernetic organism — кибернетический организм) — биологический организм, содержащий электронные и механические компоненты. В ряде случаев, наоборот, подразумевается робот, содержащий биологические структуры, например мозг.

Кластер (англ. cluster — объединение) — совокупность двух или более однородных элементов (атомов или молекул), которая может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами.

Клейтроника (англ. clay — глина, claytronics — «умная» глина) — новая область в науке и технологии, рассматривающая возможность сборки различных конструкций из отдельных унифицированных строительных блоков-роботов микроскопических размеров.

Когнитивность (лат. cognitio — познание, изучение, осознание) — термин, используемый в нескольких различных контекстах; обозначает способность к умственному восприятию и переработке внешней информации.

Коллайдер (англ. collide — сталкиваться) большой адронный (Large Hadron Collider, LHC) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов (ионов свинца) с целью изучения продуктов их соударений. Построен под Женевой (на границе Швейцарии и Франции) в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN) и на настоящий момент, является самой крупной экспериментальной установкой в мире.

Композит (композиционный материал) (лат. compositio — составление) — многокомпонентные материалы, состоящие из керамической, полимерной, металлической, углеродной или другой основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодисперсных частиц и других материалов.

Конгломерат (лат. conglomeratus — скопившийся, собранный, скученный) — механическое соединение чего-либо разнородного.

Конденсат Бозе — Эйнштейна — среда из суперхолодных элементов, которые отталкиваются друг от друга, находясь в одном-единственном низкоэнергетическом квантовом состоянии (фактически пятое состояние вещества). Подобное явление наблюдается в экситоне.

Кондиционер (рекондиционер) металла (поверхности) (англ. condition — состояние) — вещество и механизм воздействия на металл (поверхность), позволяющий модифицировать, структурировать, восстанавливать структуру и состав металла (поверхности). Также придает трущимся поверхностям высокие антифрикционные и противоизносные свойства; воздействует, доставляя необходимые компоненты (среду и энергию) от внешних источников (препаратов).

Концепция «зеленой слизи» (англ. green goo problem) — гипотетическая опасность возможности создания разрушительных вирусов и бактерий, которые, быстро размножаясь, уничтожат всю жизнь на планете, разобрав белковые структуры на отдельные молекулы.

Концепция «серой слизи» (англ. grey goo problem) — гипотетическая опасность создания неуправляемых универсальных молекулярных самосборщиков, обученных делать из окружающей среды себе подобные копии, которые сразу же после создания начнут штамповать клоны из доступных молекул и в конце концов всю Вселенную превратят в однообразную серую массу, состоящую только из себе подобных нанороботов.

Кристалл фотонный (греч. кристаллос — лед, хрусталь) — структуры с периодическим изменением коэффициента преломления, влияющие на движение фотонов по аналогии с периодичностью кристаллической решетки обычных кристаллов. Период фотонных кристаллов составляет порядка половины длины волны света: от нескольких десятков до сотен нанометров.

Л

Лаборатория ассемблерная закрытая — рабочее пространство, содержащее ассемблеры, которое закрыто со всех сторон таким образом, что информация может течь внутрь и наружу.

Лептон (греч. лептос — легкий) — фундаментальная частица с полуцелым спином, не участвующая в сильном взаимодействии.

Лиганд (лат. ligo — связываю) — атом, ион или молекула, непосредственно связанные с одним или несколькими центральными (комплексообразующими) атомами в комплексном соединении с образованием «координационной» донорно-акцепторной связи, являющиеся донором электронной пары. При присоединении лиганда к центральному атому химические свойства комплексообразователя и самого лиганда часто претерпевают значительные изменения.

Липосома (мед. liposome, греч. липос — жир и сома — тело, строение) — микроскопический сферический мембранный пузырек (диаметром 2030 нм), искусственно полученный в лабораторных условиях путем добавления водного раствора к фосфо-липидному гелю.

Литография (греч. литос — камень и графо — пишу) — технология переноса рисунка с шаблона на поверхность пластины с помощью светового излучения (фотолитография), потока электронов (электронно-лучевая литография) или рентгеновского излучения (рентгенолитография).

Лонсдейлит (англ. Lonsdaleite) — гексагональная модификация углерода с кристаллической решеткой типа вюрцита (а = 0,252 нм, c = 0,412 нм) и плотностью 3,51 г/см³. Найден в 1967 году в метеорите, а затем получен искусственно.

Лотос-эффект (нем. Lotus-effect®) — изначально природное явление несмачиваемости и самоочистки листьев и цветков ряда растений (лотоса, тюльпана и др.), крыльев насекомых. Впоследствии — комплекс технических и технологических решений, широко применяемых в автомобильном сервисе.

М

Масштабный эффект (англ. indentation size effect) — явление, заключающееся в росте твердости при низких и сверхнизких усилиях внедрения индентора (около мкН), которые приводят к образованию отпечатков нанометровой глубины. При нагрузках ниже некоторых критических (зависящих от природы материала, температуры, формы индентора и т. д.) практически все материалы начинают демонстрировать в контакте упругое поведение.

Мембрана (лат. membrana — кожица, перепонка) — тонкая упругая оболочка (перегородка), разделяющая вещества, но обеспечивающая пропускание определенных его компонентов. Например, в биологических системах — для осуществления обмена веществ между клетками; в технических системах — для фильтрации жидких и газообразных сред.

Метаматериал (греч. мета — сверх, за пределами) — композит, обладающий свойствами, которые не встречаются в природе, в частности отрицательной диэлектрической и магнитной проницаемостью. В нанотехнологии метаматериалы могут использоваться для разработки так называемых плащей-невидимок.

Метод ALD (Atomic Layer Deposition) — «атомно-слоевое осаждение» материала на заданную поверхность; метод основан на хемосорбции из газовой фазы и является цикличнодискретным процессом.

Метод CVD (Chemical Vapor Deposition) — «химическое газофазное осаждение» металлов, сплавов или химических соединений на заданную поверхность; метод наномодификации армирующих волокон.

Метод PVD (Physical Vapor Deposition) — метод нанесения нанопокрытия, при котором металлы, сплавы или химические соединения осаждаются в глубоком вакууме путем подвода тепловой энергии или бомбардировки частицами. Иными словами, материал покрытия различными способами переводится из твердого состояния в паровую фазу и затем конденсируется на поверхности подложки (физическое распыление с осаждением).

Микроскоп атомный силовой — прибор, который позволяет рассматривать атомы не только металлов, но и других химических веществ.

Микроскоп туннельный растровый — прибор, основанный на возникновении туннельного тока между поверхностью проводника и металлическим острием, удаленным от нее на расстояние около 0,1 нм. При сканировании за счет изменения этого расстояния можно получить рельеф образца с точностью до размеров атомов и молекул. Туннельный растровый микроскоп — основная инструментальная база современных нанотехнологий.

Миметика (др. — греч. миметос — подобие, воспроизведение, подражание, лат. mimesis — подражание) — самовоспроизводящаяся интеллектуальная структура (конструкция), которая может воспроизводиться и эволюционировать, например политические теории, религии, система и т. д.

Мицелла (новолат. micella от лат. mica — крошечка) — частица общим диаметром 10^-7-10^-9 м в коллоидных системах, которая состоит из нерастворимого в данной среде ядра, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.

Молекула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — наименьшая (простейшая) структурная единица (частица) вещества, которая состоит из атомов, связанных химическим путем.

Н

Нано… (греч. нанос — карлик) — приставка для образования наименования дольных единиц, равных одной миллиардной доле исходных единиц. Обозначения: русское — н, международное — n. Пример: 1 нм (нанометр) = 10⁹ м = 10 А.

Наноиндустрия — вид деятельности по созданию продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники.

Наноинженерия изделия (объекта) — изготовление (сборка) изделия или объекта по принципу «снизу вверх» методами силовой зондовой микроскопии (в перспективе — с помощью нанофабрик) с заданными функциональными свойствами для использования на нужды человека.

Наноинженерия поверхности (фр. ingenieur, от лат. ingenium — способность, изобретательность) — методы и технологии формирования поверхностей деталей на наноразмерном уровне с оптимальными прочностными и триботехническими свойствами.

Наноклетки искусственные — нанороботы, дублирующие функции естественных биологических клеток. Размер этих искусственных клеток может быть меньше размера оригиналов, а сами они, как правило, лучше функционируют.

Нанокомпьютер — компьютер, сделанный из компонентов (механических, электронных или др.) в масштабе нанометра.

Нанокристалл — единица наноструктуры, наименьшее количество вещества в кристаллической форме.

Нанолитография — создание «правильных» групп атомов и молекул на подложке из обычного вещества. Это шаг к разработке и конструированию первых деталей наномашин, в том числе ассемблера.

Наноматериал — материал, содержащий структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и благодаря этому обладающий качественно новыми свойствами, в том числе заданными функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Наномедицина — слежение, исправление, конструирование и контроль биологических систем человека на молекулярном уровне с использованием наноустройств и наноструктур.

Нанопланктон (лат. nanus — карликовый, греч. планктон — блуждающие) — разнородные карликовые (размером 2-20 мкм) микроорганизмы, которые можно отделить от воды только с помощью центрифуги; не способны сопротивляться течениям и свободно дрейфуют в толще воды.

Нанопурга (наношумиха) (англ. nano-hype, от англ. hype — обман) — околонаучные спекуляции (ажиотаж — франц. agiotage — сильное возбуждение, борьба интересов вокруг какого-либо дела, вопроса) в средствах массовой информации, в государственных и коммерческих структурах вокруг разработок в области нанотехнологий.

Наноробот (нанобот) — кибернетическое устройство нанометрических масштабов, изготовленное с атомарной точностью. Обладает функциями движения, обработки и передачи информации, а также выполнения программ.

Наносистема — материальный объект в виде упорядоченных или самоупорядоченных связанных между собой элементов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, обусловленных проявлением наномасштабных эффектов и явлений (например, квантово-размерных, синергетически-кооперативных, «гигантских» и др.).

Наноструктура — нанокристаллы, соединенные между собой силами Вандер-Ваальса (при участии электронного газа).

Наносхема — печатная плата, созданная с применением нанотехнологий благодаря возможности получать транзисторы сверхмалых размеров, точно позиционируя отдельные атомы.

Нанотехника — междисциплинарная область науки, которая изучает закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами и молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Нанотехнология (по Танигучи) — процесс разделения, сборки и изменения свойств материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой вещества.

Нанотехнология инкрементная (англ. increment — возрастание, увеличение) — технология значительного усовершенствования существующих продуктов за счет применения наноматериалов.

Нанотехнология молекулярная (по Дрекслеру) — совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие в себя компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении. В результате объекты получают принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба. В более широком смысле — методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнология прикладная — рассматривает задачи и конкретные способы практического применения (реализации) нанотехнологий на нужды человечества.

Нанотрибология — раздел трибологии, изучающий физико-химические процессы в пределах наноразмеров.

Нанотрубка (англ. carbon nanotube, CNT) — трубка нанометрических размеров, состоящая из отдельных атомов углерода и имеющая искусственную структуру. Предназначена для коммуникаций, передачи энергии и сигналов, а также построения новых материалов на базе углерода.

Наноэнергия — количество энергии (теплоты), необходимое для нагрева одного грамм-атома наноструктуры от температуры абсолютного нуля (-273 °C) до полного испарения (возгонки) при температуре кипения.

Номекс (англ. nomex^®) — синтетическое мета-арамидное волокно (полное название мета-фенилендиамин-изофталамид), созданное фирмой Du Pont de Nemours & Co. Полимерная цепочка имеет меньшую прочность, по сравнению с пара-арамидом кевлар, однако является более гибкой, что придает ей хорошие текстильные свойства. Стойкость волокна номекс к изгибу в три раза выше, чем полиэфира. Вследствие высокой термостойкости применяется для фильтрации горячих газов, при изготовлении одежды для пожарных и т. д.

Нуклеация (лат. nucleus — ядро) — первая временная стадия (фаза) наступления фазового перехода от одного агрегатного состояния вещества к другому. Подразделяется на гомогенную (протекающую в однородных средах) и гетерогенную (протекающую в гетерогенных системах). При последней инородные частицы (ионы, пылинки, загрязнения и т. п.) выступают в качестве гетерогенных центров, на которых и зарождаются капли нового агрегатного состояния вещества.

П

Пико… (исп. pico — малая величина) — приставка для образования наименования дольных единиц, по размеру равных 10^-12 исходной единицы. Обозначения: русское — п, международное — р. Пример: 1 пФ (пикофарада) = 10¹² Ф.

Плазма (греч. пласма — вылепленное, оформленное) — в физике и химии — полностью или частично ионизированный газ, иногда называемый четвертым (после твердого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Поверхность (межфазная граница) — общая часть двух смежных областей пространства различного фазового состояния, обычно толщиной в несколько атомных слоев.

Поверхность ювенильная (лат. juvenilis — юный) — так в трибологии принято называть поверхности, свободные от оксидных пленок и различного рода загрязнений, образующиеся в результате контакта (трения) одной поверхности о другую и обладающих повышенным энергетическим потенциалом.

Препаратремонтно-восстановительный (эксплуатационный) — специальный препарат автохимии, содержащий комплекс химически и поверхностно-активных веществ и предназначенный для восстановления триботехнических свойств поверхности трения и технических характеристик обработанной техники.

Препреги (сокр. от англ. pre-impregnated — предварительно пропитанный) — слоистые наполнители (стеклоткани, углеродные ткани), пропитанные термореактивным связующим, частично отвержденные. Нанокомпозиционные препреги можно успешно применять для изготовления корпусов самолетов и вертолетов, лопастей ветроэнергетических установок и т. д.

Пленка сервовитная (лат. servo vitte — спасать жизнь) — особая структура на поверхностях трения толщиной в несколько сотен нанометров, характерная для эффекта безызносности. В ней реализуется особый механизм деформации, протекающий без накопления дефектов, свойственных усталостным процессам.

Р

Реметаллизант (металлоплакирующая, присадка)

(франц. plaquer — покрывать) — порошковая или ионная микро-или нанодобавка на основе пластичных металлов к топливносмазочным материалам, технологическим и другим средам, реализующая эффект избирательного переноса при трении (эффект безызносности).

Репликатор (франц. replique, итал. replica, от лат. replico — повторяю, отвечаю) — наноробот, способный к созданию своей копии, то есть самовоспроизводству. Наиболее очевидные примеры репликаторов — ДНК-последовательности, так как они многократно копируются при делении клеток. Может быть пассивным или активным, конечным или бесконечным.

С

Сажа — аморфный (греч. а — не — и морфи — вид, форма; не имеет кристаллической структуры и, в отличие от кристаллов, не расщепляется с образованием кристаллических граней) углерод — продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов в неконтролируемых условиях, например при работе дизельных двигателей. Размер большинства частиц сажи, например, в дизельной эмиссии — от 50 до 180 нм.

Светодиод (LED-светодиод) (англ. light-emitting diode, LED) — прибор, основанный на наноразмерных гетероструктурах; преобразует электрический ток в световое излучение.

Сенсор (англ. sensor — датчик) — первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал; широко применяется при построении систем автоматизированного управления.

Сервис безразборный (англ. service — производить осмотр и текущий ремонт) — комплекс мероприятий, направленных на осуществление операций технического обслуживания и ремонта агрегатов без проведения разборочно-сборочных операций. Может включать операции обкатки, диагностики, профилактики, автохимического тюнинга, очистки и восстановления как отдельных трущихся соединений, так машин и механизмов в целом.

Серпентин (лат. serpens — змея, змеевик (устар.)) — минерал группы магниево-железистых гидросиликатов с цветом от зеленовато-желтого до темно-зеленого и пятнами, делающими его похожим на змеиную кожу. Является одним из активных компонентов многих ремонтно-восстановительных нанопрепаратов, особенно геомодификаторов.

Сингулярность (лат. singularis — единственный) — единичность существа, события, явления. В общем виде — точка во временном, понятийном или любом другом пространстве, в которой нарушаются законы, обрывается непрерывный ход вещей.

Сингулярность технологическая (по Курцвейлу) — феноменально быстрый научно-технический прогресс (даже значительнее, чем научно-техническая революция), основанный на мощном искусственном интеллекте (существенно превосходящем человеческий) и киборгизации людей.

Синергетика (греч. син — совместное и эргос — действие) — научное направление, изучающее закономерности, которые управляют процессами самоорганизации в биологических, технических, химических и др. системах.

