Наноматериали в древността

Хората използват наноматериали от дълбока древност – от хиляди години, без да знаят, че се възползват от тази техника. Можем да открием технологията на наноматериалите при древните египтяни и римляни, при маите. Средновековните майстори в Европа са получавали материали от подредени наночастици, което им придавало необичайни качества.

Но преди да разкажа за използването на нанотехнологията в древността добре би било да добием представа откъде произлиза името, какво представлява.

Приставката „нано“ означава една милиардна от метъра. Нанотехнологиите включват създаването и използването на материали, устройства и технически системи, функционирането на които се определя от наличието на наноструктура с размери от един до сто нанометра (един нанометър = една милиардна част от метъра).

Ричард Файнман (Richard Phillips Feynman)
Приема се, че Ричард Файнман (Richard Phillips Feynman) е основоположник на нанотехнологиите

Началото на нанотехнологията е свързана с името на Нобеловския лауреат Ричард Файнман (Richard Phillips Feynman), който през 1959 г. изнася своята лекция на колегите си „Има достатъчно много място на дъното“ или „На дъното има твърде много място“ (There’s Plenty of Room at the Bottom), станала по-късно класическа и често цитирана. В нея той описва първите си идеи, които лежат в основата на нанотехнологиите.

“Аз бих описал област, в която много малко е направено – казва Ричард Файнман – но която има големи перспективи и техническо приложение. Аз искам да поговоря за проблема и манипулацията на частиците с необичайно малки размери. Не мога точно да знам какво ще произлезе от това, но нямам никакво съмнение, че ако намерим способ да контролираме тези частици, ще получим достъп до широк спектър от свойства, които тези материали ще ни предоставят и бихме могли да правим невероятни неща с тях”.

И така, както вече споменахме в началото на статията – можем да открием следи от нанотехнология още при маите и египтяните. Те са я използвали в създаването на своите цветове.

Така например знаменития син цвят на маите, който съхранява своята яркост и до наши дни е получен като са смесвали вещества от органичен ( дървото индиго ) и неорганичен ( глина ) произход. По правило органическите вещества се разрушават лесно, но в този случай, когато се свържат с неорганичен материал, получената наноструктура им обезпечава добра защита.

При смесването частиците индиго се “вграждат” в наноструктурираните частици на филосиликатите, което обезпечава великолепният, стабилен син пигмент от керамичните изделия. Испанските учени са установили, че при смесването на глина палигорскита (paligorskita) с боята индиго, се образуват неголеми образования наноструктуриран железен оксид. Те са открити във всички проби на боята в размер на 0.5 процента. Според хипотезите именно този факт дава стабилност на боята, и за това независимо от елементарните технологии от преди 1300 години все още са запазени великолепните сини цветове в техните произведения.

Но много по-рано от маите “наноцветове” са използвали египтяните. Група изследователи под ръководството на Филип Валтер от Центъра за изследване и реставрации на френските музеи е доказала, че египтяните са използвали подобни методи за направата на бои за оцветяване на косите си в черен цвят. В началото са правили паста от вар, оловен оксид и малки количества вода. В процеса на смесването се получават наночастици Галенит (оловен слуфид) с размери до 5 нанометра. Естественият черен цвят на косата обезпечава пигмента меланин, който е включен в състава на кератина в косата. Приготвената паста реагира със сярата, която влиза в състава на кератина, и обезпечава равномерно и устойчиво окрасяване. И при това този процес засяга само косата, но съединенията на оловото не проникват в кожата на главата.

чашата на Ликург
Чашата на Ликург мени своите цветове в зависимост от източника на светлина. В средата се вижда размера на наночастицата злато, която е използвана

В древността са се изготвяли и твърди наноматериали – примерно известната купа на Ликург, която е направена в Рим около 4 в. пр. н. е. Обикновено тя е непрозрачна и зелена на цвят, но когато в нея се сложи източник на светлина – чашата става прозрачна и червена на цвят. След изследвания се оказва, че този ефект се постига с помоща на частици злато и сребро с размери 50 до 100 нанометра.

Не може да пропуснем прочутите мечове и саби от дамаската стомана. Европейците се сблъскват с тях много рано – още при похода на Александър Македонски в Индия. Те са притежавали необичайни механични свойства – твърдост и гъвкавост, и били изключително остри. Анализ на Дрезненския университет показва, че в състава влизат и въглеродни нанотръбички. Когато при анализа на пробите учените използват солна киселина, установяват наличието на въглеродни нанотръбички. Те се получават при нагряването до 800 градуса по Целзии на въглеводорода в микропорите и като катализатори може да се използват ванадий, хром, манган, кобалт, никел и някои редки метали, съдържащи се в рудата. При производството на дамаската стомана температурата е била по-ниска от нужните 800 градуса. Но по време на цикличната топлинна и механична обработка на метала ( коването ) се получават въглеродни нанотръбички, които се превръщат в нановлъкна и частици цементит (Fe3C).

Цементит е химично съединение на въглерода с желязото и има ромбоидна кристална структура. Той е твърд и чуплив. В чистата си форма се определя като керамичен, използва се предимно в металургията.

Витражи
Майсторите от средновековието са използвали златни наночастици в създаването на витражите и по този начин са успявали да почистват въздуха в помещенията

Още един интересен пример за използването на нанотехнологии в древността е създаването на витражи на катедралите в средновековна Европа. Техните ярки цветове впечатяват и до ден днешен. Оттенъците се получавали чрез нагряване и охлаждане на стъклото. Това, което не са знаели древните майстори е, че по този начин се променя размера на кристалите на атомно ниво – и вследствие на това и техните цветове. Изследванията са показали, че в стъклото има цветни добавки на наночастици злато и други метали. Чжу Хуай Юн от Технологичния университет на Куинсленд (Австралия), е изказал предположение, че витражите са не само произведение на изкуството, но и се явяват фотокаталитически очистители на въздуха, които премахват органическите замърсители. За катализатор служат същите тези наночастици злато. Учените са доказали, че малките наночастици злато под въздействието на слънчевата светлина преминават във възбудено състояние и могат да унищожат органическото замърсяване. Те и до днес съхраняват своята способност да почистват въздуха.

Когато златото се използва във вид на наночастици то става много активно на слънчевата светлина. Електромагнитните колебания на слънчевите личи резонират с колебанията на електроните на златните наночастици. В резултат общото магнитно поле на повърхността на златните наночастици се увеличава стотици пъти и разрушава междумолекулярните връзки на замърсителите, които се съдържат във въздуха.

В настоящия момент подобна технология се използва за създаването на ефективни очистители на въздуха. За тяхната работа е достатъчна слънчева светлина, която нагрява наночастиците злато, за разлика от обичайните очистители, в които се използват титаниев оксид, сребро, и изискват използването на много повече енергия за нагряването и работата им.

Секретите на тези и други производства на материали се предавали от поколение на поколение. И едва след развитието на науката за нанотехнологиите учените са успели да обяснят използването на наноматериали.

Но тогава не е имало инструменти за да се наблюдават, създават и управляват веществата на атомно равнище. Едва в началото на осемдесетте години с изобретяването на електронен сканиращ тунелен микроскоп е станало възможно не само да се видят отделните атоми, но и да ги движдат, манипулират. Сегашната техника е напреднала в своето развитие и с нейна помощ е станало възможно да бъдат проучени и обяснени технологиите от древността.

Източници:
Уикипедия,http://elementy.ru

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *