Садовский технологии (стр. 30 )

В зависимости от материала, из которого изготовляют мембраны, их делят на полимерные, металлические, стеклянные, керамические или композиционные.

406

По механизму мембранного действия различают диффузионные, адсорбционные и ионообменные мембраны.

В зависимости от агрегатного состояния разделяемой смеси, движущей силы процесса разделения, размеров частиц компонентов и механизма разделения различают следующие разновидности мембранных процессов:

•  диффузионное разделение газов;

•  разделение жидкостей методом испарения через мембрану;

•  баромембранные процессы разделения жидких смесей;

•  электродиализ.

Диффузионное разделение газов основано на различной проницаемости мембран для отдельных компонентов газовых смесей. Для осуществления диффузионного разделения газовых смесей используются как сплошные, так и пористые мембраны с размерами пор меньшими, чем длина свободного пробега молекул газов при заданном давлении. Движущей силой процессов диффузии компонентов является разность их концентраций на противоположных поверхностях мембраны.

Диффузионное разделение газов сегодня является наиболее крупномасштабным и экономичным методом, который широко используется для получения урана-235, являющегося ядерным топливом; создания аппаратов «искусственное легкое»; при производстве водорода, выделении гелия из состава природных и нефтяных газов; для создания контролируемой атмосферы, обогащенной диоксидом углерода. Созданы и используются специальные пленки, которые помогают длительное время сохранять качество завернутых в них овощей, фруктов, цветов. В основе такой технологии лежит свойство полимерных мембран разделять воздух на молекулярном уровне: в результате в нем становится меньше кислорода, что резко замедляет процессы гниения.

Разделение жидкостей методом испарения через мембрану основано на различной диффузионной проницаемости мембран для паров веществ. Движущей силой процесса является разность концентраций или давлений. Смесь жидкостей, находящихся в контакте с мембраной, нагревают, а пары, проникающие через мембрану, отводят с помощью вакуумирования или потоком инертного газа. Наиболее широко этот метод применяется при разделении азеотропных смесей, а также смесей веществ, имеющих невысокую термическую стабильность.

Баромембранные процессы разделении жидких смесей осуществляются под избыточным давлением. Установки, работающие на принципе баромембранного разделения, широко используются для обессоливания морской и соленой воды, очист-

407

ки сточных вод, извлечения ценных компонентов из разбавленных растворов. В пищевой промышленности они применяются для концентрирования сахарных сиропов, фруктовых и овощных соков; в электронной промышленности, медицине и фармацевтике — для получения ультрачистой воды.

Если мембранный процесс используют для отделения от идеального раствора крупных коллоидных или взвешенных микрочастиц размером 0,1—10 мкм, то его называют микрофильтрацией, или мембранной фильтрацией.

Микрофильтрация нашла широкое применение в микробиологической промышленности при концентрировании водных растворов ферментов, белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и других веществ, а также для очистки сточных вод в химической, пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности.

Электродиализ можно определить как перенос ионов через мембрану под действием электрического тока. При наличии мембран, избирательно пропускающих одни ионы и задерживающих другие, можно решать задачи выделения ценных компонентов из растворов, обессоливания воды и снижения ее жесткости, очистки сточных вод и др.

В зависимости от способа укладки мембран аппараты для мембранных процессов могут быть следующих типов:

•  с плоскими мембранными элементами;

•  с трубчатыми мембранными элементами;

•  с мембранными элементами рулонного типа;

•  с мембранными элементами в виде полых волокон.

Достоинствами плоскокамерных аппаратов являются простота их устройства и надежность в работе, недостатками — трудоемкость изготовления, высокая металлоемкость, низкая плотность укладки мембран в единице объема, невысокая интенсивность процесса мембранного разделения.

Преимуществами трубчатых разделительных аппаратов являются нетребовательность к предварительной очистке разделяемых смесей, высокая удельная поверхность мембраны в аппарате, легкость очистки поверхности мембран от осадков, интенсивный режим работы. Недостатки трубчатых разделительных аппаратов обусловлены в первую очередь высокой стоимостью их изготовления.

К достоинствам аппаратов с элементами рулонного типа следует отнести высокую плотность упаковки мембран в единице объема, удобство монтажа и демонтажа разделительного элемента в аппарате, возможность предварительного контроля качества мембранной поверхности. Недостаток таких аппара-

408

тов — необходимость тщательной предварительной подготовки разделяемой смеси, что увеличивает стоимость процесса мембранного разделения.

Основными преимуществами разделительных аппаратов с полыми волокнами являются высокая удельная производительность, простота устройства и эксплуатации. Однако эти аппараты недешевы.

Перспективность мембранных методов — прежде всего в их универсальности. Скоро нельзя будет представить ни одной технологической линии в пищевой, медицинской, фармацевтической и ряде других отраслей промышленности, в которой не было бы установок для мембранного синтеза, разделения, концентрирования и очистки продуктов.

15.7. Основы радиациопно-химическои технологии

За последние два десятилетия сформировалась новая область химической технологии — радиационно-химическая технология (РХТ). Ее предшественницей следует считать ядерную технологию, интенсивное развитие которой (с начала 40-х гг. XX в.) стимулировала необходимость срочного решения ряда задач, связанных с практическим использованием атомной энергии.

Целью радиационно-химической технологии является разработка методов и устройств для наиболее экономичного осуществления с помощью ионизирующего излучения физических, химических и биологических процессов, позволяющих получать новые материалы или придавать им улучшенные свойства, а также для решения экологических проблем. Выделение этого направления в отдельную область технологии обусловлено прежде всего особенностью действия ионизирующего излучения на вещество.

Радиационно-химические процессы обуславливаются энергией возбужденных атомов, ионов, молекул. Энергия ионизирующего излучения превышает в сотни тысяч раз энергию химических связей. Механизм радиационно-химических процессов объясняется особенностями взаимодействия излучений с реагирующими веществами.

В качестве источников ионизирующего излучения используются потоки заряженных частиц большой энергии (электроны, а, р, частицы, нейтроны, у-излучение).

Первоначально ионизирующее излучение применяли для производства уникальных продуктов и продуктов улучшенного качества, что было продиктовано ценами на них. Случаи экономии сырья и энергии при этом являлись единичными.

409

Сегодня наблюдается явное смещение приоритетов использования ионизирующих излучений: от получения продуктов с уникальными и улучшенными свойствами к экономии сырья и энергии.

Доказано, что стоимость получения сшитой полиэтиленовой изоляции кабеля при помощи радиационной технологии в 2,2 раза ниже, чем при использовании других нетрадиционных методов. Продукция радиационной вулканизации резиновой ленты в 8 раз дешевле, чем традиционной термической вулканизации. Радиационная стерилизация медицинских инструментов и оборудования в 4,5 раза экономичнее других видов стерилизации, а радиационное консервирование продуктов питания экономичнее других способов почти в 100 раз.

В настоящее время разработаны и находятся на различных стадиях опытно-промышленной реализации более пятидесяти радиационно-химических технологических процессов, например:

•  радиационная полимеризация и сополимеризация, включающая получение древесно-полимерных и бетонно-полимер-ных материалов;

•  радиационное отверждение покрытий;

•  радиационные сшивание полимеров и вулканизация эластомеров;

•  радиационно-химический синтез (радиационное хлорирование, сульфохлорирование углеводородов);

•  радиационное модифицирование неорганических материалов (улучшение адсорбционных и каталитических характеристик, радиационное легирование);

•  радиационная очистка сточных вод.

Основные преимущества РХТ можно сформулировать следующим образом:

•  возможность получения уникальных материалов, производство которых другими способами невозможно;

•  высокая чистота получаемых продуктов;

•  смягчение условий проведения процесса (температуры, давления);

•  возможность регулирования скорости процесса за счет изменения интенсивности излучения, а следовательно, — легкость автоматизации процесса;

•  возможность замены в некоторых случаях многостадийных процессов синтеза одностадийными.

410

15.8. Основы плазменной и элиоппой технологии

Плазменная технология основана на обработке исходных материалов концентрированными потоками энергии — плазмой.

Плазма — значительно ионизированная и нагретая до—30 000 °С смесь нейтральных молекул, ионов, которая в отличие от газа ярко светится, обладает электропроводностью и активно взаимодействует с магнитными нолями.

Ныне известно более 50 плазменных технологий. Сформировалась и научная база этой группы технологий — нлазмохи-мия, изучающая процессы, протекающие при сверхвысоких температурах, когда вещество находится в состоянии плазмы.

В плазменных установках (рис. 15.8) в качестве энергоносителя чаще всего используется струя низкотемпературной плазмы.

С помощью электродуговых или высокочастотных разрядов создается высокая (до 30 000 ° С) температура, которая ионизирует газовый поток плазмообразующих газов аргона, гелия, азота или их смесей. При соединении с электронами газ ионизируется и под действием магнитных полей выходит из сопла плазмотрона в виде ярко светящейся струи.

