Nanotexnologiya — fundamental va amaliy fan hamda texnika sohasi bo‘lib, alohida atom va molekulalarni boshqariladigan tarzda manipulyatsiya qilish orqali atom darajasida tuzilishi oldindan belgilangan mahsulotlarni nazariy asoslash, tadqiq qilish, tahlil va sintez qilish, shuningdek ularni ishlab chiqarish va qo‘llash usullarini qamrab oladi. Nanotexnologiya ilg‘or ilmiy natijalarga tayanganligi sababli yuqori texnologiyalar (high-tech) doirasiga kiradi.

Izoh (terminlar):
nanometr (nm) — metrdan 10⁻⁹ m; nanomiqyos — odatda 1–100 nm oralig‘i; nanomaterial — nanomiqyosdagi elementlardan kamida bitta o‘lchami 1–100 nm bo‘lgan modda; molekulyar texnologiya — atom/molekulalar darajasida yig‘ish va qurish g‘oyalarini o‘z ichiga olgan yo‘nalish.

Ta’rif va terminologiya

Nanotexnologiyalar va nanomahsulotlar uchun yagona, hamma tomonidan qabul qilingan ta’rif yo‘q. Amaliyotda bir nechta normativ va konseptual yondashuvlar qo‘llanadi:

1. ISO/TC 229 (Nanotexnologiyalar bo‘yicha ISO texnik qo‘mitasi) ta’rifiga ko‘ra:
   • jarayonlarni asosan 1 nm miqyosida (kamida bitta o‘lcham <100 nm) bilish va boshqarish;
   • nanomiqyosdagi obyektlar xossalaridan — ular erkin atom/molekulalar yoki shu atom/molekulalardan tashkil topgan massiv moddaning xossalaridan farq qiladigan xossalardan — yangi material, qurilma va tizimlar yaratishda foydalanish.
2. GOST R 55416-2013 (ISO/TS 80004-1:2010): nanodiapazondagi alohida elementlarning tuzilishi, kimyoviy tarkibi va o‘zaro ta’sirini maqsadli nazorat qilish va boshqarishga tayanadigan materiallar, qurilmalar va tizimlarni o‘rganish, loyihalash va ishlab chiqarish usullarining yig‘indisi.
3. Rossiya Federatsiyasining 2004 yilgi konsepsiyasi: kamida bitta o‘lchami 100 nm dan kichik komponentlarni o‘z ichiga olgan obyektlarni boshqariladigan tarzda yaratish va modifikatsiya qilish usullari majmui; buning natijasida tamoman yangi sifatlar yuzaga keladi va ular yirikroq tizimlarga integratsiyalash imkonini beradi.

Tarix

Ko‘plab manbalar (ayniqsa ingliz tilidagi) nanomiqyosda ishlash g‘oyalarining ilk tilga olinishi sifatida **Richard Feynman (Richard Feynman)**ning 1959 yilda Kaliforniya Texnologiya Institutida (Caltech) Amerika Fizika Jamiyatining yig‘ilishida qilgan mashhur “Quyida joy juda ko‘p” (“There’s Plenty of Room at the Bottom”) ma’ruzasini ko‘rsatadi. Feynman yakka atomlarni mos o‘lchamli manipulyator yordamida mexanik surish nazariy jihatdan fizik qonunlarga zid emasligini ta’kidlagan.

Fundamental qarashlar

2009 yilda Viskonsin–Medison universiteti olimlari ishqalanish qonunlari makro va nanodarajada bir-biriga o‘xshashligini ko‘rsatdi (eksperimental kuzatuvlar ma’lumotlari).

Nanochastitsalar

Miniatyurlashtirish tendensiyasi shuni ko‘rsatdiki, moddaning 1–100 nm kattalikdagi juda mayda zarralari — nanochastitsalar — odatdagi massiv holatga nisbatan butunlay yangi xossalarga ega bo‘lishi mumkin. Masalan, ayrim materiallarning nanochastitsalari katalitik va adsorbsion xossalari bilan ajralib turadi.

So‘nggi yutuqlar: nanomateriallar

Quyidagi nanomateriallar nanotexnologiyaning dolzarb yo‘nalishlaridan hisoblanadi: grafen, uglerod nanonaychalari, fullerenlar, nanokristallar, aerogellar, aerografit, nanoaqqumulyatorlar, “lotos effekti”ga ega sirtlar. (Atamalar asliyati: graphene, carbon nanotubes, fullerenes, nanocrystals, aerogels, aerographite, nano-accumulators, lotus-effect surfaces).

Nanomateriallarni olish usullari

Amalda quyidagi texnikalar qo‘llanadi (materialga qarab):

• Yoy razryadi (arc discharge): grafit elektrodlari orasida plazma yoyidan foydalanib fullerenlar va uglerod nanonaychalarini olish;
• Gaz-fazali usullar: yuqori haroratda (ko‘pincha katalizator ishtirokida) uglevodorodlarni parchalash;
• Kondensatsiya va qoplama: yupqa plyonkalarni fizik/kimyoviy cho‘ktirish (PVD/CVD);
• Kukun texnologiyalari, presslash va deformatsiya: zarrachalardan massiv nanostrukturalarni yig‘ish.

Tadqiqot usullari

Nanotexnologiya kesishuvchi (interdisiplinar) xususiyatga ega bo‘lgani uchun biologiya, kimyo va fizikaning klassik metodlari bilan birga maxsus asboblar ham ishlatiladi. Ulardan biri — skanerlovchi zondli mikroskopiya (SZM; scanning probe microscopy) bo‘lib, optik va elektron mikroskopiya, Raman va ftorishent spektroskopiya, ultra-mikrotomlar bilan integratsiya qilinadi. Tajribalar havo muhitida, vakuumda va suyuqlikda o‘tkazilishi mumkin; ham o‘tkazuvchi, ham dielektrik obyektlar o‘rganiladi.

Ba’zi atom-darajali tajribalar uchun ultra-yuqori vakuum (≈10⁻¹¹ torr), 4–10 K gacha sovitish, atomar darajada toza va silliq taglik kerak bo‘ladi: bu sharoitlar yuzadagi diffuziyani kamaytiradi va termik driftni pasaytiradi.

Xususiyatga yo‘naltirilgan skanlash (ООС / feature-oriented scanning) metodologiyasi AKM (atom-kuch mikroskopi) zondi bilan nanoobyektlar topografiyasi va sirt xossalarini aniq o‘lchash, shuningdek, “pastdan-yuqoriga” (bottom-up) yig‘ish g‘oyasini avtomatlashtirilgan rejimda amalga oshirishga yordam beradi.

Kompyuterlar va mikroelektronika

• Markaziy protsessorlar (CPU): 2007 yil 15-oktabrda Intel taxminan 45 nm minimal o‘lchamli strukturalarga ega protsessor prototipi haqida e’lon qildi; istiqbolda bu chegarani ≈5 nm darajasigacha tushirish rejalari tilga olingan. AMD (IBM bilan hamkorlikda) ham “nanotexnologik jarayonlar”dan foydalangan bo‘lib, SOI (silicon-on-insulator) izolyatsion qatlamidan foydalanish oqim sizishini kamaytirishdagi farqli yondashuv sifatida ko‘rsatiladi. (Mazkur misollar tarixiy kontekstda keltirilgan.).

Skanerlovchi zondli mikroskopiya

Skanerlovchi zondli mikroskopiya (SZM) — nanoqo‘shimchalar va sirt hodisalarini o‘rganish uchun qo‘llanadigan usullar oilasi. SZM tajribalari atmosfera sharoitida, yuqori vakuumda va hatto suyuqlik muhitida olib borilishi mumkin; o‘tkazuvchi hamda dielektrik namunalarda ishlaydi, optik/elektron mikroskopiya va spektral metodlar (Raman, ftorishent) bilan birlashtiriladi. Atom-kuch mikroskopi (AKM) zondi yordamida alohida atomlarni ko‘rish, hatto ularni yuzada manzilli siljitish (IBM laboratoriyalaridagi mashhur “atomlar bilan IBM” tajribasi) mumkin. Bunday manipulyatsiyalar odatda ultra-yuqori vakuum (~10⁻¹¹ torr), 4–10 K gacha sovitish va atomar darajada toza/silliq taglikni talab qiladi. Aniq topografiya va sirt xossalarini o‘lchash hamda “pastdan-yuqoriga (bottom-up)” yig‘ishni avtomatlashtirish uchun xususiyatga yo‘naltirilgan skanlash (feature-oriented scanning) metodologiyasi qo‘llanadi.

Nanomeditsina va kimyo sanoati

Nanomeditsina — nanomaterial va nanoqurilmalar xossalaridan foydalanib, insonning biologik tizimlarini nanomolekulyar darajada kuzatish, loyihalash va modifikatsiya qilishga yo‘naltirilgan yo‘nalish. Misollar: DNK-nanotexnologiyalar (nuklein kislotalar asoslari o‘ziga xosligidan foydalangan holda oldindan belgilangan geometriyadagi strukturalarni tuzish), farmatsevtikada aniq shaklli molekulalarni (jumladan, bis-peptidlar) sintez qilish.

