Материал: Нанотехнологии. Новинки завтрашнего дня (Шуленбург), 2006, c.60
Присоединение нервных клеток к электрическим контактам.
Тончайшие силиконовые чипы используются в умных этикетках, которые можно поместить на упакованные продукты или одежду.
камера в оправе очков, передающая изображения окружающего мира на специальное самонастраивающееся устройство обработки сигналов. Посредством беспроводной связи устройство передает информацию об изображении внутрь пораженного глаза, где миниатюрные электроды, нанесенные на гибкую пленку и соединенные с сетчаткой, соответствующим образом стимулируют зрительный нерв. Если эта разработка окажется успешной, она станет первым человеко-машинным интерфейсом для зрения. Имплантант улитки уха уже помог многим неслышащим людям. Нанотехнологии позволят еще больше усовершенствовать подобные имплантанты.
Уход на дому
Благодаря улучшенному питанию и медицинскому обслуживанию все больше и больше людей доживают до преклонного
возраста. Это прекрасно, но данный факт имеет и свою оборотную сторону: все большему количеству людей потребуется уход. Проблему отчасти решит наноэлектроника: датчики и миникомпьютеры,
вплетенные в ткань одежды, могли бы осуществлять постоянный контроль за состоянием здоровья пожилых людей – пульсом, дыханием, обменом веществ. В случае возникновения проблем «МедКофта» автоматически уведомит о них семейного доктора или родственников. О местонахождении пациента сообщит встроенная Глобальная система ориентации (GPS) или модуль системы Галилей (будущая европейская версия GPS).
Автоматические сиделки
Старая Европа» довольно сдержанно « относится к механическим помощникам,
в то время как в Японии производство движущихся роботов скоро будет поставлено на поток. Вполне возможно, это послужит толчком для разработки автоматических сиделок для обеспечения ежедневного ухода. Работа в этом направлении уже ведется. Робототехника легко интегрирует в себя все возрастающую эффективность наноэлектронных технологий.
Роботы, обладающие чувством эмпатии, Оксфордский университет. Такие могут, конечно, охранять уток, однако к автоматическим сиделкам будут
предъявляться
повышенные
требования.
Умная одежда: встроенная электроника озвучивает музыкальные файлы в формате MP3, помогает ориентироваться в городе и отслеживает пульс – дополнительные функции, которые обнаруживаются при тщательном рассмотрении.
39
нологии |
в обществе |
Нанотех |
|
Прогноз от компании Shell AG.
Нанотехнологии станут самым оптимальным выбором в мире возобновляемых источников энергии.
Энергетика и окружающая среда
СИД совершат революцию эффективности.
В отличие от технологий прошлого нанотехнологии могут сочетать экономический рост и сокращение объема потребляемых материалов.
Бизнес в стиле нано: Больше удобства с меньшими материальными затратами.
ВЕвропе около 10 процентов производимой электроэнергии расходуется на освещение. Светоиспускающие диоды на сегодняшний
день могут производить белый свет и потому способны заменить традиционные технологии. Такой переход приведет к значительной экономии ресурсов, поскольку по сравнению с обычной лампой
накаливания диодам для производства того же количества света требуется примерно в два раза меньше энергии, что в потенциале означает огромные возможности экономии электроэнергии в осветительном секторе промышленности.
Миллионы квартирных телевизоров на катоднолучевых трубках вскоре будут заменены на телевизоры с жидкокристаллическим экраном (ЖК дисплеи), а позднее и с экранами на органических светоиспускающих диодах (ОСИД). Обе технологии в потенциале могут сократить потребление электроэнергии на 90 процентов. ЖК дисплеи и ОСИД производятся с помощью нанотехнологий. Если миллионы семей будут экономить по несколько киловатт каждая, результат будет исчисляться в гигаваттах – а это мощность нескольких крупных электростанций.