Полученная плазма в качестве энергоносителя направляется на обрабатываемую поверхность изделия, в химический реактор и т. д. В химическом реакторе, например, под воздействием высокой температуры в плазме за тысячные доли секунды протекают химические реакции.

В машиностроении плазменным методом обрабатывают изделия из любых материалов, выполняя прошивание отверстий, резку, наплавку, напыление тугоплавких, износостойких, кор-розионноустойчивых покрытий, сварку и т. д. С помощью плазмы сваривают тугоплавкие металлы, а также неэлектропроводные материалы (стекло, керамика).

411

Плазма используется для химического синтеза органических и неорганических соединений, при производстве композиционных материалов, сверхчистых металлов, высокодисперсных порошков, выращивании монокристаллов и т. д. Плазменные установки дают возможность перерабатывать труднообрабатываемое, но широкодоступное сырье, эффективно изменять физические и физико-химические свойства материалов, получать высокочистые материалы в электронной и особенно химической технологии.

В металлургии вместо доменных печей для процесса восстановления железа вполне можно использовать плазмотроны. При этом вместо кокса или природного газа для процесса восстановления железа могут использоваться самые дешевые топливно-энергетические ресурсы, по существу отходы — угольная пыль и древесная стружка. К тому же плазменные металлургические технологические процессы, в отличие от традиционных, экологически чисты, не выделяют в окружающую среду сернистые и иные вредные газы.

В разных отраслях успешно используется метод плазменного напыления — нанесения на поверхность деталей упрочняющих, термостойких, антикоррозионных, защитных, декоративных и других покрытий. Такие покрытия позволяют улучшить качество, повысить ресурс и надежность машин. Методом плазменного напыления можно восстанавливать изношенные поверхности деталей.

На базе плазменной технологии можно организовать резку стальных плит толщиной до 25 см и плит из цветных металлов толщиной 10—15 см.

При высокой температуре в струе плазмы происходит разложение отходов на элементы с последующим синтезом новых продуктов. Так открывается путь к безотходным экологически чистым технологиям.

Можно назвать и другие сферы высокоэффективного применения плазменных технологий. Однако широкое использование плазменных технологий тормозится слабой изученностью данного класса процессов, иногда слишком большой скоростью их протекания, сравнительно высокой энергоемкостью производства.

Элионная технология использует действие электронных, ионных и рентгеновских остросфокусированных пучков. Одним из важнейших процессов элионной технологии является ионная имплантация.

Ионная имплантация — высокоэффективный физический метод научных исследований и технологической обработки, ос-

412

нованный на взаимодействии управляемых потоков высокоэнергетических ионов с поверхностью твердого тела для направленного изменения его свойств, связанных с атомной структурой. При ионной имплантации обрабатывающие ионы преодолевают поверхностный энергетический барьер, внедряются в поверхностный слой, вызывая повышение концентрации атомов обрабатывающего вещества в последнем; внедрению сопутствует мощное радиационное воздействие, связанное с рассеянием кинетической энергии ионов в сопротивляющейся среде обрабатываемого материала и приводящее к дефектообра-зованию.

Таким образом, ионная имплантация охватывает два взаимосвязанных процесса — внедрение (легирование) и радиационную обработку (дефектообразование). Однако в зависимости от целевого назначения проводимой обработки возможен такой выбор режимов и условий имплантации, когда технологически существенным оказывается лишь один из аспектов этого двуединого процесса.

Под воздействием ионных потоков в поверхностном слое материалов происходит комплекс явлений, включающий изменение элементного состава модифицированного слоя — как с созданием твердых растворов, так и формированием и выделением новых фаз. В кристаллических материалах может происходить изменение параметров решетки и ее типа, размеров и ориентации зерен и блоков кристаллов, вплоть до аморфизации, появления радиационных дефектов, создания внутренних сжимающих и растягивающих напряжений. В зависимости от параметров ионной имплантации происходит изменение свойств поверхностного слоя материалов, таких как твердость, усталость, изнашивание, коэффициент трения, коррозионная стойкость, электрохимическое состояние, каталитическое действие, связи на поверхности, отражательная способность, адгезия, эрозионные свойства.

Использование элионной технологии, несмотря на ее высокую энергоемкость, весьма перспективно для создания новых конструкционных материалов и улучшения свойств традиционных.

15.9. Основы современной биотехпологии

Термин «биотехнология» возник в начале XX в., однако биотехнологические процессы человечество использует с глубокой древности. Это так называемая традиционная биотехнология, основанная на процессах брожения. К ней относятся хлебопечение, сыроварение, виноделие, силосование кормов и т. д.

413

В наши дни успехи биотехнологии наполнили это понятие новым содержанием.

Биотехнология — это новый этап современных биотехнологических знаний и технологического опыта. Возникнув на стыке различных наук — микробиологии, биохимии, биофизики, генетики и др., базируясь на достижениях фундаментальных исследований, биотехнология стала одним из важнейших факторов развития общественного производства. Она создает возможность получения с помощью легкодоступных и возобновляемых ресурсов тех веществ и соединений, которые важны для жизни и благосостояния людей.

Современная биотехнология использует биологические процессы и системы для получения разнообразных продуктов. В настоящее время это многопрофильная и комплексная отрасль производства, которая включает в себя:

• промышленную биотехнологию (микробиологический
синтез);

« генетическую и клеточную инженерию;

• инженерную энзимологию (белковую инженерию).

Эти новые направления биотехнологии призваны способствовать решению насущных проблем медицины, сельского хозяйства, энергетики, рационального использования и охраны природных ресурсов.

Промышленная микробиология (микробиологический синтез) — наука, изучающая промышленное получение веществ с помощью микроорганизмов.

В настоящее время микробиологическая индустрия выпускает около 200 видов разнообразной продукции, необходимой народному хозяйству. Промышленная микробиология производит сотни тысяч тонн кормовых дрожжей, тысячи тонн аминокислот, биологических средств защиты растений, антибиотики для сельскохозяйственных животных, витамины, органические растворители, этиловый спирт и другие продукты.

Дальнейшее развитие промышленной микробиологии будет способствовать повышению эффективности общественного производства. Резервы для развития у микробиологического синтеза есть: из видов микроорганизмов, которые известны человечеству, используется в настоящее время не более ста.

Одна из важнейших проблем современности — восполнение дефицита белка на Земле. Потребность людей в животном белке удовлетворяется в настоящее время только частично. Чтобы получить необходимое количество белка, нужно повысить продуктивность растениеводства
и животноводства
, организовать производство питательных веществ путем микробиологическо-

414

го синтеза. Эти задачи успешно решает промышленная микробиология.

Возможности микробиологической промышленности широко используются в медицине. Одним из мощных современных средств борьбы с инфекциями являются вакцины, производимые путем микробиологического синтеза.

В последнее время в мировой сельскохозяйственной практике все большее внимание уделяется биологическому методу защиты возделываемых культур от вредителей и болезней. Создаются новые бактериальные удобрения и безвредные для окружающей среды средства борьбы с насекомыми-вредителями. Это обусловлено заботой о защите сельскохозяйственной продукции, почвы, воды и воздуха от загрязнений пестицидами и рациональном, более эффективном использовании природных ресурсов.

Микроорганизмы стали союзником человека в решении проблемы охраны окружающей среды, так как в природе много таких веществ, которые они могут разложить или преобразовать.

Прогрессирующий дефицит ископаемого топлива ставит перед современной наукой задачи, связанные с разработкой новых процессов, ориентированных на возобновляемые сырьевые и энергетические источники. Возможность использования микробиологических методов для решения проблем энергетики способствовала появлению и развитию такого направления, как биоэнергетика. По прогнозам, к середине XXI в. удастся получать микробиологическим путем более 10 % необходимой энергии — в виде газообразного топлива из биомасс (биогаз).

Все шире используются возможности промышленной микробиологии в горнорудной и металлургической промышленности. Наибольший практический опыт накоплен в области использования микроорганизмов для извлечения цветных металлов, урана и золота путем бактериального выщелачивания их из бедных или труднообогащаемых другими способами руд. Такой способ обеспечивает комплексное и более полное использование минерального сырья, повышает культуру производства, благоприятен для охраны окружающей среды. В частности, разработана опытная установка для получения меди из руды с использованием методов микробиологической металлургии при нормальных температуре и давлении и минимуме капитальных затрат. Извлечение меди с помощью микроорганизмов обходится в 3—4 раза дешевле, чем обычными металлургическими способами.

Генетическая инженерия — принципиально новое научное направление биотехнологии, позволяющее создавать искус -

415

ственные генетические структуры путем целенаправленного воздействия на материальные носители наследственности (молекулы ДНК). Применяя генноинженерные методы, в принципе возможно конструировать совершенно новые организмы по заранее заданному «чертежу».

