Сьогодні звичне представлення про світ дуже швидко змінюється завдяки розвитку нанотехнологій. Для цієї науки маніпулювання об’єктами та їх структурами у масштабі від 1 до 100 нанометрів вже стало реальністю, та широко використовується для покращення властивостей звичних нам матеріалів у багатьох сферах життя. Нанометр – це мільярдна частка звичного нам метра. Для порівняння – товщина людського волосу дорівнює близько ста тисячам нанометрів.

Однією з важливих особливостей нанотехнологій є те, що матеріали у нанодіапазоні схильні проявляти особливі властивості, відмінні від тих, що зазвичай проявляються у більших частинок, та матеріалу в цілому. Це стосується таких параметрів як електропровідність, теплопровідність, оптичних і магнітних властивостей та ін. Також, деякі характеристики у наномасштабі змінюються самі по собі при переході до менших розмірів. Так, нанорозмірні матеріали мають набагато більш розвинену поверхню, що дозволяє їх використовувати, наприклад, у якості ефективних каталізаторів для пришвидшення хімічних реакцій. Взагалі, дослідники широко впроваджують застосування цих особливих властивостей у багатьох галузях, починаючи від медицини та біотехнологій, закінчуючи дослідженнями навколишнього середовища, споживчою електронікою та машинобудуванням.

Наприклад, у медицині розробляють наночастинки для доставки нових поколінь ліків та вакцин до активних центрів організму людини. У текстильній промисловості розвивають напрямок розумного одягу, що протистоїть забрудненням, та змінює свої властивості при зміні температури зовнішнього середовища.

Майбутнє електронної мікроскопії

У наш час ринок нанотехнологій зазнає колосального розвитку, і очікується, що до 2021 року його оцінка у світовій промисловості перетне позначку в 100 мільярдів доларів. Вже зараз платформа Nanotechnology Consumer Products Inventory налічує більше 1600 найменувань продуктів доступних для придбання, в основі яких лежать нанотехнології.

Хоча нанотехнології як наука існує вже більше двох десятків років, нещодавній вибух у кількості відкриттів та значне пришвидшення розвитку можна пояснити появою мікроскопів з надвисокою роздільною здатністю у комбінації з більш потужними комп’ютерами, що здатні дуже швидко збирати та аналізувати інформацію. Використовуючи скануючі (SEM) або просвічуючі (TEM) мікроскопи у комбінації з енергодисперційною рентгенівською спектроскопією (EDS) науковці по всьому світу отримують зображення з нанометровою роздільною здатністю одночасно з докладною інформацію про хімічний склад, що дає важливі уявлення про організацію та функції цих матеріалів.

Потреба у корелятивній візуалізації великих площ зразків із високою роздільною здатністю дуже виросла останнім часом, дозволяючи дослідникам отримувати статистично значущі дані про властивості каталізаторів і наночастинок. Програмне забезпечення Velox, розроблене компанією ThermoFisher дозволяє візуалізувати великі площі зразків, автоматично зшиваючи багато зображень окремих участків і створюючи карту зразку з надвеликою роздільною здатністю. У свою чергу програмне забезпечення Avizo дозволяє автоматизувати процес одноразових вимірів та аналіз отриманих зображень, автоматично генеруючи статистичні звіти, що включають розміри, площу поверхні, розмірний розподіл та хімічний склад досліджуваних наноматеріалів.

Рис. 1. Автоматичне визначення розмірів наночастинок на великій досліджуваній площі з високою роздільною здатністю для отримання правильних статистичних даних.

Широке застосування в різних промислових галузях

Оскільки прогресивні технології дозволяють легше зрозуміти властивості наночастинок, дослідники з широкого спектру галузей промисловості знаходять креативні шляхи їх застосування.

Наприклад, в автомобільній промисловості виробники використовують наночастинки для розробки нового покоління каталітичних конверторів, що використовують до 90% менше благородних металів для очистки викидів двигунів. Автомобільні каталізатори містять у своєму складі такі метали як паладій, платину та родій, щоб перетворювати монооксид вуглецю та інші небезпечні речовини в нетоксичні викиди. Використання наночастинок цих металів на відміну від великих часток, результує у меншій кількості металу, необхідній створити таку саму площу активної поверхні на керамічній основі каталізатора, зберігаючи гроші виробникам та зменшуючи забруднення повітря частками цих металів.

В аерокосмічній галузі науковці використовують нанотехнології для створення міцніших та легших алюмінієвих сплавів, що покращують безпеку, стійкість до тріщин та збільшують ефективність пального. Візуалізація таких сплавів у наномасштабі дає інформацію про дислокації, наявність включень, їх розміри та хімічний склад.

Рис. 2. Візуалізація включень у сплаві при високій роздільній здатності

Оскільки продукти, що базуються на нанотехнологіях, починають поширюватися, вивчається їх безпека та вплив на навколишнє середовище. Одним із напрямків досліджень є вивчення впливу наночастинок що використовуються для покращення харчових продуктів та косметики на здоров’я людини, зокрема діоксиду титану, срібла та золота. Підіймається питання формулювання стандартного підходу для виявлення та характеризування вмісту наночастинок у харчових добавках та визначення обсягу наночастинок, безпечних для контакту та споживання людиною.

Згадані у статті галузі являють собою лиш малий відсоток того, де насправді можуть застосовуватись наноматеріали. Залишайтесь з нами, щоб дізнатись більше про використання сучасних інструментів, таких як електронна мікроскопія для дослідження матеріалів у наномасштабі.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам: