166717 (740404), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Можно было ожидать, что самоорганизация свойственна не только биополимерам, но и синтетическим макромолекулам. Эту идею удалось подтвердить В.Перчеку, который смоделировал процессы самосборки, характерные для вируса табачной мозаики. Однако он использовал в экспериментах не вирусный белок, а соединения на основе производных галиковой кислоты, имеющие жесткие секторообразные фрагменты в боковых цепях. С начала 90-х годов мы начали исследования этого же класса соединений и убедились, что некоторые из них способны к самосборке в надмолекулярные цилиндры, которые в свою очередь организуются или в двумерную упорядоченную, или неупорядоченную жидкокристаллическую колончатую фазу. Изучив температурное поведение этих надмолекулярных структур, мы определили основные этапы и условия их формирования. Исследования самоорганизующихся химических систем продолжаются и приносят интересные результаты.
Заметим, “умные” материалы чувствительны к разным внешним воздействиям — химическому составу окружающей среды, изменениям температуры и давления, электрического или магнитного поля и т.д. А значит, они могут найти широкое практическое применение.
Безусловно, нанокомпозитам принадлежит будущее, надеемся, скорое. Но современная надмолекулярная химия уже создает еще более совершенные материалы — молекулярные композиты.
4. Возможности нанотехнологий
Практическое воплощение перечисленных далее прогнозов ожидается в период до 2060 г., хотя с 2025 г. возможна и более ранняя реализация отдельных пунктов. Такие оценки выдвигает немалое количество экспертов. Пока их прогнозы продолжают весьма точно сбываться, и не видно причин, способных этим прогнозам помешать. Многое зависит, прежде всего, от доступности вычислительных ресурсов, необходимых для моделирования нанотехнологических процессов.
Возможности нанотехнологий, которые будут доступны человечеству через 50—60 лет, таковы:
программируемое позиционирование молекул с точностью 0,1 нм;
работа наноустройства с частотой 1 ГГц;
молекулярная сборка со скоростью 1 млн. операций в секунду на 1 наноустройство;
производство 1 кг произвольно заданного материала коллективом наноустройств за 2—3 часа;
промышленные системы, способные удваивать объемы производства каждые 10 000 секунд;
создание компактных нанокомпьютеров производительностью 10 000 Тфлопс на 1 Вт потребляемой мощности.
Переход к производству ОЗУ на базе углеродных трубок ожидается уже в следующем году. Компании Nanosys и In-Q-Tel (последняя финансируется ЦРУ и занимается рискованными технологическими проектами) взялись за разработку неорганических полупроводниковых наноструктур. Такие наноструктуры, развиваемые на основе теории квантовых точек, позволят создать квантовые лазеры, одноэлектронные транзисторы и т. д.
В ближайшие же пару десятилетий нанотехнологи обещают выпустить на массовый рынок устройства хранения одного терабайта информации (содержимое библиотеки Конгресса США) на носителе размером 1 см3 и процессоры производительностью одна тысяча терафлопс. Такие ресурсы будут востребованы в системах интеллектуальной обработки сигналов, распознавания речи, организации высококачественной беспроводной связи и в различных военных приложениях. Ожидается также, что терафлопсные машины смогут в реальном времени предсказывать погоду. В середине второго десятилетия появятся первые молекулярные компьютеры, а вот квантовые вычислительные системы пока по-прежнему останутся в фазе исследований.
Существенно изменится структура рынка лекарств ссылка композит медицинский, объем которого только в США составляет 380 млрд. долл. В настоящее время доля фармакологических фирм, использующих нанотехнологии, равняется 1%, а вот через 10—15 лет их процент возрастет до 50%. Системы целевого клеточного воздействия появятся в продаже через 5—7 лет, а множество лекарств, полученных нанотехнологическим способом, находятся сегодня либо на этапе проектирования, либо на самых ранних стадиях клинических испытаний. Но уже через 3—5 лет суперкомпьютеры производительностью 1 петафлопс смоделируют работу белков и процесс проектирования новых лекарств существенно ускорится. А в 20-х годах будет отработана технология направленной эволюции белковых препаратов, которая позволит готовить лекарства точечного воздействия, не имеющие побочных эффектов.