Прикладное использование генетической инженерии привело к возникновению так называемой индустрии ДНК, к которой относится, например, производство физиологических активных веществ белковой природы для медицинских и сельскохозяйственных нужд.

"Уже есть ряд уникальных достижений генетической инженерии — промышленное производство интерферона, инсулина, гормона роста человека и т. д.

Вполне возможно создание в обозримом будущем таких искусственных микроорганизмов, которые перерабатывают с большой эффективностью любые вещества и материалы, включая металлы, пластмассы и минералы, а также таких, которые вырабатывают полноценный пищевой белок.

Одним из направлений генной инженерии является клонирование. Термин «клон» происходит от греческого слова «klon», что означает «веточка», «побег», «черенок», и имеет отношение прежде всего к вегетативному размножению. В сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, клонирование растений черенками, почками или клубнями известно уже более четырех тысяч лет.

Начиная с 70-х гг. XX в., для клонирования растений стали широко использовать небольшие группы клеток и даже отдельные соматические (неполовые) клетки. Дело в том, что у растений (в отличие от животных) по мере их роста в ходе клеточной специализации — дифференцировки — клетки не теряют так называемых тотипотентных свойств, т. е. своей способности ре-ализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившая в процессе дифференцировки свое ядро, может дать начало новому организму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе многих методов генетики и селекции.

При вегетативном размножении и клонировании гены не распределяются по потомкам, как при половом размножении, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Клоны имеют одинаковый набор генов и фенотипически не различаются между собой.

Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипо-тентности. В этом — одно из существенных их отличий от клеток растений. Именно эта особенность является главным препятствием для клонирования взрослых позвоночных живот-

416

ных. В лабораторных условиях его удалось преодолеть при клонировании мышей, овец, кроликов, коров, однако успешно родившиеся клоны имели целый ряд отклонений от нормального развития и отличались многочисленными генными мутациями. Кроме того, было зафиксировано ускоренное старение клонов по сравнению с их одногодками.

Наиболее перспективная сфера реализации клонирования — помощь людям, страдающим тяжелыми генетическими заболеваниями. Клонирование органов и тканей — это задача номер один в трансплантологии, травматологии и других областях медицины.

Более скромная, но не менее важная задача клонирования — регулирование пола сельскохозяйственных животных и введение в них человеческих генов, «терапевтических белков», которые затем используются для лечения людей.

Технология клонирования в первую очередь сулит большие выгоды животноводству. В принципе с любого животного, имеющего ценные продуктивные качества, можно получить многочисленные генетически идентичные копии, обладающие теми же признаками. Важными областями применения клонирования будут создание и размножение клонов трансгенных сельскохозяйственных животных (овец, коров, свиней).

Хотя генная инженерия делает свои первые шаги, она по праву считается самой перспективной областью современной биотехнологии.

Клеточная инженерия. Клетки — это миниатюрные «фабрики», создающие необходимые организму вещества. Сегодня, благодаря методам клеточной инженерии, появилась возможность производить ценные продукты в искусственных условиях (вне организма).

Методы клеточной инженерии успешно дополняют генно-инженерные. Используя клеточную инженерию, ученым удается выводить новые высокоурожайные и устойчивые к болезням, неблагоприятным условиям среды ценные для народного хозяйства растения. Уже существуют гибридные сорта картофеля, винограда, сахарной свеклы, томатов. Используя данную технологию, можно получать даже межвидовые гибриды: яблони с вишней, картофеля с томатом и т. д.

Не менее значительны успехи клеточной инженерии в работе с животными клетками. Создаются банки замороженных эмбрионов высокопородных животных с последующей их пересадкой обычным животным для выведения. Уже сейчас отработана технология получения за сезон от одной элитной коровы до 15—20 высокопородных телят посредством вживления на

417

основе ее клеточного материала искусственных эмбрионов низкопородным коровам.

Клеточная инженерия позволяет вырабатывать биологически активные вещества на основе крупномасштабного культивирования клеток человека или животных и даже получать популяции клеток того или иного органа, которые можно использовать для пересадок. Таким путем выращивают искусственную кожу, клетки печени и даже клетки нервной системы.

В последнее время клеточная инженерия совершила поистине революционный прорыв в области иммунологии. Методами клеточной инженерии разработан способ соединения клеток лимфоцитов (которые являются одним из основных факторов иммунной защиты организма) с опухолевой клеткой для получения так называемых гибридом, начинающих производить противоопухолевые антитела. По чувствительности и избирательности они не имеют себе равных. Гибридомная технология открывает новую эру в иммунологии.