Robototexnika

Nanotexnologiya doirasida molekulyar rotorlar (energiya berilganda aylanish momenti hosil qiluvchi nanoskopik dvigatellar), nanorobotlar (molekula o‘lchamiga yaqin, harakatlanish, axborotni qayta ishlash/uzatish va dastur bajarish funksiyalariga ega qurilmalar) kabi konseptlar qaraladi. Teoretik jihatdan o‘z-o‘zini ko‘paytirishi mumkin bo‘lgan nanorobotlar “replikatorlar” deb ta’riflanadi; bu g‘oya E. Dreksslerning “Mashinlar yaratishi” kitobida keng muhokama qilingan. Mavzu bo‘yicha maxsus xalqaro anjumanlar o‘tkaziladi; shuningdek, molekulyar propyeller (vint shaklli nanoskopik molekulalar) va RoboCup doirasidagi “Nanogram Competition” kabi tanlovlar ham mavjud.

Konseptual qurilmalar

• Nokia Morph — Nokia tadqiqot bo‘linmasi va Kembrij universiteti hamkorligidagi kelajak telefoni konsepti; moslashuvchan nanomateriallar va o‘zgaruvchan shakl g‘oyalariga tayanadi.

Industriya

Hisob-kitoblarga ko‘ra, 2004 yilda nanotexnologiyalarni rivojlantirishga yo‘naltirilgan global investitsiyalar 2003 yilga nisbatan deyarli ikki baravar oshib, $10 mlrd ga yetgan: $6,6 mlrd — xususiy sektor, $3,3 mlrd — davlat manbalari. Kapital qo‘yilmalar bo‘yicha yetakchilar: Yaponiya va AQSh; nanomateriallar bozori 2001 yilda $555 mln, 2005 yilda $900 mln dan ortiq baholangan.

Jamiyatning nanotexnologiyalarga munosabati

Nanotexnologiyalar taraqqiyoti jamoatchilikda turlicha aks-sado keltirdi. VTSIOM va Eurobarometer tadqiqotlari jamiyat kayfiyatini o‘rgangan. Ayrim izlanishlar mutaxassis bo‘lmaganlarda salbiy munosabat diniylik omillari va nanomateriallarning toksikligi haqidagi xavotirlar bilan bog‘liq bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi (ayniqsa reklama qilingan kolloid kumush misolida).

Jahon hamjamiyatining reaksiyasi

2005 yildan beri CRN (Center for Responsible Nanotechnology) huzurida nanotexnologiyalar ijtimoiy oqibatlarini o‘rganuvchi xalqaro ishchi guruh faol. 2006 yil oktyabrida xalqaro hisobotda xavfsizlik nuqtayi nazaridan ma’lumot tarqatishni cheklash zarurati tilga olingan. 2008 yilda International Alliance for NanoEHS Harmonization tashkil etilib, nanomateriallarni hujayra va tirik organizmlarda takrorlanuvchi toksikologik sinovlar uchun protokollar belgilash maqsad qilingan.

Rossiya jamiyatining reaksiyasi

2007 yil 26-aprel kuni Rossiya Prezidenti Vladimir Putin nanotexnologiyalarni “fan va texnikaning eng ustuvor yo‘nalishlaridan biri” deb atagan. So‘ngra bir qator jamoat tashkilotlari ushbu yo‘nalishni qo‘llab-quvvatlovchi tashabbuslarni ilgari surgan.

Nanotubalarga asoslangan molekulyar o'lchamdagi viteslar.

Nanotexnologiyalar san’atda

Ommaviy madaniyatda nanog‘oyalar ko‘p uchraydi (fantastik adabiyot, kino, seriallar va h.k.); ayrim asarlarda o‘z-o‘zini ko‘paytiruvchi nanoreplikatorlar motivi tasvirlanadi.

Forumlar va ko‘rgazmalar

Rossiyada birinchi Xalqaro nanotexnologiyalar forumi — Rusnanotech 2008 yilda Moskvadagi “Ekspomarkaz”da o‘tgan va keyingi yillarda muntazam yo‘lga qo‘yilgan. Dastur kongress qismi, ilmiy-texnologik seksiyalar, stend ma’ruzalari hamda yosh olimlar tanlovini o‘z ichiga olgan; 2008–2010 yillarda ishtirokchilar soni minglab bo‘lgan.