Работу топливных батарей можно регулировать легко и быстро. В домах уже появляются первые газовые обогреватели на природном газе, оборудованные топливными батареями; они вырабатывают как контролируемое тепло, так и электричество. Если такие нагреватели появятся в миллионах домов, их можно будет объединить в национальную сеть и через Интернет замкнуть на
40
гигантские виртуальные электростанции с |
30 граммов – такого радикального снижения расхода |
теоретической мощностью в сотни гигаватт. В |
материалов при производстве электроэнергии |
перспективе природный газ можно будет заменить |
добились в Лейпциге в компании Соларион. |
водородом из возобновляемых источников энергии. |
|
Нанотехнологии помогут применить в данных |
Исследователи компании Сименс заявили о |
разработках новые материалы и катализаторы. |
достижении уровня производительности новейших |
|
органических солнечных элементов в пять |
Исключительно важными в обработке жидкостей, а |
процентов; эти элементы при нанесении их на |
также в снабжении чистой питьевой водой |
пластиковую пленку станут очень доступными по |
становятся керамические мембраны с нанопорами. |
цене. Фотоактивный слой в такой пленке имеет всего |
Такие мембраны позволят легко отфильтровывать |
100 нанометров в толщину, а срок их эксплуатации |
бактерии и вирусы. |
уже составляет несколько тысяч часов на свету. |
|
Ожидается, что первая продукция, произведенная по |
Использование солнечной энергии с помощью |
такой технологии, появится на рынке в 2005 году. |
нанотехнологий станет реальным и прибыльным |
|
делом. Соединительные полупроводникииз индия, |
|
галлия и азота уже продемонстрировали показатели |
|
работы, позволяющие достичь 50% |
|
производительности солнечной энергии. Однако |
|
производительность является лишь одним из |
|
критериев, нанотехнологии позволят значительно |
|
сократить стоимость световых коллекторов путем |
|
применения тонкослойной технологии или |
|
технологии частиц. Лабораторные образцы пленок |
|
из светочувствительных элементов с покрытиями, |
|
подобными покрытиям, используемым для обычных |
|
и органических светоиспускающих диодов, |
|
производят 100 ватт энергии при весе всего в |
|
Весь спектр: Стеклянный фасад одного из холлов отеля Веггис на Люцернском озере светится всеми цветами радуги благодаря 84 000 светоиспускающих диодов фирмы OSRAM.
В будущем
органические
светоиспускающие диоды будут использоваться во многих экранах.
Нанотехнологии |
в обществе |
Технология
химических
микрореакций
повышает
эффективность производства даже самых экзотических веществ.
Энергетика и окружающая среда
Обычный
термоэлектрический
модуль:
полупроводниковые блоки превращают поток тепла в электрическую энергию. Нанотехнологии повышают производительность данной технологии, тем самым открывая новые рынки.
Нанотехнологии вдохнули новую жизнь во многие старые идеи, которые без них из-за неэкономичности имеющихся материалов оказались бы на обочине прогресса. Одна из таких идей касается производства электроэнергии термоэлектрическим способом.
Электричество из тепла, тепло из электричества – Термоэлектрики.
Существует целый ряд известных физических явлений, едва ли замечаемых большинством из нас, которые имели более чем скромный
успех в различных сегментах рынка. Например, сумка-холодильник, которая подключается к системе электропитания автомобиля и действительно прекрасно охлаждает. Внутри нее,
оставаясь невидимым, работает принцип, оставленный в наследство французским ученым Жаном Шарлем Атаназом Пельтье, который в 1834 году открыл названное его именем явление: электрический ток, бегущий через точку соприкосновения двух разных металлов, нагревает одну из соприкасающихся сторон и охлаждает
другую. Тринадцатью годами раньше немец Томас Иоганн Зеебек обнаружил обратное явление, когда поток тепла, идущий через точку соприкосновения двух металлов, производит электричество. Обоих джентльменов ждет новый виток славы благодаря нанотехнологиям, которые позволяют разработать новые материалы, сделающие оба явления высокопроизводительными.
Производство таких материалов опять же требует оборудования, подобного тому, какое необходимо для производства СИД. Такие аппараты наносят слой теллурида сурьмы толщиной пять нанометров на нанометровый слой теллурида висмута,
42
Реакторы компании Aixtron для исследований (слева) и для точного изготовления тонких слоев соединительных полупроводников (справа).
и затем повторяют этот процесс до тех пор, пока не образуется полупроводниковая пленка, которая удивила бы и порадовала господ Пельтье и Зибека: когда через нее течет ток, одна сторона пленки нагревается, а другая охлаждается. Пленку можно структурировать очень точно, так что ее можно будет использовать для охлаждения чипов или в лабораториях на чипах для обеспечения работы крошечных реакционных сосудов, в которых посредством быстрой смены температур воспроизводится ДНК. Вполне возможно, что кардинальное повышение производительности в будущем превратит элементы Пельтье в самую выигрышную технологию для всей холодильной промышленности. С другой стороны, с помощью таких термоэлектрических слоев, имея дешевый источник тепла, например, геотермальное тепло, можно очень дешево производить электричество. Исландия могла бы производить баснословные объемы энергии за счет получения водорода электролитическим способом.
В химической промышленности подобные методы позволят бесшумно, незаметно и эффективно – благодаря нанотехнологиям – превращать огромные количества отработанного тепла в электричество.
Термофотовольтаики
Термоэлектрооборудование – не единственное средство легкого превращения отработанного тепла в электричество.
Термофотовольтаики (TPV) используют (невидимое) тепловое излучение (инфракрасное излучение) горячих предметов.
Нанотехнологии обитают в структурах излучателей, которые адаптируют спектр источника тепла к спектральной чувствительности термофотовольтаических ячеек.
Термофотовольтаическим ячейкам достаточно света свечи для производства электроэнергии, необходимой для работы радио.
Вольфрамовые излучатели с наноструктурированной поверхностью для адаптации инфракрасного спектра.
43