Мягкие металлы добавляют в виде наночастиц в масло для автомобилей, и износ деталей двигателя резко снижается. Daimler и Nissan применяют в ряде моделей лак с керамическими наночастицами для защиты от царапин и придания особого блеска. Нанопорошок алюминия в твердом ракетном топливе радикально ускоряет его сгорание, а наночастицы соединений платины очень эффективно работают в автомобильных катализаторах.

Основа энергетики мобильных устройств, фонариков и игрушек — обычная литий-ионная батарейка полностью обновилась за счет использования наноматериалов. Недавно начался промышленный выпуск литий-ионных аккумуляторов, содержащих наночастицы,— они заряжаются с немыслимой еще вчера скоростью: на 80% всего за минуту (обычно для этого требуется несколько часов).

Впрочем, столь прозаичные, хотя и эффектные примеры не очень-то убеждают в том, что нанотехнологии заметно изменят облик техносферы и наш образ жизни. Радикальных перемен ждут от более сложных наноструктур — звезд сегодняшней наносцены.

Нанотрубки и наноковрики

Сегодня символ нанотеха — углеродная нанотрубка, свернутая из одного слоя атомов углерода, как из листа бумаги. Типичный диаметр трубки — несколько нанометров. Длина иногда в миллионы раз больше (при массовом выращивании в лучших современных установках она достигает долей миллиметра). Первые в истории нанотрубки углерода были получены в экспериментах советских ученых еще в 1952 году — они появлялись в саже электродуговых свечей. Тогда на них не обратили внимания, и только в 1991 году этот замечательный наноматериал был вновь открыт в Японии и сразу приобрел всемирную славу.

Углеродные нанотрубки в 20 раз прочнее и в 10 раз легче стали. Сплетенная из них нить толщиной в пару десятков микрон в пять раз крепче волокон кевлара. Чрезвычайно прочна и нанобумага из этих частиц, которую уже научились производить со скоростью несколько метров в минуту. Удивительно, но из таких же трубок делаются и прозрачные электропроводящие пленки толщиной в десятки нанометров для использования в дисплеях и телевизорах. Углеродные нанотрубки могут быть хорошими проводниками тока, а могут — и полупроводниками. В обоих случаях заманчивое применение — наноэлектроника, так как размеры нынешних транзисторов и проводов в микросхемах скоро будет невозможно уменьшить традиционными методами. Трубки из углерода и других материалов открывают здесь новую перспективу: не исключено, что процессор недалекого будущего будет похож на лес нанотрубок, выращенный на подложке. Месяц назад китайские ученые продемонстрировали даже громкоговоритель на пленке из нанотрубок. Его можно приклеить к стене или повесить на крючок, как полотенце. В устройстве нет мембраны — звук порождается быстрыми колебаниями температуры пленки при прохождении переменного тока.

Одно из самых перспективных направлений в нанотехнологиях — разработка сверхмалых датчиков чего угодно. Нанотрубки служат для них чувствительными элементами. Поле применения таких датчиков огромно, от медицинской диагностики до непрерывного детального наблюдения за средой обитания. Уже созданы нанодатчики взрывчатки, такие же чувствительные, как нос собаки, хотя пока и не такие избирательные.

Фуллерен — еще одно громкое нанослово. Молекулы этой формы углерода — симметричные многогранники из атомов, похожие на футбольный мяч. Классический фуллерен из 60 атомов впервые получил один из пионеров нанотехнологий Ричард Смолли с коллегами в 1980-х годах. Новые структуры назвали в честь инженера и философа Бакминстера Фуллера, который использовал аналогичные многогранники в строительных конструкциях.

Массой невероятных и полезных свойств обладает открытый совсем недавно графен, плоский, толщиной в один атом, ковер из шестиугольных ячеек атомов углерода (в сущности, тот самый лист, из которого свернуты фуллерены и нанотрубки). Не исключено, что этот материал заменит кремний в электронике нового поколения, а трехмерные нанопористые структуры из таких листов будут, по расчетам, крайне эффективным хранилищем водорода в водородных элементах. Недавно выяснилось, что графен еще и самый прочный из известных сегодня материалов. Создатели графена (работающие в Англии физики российского происхождения) номинированы на Нобелевскую премию следующего года.

Фуллерены, нанотрубки, графен пробуются на сотни ролей в наноиндустрии, и каждый день появляются сообщения о новых достижениях. Многие из них связаны с энергетикой — так, в наступающем году начинается выпуск солнечных элементов на органических нанопленках, и возникающие в пленке токи собирают как раз с помощью фуллеренов.

Логика искусственных атомов

Еще один культовый персонаж наносцены — квантовая точка, наноразмерный кристалл полупроводника. Физика таких кристаллов во многом схожа с физикой отдельного атома, поэтому их часто называют искусственными атомами. Основные области применения — источники света, дисплеи, медицинские датчики, энергетика.

Квантовые точки — очень удобный источник света, причем цвет его зависит от размера: чем точка больше, тем ее свет краснее, чем меньше — тем он голубее. Существуют и белые квантовые точки, их массивы в сочетании с обычными светодиодами дают при малых затратах энергии свет, близкий по восприятию к натуральному, солнечному. Разноцветные же квантовые точки инженеры очень хотели бы использовать в дисплеях с высоким качеством цветопередачи и большой яркости — такие дисплеи могли бы просто печататься на полимерных пленках. Первые экспериментальные образцы появились два года назад, компании-разработчики проходят все новые раунды инвестиций, однако на рынок устройства пока не вышли.

На основе квантовых точек создается целый спектр медицинских приложений. Эти кристаллики крайне удобны в качестве маркеров. Их планируют использовать для точной визуализации опухолей. Например, квантовая точка связывается с биологической частицей, настроенной на какие-нибудь нехорошие клетки, и та находит такую клетку в организме. После этого квантовая точка начинает подавать сигналы, причем не только светом, но иногда и звуком. Отметим, что визуализация опухоли может быть жизненно важной: во время операций она помогает хирургу удалить только то, что необходимо. Квантовые точки начинают использовать и для более тонких исследований: ими можно пометить индивидуальные клетки и даже отдельные биомолекулы, а потом следить, куда они перемещаются и что с ними происходит. Сейчас главная сложность применения квантовых точек в медицине — подобрать нетоксичный материал для их изготовления.

Квантовые точки считаются перспективным материалом для солнечных батарей. Они могут работать как одноэлектронные транзисторы в логических схемах, используя единичные электроны как носитель информации. Но это пока задача на послезавтра.