Т

Термодинамика (греч. термо — тепло и динамис — сила) — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделилась химическая термодинамика, которая изучает физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, и теплотехника.

Техника наносистемная — созданные полностью или частично на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.

Технологии когнитивные — информационные технологии, специально ориентированные на развитие интеллектуальных способностей, воображения и ассоциативного мышления человека (см. Когнитивность).

Технологии конвергентные — четыре взаимосвязанных научно-технических направления: нанотехнологии, биотехнологии, нейротехнологии и информационные технологии.

Технологии критические — дезавуирующие, ликвидационные технологии, которые фактом своего появления закрывают целые направления исследований или делают бессмысленным дальнейшее их развитие. Например, развитие ракетной техники и межконтинентальных ракет закрыло направление стратегических бомбардировщиков, то есть сделало их обычным, а не стратегическим оружием, фактически свернув программу их развертывания.

Технология фуллеренов — научно-практическое направление, занимающееся как методами производства фуллеренов, так и различными прикладными задачами их использования.

TOH (технология общего назначения) — обычно начинается как весьма грубая технология ограниченного применения, затем быстро распространяется в области новых приложений. Типичные примеры — паровая машина, электричество, железные дороги и компьютеры, послужившие базисом для главных научно-технических революций. В наши дни классический пример ТОН — нанотехнология.

Точка квантовая (англ. quantum dot) — фрагмент проводника (полупроводника), ограниченный по всем трем пространственным измерениям и содержащий электроны проводимости, достаточно малый, чтобы в нем были существенны квантовые эффекты. Квантовые точки могут быть использованы при разработке QD-LED дисплеев и другой электронной техники.

Трибология (греч. трибос — трение и логос — наука) — наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания, смазки и самоорганизации в машинах.

Триботехнология — комплекс технических и технологических мероприятий, направленных на практическое использование процесса трения для восстановления и придания поверхностям трения высоких антифрикционных и противоизносных свойств.

Туман конструкторский (англ. utility fog) — наносистема, состоящая из унифицированных строительных нанороботов (фоглетов) и позволяющая собирать различные предметы из отдельных универсальных строительных блоков микроскопических размеров.

Туннелирование — уникальное свойство квантовых частиц, в том числе и электронов, заключающееся в их способности проникать через преграду, даже когда их энергия ниже потенциального барьера в данной преграде. Электрон, который обладает энергией, встретив на своем пути преграду, требующую для прохождения большей энергии, не отражается от этой преграды, но преодолевает ее с потерей энергии.

Тюнинг автохимический — специальная обработка двигателя препаратами автохимии в целях снижения механических потерь на трение и повышения мощности двигателя.

У

Углеволокно (карбон) (лат. carbo — уголь) — композиционный материал на основе армирующего материала из кевлара и матрицы из специальных эпоксидных смол, обладающий высокими прочностными свойствами при малом весе. Широко применяется в самолетостроении и автомобильной технике, а также в спортивных товарах и товарах для туризма и отдыха.

Ф

ФАБО (финишная антифрикционная безабразивная обработка) — метод фрикционного (с помощью трения) нанесения покрытий из пластичных металлов толщиной от 50 до 500 нм на трущиеся поверхности деталей.

Фемто. (датск. femten — пятнадцать) — приставка к наименованию единицы физической величины; служит для образования наименований дольных единиц, по размеру равных 10^-15 доле исходных единиц. Обозначение: русское — ф, международное — f. Пример: 1 фКл (фемтокулон) = 10¹⁵ Кл.

Физика фуллеренов — научное направление в физике по исследованию структурных, механических, электрических, магнитных, оптических свойств фуллеренов и их соединений в различных фазовых состояниях, а также изучению характера взаимодействия атомов углерода в этих соединениях, спектроскопии молекул фуллеренов, свойств и структуры систем, состоящих из молекул фуллеренов.

Фоглет (англ. fog — туман) — частица конструкторского тумана (нанобот), наноробот-блок диаметром около 100 мкм.

Фотовольтаика (греч. фотос — свет) — оборудование для прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию с помощью специальных полупроводниковых элементов — солнечных батарей.

Фотоника — наука и раздел техники, изучающие генерацию, управление и детектирование фотонов достаточно широкого волнового спектра излучения.