Хотя клеточная инженерия делает свои первые шаги, однако ее методы позволят уже в ближайшие годы начать изготовление большого количества ценных препаратов, необходимых народному хозяйству и медицине.

Инженерная энзимология — наука, разрабатывающая основы создания высокоэффективных ферментов для промышленного использования, позволяющих многократно интенсифицировать технологические процессы при снижении их энер-го - и материалоемкости.

Создание так называемых иммобилизованных (неподвижно закрепленных) ферментов, закрепляемых на полимерных носителях, явилось значительным шагом вперед в развитии современной биотехнологии.

Иммобилизация ферментов повышает их устойчивость к нагреванию, изменению реакции среды, увеличивает срок их действия, облегчает отделение от продуктов реакции, дает возможность многократного использования.

Ферменты наиболее широко используются при производстве сахара для диабетиков, некоторых гормональных препаратов, используемых в медицине.

Весьма перспективно применение ферментов в нефтехимическая
промышленность" href="/text/category/himicheskaya_i_neftehimicheskaya_promishlennostmz/" rel="bookmark">химической промышленности, при получении тканей, кож, бумаги, других синтетических материалов. При этом использование ферментов не только позволит качественно усовершенствовать технологию, но и будет способствовать решению проблемы очистки окружающей среды.

Ферменты успешно используются в технологических процессах пищевой промышленности, в частности, для вырабаты-

418

вания глюкозно-фруктозного сиропа, глюкозы из крахмала, улучшения качества молока, в ряде других производств.

Иммобилизованные ферменты в лабораторных условиях применялись для получения полимеров из целлюлозы, водорода из воды, в других технологических процессах тонкого органического синтеза. Данные разработки открывают пути к внедрению безотходных и низкотемпературных процессов, повышению экономии сырья и энергии.

В настоящее время разработана и проходит промышленную проверку технология переработки целлюлозы в глюкозу с использованием методов инженерной энзимологии.

В медицине применение иммобилизованных ферментов наиболее перспективно в борьбе с опухолями, тромбами и другими длительными поражениями, требующими постоянного поступления лекарств в организм.

15.10. Общие сведения о панотехнологии

С самого начала зарождения промышленного производства сырье и оборудование, используемые человеком, были соизмеримы с его антропометрическими характеристиками. Таким образом, окружающий нас мир вещей и механизмов в преобладающем большинстве является продуктом так называемой метро вой технологии. Широкомасштабный переход к миллиметровой технологии состоялся в середине XX в. и был обусловлен появлением промышленной электроники. Последующее сокращение размеров оперируемого пространства в 1000 раз привело к созданию твердотельной микротехнологии. Ее развитие к началу XXI в. легло в основу поразительного прогресса вычислительной техники. Микротехнологии позволили размещать свыше миллиона твердотельных транзисторов в интегральной схеме площадью всего в 1 см2. Кристаллы кремния явились основой интегральных микросхем, миниатюризация которых и обусловила экспоненциально быстрый рост эффективности и быстродействия на единицу стоимости (и массы) вычислительных машин.

При этом все вышеперечисленные технологии, используемые в настоящее время в промышленном производстве, можно назвать классическими, так как они базируются на ставших классическими законах современного естествознания.

Однако действие классических законов начинает нарушаться при размерах, составляющих десятые доли микрометра. За этой гранью начинается территория, подвластная квантовым законам, в которых проявляет себя волновая природа электро-

419

на. И это именно та территория, на которой осуществляются на-нотехно л огии.

Нано- (от гр. nanos — карлик) — приставка для образования наименования дольных единиц, равных одной миллиардной доле исходных, например 1 нм = 10-9 м.

Иа уровне таких размеров происходит переход от сплошных веществ к атомно-структурным построениям квантовой нано-технологии. При этом человечество вступает в «производственную» область, в которой исчезает грань между живой и неживой природой. Поэтому переход от «микро» к «нано» — не количественный, а качественный скачок от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами.

Области характерных размеров для ряда наноразмерных образований приведены на рис. 15.9.

Нанотехнологии — это технология, основанная на манипуляции отдельными атомами и молекулами для построения сложных структур различных веществ и создания миниатюрных технических устройств.

Таким образом, нанотехнология находится на стыке квантовой техники, материаловедения и молекулярной биологии и является ключевой областью научно-технической революции в промышленности.