В научной фантастике мало словечек, столь же мощных, как нанотехнологии. Каждый раз, когда писателю или режиссеру нужно объяснить какую-то технологию будущего, которая не является квантовой по своей природе, это нанотехнология. Сегодня все чаще эти технологии становятся реальностью. Какими же стали последние новинки из мира науки?
Одежда будущего
Трудно представить, как можно сделать обычную одежду высокотехнологичной. Нет ничего более обыденного, чем футболка или пара носков, но нанотехнологии могут изменить все это. Обработка существующих тканевых материалов наночастицами может придать им целый ряд интересных характеристик.
Если нанести на ткань слой гидрофобных молекул, это сделает ее способной отталкивать жидкости, такие простые, как вода, или сложные, как кофе, вино и горчица. Следовательно, обработанные ткани кажутся непроницаемыми для намокания или окрашивания. Сами покрытия почти невесомы и принципиально не меняют природу ткани.
В дополнение к предотвращению появления пятен исследования показали устойчивость к бактериям за счет производства активных форм кислорода. В результате бактерии, вызывающие неприятный запах, не скапливаются в материале, и одежда дольше пахнет свежестью.
Машины стают легче и прочнее
Нанотехнологии могут позволить инженерам модифицировать существующие материалы и улучшить их характеристики. Ученые из Мичиганского государственного университета создали систему для разделения слоев графита на листы толщиной менее 10 нанометров. Для сравнения, средний человеческий волос имеет ширину от 80 000 до 100 000 нанометров .
Их материал, который называется xGnP Exfoliated Graphite NanoPlatelets, может использоваться сам по себе или в сочетании с пластиком, чтобы сделать продукты более жесткими, легкими и прочными. Они предполагают, что эта новая комбинация материалов может быть использована для создания более прочных и экономичных автомобилей и даже ракет, которые в разы легче, но достаточно прочные, чтобы летать в космос.
Кроме того, этот материал обладает электро- и теплопроводностью, что открывает еще одну возможность применения в энергетическом секторе. В будущем его можно будет использовать в батареях нового класса или в качестве токопроводящего покрытия для солнечных батарей.
Телевизор сверхвысокой четкости
LG, один из ведущих мировых производителей телевизоров, разработала так называемую технологию NanoCell. По данным компании, в телевизорах NanoCell используется слой наночастиц, распределенных между экраном и источником света. Эти частицы отфильтровывают определенные длины волн света из спектра RGB. Цель состоит в том, чтобы заблокировать тусклые цвета и пропустить только самые резкие цвета. В результате картинка становится более реалистичной и яркой.
Самовосстанавливающаяся электроника
Ученые из Израильского технологического института работали с двойными нанокристаллами перовскита, когда обнаружили, что они способны лечить повреждения своих структур при правильных условиях. Двойные перовскиты обладают электрооптическими характеристиками, что делает их хорошей альтернативой материалам, используемым в настоящее время в электронной продукции.
Рассматривая кристаллы в электронный микроскоп, ученые поняли, что иногда они убирают кристаллические пустоты. Создав на поверхность кристаллов повреждения, ученые смогли увидеть как они исчезают. Кристаллы могли перемещать пустоты к краю и наружу, эффективно исцеляя себя. Это может привести к классу электроники, способной восстанавливать свои собственные повреждения.
Лечение травм позвоночника
Позвоночник очень плохо заживает сам. Как правило, после тяжелой травмы позвоночника вокруг места раны образуется фиброзная рубцовая ткань, препятствующая воссоединению нервов и кровеносных сосудов. Тело посылает сигналы для заживления раны, но не для восстановления прежних связей.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Северо-Западного университета, возможно, нашло решение этой проблемы. В их лечении использовалась инъекция нановолокон, которые создавали каркас, способный стимулировать соединение и связь между тканями позвоночника, способствуя регенерации.
Инъекция состояла из супрамолекулярных пептидных волокнистых каркасов с двумя пептидными последовательностями. Они замедляли образование фиброзной рубцовой ткани, способствовали регенерации аксонов, предотвращали гибель нейронов и улучшали выработку кровеносных сосудов.
Вакцины с отсроченным действием
Многие вакцины требуют введения нескольких доз через разные промежутки времени. Это означает, что нужно записаться на несколько приемов к врачу, чтобы сделать прививки, иногда с интервалом в несколько недель или месяцев. Это может быть особенно сложно с детьми или просто для людей с плотным графиком. В будущем благодаря нанотехнологиям вы сможете получить весь список вакцин за один раз..
Согласно исследованию 2022 года, ученые использовали нанотехнологии для создания капсул с полым ядром, в которых размещались несколько доз вакцины. Эти дозы затем выпускаются в более поздние сроки. Секрет успеха нанокапсул заключается в составе их крышки и в том, как она взаимодействует с телом. Со временем крышка оболочки становится все более пористой, пока не достигает критической точки разрушения и не открывается. Когда это происходит, вакцина выбрасывается в тело. Время ее высвобождения можно регулировать составом капсулы.
Новые источники энергии
Команда из Техасского университета в Далласе создала форму пряжи, которую они называют твистронами, которая содержит нановолокна. Когда волокна растягиваются или сгибаются, кинетическая энергия преобразуется в электрическую, которую можно использовать.
С точки зрения крупномасштабного производства энергии, волокна могут быть внедрены в устройства, размещенные в окружающей среде, и собирать энергию от естественных движений волн или ветра.
Очистка воды
Ученые из государственного исследовательского университета в Швейцарии, создали новое устройство для фильтрации воды с использованием нанопроволок диоксида титана и углеродных нанотрубок.
В сочетании с солнечным светом система эффективно убивает патогены в воде посредством фотокаталитической реакции. Это приводит к образованию активных форм кислорода, таких как перекись водорода. Исследование свидетельствует о том, что система эффективно очищает воду от бактерий и вирусов, а также может эффективно удалять другие загрязняющие вещества.
Очистка от разлитой нефти
Переход на альтернативные источники энергии может предотвратить любые будущие разливы нефти, но сегодня наночастицы могут стать альтернативным решением для очистки. Ученые изучают множество металлических наночастиц, включая частицы оксида железа, нанокомпозиты и углеродные нанотрубки, в качестве потенциальных методов упрощения усилий по очистке разливов нефти.
Процесс относительно прост. Эти частицы могут быть размещены на месте разлива, где они смешаются с нефтью. Поскольку частицы гидрофобны, риск того, что они смешаются с водой, невелик. Когда у нас есть суспензия масла и наночастиц, остается только использовать магниты, чтобы захватить смесь и отделить ее от воды. Более того, исследователи предполагают, что при желании частицы можно будет извлечь из масла, чтобы впоследствии его можно было использовать по назначению.