Фрактал (лат. fractus — дробный, ломаный, разбитый) — структура, бесконечная самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба. Например, разветвления трубочек трахей, нейроны, сосудистая система человека, извилины берегов морей и озер, контуры деревьев и т. д. Фракталы имеют место как в клеточной мембране, так и в звездных галактиках.

Форсайт (англ. foresight — предвидение) — систематически организованный процесс, направленный на выявление долгосрочных перспектив науки и технологий, экономики и общества. Применяется для определения стратегических направлений развития инноваций, способных принести наибольшие социальноэкономические блага. Одним из методов реализации таких прогнозов являются «дорожные карты».

Фуллерены (англ. fullerene) — класс химических соединений, молекулы которых состоят только из четного количества атомов углерода. Химически стабильные замкнутые поверхностные структуры углерода, в которых атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников или пятиугольников, регулярным образом покрывающих поверхность сферы или сфероида.

Фуллериты — твердые фуллерены С₆₀, кристаллы с гране-центрированной кубической решеткой и достаточно слабыми межмолекулярными связями. В кристалле имеются октаэдрические и тетраэдрические полости, в которых могут находиться посторонние атомы, влияющие на свойства всего материала.

Х

Химия фуллеренов — научно-практическое направление химии, занимающееся созданием и изучением класса фуллеренов. По концепциям и методам исследования во многом принципиально отличается от традиционной химии.

Химмотология — наука о рациональном использовании топлива, масел и автохимии в технике.

Хиральность (англ. chirality, греч. хира — рука) — понятие в химии, характеризующее свойство объекта быть несовместимым со своим отражением в идеальном плоском зеркале.

Хомопарк (англ. homopark) — резервация в труднодоступной местности Земли (других планетах) или специально выделенная территория (по аналогии с зоопарком) для обыкновенных людей в эпоху технологической сингулярности.

Ц

Цеолит (греч. цео — киплю и литос — камень, то есть «кипящий камень») — большая группа близких по составу и свойствам минералов (водные алюмосиликаты кальция и натрия из подкласса каркасных силикатов) со стеклянным или перламутровым блеском. Перспективен в качестве нанотехнологических мембранных материалов (адсорбент, ионообменники, молекулярные сита) для газо — и водоочистительных систем и катализаторов (нефтехимия и нефтепереработка).

Ш

Шунгит — минерал, получивший название от поселка Шуньга в Карелии, где были обнаружены природные фуллерены.

Э

Экситон (лат. exciW — возбуждаю) — элементарная квазичастица (связанное состояние «электрон-дырка»), выступающая как целое образование и возникающая в веществе при наличии небольшого количества атомов примеси, обеспечивающих дополнительные уровни энергии в запрещенной зоне, за которые электрон может зацепиться и остаться в запрещенной зоне, взаимодействуя с дыркой посредством электростатических сил. В экситоне может наблюдаться пятое состояние вещества — конденсат Бозе-Эйнштейна.

Элемент Пельтье (англ. Thermoelectric Cooler, TEC) — термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. Обратный механизм называется эффектом Зеебека.

Энзимы (ферменты) (греч. зиме — дрожжи, лат. fermentum) — белковые молекулы или их комплексы (молекулярные машины), ускоряющие химические реакции в живых системах.

Энтропия (греч. энтропия — поворот, превращение) — мера неупорядоченности больших систем. Например, в теории тепловых машин — та часть энергии, которая рассеивается в пространстве, не совершая полезной работы.

Эпитаксия (греч. эпи — на и таксис — упорядоченность) — технология выращивания (нарастания) на поверхности моно-кристаллических тонких пленок в соответствии с кристаллической структурой подложки (каждый последующий слой имеет ту же ориентировку, что и предыдущий).

Эффект безызносности (избирательный перенос при трении) — возникает в результате протекания химических и физических процессов на поверхности контактирующих тел, приводящих к образованию на них самоорганизующихся систем толщиной около 100 нм, которые обеспечивают автокомпенсацию износа и снижение коэффициента трения.

Эффект Холла — явление, заключающееся в том, что в проводнике с током, помещенном в магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен направлению тока, возникает электрическое поле в направлении, перпендикулярном направлениям тока и магнитного поля.