Произойдут эволюционные изменения и в мировой энергетике. Сверхпрочная теплостойкая сталь, содержащая углеродные трубки, к 2005 г. существенно подешевеет и будет активно использоваться в оборудовании тепловых электростанций (ТЭС), благодаря чему оно сможет работать при более высоких температурах. В результате повысится КПД ТЭС и снизится уровень вредных выбросов. Хорошие теплоизолирующие свойства новых материалов с нанодобавками позволят автопроизводителям уже в 2010 г. наладить выпуск автомобилей, где электричество для питания всей бортовой электроники будет вырабатываться за счет утилизации вырабатываемого машиной тепла. А на базе новых полимеров начнется массовый выпуск компактных и эффективных солнечных батарей.
Литература
1 Ichinose N. et al. Superfine Particle Technology. London, 1992.
2 Brinker C.J., Scherer G.W. Sol-Gel Science. Boston, 1990.
3 Mark J.E. Frontiers of Macromolecular Science / Eds T.Saegusa, T.Higashimura, A.Abe. Oxford, 1989.
4 Novak B.M., Davis C. // Macromolecules. 1991. V.24. P.2481—2483.
5 Kelly P., Akelah A., Moet A. // J. Mater. Sci. 1994. V.29. P.2274—2280.
6 Vossmeyer T., Katsikas L., Giersig M., Popovic I. // J. Chem. Phys. 1994. V.98. P.7665—7673.
7 Barthelemy A., Fert A., Morel R., Steren L. // Phys. World. 1994. V.7. P.34—38; Satterfield C.N. Geterogeneous Catalysis in Industrial Practice. 2nd ed. N.Y., 1991.
8 Klabunde K.J., Habdas J., Cardenas-Trivino G. // Chem. Mater. 1991. B.5. S.947—952.
9 Heilmann A., Hamann C. // Progr. Colloid Polym. Sci. 1991. V.85. P.102—112.
10 Gerasimov G.N., Sochilin V.A., Chvalun S.N. et al. // Macromol. Chem. Phys. 1996. V.197. P.1387—1393; Hopf H., Gerasimov G.N., Chvalun S.N. et al. // Adv. Mater. 1997. V.3. P.197—201; Nikolaeva E.V., Ozerin S.A., Grigoriev E.I. et al. // Mat. Sci. Eng. C-Bio. 1999. V.8—9. P.215—223.
11 Герасимов Г.Н., Григорьев Е.И., Григорьев А.Е. и др. // Хим. физика. 1998. Т.17. С.168—173.
12 Mahler W. // Inorg. Chem. 1988. V.27. P.435—436.
13 Rempp P., Merrill E.W. Polymer Synthesis (2nd ed.). N.Y., 1991; Volkov A.V., Karachevtsev I.V., Moskvina M.A. et al. // J. Inorg. and Organometallic Polymers. 1995. V.5. P.295—305.
14 Hajduk D.A., Harper P.E., Gruner S.M. et al. // Macromolecules. 1995. V.28. P.2570—2573; Matsen M.W., Bates F.S. // Ibid. 1996. V.29. P.7641—7644.
15 Moller M., Lentz D.W. // Macromol. Chem. 1989. V.190. P.1153—1168.
16 Chan Y.N. C., Schrock R.R., Cohen R.E. // J. Am. Chem. Soc. 1992. V.114. P.7295—7296.
17 Helmimiak T.E., Arnold F.E., Benner C.L. // ACS Polym. Prepr. 1975. V.16. P.659—662.
18 Hwang W.F., Wiff D.R., Verschoore C. // Polym. Eng. Sci. 1983. V.23. P.789—791.
19 Ding H., Harris F.W. // Pure and Appl. Chem. 1997. V.67. P.1995—2004.
20 Неверов В.М., Чвалун С.Н., Blackwell J. и др. // Высокомолекуляр. соединения. А. 2000. Т.42. С.450—461.
21 Israelashvili J.N. Intermolecular and Surface Forces. N.Y., 1992; Schneider H.J., Durr H. Frontiers in Supramolecular Organic Chemistry and Photochemistry. N.Y., 1991; Chvalun S.N., Blackwell J., Cho J. // Polymer. 1998. V.39. P.4515—4522; Чвалун С.Н., Kwon Y. Blackwell J., Percec V. // Высокомолекуляр. соединения. А. 1996. Т.38. С.1978—1990.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
