Интелигентните материали

Материали с нова структура и състав и вложени в тях радикално нови свойства; изкуствено създадени материали с копирани характеристики на естествени материали; материали, ориентирани към специфични потребности на обществото - това са само малка част от мечтите, които съвременната наука превръща в реалност.

Науката познава около 300 000 различни материала в категории като метали, керамика, полупроводници, полимери, композитни материали, биоматериали, наноматериали. На практика чрез създаването на нови материали и комбинации между тях техниятброй става неизчерпаем.

В миналото хората са изследвали матери-алите на принципа на пробата и грешката, като са използвали обеми, видими за невъоръженото човешко око. Сега учените навлизат в много по-голяма дълбочина, като търсят отговор на въпросите за структурата, характеристиките, поведението и приложението на материалите на атомно ниво.

Неслучайно нанотехнологиите предизвикват все по-широк интерес наред с дискусиите за потенциалните последствия от тяхното прилагане. Налице са и първите държавни инициативи за популяризиране на нанотехнологиите и финансиране на изследванията в тази област.

За пръв път терминът „нанотехнология" е използван през 1959 г, когато известният американски физик Ричард Файнман изнася лекция на тема „Има достатъчно много място на дъното" (There’s Plenty of Room at the Bottom), станала по-късно класическа и често цитирана. Той доказва, че принципите на физиката не противоречат на опитите нещата да се управляват атом по атом, стига да са налице необходимите инструменти.

Нанотехнологиите позволяват пресъздаването, изследването и използването на много малки („нано" означава една милиардна от метъра) структури и системи. Резултат от използването на нанотехнологиите са нови материали, устройства и продукти с качествено различни характеристики. На практика те притежават потенциал за прилагане във всяка икономическа област и аспект на обществения живот.

Като самостоятелна област на науката с практически постижения нанотехнологиите възникват в началото на 80-те години на XX в. Първоначалните приложения се ограничават до използването на пасивни наноматериали като титанов диоксид в слънцезащитни кремове и други козметични продукти, повърхностни покрития и някои хранителни продукти, сребро в хранителни опаковки, облекло, дезинфектанти и битови уреди, цинков оксид в козметични продукти, повърхностни покрития, бои и лакове и цериев оксид като горивен катализатор.


Съвременните направления в развитието на нанотехнологиите включват:

  • наноматериали - основават се на прецизен контрол на равнище наночастици, на създаването на нови материали чрез композиране на техния състав и структура атом по атом, така че да се постигнат предварително заложени характеристики със строго специфично приложение;
  • бионанотехнология (биологична нанотехнология) - разглежда процесите, които протичат в живите организми като вид биологична (или природна) нанотехнология; целят внедряване на нанотехнологични решения за изучаване и управление на биологични процеси и явления;
  • наномедицина цели внедряването на нанотехнологиите в медицината чрез разработване на ефективни методи за диагностика и лечение с използване на наноматериали;
  • наноелектроника - представлява продължение в развитието на микро-електрониката, ориентирано предимно към приложение в компютърната индустрия.

Други актуални обекти на изследвания и приложения включват квантови точки (наноразмерни полупроводници), въглеродни нанотръби, фулерени, нанокомпозитни материали за високите технологии, метални наночастици (предимно от благородни метали - злато, сребро, платина), магнитни наночастици (за диагностика в медици-ната и др.), полимерни наночастици (като носители на лекарствени препарати за насочено лечение и др.), наноструктурирани керамични материали за сензори и др.


Наноматериали се използват и при производството на някои хранителни продукти, каквито са например хранителните добавки. Все още няма адекватни методи за оценка на безопасността на наноматериалите в това отношение. Европейският парламент настоява при производството на подобни храни да се извършва специална оценка на риска и те да бъдат маркирани със специални етикети.

Приложението на нанотехнологиите както в ежедневието (сензорни екрани - touchscreen), така и за решаване на значими социални и икономически проблеми (пречистване на питейна вода, използване на устойчива енергия, здравеопазване) ги превръща в актуална тема на обществения дневен ред. Следващото предизвикателство е свързано с възможността масово да се прилагат нанотехнологии и да се създават наноматериали в големи количества.